• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
29.06.2023
Сколтех
420

Новый сенсор ускорит производство композитных деталей самолетов и лопастей ветряков

4.4

Ученые из Сколтеха при поддержке Программы трансляционных исследований и инноваций Сколтеха разработали и запатентовали метод мониторинга процесса изготовления изделий из термореактивных полимеров. Из этих материалов сделана значительная часть деталей самолетов, кораблей, лопасти ветряков и многие составляющие автомобилей и спортивного снаряжения высокого класса. Они подолгу — порой в течение нескольких дней — запекаются в огромных печах, и новый метод мониторинга позволяет отследить момент, когда этот энергозатратный процесс можно завершать. Тем самым экономятся электроэнергия и время, а освободившуюся раньше печь можно задействовать в других задачах.

Новый сенсор ускорит производство композитных деталей самолетов и лопастей ветряков
Новый сенсор ускорит производство композитных деталей самолетов и лопастей ветряков /©Getty images / Автор: Никита Тарасов

Изобретение зарегистрировано Роспатентом. Изделия из термореактивных полимеров запекаются в крупных печах или автоклавах, особенно если речь идет, например, о массивных авиадеталях. Такие аппараты дорого стоят, и их эксплуатация сопряжена со значительными расходами, в том числе на электроэнергию: высокая температура поддерживается в большом объеме на протяжении долгого времени. Соответственно, производителю выгодно прекратить запекание, как только полимеризация будет завершена.

Но как понять, что полимер спекся? Нагрев изделия осуществляется за счет конвекционных потоков воздуха, поведение которых зависит от формы изделия и трудно поддается прогнозированию. Полимеризация может идти с разной скоростью в разных точках запекаемой детали. В итоге у производителя остается два малоприятных варианта, как действовать.

С одной стороны, можно «перебдеть» и выключить печь лишь тогда, когда уже нет сомнений, что материал полимеризован по всему объему изделия. Очевидные минусы — перерасход электроэнергии и времени.

С другой стороны, можно использовать тот или иной метод мониторинга степени полимеризации, чтобы не пропустить момент, когда изделие готово. Взятие образцов на анализ — трудозатратный процесс, который к тому же вредит изделию и требует временного выключения печи, которую затем придется разогревать заново. Если встроить в изделие оптоволоконные датчики, это может повлечь возникновение концентраций напряжений, и пострадают механические свойства армированного полимера. К тому же, потребуется весьма дорогостоящее оборудование. Последний недостаток в целом характерен и для акустического зондирования, и для других применяющихся сейчас подходов.

«Мы разработали дешевый, масштабируемый и гибкий метод мониторинга степени отверждения термореактивных полимеров, — рассказывает один из обладателей патента, ведущий научный сотрудник Центра науки и технологий добычи углеводородов Сколтеха Сергей Абаимов. — Метод предполагает добавление в полимер проводящих электрический ток частиц. Ввиду ряда сложных процессов по мере запекания меняются расстояния между проводящими частицами и туннельные потенциалы. Эти изменения отражаются на общей электропроводности нанокомпозита, причем мы можем зарегистрировать этот эффект обычным мультиметром — это стандартный и недорогой электроизмерительный прибор. Мы знаем, какой отклик датчика соответствует той или иной стадии полимеризации изделия, потому что установили референсные значения в ходе экспериментов».

Исследователи называют свое изобретение встраиваемым наносенсором, но форма реализации зависит от необходимой точности и бюджета. Наиболее совершенный вариант — это сложная наноструктура, которая изготавливается осаждением из газовой фазы и встраивается в запекаемую деталь. В зависимости от запроса производителя и особенностей изделия может использоваться один такой сенсор или сразу много. Самый простой вариант — это одно из множества веществ, проводящих электрический ток, которые могут служить добавками к полимеру: оксиды металлов, углеродные нанотрубки, графен и многие другие. Такое вещество не обязательно должно иметь наноструктурированную или наноразмерную форму — например, исследователи провели успешный эксперимент с электролитическим медным порошком.

«Своего рода бонусом становится то, что наши встраиваемые наноструктуры не просто не вредят механическим свойствам изделия, а даже немного улучшают их, — прокомментировал разработку один из обладателей патента, аспирант Сколтеха Билту Махато. — Наш метод особенно актуален для крупных деталей, которые подолгу запекают в огромных печах и автоклавах. Яркий пример — составные части кораблей и особенно самолетов, в которых доля деталей из термореактивных полимеров достигает 30–50%, например у „Аэробуса-A350“, российского МС-21 и „Боинга-787“. Отдача от оптимизации их производства очень велика». 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 13:37
Александр Березин

Пока премьер-министр Армении Никол Пашинян считает, что гражданам его страны надо отказаться от претензий на ранее населенные ими земли в современной Турции, Азербайджан на государственном уровне действует «исторически проактивно» — противоположным образом. Там есть и «Общество Западного Азербайджана», и даже канал «Западный Азербайджан ТВ». Находятся желающие назвать азербайджанцев преемниками кавказских албанов и даже заявить претензии на земли к западу от Азербайджана, где находится современная Армения. Разбираемся, насколько все это правда и есть ли этому научные обоснования?

8 часов назад
Игорь Байдов

Американские военные планируют разработать психостимулятор, действие которого можно активировать в мозге с помощью ближнего ИК-излучения. Такая технология поможет пилотам ВВС США сохранять бдительность во время длительных боевых вылетов. Привыкания или побочных эффектов препарат вызывать не будет.

5 часов назад
Полина Меньшова

Средство для полоскания рта «Листерин» повлияло на соотношение микроорганизмов в ротовой полости. У людей, которые регулярно использовали его, стало больше бактерий, способных привести к серьезным заболеваниям.

14 июня
Алиса Гаджиева

Авторы нового междисциплинарного исследования выяснили, как распределялись ресурсы в сообществе земледельцев и скотоводов одной из альпийских долин семь тысяч лет назад.

Вчера, 13:37
Александр Березин

Пока премьер-министр Армении Никол Пашинян считает, что гражданам его страны надо отказаться от претензий на ранее населенные ими земли в современной Турции, Азербайджан на государственном уровне действует «исторически проактивно» — противоположным образом. Там есть и «Общество Западного Азербайджана», и даже канал «Западный Азербайджан ТВ». Находятся желающие назвать азербайджанцев преемниками кавказских албанов и даже заявить претензии на земли к западу от Азербайджана, где находится современная Армения. Разбираемся, насколько все это правда и есть ли этому научные обоснования?

11 июня
Андрей

Китайские палеонтологи обнаружили образцы самых больших моллюсков, живших после Великого вымирания. Их гигантский размер говорит о том, что брюхоногие интенсивнее и быстрее восстановились в росте после массовой гибели. До этого подобные свидетельства находили в ладинском ярусе, а сейчас в анизийском.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

27 мая
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

10 июня
Александр Березин

Исследователи из США выяснили, что примерно два миллиона лет назад Солнечная система захватила хвост облака холодного межзвездного газа. В результате гелиосфера сильно сжалась, дав галактическим лучам свободно облучать все планеты системы. Это должно было вызвать и серьезные проблемы с климатом.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно