Форум » Дискуссии » Композиты » Ответить
Композиты
milstar: http://www.tsniism.ru/ опыт работы в этой области Центрального научно-исследовательского института специального машиностроения (ЦНИИСМ), бывшего в течение нескольких десятилетий центром композитных технологий оборонной *************************************************************************************** промышленности СССР *********************** и активно продолжающего эту деятельность в качестве акционерного общества в современной России. Особенности композитных материалов Как правило, новые материалы появляются в результате естественного стремления проектировщиков улучшить характеристики эксплуатируемых конструкций, а будучи освоенными, они открывают новые возможности для разработки принципиально новых конструкций и технологических процессов. Одно из наиболее ярких проявлений такой взаимной обусловленности в разработке материалов, конструкций и технологий связано с композитными материалами (КМ), находящими все более широкое распространение в различных областях техники. Композитные материалы по праву считаются материалами XXI века - они обладают высочайшими физико-механическими характеристиками при низкой плотности - они крепче стали и легче алюминиевых сплавов. Композитные материалы представляют собой многосложные гетерогенные (разнородные) структуры, образованные комбинацией армирующих элементов и изотропного связующего. Армирующие элементы в виде тонких волокон, нитей, жгутов или тканей обеспечивают физико-механические характеристики материала, в частности, высокую прочность и жесткость в направлении ориентации волокон, а связующее, или матрица, обеспечивает его монолитность. Современные композитные материалы обладают удельной прочностью и жесткостью в направлении армирования, в 4-5 раз и более превышающей удельную прочность и удельную жесткость стали, алюминиевых и титановых сплавов. Прочность конструкции, определяется предельным уровнем напряжений, возникающих в материале в момент разрушения, являющихся следствием действующих внешних нагрузок. Жесткость (или модуль упругости) - характеристика материала, определяющая перемещение конструкции под действием внешних нагрузок. Жесткость напрямую связана с явлением потери устойчивости конструкции, когда в ней развиваются большие перемещения и часто, как следствие, высокий уровень напряжений. Это явление, обычно приводит к разрушению или, как говорят механики, к исчерпанию несущей способности конструкции. Удельная прочность и удельная жесткость - есть отношение предельных напряжений и модуля упругости соответственно к плотности материала. Чем выше удельные характеристики материала, тем легче или прочнее конструкция и тем выше порог ее потери устойчивости. В качестве армирующих материалов используются высокопрочные стеклянные, углеродные, органические, борные волокна, металлические проволоки, нитевидные кристаллы и др. Армирующие компоненты в композитах применяются в виде моноволокон, нитей, проволок, жгутов, сеток, тканей и др. Матрица является важным элементом, она обеспечивает монолитность КМ, фиксирует форму изделия и взаимное расположение армирующих волокон. Материал матрицы определяет в значительной степени метод изготовления изделий, уровень рабочих температур композита, химическую стойкость, характер изменения свойств при воздействии атмосферного и других факторов. В качестве матрицы используются отвержденные эпоксидные, полиэфирные и некоторые другие термореактивные смолы, металлы, а также полимерные термопластичные материалы. В волокнистых композитах высокопрочные волокна воспринимают напряжения, возникающие в конструкции при действии внешних нагрузок, и обеспечивают жесткость и прочность композиции в направлении армирования. Направленный характер свойств KM - важнейшее достоинство. Можно создавать из КМ элементы конструкций с заранее заданными свойствами, наиболее полно отвечающие характеру и условиям работы. Многообразие волокон и матричных материалов, а также схем армирования, используемых при создании композитов, позволяют направленно регулировать прочность, жесткость, уровень рабочих температур, химическую стойкость и другие свойства. В результате совмещения армирующих элементов и матрицы образуется комплекс свойств композита, не только определяемый исходными характеристики его компонентов, но и включающий свойства, которыми изолированные компоненты не обладают. КМ позволяют использовать новые принципы проектирования и изготовления изделий, основанные на том, что материал и изделие создаются одновременно в рамках одного и того же технологического процесса. Эффективность применения композитных материалов в различных конструкциях определяется степенью совершенства методов расчета и проектирования и технологией изготовления изделий. Характерной особенностью рассматриваемых материалов, отличающих их от традиционных металлических сплавов, является то, что они, как правило, образуются одновременно с изготовлением конструкции. При этом их механические характеристики, обуславливаемые схемой расположения волокон, могут изменяться в широких пределах, что позволяет получать конструкции с направленной анизотропией физико-механических свойств, соответствующих спектру действующих нагрузок. Таким образом, изготовление конструкций из композитных материалов предусматривает, кроме создания геометрических форм, определение рациональной структуры материала, т.е. числа и порядка чередования слоев, углов ориентации и вида армирующих элементов, их относительного содержания в композиции и других параметров. При этом эффективность в значительной степени зависит от степени соответствия формы, назначения и условий эксплуатации изделия возможностям композитных материалов, а также технологическим возможностям реализации проекта. Спектр имеющихся технологических процессов изготовления изделий различной формы определяет спектр конструкций и изделий, которые могут быть изготовлены. Технологический процесс требует применения специальных станков, оборудования, оснастки и приспособлений. Таким образом, современные композиты обладают широким комплексом свойств, открывающих при соответствующем развитии практически неограниченные возможности как для совершенствования существующих конструкций самого различного назначения, так и для разработки новых конструкций и технологических процессов. Однако следует заметить, что полный цикл создания изделий из КМ требует от специалистов знаний, опыта и навыков в направлениях науки и техники, кажущихся на первый взгляд не связанными друг с другом. Это материаловедение, технология переработки неметаллических материалов, математика, механика деформируемых тел, общие и специальные вопросы технологии, создание и эксплуатация различного оборудования - от технологического до испытательного. Задача организации высшего образования и подготовки таких специалистов с широким спектром знаний для отраслей промышленности, создающих изделия из КМ, успешно решена в Российском государственном технологическом университете (МВТУ) им. К.