КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 22-23-20117
НазваниеРазработка углеволокнистых композиционных материалов с повышенной теплостойкостью и трещиностойкостью на основе наномодифицированных полиимидных связующих
Руководитель Ваганов Глеб Вячеславович, Кандидат технических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" , г Санкт-Петербург
Конкурс №65 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс)
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-302 - Структура и свойства полимеров, многокомпонентных полимерных систем
Ключевые слова углеродные волокна, волокнистые композиционные материалы, термопластичный полиимид, углеродные наночастицы, теплостойкость, трещиностойкость, структура, механические свойства
Код ГРНТИ61.61.31
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В современных композиционных материалах для решения многих задач требуются теплостойкие волокнистые композиционные материалы с повышенным сопротивлением к раслоению или трещинообразованию, работающие при высоких температурах, а в последнее время, в связи с бурным освоением Арктической зоны РФ, и при низких температурах, что свойственно, в первую очередь, полиимидам. В связи с этим получение прочных термостойких конструкционных материалов с повышенной трещиностойкостью является одной из наиболее актуальных задач развития современной техники. Достижении в одном материале одновременно высоких показателей по теплостойкости и трещиностойкости реализуется не только за счет дизайна и синтеза новых химических структур, но и за счет создание многоуровневых композиционных материалов, в которых непрерывное углеродное волокно сочетается с полиимидным связующим, в объеме которого равномерно распределены наночастицы. В связи с этим настоящий проект посвящен разработке новых отечественных полиимидных наномодифицированных связующих для получения на их основе волокнистых композиционных материалов с повышенной трещиностойкостью (1200 Дж/м2) работающих при действии высоких (более 250°С) и очень низких температур (-70°С). Научная новизна предложенного исследования заключается в получение новых, отсутствующих на сегодняшний день знаний о связи между химическим составом форполимера, молекулярной массой полиимида, надмолекулярной организацией связующих в объеме композита в присутствии углеродных наночастиц, физическими свойствами, условиями получения композита с комплексом термических и эксплуатационных свойств разрабатываемых термостойких композиционных материалов на основе полиимидного связующего и армирующего наполнителя. В рамках данного проекта планируется разработка полиимидных композитных материалов, которые будут основываться на использовании нескольких синтетических подходов для получения полиимидов. Первый заключается в синтезе термопластичного частично кристаллического плавкого полиимида Р-ОДФО, разработанного в ИВС РАН на основе отечественного резорцинового диангидрида и четырехядерного диамина ОДФО. Второй в синтезе плавкого олигоимида (форполимера) из ацитильных производных диаминов и тетракарбоновых кислот с дальнейшей реакцией переацилирования и формирования линейного полиимида. В качестве исходных реагентов для получения форполимера будут использованы коммерчески доступные диангидриды: 3,4,3’,4’-тетракарбоксидифенилоксид (ДФО), пиромеллитовый диангидрид (ПМДА) и диамины: 4,4’-диаминодифениловый эфир (ДАДФЭ), 4,4 ́-бис-(4 ́ ́-аминофенокси) дифенил (ОДФО) и м-Фенилендиамин (мФА), так как полиимиды, получаемые на их основе имеют исключительно высокую термостойкость (500°С и более) и высокую теплостойкость (не ниже 270°С). Для получения полиимидных композиционных материалов будет использован технологичный и экологичный подход, основанный на равномерном распределении порошка форполимера на армирующих непрерывных волокнах методом электростатического распыления с последующей их пропиткой в обогреваемых каландрах и дальнейшим горячем прессовании. Проектом предусмотрено исследование влияния вязкоупругих свойств наномодифицированного полиимидного связующего на процесс разрушения волокнистых композитов, их прочностные и упругие свойства. Особое внимание будет уделено образованию и росту очагов разрушения волокнистых полиимидных композитов на основе связующих, включающих нанонаполнители, и влиянию последних на теплостойкость и трещиностойкость. Использование намеченных в данном проекте методов химического синтеза связующего, исследование его вязкотекучих свойств с использованием современного реологического оборудования, технологических методов получения волокнистого композита с параллельным исследованием его структуры, а также его теплофизических и механических свойств в широком диапазоне температур должно обеспечить решение поставленной задачи и возможность достижения планируемых результатов проекта. В результате выполнения проекта будут разработаны технически значимые прочные волокнистые композиционные материалы, одновременно сочетающие высокую тепло-, крио- и термостойкость с высокими значениями трещиностойкости для использования в ряде ключевых высокотехнологичных отраслей техники: от авиа- и судостроения до автомобилестроения и строительства.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1. Ваганов Г.В., Мягкова Л.А., Попова Е.Н., Елоховский В.Ю., Юдин В.Е. Термостойкие углеволокнистые композиты на основе полиимидного связующего Издательство «Принт Центр, Нальчик: Издательство «Принт Центр», 2022. – С. 69 (ISBN 978-5-907499-66-9) (год публикации - 2022)
2. Диденко А.Л., Ваганов Г.В. Иванькова Е.М., Попова Е.Н., Елоховский В.Ю., Юдин В.Е. Сравнительные исследования свойств углепластиков на основе термостойких термопластичных полимеров Издательство «Принт Центр», Нальчик: Издательство «Принт Центр», 2022. – С. 112 (ISBN 978-5-907499-66-9) (год публикации - 2022)
Публикации
1.
Ваганов Г.В., Диденко А.Л., Мягкова Л.А., Елоховский В.Ю., Попова Е.Н., Юдин В.Е.
Вязкоупругие свойства углепластиков на основе порошковых полиимидных связующих
Письма в журнал технической физики, вып 10, том 49, стр. 21-23 (год публикации - 2023)
10.21883/PJTF.2023.10.55429.19403
2.
Ваганов Г.В., Иванькова Е.М. Диденко А.Л., Попова Е.Н. Смирнова В.Е., Елоховский В.Ю., Юдин В.Е.
Comparison of properties of carbon reinforced plastic obtained on the basis of semicrystalline polyimide R-BAPB and other high-temperature-resistant thermoplastic matrices
Journal of Applied Polymer Science, Volume 140, Issue 33, (год публикации - 2023)
10.1002/app.54283
3.
Ваганов Глеб, Симонова Мария, Ромашева Маргарита, Диденко Андрей, Попова Елена, Иванькова Елена, Камалов Алмаз, Елоховский Владимир, Ваганов Вячеслав, Филиппов Александр, Юдин Владимир
Influence of Molecular Weight on Thermal and Mechanical Properties of Carbon-Fiber-Reinforced Plastics Based on Thermoplastic Partially Crystalline Polyimide
Polymers, Volume 15, Issue 13, Page 2922 (год публикации - 2023)
10.3390/polym15132922
4. Ваганов Г.В., Симонова М.А., Диденко А.Л., Попова Е.Н., Филиппов А.П., Юдин В.Ю. ТЕПЛОСТОЙКИЕ УГЛЕПЛАСТИКИ НА ОСНОВЕ ТЕРМОПЛАСТИЧНОГО КРИСТАЛЛИЗУЕМОГО ПОЛИИМИДА Принт-Центр, Нальчик, Нальчик: Материалы XIX международной научно-практической конференции "Новые полимерные композиционные материалы. Микитаевские чтения" 2023, стр 83 (год публикации - 2023)
5. Ваганов Г.В., Диденко А.Л., Мягкова Л.А., Камалов А.М., Попова Е.Н., Юдин В.Е. Термостойкие углепластики на основе порошковых олигоимидных связующих с повышенной трещиностойкостью издательство Доблесть, Москва, Современная химическая физика XXXV Симпозиум, стр. 216 (год публикации - 2023)
6. Ваганов Г.В., Диденко А.Л., Иванькова Е.М., Попова Е.Н., Камалов А.М., Юдин В.Е. Углепластики на основе частично-кристаллического полиимидного связующего, модифицированного углеродными наночастицами издательство Доблесть, Москва, Современная химическая физика XXXV Симпозиум, стр. 65 (год публикации - 2023)
7. Ваганов Г.В., Диденко А.Л., Попова Е.Н., Иванькова Е.М., Юдин В.Е ВЛИЯНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОЧАСТИЦ НА СВОЙСТВА УГЛЕПЛАСТИКОВ ИЗ ТЕРМОПЛАСТИЧНОГО ЧАСТИЧНО- КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ПОЛИИМИДА ИВС РАН, Санкт-Петербург, Санкт-Петербург, Всероссийская конференция с международным участием "Современные проблемы науки о полимерах", 13 – 17 ноября 2023 г., 211 стр. (год публикации - 2023)
8. Попова Е.Н., Ваганов Г.В., Диденко А.Л., Юдин В.Е. ИССЛЕДОВАНИЕ УГЛЕПЛАСТИКОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИИМИДА Р-ОДФО МЕТОДОМ ТЕРМОГРАВИМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ИВС РАН, Санкт-Петербург, Санкт-Петербург, Материалы Всероссийская конференция с международным участием "СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ НАУКИ О ПОЛИМЕРАХ", 294 (год публикации - 2023)