Ученые ПИШ «Комплексная авиационная инженерия» КНИТУ-КАИ им. А. Н. Туполева разработали и запатентовали установку для исследования процессов отверждения полимерных связующих. Новое решение будет полезно для разработчиков и производителей изделий из композиционных материалов и связующих. Оно позволяет вдвое снизить трудоемкость в части технологической отработки режима отверждения связующего при росте достоверности технологического моделирования почти на 30%.
Полимерные связующие материалы (ПСМ) используются в современном строительстве, машиностроении, электротехнике и композитном производстве. Это многокомпонентные системы, состоящие из синтетических смол, набора отвердителей и катализаторов. Склеивая различные компоненты, полимерные макромолекулярные цепи образуют прочные и долговечные соединения.
Принципиально новое решение в области материаловедения и практической цифровизации представила передовая инженерная школа КАИ. Разработка ученых позволяет лучше контролировать отверждение полимерных связующих, в том числе за счет создания точных цифровых моделей самого этого процесса. Таким образом, значительно оптимизируются временные и материальные затраты в условиях реального производства.
«Речь идет об экономии на одном из этапов производства и о его безопасности. Без исследования процессов отверждения связующего высок риск потери изделия. Как правило, это относится к толстостенным композитам, в процессе изготовления которых нередко возникает неконтролируемая экзотермическая реакция, или, говоря проще, перегрев. А это не только потенциальная деструкция материала, но и опасность более плачевных последствий, например возгорания производственного помещения», — рассказал инженер Центра композитных технологий КНИТУ-КАИ Наиль Салихов.
В установку встроены системы мониторинга и анализа состояния связующего. Системы оснащены точно настроенными датчиками, которые собирают данные в режиме реального времени в процессе полимеризации связующего. На основании полученных сведений проводится валидация цифровой модели данного процесса.
Образец полимерного связующего помещается в специальную камеру для отверждения с контролируемыми в зависимости от целей условиями. При этом подведение тепла к связующему производится равномерно по всей поверхности контакта с установкой за счет очень быстро движущегося потока технического масла определенной температуры. Датчики постоянно мониторят процесс, и собранные с них данные обрабатываются программным обеспечением. На основе этих данных ученые создают цифровой двойник процесса отверждения материала.
Сегодня авторы установки рассматривают различные варианты сотрудничества — от ее тиражирования до проведения самостоятельных исследований на материалах заказчика. На данный момент разработка задействована в реализации двух крупных НИОКР вуза.