Э. Циолковского совместно с ведущими предприятиями страны и в первую очередь с ОАО Центральным научно-исследовательским институтом специального машиностроения (ЦНИИСМ). Подготовка таких специалистов осуществляется уже в течение 25 лет, и это обстоятельство позволяет констатировать мировой приоритет российских ученых и инженеров, создающих изделия из КМ. Настоящая статья отражает опыт работы в этой области Центрального научно-исследовательского института специального машиностроения (ЦНИИСМ), бывшего в течение нескольких десятилетий центром композитных технологий оборонной промышленности СССР и активно продолжающего эту деятельность в качестве акционерного общества в современной России. Композитные сосуды и баллоны Композитные баллоны и резервуары, изготовленные методом непрерывной намотки и предназначенные для хранения и транспортировки газов и жидкостей, обеспечивают по сравнению со стальными прототипами снижение массы в 2-3 раза, повышение коррозионной стойкости, долговечности и взрывобезопасности. Баллоны цилиндрической, сферической и близкой к эллиптической форм состоят из силовой оболочки, изготавливаемой из эпоксидных стекло-, ор-гано- и углепластиков, герметизирующего внутреннего лейнера, который изготавливается из металлов или полимерных материалов методом эксперузии с раздувом или ротационным формованием и алюминиевых, стальных или титановых фланцев. Цилиндрические баллоны имеют диаметр от 100 до 2500 мм и практически неограниченную длину (в секционном варианте) и рассчитаны на эксплуатационное давление до 50 МПа. В ЦНИИСМ изготавливаются многослойные композитные контейнеры для безопасного хранения и транспортировки взрывчатых веществ. Сетчатые конструкции Разработанные в 80-х гг. и находящиеся в производстве уже около 15 лет сетчатые композитные конструкции позволяют удачно сочетать высокую удельную прочность и жесткость однонаправленных композитов с соответствующими конструктивно-технологическими концепциями и методами, обеспечивающими эффективную реализацию характеристик материала в конструкции. Сетчатая конструкция представляет собой, как правило, цилиндрическую или коническую оболочку, состоящую из системы спиральных и кольцевых ребер, которые изготавливаются методом автоматической непрерывной намотки. Оптимальная сетчатая конструкция не имеет обшивки, однако по конструктивным соображениям оболочка может быть изготовлена с односторонней или двухсторонней обшивкой. Сегодня отработано производство сетчатых конструкций диаметром 4 м и длиной до 8 м на погонную (приходящуюся на единицу длины контура сечения) осевую сжимающую нагрузку до 600 Кн/м. Масса 1 м2 поверхности реальных конструкций (с учетом наружной обшивки, узлов соединений, вырезов и т.п.) из углепластика составляет 3 - 6 кг. Высокая весовая и экономическая эффективность сетчатых конструкций позволяет использовать их в качестве переходных отсеков, несущих баков и обтекателей космических носителей, секций фюзеляжа самолетов и вертолетов, мачт и башен различного назначения. Композиты с углеродной матрицей Композиты на основе углеродных волокон и карбонизованной матрицы обладают уникальной теплостойкостью и позволяют создавать элементы конструкций, работающие при температурах, превышающих 3000°С. Традиционные газофазные и жидкофазные методы получения углерод-углеродных материалов обладают высокой трудоемкостью и не позволяют получать материалы с плотностью до 1,8 г/см3 (при плотности углерода до 2,3 г/см3). Уплотнение углеродных композитов (до плотности 1,9-2,0 г/см3) осуществляется с помощью разработанного метода изостатической пропитки, позволяющего повысить производительность процесса (в 3-5 раз) и улучшить качество получаемого материала. В ЦНИИСМ осуществляется производство тонкостенных (толщиной до 2 мм при максимальном размере до 1800 мм) оболочек, элементов тормозов для высокоскоростного транспорта и различных деталей из углерод-углеродных материалов для аэрокосмической техники. Углерод-углеродные нагревательные элементы для термопечей различного назначения значительно (в 25 и более раз) превосходят по прочности традиционные графитовые нагреватели. Углерод-углеродные материалы с низкой плотностью (до 0,2 г/см3), термической устойчивостью до 3000°С и теплопроводностью до 0,4 Вт/м"К позволяют снизить тепловые потери электропечей в 2-5 раз по сравнению с печами, оснащенными экранной теплоизоляцией на основе тугоплавких металлов. Адаптивные композитные элементы конструкций Обладая управляемой анизотропией свойств и прогнозируемым эффектом связанности мембранных, изгибных и крутильных деформаций, композиты являются перспективными материалами для изготовления так называемых адаптивных элементов, разрабатываемых в трех основных направлениях: пассивные адаптивные элементы проектируются и изготавливаются так, что при воздействии одной нагрузки или простой комбинации нагрузок они демонстрируют заданную и достаточно сложную систему перемещений. Например, исполнительный элемент манипулятора, изготовленный методом намотки в виде тонкостенного цилиндрического стержня при подаче внутреннего давления растягивается, изгибается в двух плоскостях и закручивается так, что его конец описывает заданную траекторию в пространстве; активные адаптивные элементы деформируются заданным образом в результате электрического воздействия за счет температурной деформации или пьезоэффекта. Например, плоская сетчатая панель крыла самолета, изготовленная с использованием токопроводящих волокон, при подаче электрического сигнала приобретает заданную кривизну, что позволяет обеспечивать оптимальную аэродинамику крыла на различных режимах полета; адаптивная технология композитов, основанная на решении обратных задач механики армированных сред, позволяет существенно расширить возможность традиционных технологических процессов. Например, метод намотки налагает ограничения как на форму изделия, так и на траектории армирования, не позволяющие изготавливать элемент сложной формы. Такие элементы оказывается возможным получать из заготовок, образованных методом намотки, в результате дополнительного воздействия на них в процессе отвердения связующего.
Ответов - 10
milstar: Композиционные материалы: легкие, прочные и термостойкие. Почти половина планера современного самолёта делается из них. В Обнинском предприятии "Технологии" разрабатываются композиционные изделия для авиации, космоса и даже железнодорожного транспорта. Воздушный хищник "Беркут" - истребитель с крылом обратной стреловидности - доказал: крыло для суперперегрузок не может быть сделано из металла. Только из углепластика. Этот композиционный материал для Су-47 был разработан и произведён на Обнинском научно-производственном предприятии "Технология". "Мы сейчас изготавливаем агрегаты из углепластиков для нового самолёта-истребителя И-21. Это практически уникальный опыт, потому что мы почти что без разработки начали их сразу изготавливать", - говорит Владимир Викулин, генеральный директор "ОНПП Технология". Большой опыт работы с композитами позволил "Технологии" начать производство нового авиационного изделия без отработки на натурных агрегатах. Здесь делают: углепластиковые обтекатели для ракет-носителей "Протон", "Рокот" и "Ангара" и для ракетных комплексов С-300 и С-400, тепловые панели для самых современных спутников, детали и блоки для военных и гражданских самолётов. "Сейчас ставится задача по созданию нового пассажирского самолёта ближне-среднемагистрального, так называемого БСМС, самолёта МС-21, где предполагается широкое использование углепластиков", - сообщает Викулин. Композиты в шесть раз дороже металла и сложны в производстве. Но они легкие, прочные и термостойкие. В авиации из них можно делать крупноразмерные цельные детали. При серийном производстве выигрыш в цене покрывает все начальные расходы. Конструктивные преимущества доказательств не требуют. "Темпы повышения характеристик композитов – они просто на порядок опережают металлические материалы", - подчеркивает Алексей Фёдоров, президент ОАО "Объединённая авиастроительная корпорация". Почти половина планера современного самолёта делается из композитов. Чтобы конкурировать с западными самолётостроителями, новые неметаллические материалы российского производства должны быть сделаны на основе нанотехнологий. В Обнинске их освоили ещё в прошлом веке и продолжают совершенствовать. "Мы планируем уже в этом году представить композиционные материалы, в которых будут использованы нанодобавки, провести их сертификацию и предложить их реальное внедрение в реальные конструкции", - заверяет Николай Выморков, главный технолог НПК "Композит" ФГУП "ОНПП Технология". Применение нанодобавок и частиц на 20-30% повышает прочность и упругость материалов, электропроводные характеристики и однородность композитов. "Мы считаем нашей приоритетной задачей – эти разработки должны внедряться не через 3-5 лет, а сегодня", - указывает Выморков. Причина запрета на посадку для многих российских самолётов в зарубежных аэропортах – высокая шумность. Двигатели всех новых самолётов, в том числе МС-21, будут оснащены звукопоглощающими панелями. Сейчас в Обнинске разрабатывают их для двигателей Sukhoi Superjet 100. Пока, правда, из импортных материалов. Но технология собственная. Система лазерного проектирования – одна из новых методик в производстве звукопоглощающих панелей. Производительность и точность выросли в разы. "Мы недавно завершили уникальную разработку. Это на откидной части фонаря истребителя мы создали технологию нанесения наноразмерных покрытий. Это вот несколько слоёв. Общая толщина - примерно 90 нанометров, каждый примерно 10-20 нанометров. Сочетание этих слоев позволяет на 50% снизить тепловое излучение от солнца. Вот, например, для индусов, куда мы поставляем МиГ-29, это очень актуально", - отмечает Владимир Викулин. Частицы золота, индия-олова и других металлов распыляются в вакууме в магнетронной установке. Стекло остаётся прозрачным, приобретает антибликовые свойства, уменьшает радиозаметность самолёта. Пилот при этом защищён не только от тепла и света, но и от электромагнитного излучения. "С 2008 года наше предприятие серийно наносит многофункциональное покрытие на МиГ-29К, Су-30, Су-34 и Су-35", - информирует Валерий Темных, директор опытного завода, заместитель генерального директора ФГУП "ОНПП Технология". У обнинской "Технологии" - триста партнёров-смежников и более тысячи поставщиков. Сейчас предприятие готовится к вхождению в холдинг "Композитные материалы" госкорпорации "Ростехнологии". На этой неделе "Ростехнологии" и Объединённая авиастроительная корпорация подписали соглашение о сотрудничестве. "У нас самый прямой интерес. Потому что пятьдесят, а иногда и больше процентов себестоимости готового самолёта составляют комплектующие изделия. Большая часть поставщиков этих изделий вошла в "Ростехнологии", - поясняет Алексей Фёдоров, президент ОАО "Объединённая авиастроительная корпорация". "Основная цель нашего соглашения – это снижение издержек. Это целая большая программа. Как быстро эта программа будет реализована? Ну, я надеюсь, что в течение года. Мы делаем все, что надо", - вторит ему Сергей Чемезов, генеральный директор ГК "Ростехнологии". Цель кооперации – не только цена и качество, но и количество комплектующих для авиапрома. Производство гражданских и военных самолётов медленно, но растёт. А значит, российское самолётостроение - на взлёте! http://www.advtech.ru/technologiya/ www.vesti.ru/doc.html?id=262516
milstar: Твердотопливные ракеты стали «пластиковыми» почти целиком – из композитов уже давно изготавливают корпуса двигателей, причем в космосе стеклопластик появился на третьей ступени первых американских ракет-носителей «Тор-Эйбл» и «Авангард» в конце 50-х. Хотя «Авангард-1» был запущен ракетой с металлической третьей ступенью, последний спутник этой серии полетел уже на стеклопластиковом двигателе. Чтобы получить максимальный выигрыш от замены металла композитом, корпус двигателя делают одной неразъемной конструкцией, которая за очевидное сходство с продукцией гусениц шелкопряда была названа «коконом». Для намотки «кокона» используются специальные крупногабаритные станки, причем прямо в процессе намотки кокон пропитывается смолами, которые полимеризуются в специальных автоклавах. Кроме стеклопластика используются и углепластики, и даже органопластики (кевлар и др.). -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Если говорить о жидкостных ракетах, то пока дело ограничивается межбаковыми отсеками – например, на ракете Falcon-1 переходник между ступенями сделан из углепластика. И в Америке, и у нас разработчики пытаются построить из углепластика баки для горючего и для окислителя, но задача пока не решена – из-за этого, например, был закрыт проект одноступенчатого многоразового носителя Х-33. Ключевым местом конструкции должен был стать композитный бак для жидкого водорода, но оказалось, что под воздействием криотемператур композит растрескивался. Тем не менее попытки будут продолжаться, потому что выигрыш может составить не менее 25% массы конструкции, даже с учетом увеличения толщины. Матрица В этом направлении больших успехов добилось Обнинское ПО технологии. Расположение слоев ткани при плетении в особых направлениях обеспечивает работоспособность материала при колебаниях температур от –196 до +2700С, причем деталь совершенно не коробится – материал подбирается так, что попеременно работают то одни слои, то другие, то третьи, расширяясь в разные стороны. В местах с максимальными температурами применяются углерод-углеродные композиционные материалы (УУКМ). Они фактически незаменимы во вкладышах критического сечения сопел твердотопливных двигателей, входных «воротниках», раструбах сопел. Нос «Шаттла» и кромки его крыльев тоже прикрывают УУКМ. Существует много технологий получения УУКМ. В общем виде материал представляет собой каркас из углеродных волокон, промежутки между которыми тоже заполнены углеродным материалом, «матрицей». Матрицу получают разложением подходящих органических веществ, жидких или газообразных, прямо в объеме каркаса, при помощи специальных печей; каркас получают методом плетения или сборки и последующего отжига углепластиковых стержней. Губка из вольфрама Разрабатываются неметаллические композиционные материалы и для ЖРД. Например, замена металлического соплового насадка двигателя разгонного блока ДМ-SL, используемого в составе РН «Зенит-3SL» комплекса «Морской старт», позволила сэкономить около 10 кг массы самого ЖРД да еще повысить удельный импульс тяги на 8–10 с (1 с удельного импульса тяги – это 20 кг полезного груза на геостационарной орбите!). Впервые насадок из УУКМ был использован при запуске 10 июня 2003 года. Разгонные блоки работают в вакууме, а струя газов самого двигателя содержит избыток горючего. Задача защиты от окисления УУКМ раньше не ставилась, но теперь наши ведущие КБ пытаются использовать композитные сопла и для ЖРД нижних ступеней (в частности, в рамках программы «Союз-3»). В атмосферном воздухе углерод может загореться, но уже разработаны и готовы к внедрению технологии защиты УУКМ карбидом кремния. Новые металлизированные виды топлива могут потребовать повышения температуры в критическом сечении сопла до 40000С, так что традиционные УУКМ уже не справятся. Чтобы «облегчить им жизнь» в таких условиях, нужно частично заменить матрицу на тугоплавкие соединения типа карбида гафния или карбида тантала. Это позволит добиться эффекта, который был ранее достигнут в известном сплаве ВМДФ (пористый вольфрам, пропитанный медью): температура повышается, медь испаряется, уносит часть тепла и тем самым защищает вольфрам на время эксплуатации. Микродвигатели Композиты из карбида кремния позволят совершить революцию в строительстве микро-ЖРД, необходимых для ориентации космических аппаратов и коррекции их траекторий. Нынешние двигатели чаще всего однокомпонентные, работающие на разложении гидразина, вытеснительная подача которого в камеру сгорания требует тяжелых баков и большого количества вытесняющего газа. Керамо-матричные композиты с каркасом из волокон карбида кремния и матрицей из такого же карбида кремния позволят к 2010 году либо чуть позже создать материал, из которого можно изготовить колесо ротора турбины вместе с лопатками для турбонасосного агрегата такого микро-ЖРД. Условия достаточно жесткие – 10 000 об/мин, температура свыше 17000С. Ни один металлический материал в таких условиях работать не может. Но это еще не все – крутиться ротор этой турбины будет в композитных же подшипниках скольжения! Дело в том, что традиционные подшипники качения требуют смазки, но ни одна смазка не сможет работать в столь жестких условиях долгое время – либо испарится, либо выгорит. Сейчас есть уже два класса материалов – один на основе углепластика, другой – углерод-углерода; они могут применяться для изготовления вкладышей подшипников скольжения, которые полностью заменят подшипники качения. Углерод-углеродный вариант работает при температурах до 4500С, а углерод-карбидный – до 20000С. Еще одно достоинство таких материалов состоит в том, что они могут работать в агрессивных средах. Переход на турбонасосную подачу и высокоэнергетическое топливо позволит улучшить экономичность микро-ЖРД и весовое совершенство космических аппаратов. С 2002 года в этой области действует программа, утвержденная, курируемая и финансируемая Роскосмосом. Еще одна перспективная технология – металло-композитные материалы, которые можно применить в составе микро-ЖРД: это многослойные композиции, полученные методом послойного вакуумного напыления. Например, микрокамера из молибдена и ниобия. Молибден – прочный, термостойкий, но очень хрупкий материал, ниобий – также термостойкий, не очень прочный, но весьма пластичный материал. Набирая от 16 до 18 слоев толщиной 15–20 микрон каждый, мы получаем композицию, которая работает при весьма высоких температурах, порядка 2100–22000С, и обеспечивает высокие массовые характеристики. Этот металлический КМ может рассматриваться как альтернатива материалам типа SiC-SiC, поскольку он дешевле и в ряде случаев перспективнее. Расскажем и о композитах с металлической матрицей. По сравнению с традиционными титановыми или алюминиевыми сплавами удельная жесткость композита «бор–алюминий» выросла в три раза (правда, при увеличении цены примерно в десять раз). Тем не менее этот материал чрезвычайно перспективен для ферменных конструкций КА, там, где толщина, а следовательно, и масса конструкции определяются не прочностью, а устойчивостью. Уже сейчас такой композит серийно используется в разгонных блоках «Фрегат» НПО Лавочкина и DM-SL РКК «Энергия». Конечно, трудно себе представить «ракету», состоящую практически полностью из неметаллических материалов. Тем не менее будущее за ними. На смену крылатым металлам приходят крылатые неметаллы. Автор: Игорь Афанасьев Андрей Суворов
milstar: Частицы золота, индия-олова и других металлов распыляются в вакууме в магнетронной установке. Стекло остаётся прозрачным, приобретает антибликовые свойства, уменьшает радиозаметность самолёта. Пилот при этом защищён не только от тепла и света, но и от электромагнитного излучения. «С 2008 года наше предприятие серийно наносит многофункциональное покрытие на МиГ-29К, Су-30, Су-34 и Су-35», - информирует Валерий Темных, директор опытного завода, заместитель генерального директора ФГУП «ОНПП Технология».
