Ученые СПбГУПТД разработали состав для создания безлейнерных композитных баллонов
рубрика: наука
Ученые Санкт-Петербургского государственного университета промышленных технологий и дизайна разработали состав водоразрушаемых преформ для производства композитных баллонов высокого давления. Исследование позволит выпускать отечественные баллоны последнего поколения для авиации, космонавтики, нефтедобычи и других отраслей, сталкивающихся с экстремальными условиями. Это так называемые безлейнерные баллоны с цельнокомпозитным корпусом без внутренних вставок. Они гораздо легче и обладают повышенной усталостной прочностью.
Баллоны высокого давления делят на несколько типов. Первый — цельнометаллические баллоны: чем толще их стенки, тем они тяжелее, но тем большее давление они выдерживают. Другой тип — металлокомпозитные баллоны: на формообразующую заготовку из металла (лейнер), обычно из алюминия или стали, наматывается полимерный препрег из стекло- или углеволокна. Это самые распространенные в российской промышленности баллоны, но они достаточно тяжелые, а сварные швы на лейнере снижают их прочность. Кроме того, существуют полимер-композитные баллоны: их лейнер — внутренняя вставка — выполнен из пластмассы (пластика), которая не всегда надежно удерживает газ и менее прочна, чем внешняя композитная оболочка.
«Самыми перспективными баллонами высокого давления считаются безлейнерные цельнокомпозитные баллоны. После намотки силовой оболочки их формообразующая заготовка удаляется — это может быть стекло, которое разбивается и высыпается через отверстие клапана, или материалы, растворяемые агрессивными реагентами. Мы подобрали состав для создания преформы, который вымывается горячей водой. А также предложили отказаться от метода высокотемпературной обработки, при которой исходная смесь отверждается в готовую преформу. Вместо этого мы исследовали метод, при котором смесь замораживается и затем сушится в естественных условиях на воздухе», — отметил соавтор исследования, магистр кафедры наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов им. А. И. Меоса СПбГУПТД Дмитрий Христофоров.
Оправку вымывают водой с добавками, оставляя легкий композитный корпус. Источник: Пресс-служба СПбГУПТД
«Существует несколько видов водовымываевых оправок, но разработчики редко публикуют подробный состав. Литературный обзор показал, что многие используют смеси песка с поливиниловым спиртом. Попытавшись воспроизвести технологию по одной из методик, мы столкнулись с проблемой закипания ПВС, в результате чего композит стал достаточно пористым. Чтобы устранить этот недостаток, мы подобрали специальную добавку, поглощающую избыток влаги — аморфный углерод», — рассказал корреспонденту «Научной России» доцент кафедры наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов им. А.И. Меоса СПбГУПТД Андрей Кузнецов.
Без металла внутри баллон служит дольше и выдерживает больше циклов заправки. Источник: Пресс-служба СПбГУПТД
Испытания показали, что ведение этой добавки также увеличивает скорость вымывания преформы более чем в 4 раза. Ученые изучили свойства разработанного материала для преформ, его прочность на сжатие, ударную вязкость, скорость растворения, термостойкость и теплопроводность и подтвердили эффективность технологии.
Разработка особенно важна для автомобиле- и судостроения, газодобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, где оборудование работает в экстремальных условиях. Новые композитные баллоны не подвержены коррозии, выдерживают более миллиона циклов перезаправки и значительно легче. Прототипы уже созданы, испытания продолжаются.
Фото: пресс-служба Санкт-Петербургского государственного университета промышленных технологий и дизайна
