Оценка возможности применения отечественных полимерных композиционных материалов для элементов систем герметизации авиационной техники (Российский технологический университет)
Введение 4
1. Особенности полимерных композиционных материалов и требования к уплотнителям из ПКМ авиационного назначения 6
1.1 Полимерные композиционные материалы: определение и особенности 6
1.2 Требования к уплотнителям из ПКМ авиационного назначения 14
2. Объекты и методы исследования 24
2.1 Объекты исследования 24
2.1.1 Стеклоткань 24
2.1.2 Силиконовая композиция 24
2.1.3 Эпоксидная смола 25
2.2 Методы исследования 26
2.2.1 Приготовление резиновых смесей 26
2.2.2 Изучение кинетики вулканизации 27
2.2.3 Вулканизация резиновых смесей 28
2.2.4 Определение физико-механических характеристик 29
2.2.5 Теплостойкость резин 30
3. Экспериментальная часть 33
3.1 Тепловое старение образца 33
3.2 Изучение влияния силоксанового полимера с платиновым катализатором на основе стеклоткани на физико-механические характеристики 34
3.3 Изучение влияния изменения температуры на кинетику 36
4. Экономический раздел 40
4.1. Актуальность постановки и новизна проведения данного исследования 40
4.2. Расчёты сметы затрат на проведение исследований 41
4.2.1. Расчёт расходов всех видов основных и вспомогательных материалов, необходимых для проведения исследования 41
4.2.2. Расчёт затрат на заработную плату с начислениями 42
4.2.3. Затраты на электроэнергию 46
4.2.4. Амортизация оборудования 47
4.2.5. Основные технико-экономические показатели исследования 47
Заключение 50
Список литературы 52
Формирующийся научно-технический прогресс предъявляет ряд требований к инновационности изделий, в частности, с использованием современного материала. Потребность в новом материале для продукции – одна из проблем, решаемых техническим прогрессом. Если переход на новые материалы совершится в полной мере, произойдет повышение конкурентоспособности и обороноспособности государства, его национальной безопасности на ближайшие полвека, чтобы в дальнейшем перейти к новому укладу [1], содействующему развитию промышленности.
Различные отрасли используют ряд полимерных композиционных материалов (ПКМ), которые набирают популярность, потому что сырье доступно, а технологии применения изучены в достаточной степени. Новый материал закономерно требует модернизированного оборудования. Оно действительно разработано и внедрено в практику [2–4].
Специалисты-конструкторы, занятые в разработке, стремятся создать материал, который по своим характеристикам превзойдет любой из традиционных. У ПКМ есть преимущество перед металлом. У них высокая удельная прочность, модуль упругости, однако плотность при этом гораздо меньше [5], поэтому становится возможным заменять металлические элементы, используемые в авиационной технике, на композиционные материалы. Тренд особенно важен в связи с мировой экологической повесткой, стремлением к зеленой экономике. Одно из следствий – экономическая эффективность нововведения, а значит – авиации. Растет опыт по применению угле-, стекло- и органопластика, они внедряются в отраслях и на производствах, где еще недавно лидировали иные материалы.
Композитные материалы широко используются в авиастроении. Закрылки, элероны, интерцепторы, рули высоты и направления, а также панели люков, полов и интерьера изготавливаются из композитных материалов. Благодаря композитным материалам достигается снижение веса самолетов и, в конечном итоге, уменьшение расхода топлива. Вес композитных деталей в пять раз меньше аналогичных деталей из алюминия, при превосходящей прочности, гибкости и устойчивости к давлению. Композиты не бояться ржавчины. Все эти положительные стороны делают композиционные материалы безальтернативными для применения в т.ч. в авиации.
В настоящее время широко применятся стекловолоконные, арамидные и углеволоконные композиты. Они не содержат формальдегида, ядовитых газов, вроде метанола. Не требуют особенного ухода. Обладают длительной эксплуатацией. Современные композиты используются и в новой авиационной технике в качестве армирующих вставок эластомерных уплотнительных деталей.
В связи с уходом с Российского рынка зарубежных поставщиков, возникла необходимость комплектования новых самолетов, в т.ч. среднемагистрального самолета МС-21 отечественными материалами и изделиями из них. В связи с этим оценка возможности применения выпускаемых в РФ полимерных композиционных материалов для уплотнительных деталей авиационного назначения является актуальной задачей.
Цель работы заключается в оценке свойств резинотканевого материала на основе стеклоткани и силоксанового полимера с платиновым катализатором.
Для достижения поставленной цели были сформированы следующие задачи:
1. По литературным данным определить требования к уплотнителям авиационного назначения.
2. По экспериментальным данным определить температурный интервал переработки.
Полученные в ходе выполнения данной квалификационной работы экспериментальные результаты являются актуальными.
Актуальность данного исследования определяется тем, что в настоящее время широкое распространение в технологии получения композиционных материалов получают новые композиты со специальным комплексом свойств, для которых свойственно превосходящая прочность, гибкость и устойчивость к давлению.
Поэтому дальнейшее развитие исследований в указанном направлении позволит создать высокоэффективные композиционные материалы, обладающие длительными эксплуатационными свойствами.
По результатам выполнения работы были сделаны следующие выводы:
1. К современным уплотнительным конструкциям авиационного назначения предъявляются требования:
- должны иметь малый удельный вес;
- высокую прочность;
- легко обрабатываться;
- быть долговечными;
- иметь хорошую гибкость;
- устойчивость к давлению;
- быть доступными.
2. Основные требования изложены в литобзоре (см. 1.2 Требования к уплотнителям из ПКМ авиационного назначения).
Рассмотренная в работе стеклоткань Е-стекло позволяет наносить на нее силиконовое покрытие из жидкой резины SILBONO LSR 2201-30 A, B с платиновым катализатором и получать монолитные изделия.
Определен оптимальный режим изготовления материала. Наилучший комплекс свойств достигается при температуре 190 °C и прогреве в течение 30 минут.