milstar: Господство композитов Львиная доля современных шлемов производится из композитных материалов - органопластика на основе арамидных волокон и в меньшей степени высокомолекулярных полиэтиленовых волокон. А первые шлемы из этих материалов появились почти 30 лет назад. - Первый тканевый бронешлем PASGT был изготовлен из кевла- ра-29 и принят на вооружение в армии США в 1982 году, - напомнил участникам конференции главный конструктор средств индивидуальной защиты НИИ стали Александр Егоров. - Его минимальная масса составляла 1,4 кг. Он имел чисто противоосколочную защиту со скоростями поражающих элементов, соответствующей нашим характеристикам в 570–580 м/с. Выпуск этого шлема был массовым, шлем состоял на вооружении не только армии США, но и НАТО в целом. В 1996 году началась разработка шлема по программе SEP. Основная задача, которая стояла перед разработчиками, - кардинально, а именно - на 25%, снизить массу бронешлема, Достичь этого пытались за счет модификации кевла- ра-29. Снизить массу удалось не на четверть, а всего на 10%, на 150–200 г. На рубеже веков новый шлем американцы приняли на снабжение. Следующий шлем, масса которого не превышает 1.300 г, был разработан в США по программе MICH и принят на снабжение американской армии в 2007 г. В этом случае снижение массы было достигнуто за счет уменьшения геометрии шлема и соответственно площади защиты. С тех пор таких шлемов выпущено 880 тысяч. Сейчас это основной боевой шлем в армии США. Бронешлемы разрабатывались не только в Соединенных Штатах. Соответствующие программы действовали и во Франции, Великобритании, Германии, Франции, Израиле. В частности, англичанами разработан шлем по программе MACH. Специальные модификации предназначены соответственно для сухопутных войск, морской пехоты и воздушно-десантных войск, а также для вертолетчиков, танкистов и операторов боевых машин. Однако существенной разницы в защитных характеристиках между шлемами первого поколения, разработанными в США, и современными шлемами западных стран достичь не удалось. Если 20 лет назад шлем защищал от поражающего элемента, летящего со скоростью 500 м/с, то новый шлем защищает от такого же по массе условного поражающего элемента, летящего лишь на 50 м/с быстрее. Если говорить о линейке бронешлемов из композитных материалов, поставленных в Российскую армию в 2000–2008 годах, то первым из них стал шлем 6Б7 массой 1.500 г, осколочная стойкость которого на тот момент немного уступала американскому шлему. Однако десятилетняя эволюция бронешлемов из композитных материалов российского производства свидетельствует о гораздо более существенных достижениях наших ученых, конструкторов и инженеров. Только за пять лет они сумели на 25% улучшить их защитные характеристики. В прошлом году заказчик предъявил еще более высокие требования к шлемам. И выбрал за базу единого общевойскового шлема изделие 6Б27М, которое было разработано в 2008 году. Отныне в общевойсковом шлеме должна обеспечиваться установка радиогарнитуры, он должен быть не тяжелее 1.100 г и обладать противоосколочной стойкостью 670–690 м/с. При этом площадь защиты должна оставаться не менее 12 дм. Кстати, эта площадь у шлемов западных производителей понемногу снижается - до 10– 11 дм. Например, во французском шлеме, разработанном по программе FЕLIN, гораздо больше открыта височная часть, чем шлемов «Армокома». Особую гордость нашей промышленности составляет новый керамический шлем для бойцов специального назначения, разработанный «Армокомом». «Вулкан» против лавы осколков и пуль Этот шлем для нашего спецназа массой 4,5 кг - самого высокого в мире класса защиты. Его в полном снаряжении нельзя пробить даже из длинноствольного огнестрельного оружия. Он изготовлен из карбидной керамики (на сегодняшний день она самая легкая из всех керамик, выпускаемых в России) в сочетании со сверхпрочным композитным органопластиком. Пуля, попадая в защитную структуру шлема, разбивается о твердую керамику и вязнет, как пчела в сиропе, в высокоэнергоемком, высокопрочном органопластике. Испытания проводились отечественным штатным оружием. Впрочем, этого вполне достаточно, поскольку, во-первых, надежность нашего автоматического оружия привела к тому, что и террористы выбирают чаще всего именно его. Так что вероятность того, что при проведении контртеррористических операций нашим антитеррористическим подразделениям придется столкнуться именно с АКМ или АК-74, очень высока. Во-вторых, существуют специальные классификационные таблицы соотношения мощности отечественного и зарубежного огнестрельного оружия. Так что нет необходимости испытывать наши средства индивидуальной защиты с использованием всего зарубежного огнестрельного арсенала. Медико-биологические испытания керамический шлем уже прошел, и на всем длинноствольном огнестрельном оружии, кроме снайперской винтовки, получены удовлетворительные результаты. Что касается последней, то энергия выстрела из нее составляет 3,4 тыс. джоулей, в то время как из автомата Калашникова - около 2,5 тыс. джоулей, поэтому, хоть пуля снайпера шлем и не пробивает, исключить при этом травму головы нельзя. Эту задачу еще предстоит решить специалистам «Армокома». Тем временем заказчик снова повысил требования к бронешлему для спецназа антитеррористических подразделений, который действует в быстротечном бою. Масса такого шлема в обозримом будущем не должна превышать 4 кг. Если «Армоком» справится с этой задачей, наша страна в очередной раз засвидетельствует миру свое лидерство в области конструирования и производства индивидуальных средств бронезащиты. При этом почивать на лаврах нельзя. Как отметил, выступая на конференции, генеральный директор - главный конструктор Центрального НИИ специального машиностроения Вячеслав Барынин, техника не стоит на месте: появляются новые виды оружия, что требует разработки новых методов, материалов и средств защиты. - Выработка новых направлений по защите человека и техники от средств поражения требует больших научных и капитальных затрат, - подчеркнул Вячеслав Александрович. - Поэтому обмен мнениями на конференции позволит определить те направления, по которым необходимо двигаться в разработке как материалов, так и самих конструкций защиты. В свою очередь, президент Российской академии ракетных и артиллерийских наук Виталий Панов отметил корректировку подхода к изготовлению средств индивидуальной бронезащиты за рубежом: - Сегодня в ведущих странах мира - США, Франции, Германии, Великобритании - решаются задачи создания комплексной защиты всего тела человека, то есть намечается переход от бронежилета и бронешлема к костюмам, которые обеспечивали бы защиту не только от пуль и осколков, но и от иных поражающих факторов. И, с другой стороны, учитывали бы весь комплекс эргономических требований, то есть позволяли бы облаченному в такой костюм воину выполнять задачи по предназначению продолжительное время, а также помогали бы в процессе восстановления работоспособности при различного рода поражениях или снижении физиологических возможностей человека. Наконец, необходимо сочетать эти разработки с углубленными медико-биологическими исследованиями. Известно, что при поражении баллистического характера превалирующим является не прямой удар, а контузионное действие. Вот это травматическое действие нуждается в изучении, ведь именно оптимальное сочетание учета возможностей организма и перспектив создания новых бронематериалов и конструкций из них позволяет отыскать наилучшие решения в сфере создания средств индивидуальной бронезащиты. http://www.redstar.ru/2010/09/29_09/3_04.html
