Skip links

Резюме проекта, выполняемого в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 – 2020 годы» по этапу № 3

Номер Соглашения 14.577.21.0278

Тема: «Разработка новых отечественных высокопрочных и высокотемпературных композиционных материалов на основе суперконструкционных полимеров для 3D печати высоконагруженных изделий»

Приоритетное направление: Индустрия наносистем (ИН)

Критическая технология: Технологии получения и обработки конструкционных наноматериалов

Период выполнения: 26.09.2017 — 30.06.2020

Получатель/Исполнитель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»

Индустриальный партнер: Акционерное общество «Композит»

Ключевые слова: высоконаполненные композиционные материалы, полифениленсульфон, полиэфиримид, полифениленсульфид, углеволокно, стекловолокно, 3D печать

  1. Цель проекта

Разработка новых высоконаполненных композиционных материалов на основе аморфных и кристаллизующихся суперконструкционных полимеров – полифениленсульфона, полиэфиримида, полифениленсульфида, способных перерабатываться методами 3D печати, позволяющие конструировать высоконагруженные изделия повышенной сложности, которые невозможно изготовить в рамках традиционных материалов и технологий, обеспечивающие технологическую независимость, импортозамещение и обладающих экспортным потенциалом как продукты, не имеющие мировых аналогов.

  1. Основные результаты проекта

Проведены теоретические исследования и расчеты по межфазной адгезии и механизму разрушения композиционных материалов на основе полифениленсульфона (ПФСУ), полиэфиримида (ПЭИ), полифениленсульфида (ПФС) с углеродными и стеклянными волокнами. Проведены экспериментальные исследования по изучению влияния различных эластифицирующих добавок и способов их введения на термостойкость, реологические свойства, предел прочности при изгибе, предел прочности при растяжении, относительное удлинение при разрыве, модуль упругости при изгибе, ударную вязкость и пористость композиционных материалов на основе ПФСУ, ПЭИ и ПФС с углеродными и стеклянными волокнами. Определены оптимальные соотношения наполнителя и полимерной матрицы, составы аппретов, пластификаторов и эластификаторов, способы функционализации угле- и стекловолокон, длины и концентрации угле- и стекловолокон и их влияние на физико-механические, реологические свойства, термостойкость и термостабильность ПФСУ, ПЭИ, ПФС. Разработаны лабораторные методики получения высокотемпературных пластификаторов и аппретов, введения эластификаторов в композит, способов обработки волокон аппретом. Разработаны технологические инструкции получения нити для 3D печати из композитов. Изготовлены лабораторные образцы композитов на основе ПФСУ, ПЭИ и ПФС методом 3D печати и литья под давлением и проведены их сравнительные испытания. Проведены исследовательские испытания ТП, лабораторных и экспериментальных образцов композитов по разработанным ПМ. Разработаны лабораторные технологические регламенты получения композитов на основе ПФСУ, ПЭИ и ПФС для 3D печати высоконагруженных изделий. В рамках выполнения теоретических исследований количественно охарактеризован уровень межфазных взаимодействий полимерная матрица Предложены специальные пластификаторы, эластификаторы и аппреты, способные перерабатываться совместно с высокотермостойкой матрицей и обеспечивающие повышение совместимости с наполнителем, что впервые позволяет решить ряд проблем, ограничивающих применение суперконструкционных термопластичных полимеров в качестве связующих для получения композитов: высокая вязкость расплавов, низкая адгезия к наполнителю и т.д. В целом предлагаемый технологический и модификационный комплекс позволяет осуществить направленное получение высоконаполненных композитов на основе ПФСУ, ПЭИ и ПФС с регулируемыми свойствами. В результате апробации композиционных материалов на основе ПФСУ, ПЭИ и ПФС в 3D печати получены 3D изделия с высокими физико-механическими показателями. Впервые в мире разработаны уникальные рецептуры высоконаполненных композитов на основе ПФСУ, ПЭИ и ПФС для 3D печати, новизна которых подтверждена 12 патентами РФ. Исследовательские испытания композитов для 3D печати, подтвердили их соответствие, а по некоторым показателям превышение требований ТЗ.

В рамках демонстрации и популяризации результатов ПНИЭР результаты проекта были освещены в средствах массовой информации и представлены на 22 международных выставках и конференциях.

На выставке-ярмарке IENA 2017 (Нюрнберг, Германия) проект отмечен золотой медалью, на международной выставке в Женеве «INVENTIONS GENEVA» и международной выставке интеллектуальной собственности, изобретений, инноваций и технологий «IPITEX 2019» в Бангкоке проект отмечен серебряными медалями, на Международной выставке-ярмарке инноваций SIIF–2018 в Сеуле получена бронзовая медаль.

По результатам проекта опубликовано 13 статей в журналах, индексируемых в базе данных Scopus и Web of Science.

Все задачи этапа проекта выполнены в полном объеме. Достигнуты требуемые значения программных индикаторов за отчетный период.

  1. Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), полученные в рамках прикладного научного исследования и экспериментальной разработки

Изобретение, патент № 2676036 от 25.12.2018 г., «Способ обработки углеродных наполнителей», РФ; изобретение, патент №2661154 от 12.07.2018 г., «Способ получения полисульфонов», РФ; изобретение, патент №2669790 от 16.10.2018 г., «Способ получения ароматических сополиариленэфирсульфонов», РФ; Изобретение, патент № 2686916 от 06.05.2019 г., «Композиционный материал», РФ; Изобретение, патент № 2708586 от 09.12.2019 г., «Полимерный композит и способ его получения», РФ; Изобретение, патент № 2707599 от 28.11.2019 г., «Способ получения полиэфиримидного композиционного материала», РФ; Изобретение, патент № 2704482 от 29.10.2019 г., «Композиционный материал», РФ; Изобретение, патент № 2710559 от  27.12.2019 г., «Способ получения аппретированных стеклянных волокон и композиционные материалы на их основе», РФ.