Автореферат (Влияние тепловлажностного воздействия на свойства термостойких полимерных композиционных материалов на основе фталонитрильной матрицы)

На правах рукописиВалевин Евгений ОлеговичВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВЛАЖНОСТНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СВОЙСТВАТЕРМОСТОЙКИХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХМАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ФТАЛОНИТРИЛЬНОЙ МАТРИЦЫСпециальность 05.16.09 «Материаловедение (Машиностроение)»АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2017Работа выполнена на кафедре «Технологии композиционных материалов,конструкций и микросистем» федерального государственного бюджетногообразовательногоучреждениявысшегообразования«Московскийавиационный институт (национальный исследовательский университет)» и влаборатории«Климатических,микробиологическихисследованийипожаробезопасности материалов» федерального государственного унитарногопредприятия«Всероссийскийнаучно-исследовательскийинститутавиационных материалов» (ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ).Научный руководитель:доктор технических наук, профессорБухаров Сергей ВикторовичОфициальные оппоненты: Далинкевич Андрей Александровичдоктор химических наук, АО «Центральныйнаучно-исследовательский институтспециального машиностроения», главныйнаучный сотрудникКосолапов Алексей Федоровичкандидат технических наук, Акционерноеобщество «Научно-производственноеобъединение «Стеклопластик», Научнопроизводственный комплекс «Композит»,директорВедущая организация:Федеральное государственное бюджетноеучреждение «Центральный научноисследовательский институт Военновоздушных сил» Министерства обороныРоссийской ФедерацииЗащита диссертации состоится «14» декабря 2017 г.

в 15:30 часов назаседании Диссертационного совета Д 212.125.15, созданного на базефедерального государственного бюджетного образовательного учреждениявысшего образования «Московский авиационный институт (национальныйисследовательский университет)» (МАИ) по адресу: 121552, Россия, г. Москва,ул. Оршанская, 3.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайтеМосковского авиационного института (национального исследовательскогоуниверситета) http://mai.ru/events/defence/index.php?ELEMENT_ID=83930 .Автореферат разослан «___» __________ 2017 г.Ученый секретарьдиссертационного советаСкворцова С.В.2 Общая характеристика работыАктуальность работыДля вертолетных двигателей третьего поколения с целью повышения ихвесовой эффективности ставится задача по замене рабочего колесацентробежного компрессора (РКЦК), выполненного из титанового сплава, наРКЦК из ПКМ.

Для перспективного вертолетного двигателя разрабатываемогоОАО «Климов» ФГУП «ЦИАМ» определен облик РКЦК из углепластика нарабочую температуру свыше 300 0С. Рабочее колесо центробежногокомпрессора из ПКМ должно эксплуатироваться в широком диапазонеклиматических условий при температурах окружающей среды от –60°С до+60°С (+300°С рабочая температура), а также при повышенной температуре ивлажности (в тропических условиях). В ФГУП «ВИАМ» разработанотермостойкое связующее нового класса марки ВСН-31 на основе фталонитрилаи углепластики на его основе марок ВКУ-38ТР и ВКУ-38ЖН предназначенныедля изготовления РКЦК для перспективных вертолетных двигателей.В процессе хранения авиационной техники (базирования на аэродроме) наизделия и конструкции из ПКМ воздействуют факторы окружающей среды.Для изделий всеклиматического исполнения (изделия, предназначенные дляэксплуатации во всех макроклиматических районах на суше и на море, кромеклиматического района с антарктическим холодным климатом), к которымотносится авиационная техника, основными внешними воздействующимифакторами климата являются повышенная влажность и температура.Исследования влияния повышенной влажности на термостойкиеполимерные матрицы, в частности на фталонитрильные, практически непроводились, а имеющиеся данные по изменению свойств данных материаловзачастую отрывочны и не дают достаточных сведений о поведениитермостойких ПКМ на их основе в условиях повышенной влажности.Таким образом, актуальной задачей является исследование изменениясвойств и структуры нового класса полимерной матрицы на основефталонитрильного связующего и термостойких углепластиков на его основепри воздействии повышенной температуры и относительной влажности.Объектами исследования в настоящей работе были образцыненаполненной фталонитрильной термостойкой матрицы полученныеотверждением нового связующего марки ВСН-31 и образцы углепластиков наоснове данного связующего марок ВКУ-38ТР и ВКУ-38ЖН, разработанные воФГУП «ВИАМ».Цель работыДиссертация посвящена исследованию воздействия повышеннойтемпературы и относительной влажности на свойства и структурутермостойких углепластиков конструкционного назначения на основефталонитрильного связующего, предназначенного для изготовления РКЦКперспективного вертолетного двигателя.Для достижения поставленной цели необходимо решить следующиезадачи:3 1)Анализ условий эксплуатации, выбор и обоснование режимовтепловлажностных испытаний.