milstar: http://enpub.fulton.asu.edu/cement/papers/ASCE_Aerospace_FAA.pdf ZYLON is a new high-performance fiber developed by TOYOBO. ZYLON consists of rigid-rod chain molecules of poly(p-phenylene-2,6-benzobisoxazole)(PBO). [BR]http://www.toyobo.co.jp/e/seihin/kc/pbo/menu/fra_menu_en.htm FAQ about Zylon dlja ballisticheskix applikazij ( lichnaja bronezilet) [BR]http://www.toyobo.co.jp/e/seihin/kc/pbo/menu/fra_menu_en.htm http://www.toyobo.co.jp/e/seihin/kc/pbo/menu/fra_menu_en.htm
milstar: http://ntrs.nasa.gov/search.jsp?No=10&Ntt=%28aramid+fibers%29&Ntk=all&Ntx=mode+matchall&N=0&Ns=HarvestDate%7c1&as=false
milstar: The global demand on carbon fiber composites was estimated at roughly US$10.8 billion in 2009, an 8-10% decline from the previous year. Positive growth is projected thanks to the strong signals of recovery in both the U.S. and Germany. The market will reach US$13.2 billion by 2012 and to increase to US$18.6 billion by 2015 in the forecast, http://www.acmite.com/market-reports/materials/world-carbon-fiber-composite-market.html
milstar: Броня из настоящего и будущего Автор Александр ТИХОНОВ, «Красная звезда». 14.11.2013 21:11 размер шрифта уменьшить размер шрифта увеличить размер шрифта Печать Эл. почта Станьте первым комментатором! Оцените материал 1 2 3 4 5 (2 голосов) Броня из настоящего и будущего Начиная с 2005 года «Красная звезда» неоднократно рассказывала об уникальных средствах индивидуальной защиты, созданных специалистами Центра высокопрочных материалов «Армоком» Центрального НИИ спецмашиностроения: о шлемах и бронежилетах из дискретно-тканевой и органо-керамической брони, принятых на снабжение в Министерстве обороны и ФСБ России, о противопорезном и маскировочном костюмах (последний обладает оптико-визуальной и радиолокационной защитой)... Учёным и конструкторам этого научно-производственного коллектива удаётся удерживать лидирующие позиции в своей сфере деятельности благодаря созданию особых материалов с потрясающими защитными свойствами. Приступят ли в центре «Армоком» к использованию нанотехнологий, которые сегодня, что называется, на слуху, в производстве средств индивидуальной защиты? Возможно ли вообще их эффективное применение в данной области? На эти и другие вопросы корреспондента «Красной звезды» отвечает генеральный директор Центра высокопрочных материалов «Армоком» лауреат Государственной премии СССР и премии Правительства РФ доктор технических наук профессор Евгений ХАРЧЕНКО. - Евгений Фёдорович, для начала помогите определиться в понятиях. Что такое наноматериалы и нанотехнологии, о которых в последнее время так много говорят? - Под нановеществами обычно подразумевают мелкие частицы, размер которых меньше 0,1 микрона (микрон - это 0,001 миллиметра), то есть не превышает 100 нанометров. В самом простом представлении это мелко истёртый порошок. К примеру, многие краски являются нановеществами, поскольку пигменты в них измельчены до очень маленьких размеров. Однако самые распространённые наночастицы, которые специально выращивают в газовой среде, - это углеродные нанотрубки. Такое название они получили потому, что у этих мелких частиц длина в несколько раз больше диаметра. Хотя по форме они могут представлять собой и волокна. Углеродные нанотрубки в мире применяются широко, информации об этом достаточно... - А вы пробовали использовать нановещества для изготовления средств индивидуальной защиты? - Основа всей бронежилетной экипировки - арамидное волокно. Его диаметр - порядка 12 микрон, что составляет 1/6 диаметра человеческого волоса. За счёт малого диаметра и особого строения своих молекул оно обладает очень высокой прочностью и лёгкостью. Сегодня обычное арамидное волокно сечением 1 мм2 способно выдержать нагрузку 500 кг. - Вы имеете в виду продольное напряжение? - Да. В поперечном направлении это волокно не так хорошо держит нагрузку на растяжение, как в продольном, и если его завязать в узел, то прочность уменьшится наполовину. Тем не менее четверть тонны оно удержит, что, согласитесь, тоже немало. Из этих волокон делают нити, из нитей - ткани, из тканей формуют шлемы и бронежилеты. - Такова только российская технология или точно так же делают индивидуальные средства защиты и за границей? - Этой технологией владеют не во всех странах. Но там, где есть эта технология, она мало чем отличается от нашей. Правда, конечный продукт по своим характеристикам всюду разный... - Можно ли этот продукт улучшить за счёт использования наноматериалов? - В Мытищах на «Научно-производственном предприятии «Термостойкий текстиль», которым руководит Игорь Владимирович Тихонов и которое производит арамидные волокна, несколько лет назад мы попытались соединить углеродные нанотрубки с арамидным волокном. Волокно представляет собой совокупность очень мелких фибрилл, или пачек макромолекул. Между фибриллами нет химических связей, потому что все молекулярные цепи идут вдоль оси волокна, поэтому у него нет и большой поперечной прочности. Так вот, на стадии формования волокон мы попробовали ввести в них наночастицы, предположив, что эти частицы, как бы кирпичиками скрепив продольные фибриллы, улучшат свойства волокон, обеспечив поперечную прочность. Пуля ведь бьёт поперёк волокон. - Гипотеза подтвердилась? - В результате на образцах мы получили 20-процентное увеличение прочности и где-то на четверть увеличение модуля упругости, то есть жёсткости, которая не даёт волокну растягиваться (способность волокна растягиваться, но при этом выдерживать большую нагрузку, называется прочностью. - Авт.). Таким образом, мы убедились в главном: в этом направлении есть большие возможности, но оно крайне сложное технологически. Ведь нужно с предельной чёткостью выбрать размеры нанодобавок, очень точную их