Федеральное агентство по образованию и науке РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» Факультет управления и экономики высоких технологий Институт международных отношений Федеральное агентство по образованию и науке РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» Факультет управления и экономики высоких технологий Институт международных отношений Работу выполнила: Лапина А.Ю. Место выполнения: НТЦ НПК ЦАГИ Научный руководитель: Евдокимов Ю.Ю. Соруководитель: Покровский К.К. «Современный уровень внедрения композиционных материалов в мировой авиапромышленности и особенности их освоения в авиапромышленности России»
Определение современного уровня внедрения композиционных материалов в мировой авиационной промышленности; Выявление особенностей освоения композиционных материалов в авиационной промышленности России. Цель Задачи Рассмотреть состав, преимущества и недостатки КМ; Составить обзор по применению КМ в авиастроение и других отраслях; Определить состояние и перспективы производства КМ в России; Рассмотреть международные ограничения на поставку КМ в Россию; Разработать рекомендации по использованию КМ в самолётостроении России
Актуальность Ресурс полимерных композиционных материалов бесконечный. Композиционные материалы в самолётостроении в перспективе могут обеспечить значительное снижение стоимости строительства и эксплуатации агрегатов. Прирост в использование композитов в аэрокосмической отрасли - 20% в год.
V V IV Полимерные КМ II III Описание КМ | используемых в самолетостроении I I Волокно (наполнитель) Матрица (связующее) Углерод Стекло Бор Термореактивные Термопластичные Полиэтилен Полипропилен Полистирол (линейные полимеры, которые могут при повышении температуры многократно переходить в жидкое расплавленное состояние) Полиэтилен Полипропилен Полистирол (линейные полимеры, которые могут при повышении температуры многократно переходить в жидкое расплавленное состояние) Эпоксидные смолы Полиэфиры Полиимиды (сравнительно низковязкие жидкости, которые за счёт химических реакций превращаются в неплавкую твёрдую полимерную матрицу – процесс отверждение) Эпоксидные смолы Полиэфиры Полиимиды (сравнительно низковязкие жидкости, которые за счёт химических реакций превращаются в неплавкую твёрдую полимерную матрицу – процесс отверждение)
V V IV Схемы армирования II III Описание КМ | используемых в самолетостроении I I Трехнаправленные Вязанные Двунаправленные Оплетка форм Трехмерное плетение Трехмерная сшивка Диагонально сшитые структуры
V V IV Преимущества и недостатки КМ II III Описание КМ | используемых в самолетостроении I I Достоинства малый вес; стойкость к коррозии; бесконечный ресурс; меньше трудозатрат при серийном производстве; придание оптимальных характеристик силовой конструкции. Достоинства малый вес; стойкость к коррозии; бесконечный ресурс; меньше трудозатрат при серийном производстве; придание оптимальных характеристик силовой конструкции. Недостатки высокая стоимость; сложный ремонт во время эксплуатации; необходимость в производственном и эксплуатационном неразрушающем контроле целостности; необходимость изготовления сложной оснастки; сложность переработки. Недостатки высокая стоимость; сложный ремонт во время эксплуатации; необходимость в производственном и эксплуатационном неразрушающем контроле целостности; необходимость изготовления сложной оснастки; сложность переработки.
V V IV I I Распределение по отраслям III Применение КМ | области применения II Планируемый прирост Спортивно-развлекательная отрасль – 5% в год; Аэрокосмическая отрасль – 20% в год; Индустриальное применение – 15-18% в год. Планируемый прирост Спортивно-развлекательная отрасль – 5% в год; Аэрокосмическая отрасль – 20% в год; Индустриальное применение – 15-18% в год.
V V IV I I Изготавливаемые детали III Применение КМ | области применения II
V V IV II I I Производство УВ в России Производство КМ | 2011 III 80-е: «Балаковские волокна» «Саратоворгсинтез» 90-е: «ВНИИСВ» «Саратоворгсинтез» 00-е: «Увиком» «Арагон» «Саратоворгсинтез» 80-е: «Балаковские волокна» «Саратоворгсинтез» 90-е: «ВНИИСВ» «Саратоворгсинтез» 00-е: «Увиком» «Арагон» «Саратоворгсинтез» 100 т/год 360 т/год (30 т/год) 400 т/год ( т/год; 2008 – 100 т/год; 2010 – 120 т/год) 400 т/год ( т/год; 2008 – 100 т/год; 2010 – 120 т/год) Перспективы: «Саратоворгсинтез» - конец 2011 – 3500 т/год (производство волокон) «Porcher Indusries» + «Препрег–СКМ» - предварительное соглашение (производство препрегов) «КАПО» – 2600 т/год (производство готовых изделий) Перспективы: «Саратоворгсинтез» - конец 2011 – 3500 т/год (производство волокон) «Porcher Indusries» + «Препрег–СКМ» - предварительное соглашение (производство препрегов) «КАПО» – 2600 т/год (производство готовых изделий) 9
V V III II I I Международные ограничения Запрещена поставка материалов для: Военной техники; Техники двойного назначения; Атомной промышленности. Запрет на поставку в Россию для самолётостроения волокнистых наполнителей с параметрами: прочностью при растяжении < 3950 МПа; модулем упругости при растяжении < 240 ГПа. Налагается странами – лидерами производства: США Япония Франция Запрещена поставка материалов для: Военной техники; Техники двойного назначения; Атомной промышленности. Запрет на поставку в Россию для самолётостроения волокнистых наполнителей с параметрами: прочностью при растяжении < 3950 МПа; модулем упругости при растяжении < 240 ГПа. Налагается странами – лидерами производства: США Япония Франция Ограничения | на поставки в Россию IV
V V III II I I Характеристики материалов Ограничения | на поставки в Россию IV Модуль упругости (ГПА) Прочность при растяжении (Мпа) Саратоворгсинтез Tenax Toray Hexcel Cytec
IV III II I I Уровень внедрения КМ в самолётостроении Рекомендации | по применению КМ в авиастроении в России год % % V V 23 37
II IV I I III V V Рекомендации | по применению КМ в авиастроении в России Уровень внедрения КМ в России и в мире
IV III II I I Используемый материал Рекомендации | V V по применению КМ в авиастроении в России Необходимо расширять сотрудничество с зарубежными производителями, закупая у них материалы; Необходимо сотрудничать в области создания собственных производств угольных наполнителей с теми, кто еще не добился лидерства; Германия пытается укрепить свои позиции на рынке современного машиностроения и химических компонент в этой области; Помимо физико-механических характеристик, одним из критериев выбора КМ должна быть и возможность замены отечественных материалов без внесения изменений в конструкцию изделий; Наименование УКН-ПHTS 5631 Стоимость 1кг наполнителя, руб
IV III II I I Переработка Рекомендации | V V по применению КМ в авиастроении в России ПКМ Термопластичные Термореактивные Нагретый термопласт приобретает жидкое расплавленное состояние. Материал необратимо утрачивает способность переходить в текучее состояние и растворяться. Нет отечественной технологии переработки связующего. Нет технологий переработки. Дробление утилизируемых изделий. Использование в строительстве в качестве наполнителя. Связующее допускает многократное использование. Надо перенимать иностранный опыт.
Выводы Современный уровень изделий (конкурентоспособный) авиационной техники возможен только при реализации их конструкций с широким применением ПКМ. 2.На данном этапе компоненты ПКМ, необходимые для авиационной промышленности в РФ не производятся. 3.Обладающие необходимым уровнем характеристик компоненты ПКМ с угольным наполнителем производятся в США, Японии и Франции. Данные страны связаны соглашением по ограничению экспорта соответствующих материалов.
Выводы Потребности в данных материалах гражданской авиации могут быть удовлетворены за счёт импорта из стран, не поддерживающих ограничения, наложенные США, Японией и Францией. 5.Необходима организация национальных производств в кооперации с заинтересованным, имеющим высокий уровень химической и машиностроительной промышленности партнёром. 6.Перспективным партнёром в совместном развитии технологий производства может рассматриваться Германия. 7.Стоит акцентировать внимание не только на производство КМ, но и на переработку.
Спасибо за внимание!
V V IV I I Изготавливаемые детали III Применение КМ | области применения II
V V IV II I I Производства в мире Производство КМ | Паспортная мощность производителя (тонны) Toray Group (Япония) Toho Tenax Group (США, Франция) Mitsubishi Rayon Co. (Япония) Formosa Plastics Group Taiwan Hexcel (Германия) Cytec Engineered Materials USA Итого III Мировое потребление (т/год):
V V IV II I I Производство Производство КМ | технология производства Углеволокна –> Ткань –> Изделия из ПКМ III
V V IV II I I Производство Производство КМ | технология производства Углеволокна –> Ткань –> Изделия из ПКМ III Заготовительное Формообразующее Термохимическое Сборочное Мехобработка Контроль
II IV I I V V Технологические процессы | в производстве КМ Производство авиационных конструкций из КМ III Заготовительное Формообразующее Термохимическое Сборочное Мехобработка Контроль Заготовительное: Изготовление армирующих наполнителей текстильными методами, Приготовление связующих, Раскрой и комплектование армирующих материалов, Изготовление оснастки. Формообразующее: Пропитка под давлением в пресс-формах, Автоматизированная выкладка, Намотка, Пултрузия, Пулформинг, Ручная выкладка.
II IV I I V V Технологические процессы | в производстве КМ Производство авиационных конструкций из КМ III Заготовительное Формообразующее Термохимическое Сборочное Мехобработка Контроль Термохимическое: Формирование в вакуумном мешке при нормальной температуре, Автоклавное формование, Формование в термопечах, Формование в СВЧ. Сборочное: Соединение приформовкой, Соединение клепкой, Болтовое соединение, Сборка сваркой
II IV I I V V Технологические процессы | в производстве КМ Производство авиационных конструкций из КМ III Заготовительное Формообразующее Термохимическое Сборочное Мехобработка Контроль Мехобработка: Обработка по контуру (фрезой, лазеров, струёй воды), Обработка отверстий, лазов, лючков и др. Контроль: Контроль хода технологических процессов, Неразрушающий контроль.