Функциональные армированные композиционные материалы с регулируемым градиентом состава, структуры и свойств

Полимерные композиционные материалы, применяющиеся в авиастроении и других ответственных приложениях, должны сочетать в себе целый комплекс свойств. Иногда требования, предъявляемые к материалу, могут быть довольно противоречивыми, например, в условиях высоких статических и динамических нагрузок необходимо сочетание высокой жесткости и ударной вязкости. Такое сочетание свойств невозможно достигнуть применением традиционных композиционных материалов с макрогомогенным распределением свойств по изделию. Еще одной проблемой композиционных материалов является резкий переход свойств на границе раздела компонентов, что в случае низкой адгезии может привести к процессу расслоения. Широкие возможности открывает применение так называемых градиентных композиционных материалов с управляемым плавным изменением состава и, соответственно, свойств по сечению изделия в различных направлениях. При этом управление свойствами возможно как за счет изменения состава связующего, так и за счет сочетания различных по природе армирующих наполнителей, их количества и типа переплетения. Как показывает анализ литературы количество исследовательских публикаций по теме «функциональные градиентные материалы» значительно увеличилось за последние два десятилетия. Несмотря на большое количество исследований, посвященных градиентным материалам, на данный момент большая их часть посвящена металлическим сплавам и керамическим материалам, отдельные работы посвящены градиентным полимерным материалам. Несмотря на существенный прогресс по практически применимым композиционным материалам для различных областей, работ по целенаправленной разработке конструкционных градиентных волокнисто-армированных композитов в настоящий момент практически нет. Разработка волокнистых композиционных материалов с градиентом состава и свойств освящена в единичных публикациях. Одной из причин является трудность задачи формирования градиента состава в сложных гетерогенных материалах, таких как волокнистые композиты. Создание градиентных полимерных композитных материалов связано с рядом серьезных проблем, решение которых требует комплексного подхода и подключения к его решению специалистов различных направлений: теоретической механики, технологии композиционных материалов, материаловедения, физико-химии материалов. Поскольку свойства функциональных градиентных материалов изменяются в пределах образца (изделия), многие аналитические методы, разработанные для обычных композитов неприменимы. Необходимо создание специальных моделей для расчета требуемого распределения состава и свойств. Научная значимость проекта заключается в комплексном теоретико-экспериментальном подходе установления взаимосвязи технологии получения, структуры и свойств новых градиентных ПКМ конструкционного назначения с плавно меняющимся содержанием и природой армирующего наполнителя и матрицы в различных направлениях изделия. Научная новизна будет заключаться в разработке теоретических основ создания высокопрочных градиентных композиционных материалов с учетом технологических аспектов изготовления волокнисто армированных угле- и стеклопластиков для высокотехнологичного машиностроения (авиакосмическая, автомобилестроительная, нефтедобывающая промышленности). Методология, применяемая для создания градиентных волокнистых композиционных материалов, станет принципиально новой ступенью для руководителя проекта, занимающегося ранее в рамках кандидатской диссертации, градиентными материалами на основе ограниченно совместимых смол. Для коллектива проекта это будет абсолютно новым научным направлением. Достижимость научной задачи в первую очередь обоснована высокой и разносторонней квалификацией руководителя и членов научного коллектива. Руководитель имеет опыт работы с функциональными градиентными покрытиями на основе ограниченно совместимых олигомеров. Члены научного коллектива имеют квалификацию, как в области математического моделирования и проведения расчетов для композиционных материалов, так и в области технологических процессов получения конструкционных изделий авиакосмического назначения. Дополнительным аргументом является наличие в распоряжении коллектива необходимого научно-исследовательского и технологического оборудования.