концентрацию, стадию ввода в волокно в процессе его формования… На этом в практическом плане мы дело приостановили и положили полученные результаты себе в резерв, теперь чётко представляя наличие такого метода. - Как может повлиять на характеристики индивидуальных средств защиты использование арамидных волокон, укреплённых наночастицами? - Чем прочнее элементарная ячейка средства защиты, то есть волокно (а в одном бронежилете - миллионы волокон), тем больше шансов получить лучшие защитные свойства. Бронежилет при сохранении того же класса защиты можно будет сделать более тонким и лёгким. Или при сохранении массы и размеров повысить уровень защиты. - Почему же результаты своих исследований вы отложили про запас? - Как я уже сказал, создать на их основе усовершенствованные материалы очень сложно технологически. Для этого требуются большие трудозатраты и средства. Технологии массового получения нановолокон, диаметр которых в сотни раз меньше, чем у арамидных полимеров, пока нет. Существующая же технология, которая используется в опытном производстве, очень дорогая. Вообще, в прикладной науке бывает так, что какие-то новаторские идеи целесообразно (или приходится) оставлять на потом. Что же касается фундаментальных исследований, то наш центр «Армоком» всё-таки не Академия наук. - Поскольку вы с коллегами установили, что наноматериалы способны усилить защитные свойства бронежилетов и шлемов, то разве правильно будет откладывать применение этих материалов для защиты жизни наших солдат и офицеров? А если завтра война, если завтра в поход? - У нас по сей день больше половины армии носит стальные каски образца 1968 года! Всё стоит денег... Недавно мы начали массово поставлять Министерству обороны шлемы 6Б7-1М из новых материалов. Они были созданы по заданию ГРАУ Минобороны РФ, когда им руководили генералы Николай Свертилов и начальник управления Борис Ручкин. Мы производим эти шлемы из арамидных композитных материалов. Если бы мы начали делать их с использованием нановеществ, они стали бы в два раза дороже, хотя при этом, возможно, процентов на 20 легче. Впрочем, для этого сначала надо полностью доработать технологию. Пока мы только показали принципиальную возможность улучшения защитных свойств арамидной брони за счёт использования нановеществ. Необходимы фундаментальные исследования в этой сфере. - Получается, у локомотива отечественного производства средств индивидуальной защиты - центра «Армоком» сейчас вынужденная остановка? - Нет, мы не стоим на месте и продолжаем совершенствовать индивидуальные средства защиты для наших бойцов. Мы разработали новый шлем для экипировки бойца по программе «Ратник» и новый защитный комплект для экипажей боевых машин. По сравнению со шлемом 6Б7-1М этот шлем легче почти на треть, он весит всего 1 кг. При этом обладает тем же уровнем защитных свойств, что и его предшественник. Снижение массы шлема без потери в классе защиты очень важно для солдата, поскольку на шлеме должны размещаться приборы ночного видения, средства радиосвязи и т.д. Предварительные испытания нового шлема успешно завершены, сейчас идут государственные испытания, и, надеюсь, в следующем году армия его получит в составе комплекта экипировки «Ратник». - Как я понимаю, вес шлема вам удалось снизить без применения нанотехнологий? - Да, мы использовали в данном случае возможности волоконно-композитной технологии и конструктивных технологий нашего предприятия по изготовлению изделий. 24-15-11-13- А не получится ли так, что вы отложите тему нанотехнологий в индивидуальных средствах защиты на перспективу, а в других передовых в техническом и технологическом отношении странах, например в США, в это направление вложат огромные деньги, и в результате России, как это не раз случалось в истории, опять придётся догонять? - Это если у американцев что-то получится. А если нет? Представляете, на каком уровне - почти на молекулярном (!) - надо улучшить материал, который и так имеет достаточно совершенную структуру. Кстати говоря, американский кевлар пока существенно уступает нашему «Руслану». Ткани из отечественных арамидных волокон обладают непревзойдёнными баллистическими характеристиками, это доказано экспериментально (подробно об это читайте в материале «Золотой шлем для «Царицы полей», опубликованный в «Красной звезде» 7 декабря 2011 года. - Авт.). Так что пока наши заокеанские коллеги в роли догоняющих при производстве баллистических арамидных волокон. А использование для их усиления нанотехнологий - это уже следующий, ещё более сложный уровень. - Евгений Фёдорович, в начале нашей беседы вы привели пример использования наночастиц в красках… - Очевидно, что окраска ткани обмундирования военнослужащего имеет большое значение на поле боя. Солдат всегда должен сливаться с местностью, так что любой бронекостюм должен быть закамуфлирован. В частности, защитный комплект для экипажа боевых машин, который мы разработали и выпускаем для Вооружённых Сил. Ведь в случае подбития танка или БМП экипаж, если остался в живых, покидает машину, и ему важно тут же слиться с окружающей средой. Очевидно и то, что этот комплект не должен гореть. И чтобы сделать его негорючим, для производства ткани, из которой шьют комплекты, мы использовали волокна особой огнестойкости. Да вот беда - эти волокна, эта ткань никак не принимали на себя красящее вещество. То есть после покраски выцветали под солнечными лучами за три-четыре дня (на фото справа). А вот когда начали применять нанокрасители, которые проникают в структуру самих волокон и закрепляются там, окрашивание стало устойчивым и не выгорало на солнце (на фото слева). При этом огнезащитные свойства ткани не уменьшались. - В какие цвета можно покрасить обмундирование нанокрасками? - В разные. Например, в белый, который позволяет бойцу сливаться с местностью зимой. - Есть ещё какие-то сферы применения наноматериалов в производстве средств индивидуальной защиты? - Есть. Самая эффективная броня на сегодняшний день - композитно-керамическая. В её составе очень твёрдый экран из керамики (карбид бора, карбид кремния, оксид алюминия) и подложка из арамидного органопластика. Об экран, сопоставимый по твёрдости с алмазом, вдрызг разбивается пуля (на рисунке - то, что осталось от пули после её попадания в керамическую броню). Эти разбитые части имеют огромную кинетическую энергию, но они эффективно поглощаются арамидной подложкой. Суммарный удельный вес композитно-керамической брони - 2,5 г/см2. А стальная броня такого же класса защиты - около 8 г/см2, то есть более чем в три раза тяжелее. Правда, у стали несколько выше живучесть, и вторая пуля, попав почти в то же самое место в стальной бронежилет, что