Проведение исследований по воздействиютепловлажностных факторов на фталонитрильную матрицу и углепластики наеё основе. Определение характера кинетики сорбции влаги, определениепараметров сорбции влаги – коэффициента диффузии и равновесноговлагопоглощения ненаполненной фталонитрильной матрицы и углепластиковна её основе. Анализ и сопоставление полученных экспериментальныхрезультатов с данными для отвержденных полимерных связующих различнойхимической природы и ПКМ на их основе.2) Исследование влияния сорбированной влаги на изменениетемпературной области эксплуатации отвержденного фталонитрильногосвязующего и углепластиков, включая исследованиерелаксационногоповедения и изменение температуры начала термоокислительной деструкции.3) Исследование влияния повышенной влажности и температуры наизменение основных механических свойств термостойких углепластиков наоснове фталонитрильного связующего.4) Исследование теплового старения углепластиков и его влияния настабильность свойств в условиях повышенной влажности.Научная новизна работы1.

Впервыепроведеныисследованиявлияниятепловажностноговоздействия на свойства фталонитрильной матрицы и термостойкихуглепластиков на её основе.2. Установлено влияние термообработки в инертной среде на значениеравновесноговлагопоглощенияфталонитрильнойматрицыитермостабильность углепластиков на её основе.3. Установлено, что фталонитрильная матрица и углепластики на её основеобладают низкими значениями влагопоглощения, по сравнению с широкораспространенными полимерными матрицами другой химической природы иПКМ конструкционного назначения на их основе.4. Установлено влияние сорбированной влаги на прочностные свойства изначения рабочих температур углепластиков на основе фталонитрильнойматрицы.5.

Выявлено усиление влияния тепловлажностного воздействия на свойстватермостойких углепластиков на основе фталонитрильного связующего посленаработки теплового ресурса.ДостоверностьДостоверность полученных результатов подтверждается использованиемсовременных аналитических методов и сертифицированного оборудования дляпроведения исследований и большим объемом выполненных экспериментов.Практическая значимость результатов работы:– получены экспериментальные данные о стойкости отвержденногоненаполненного фталонитрильного связующего и углепластиков на его основе4 к воздействию повышенной влажности и температуры в предполагаемыхусловиях эксплуатации;– по результатам исследования влияния условий термообработки назначение равновесного влагопоглощения и термостабильность углепластиковна основе фталонитрильной матрицы были даны рекомендации для внесения втехнологическую документацию на указанные материалы;– результаты исследований конструкционных углепластиков ВКУ-38ТР иВКУ-38ЖН на основе термостойкого фталонитрильного связующего внесены вкомплект действующей нормативной документации на указанные материалы(дополнения №1 и № 2 к паспорту № 1887 на углепластик ВКУ-38).Личный вклад соискателя состоит в анализе влияния сорбированнойвлаги на полимерные материалы, и в частности на термостойкие матрицы иПКМ, в непосредственном выполнении и участии в исследованияхсорбционного поведения, изменении термических и механических свойствобъектов исследования после тепловлажностного воздействия и последующеманализе полученных результатов, сопоставлением с данными для широкораспространенных полимерных матриц для ПКМ конструкционногоназначения, выявлении основных причин изменений свойств исследуемыхматериалов и формулировании теоретических предпосылок к дальнейшимисследованиям.Апробация работыОсновные положения работы и её отдельные результаты былипредставлены на 6 международных и 3 всероссийских научно-техническихконференциях:- Всероссийская научно-техническая конференция «Новые материалы итехнологии – НМТ-2012».

Москва, 20-22 ноября 2012 г.- Международная молодежная научная конференция «Гагаринские чтения»Москва 2013 г., 2014 г., 2015 г., 2016 г., 2017 г.- Всероссийская научно-техническая конференция по испытаниям иисследованиям свойств материалов «Фундаментальные исследования в областизащиты от коррозии, старения и биоповреждений материалов и конструкций вразличных климатических условиях и природных средах с целью обеспечениябезопасной эксплуатации сложных технических систем». 25-26 июля 2013 г.ГЦКИ ВИАМ им Г.В. Акимова, г. Геленджик.- II Всероссийская научно-техническая конференция «Фундаментальные иприкладные исследования коррозии и старения материалов в климатическихусловиях: проблемы и перспективы» 16-17 июля 2015 г., г.