и первая, может его и не пробить. Но покажите мне того стрелка, который из автомата в горячке боя на расстоянии 100 и более метров положит две пули или всю автоматную очередь в сигаретную пачку! В реальных боевых действиях с применением ныне существующего массового стрелкового оружия это практически невозможно. Так что преимущество средств индивидуальной защиты из композитно-керамической брони в меньшем весе несомненно. Согласитесь, есть разница: носить грудную панель весом 3,2 кг из стали или 1,7-килограммовую из композитной керамики. - Соглашусь, тем более что в бою одно из главных условий выживания и достижения победы - это манёвренность сил и средств. Защищённый тяжёлой бронёй, но при этом еле-еле двигающийся солдат - удобная мишень для противника. - И композитно-керамическая броня, защищающая от всего ручного огнестрельного оружия, в том числе от бронебойно-зажигательных пуль калибра 7,62 мм, в то же время благодаря своей лёгкости позволяет сохранить манёвренность. Однако есть маленький нюанс - эту керамику изготовить непросто. Для того чтобы получить равномерный и прочный керамический материал, его надо очень тщательно, на наноуровне измельчить на стадии производства. Затем он сушится, обжигается и приобретает удивительную твёрдость. Чем мельче исходные продукты этой керамики - а в упрощённом представлении это глина, хотя и особая, в которой смешано несколько компонентов, - тем лучшими защитными свойствами будут обладать изделия из неё. И мы производим изделия с такой керамикой. http://www.redstar.ru/index.php/component/k2/item/12711-bronya-iz-nastoyashchego-i-budushchego
milstar: http://www.rt-chemcomposite.ru/produktsiya/
milstar: Холдинговая компания ОАО «РТ-Химические технологии и композиционные материалы" входит в структуру Корпорации «Рос-тех-». Наши предприятия осуществляют следующие виды деятельности: разработка и серийное производство широкой номенклатуры исходных материалов для ПКМ (полимерные смолы, исходные компоненты и пр.); проектирование и разработка РКД деталей и агрегатов из полимерных композиционных материалов (ПКМ); разработка технологий изготовления изделий из композиционных материалов; научно-исследовательские работы и научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по основным направлениям холдинга; научные исследования с полным сопровождением химико-аналитических и физико-химических методов исследований, разработка, конструирование и изготовление контрольно-измерительных приборов и систем контроля; производство малотоннажной и крупнотоннажной химии; прочие работы, в том числе по тематике коксохимического производства. Бизнес-направления Холдинговой компании: Полимерные композиционные материалы (ПКМ), подразделяющееся на три направления, связанные в единую цепочку создания стоимости, но значительно различающиеся по уровню компетенций в сравнении с основными конкурентами и разделенные технологическим разрывом цепочки создания стоимости: ПКМ-материалы (полимерные композиты): ПАН-прекурсоры (ПАН - полиакрилонитрил) на основе ДМФ (диметилформамид) и ДМСО (диметилсульфоксид) технологий (мокрое формование); СВМПЭ (сверхвысокомолекулярный полиэтилен) волокна; Борные волокна; Защитные волокна; Препреги для ручной и автоматизированной выкладки; Кремнийорганические соединения; Борные соединения. а также перспективные направления: Углеродные сверхвысокопрочные и высокомодульные углеродные волокна (ДМСО-технология с сухо-мокрым формованием волокон); Волокна из мезофазного угольного пека (далее – ПЕК-волокна); Тканные материалы из высокопрочных волокон (гомо- и гетерогенных); Соединения для наномодификации ПКМ. Кремнийорганические и борсодержащие соединения. Производство изделий из полимерных композитов: Крупногабаритные изделия из ПКМ – обтекатели ракетоносителей (далее - РН), панели боевых самолетов; Размеростабильные изделия из ПКМ – конструкции спутников, спецприменения; Специальные стекла со сложной пространственной кривизной для авиации и ЖД локомотивов; Производство изделий из керамики и ситталов (для радиопрозрачных обтекателей). а также перспективные направления: Производство кессонов крыла, хвостового оперения, механизации крыла, элементов фюзеляжа пассажирских самолетов из ПКМ; Производство компонентов кузова автомобилей из ПКМ; Производство легких арочных и армирующих строительных конструкций из ПКМ; Производство специальных электрических кабелей, опор ЛЭП из ПКМ; Производство элементов гидротурбин, трубопроводов большого диаметра, запорной арматуры и др. Инжиниринг: Разработка конструкций из современных и перспективных ПКМ; Разработка и отработка технологий производства конструкций из современных ПКМ; Разработка и создание технологического оборудования, необходимого для производства изделий из ПКМ. Техническая химия: Газообразный и жидкий хлор; Каустическая сода; Ацетилен газообразный; Хлорорганические соединения. Жидкий хлор и каустическая сода (электролизные диафрагменные) Поливинилхлорид эмульсионный; Хлорпарафины и органические хлорсодержащие вещества; Хладоны; Эпоксидные смолы. а также перспективные химические соединения: Диоксид титана пигментный; Хлорид магния безводный; Новые, современные хладоны; Химические средства защиты растений; Полисилоксановые жидкости; Гипохлорит натрия (гранулированный); Хлорид кальция чешуированный; Новые органические хлорсодержащие соединения. Краткое описание ключевых предприятий, входящих в Холдинговую компанию: ОАО «ОНПП «Технология», г.Обнинск ведет комплексную разработку технологий изготовления и серийную поставку конструкций из ПКМ, керамики, стекла; ОАО «ММЭЗ-КТ» г.Москва выполняет НИОКР в области создания современных ПКМ, разрабатывает и проектирует машиностроительные детали и конструкции из ПКМ; ОАО «УНИХИМ с ОЗ» г.Екатеринбург разрабатывает производственные технологии и осуществляет выпуск продукции малотоннажной химии соединений бора; ОАО «ВУХИН» г.Екатеринбург проектирует технологические установки и оборудование для коксохимии, обладает уникальными компетенциями в области каменноугольного пека; ФГУП «ГНИИХТЭОС» г.Москва разрабатывает производственные технологии и осуществляет выпуск продукции малотоннажной химии элементоорганических соединений; ОАО «ВНИИСВ» г.Тверь выполняет НИОКР, разрабатывает производственные технологии и осуществляет опытно-промышленное производство синтетических волокон (ПАН, СВМПЭ, защитных и др.); ФГУП «ВНИИТВЧ» г.С-Петербург разрабатывает и производит оборудование, использующее токи высокой частоты (далее «ТВЧ»); ВОАО «Химпром» г.Волгоград осуществляет крупнотоннажное производство различных хлорорганических соединений. http://www.rt-chemcomposite.ru/produktsiya/
полная версия страницы