Технология производства изделий из полимерных композитов что это за профессия

Опубликовано: 02.10.2024

Профессия технолога по производству изделий из полимерных композитов является одной из важнейших в отрасли химико-технологической промышленности. Выпускник должен быть готов к профессиональной деятельности по созданию технологической оснастки для производства изделий из полимерных композитов различного функционального назначения в системе автоматизированного проектирования, в том числе для производства оснастки на станках с числовым программным управлением.

Отделение: «Ресурсосберегающие и химические технологии»

Основа обучения: бюджет, платно

Очная форма обучения: на базе 9 класса со сроком обучения 3 года 10 месяцев

Документ об образовании:
По окончании обучения выпускникам выдается диплом государственного образца с присвоением квалификации «Техник-технолог».

Как поступить?
Зачисление на бюджетное отделение Колледжа Архитектуры, Дизайна и Реинжиниринга №26 проходит на основе конкурса аттестатов. Не прошел отбор? Не беда. Ждем тебя на платном отделении!

Обратись к специалисту приемной комиссии - получи ответы на все вопросы!
Контакты приемной комиссии: Тел.: +7 (499) 653-70-77

Обучение проходит по адресу: м. Авиамоторная, шоссе Энтузиастов, д. 19, стр. 2

Отправь заявку на обучение на сайте www.priem.26kadr.ru или заполни форму ниже.

Преимущества программы обучения:

профессия входит в Топ-50 самых востребованных новых и перспективных профессий, требующих среднего профессионального образования (по версии Министерства труда и социальной защиты РФ), относится к числу futureskills (профессии будущего).
с целью повышения конкурентоспособности выпускников на рынке труда, к разработке учебных и методических материалов образовательных программ привлекаются специалисты ведущих компаний: Государственного научно-исследовательского института химии и технологии элементоорганических соединений, ЗАО НПО «Пим-Инвест», Института химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук, АО «Мосводоканал» и других
студенты принимают участие в лучших образовательных и научных мероприятиях отрасли.

О программе

Данная специальность включает в себя три блока компетенций, которыми овладеют студенты по завершению обучения: химическая технология композиционных материалов, системы автоматизированного проектирования и работа на станках ЧПУ. Продукты из полимерных композитов используют в авиации, космостроении, строительстве, радиоэлектронике, изготовлении спортинвентаря и других отраслях промышленности.

В результате освоения программы ты научишься:

подготавливать чертежи, спецификации, модели для производства изделия из полимерных композитовпроектировать технологическую оснастку для производства изделий из полимерных композитов различного функционального назначения в подсистемах САПР, в том числе для производства оснастки на станках с числовым программным управлением
контролировать технологические параметры, в том числе с помощью программно-аппаратных комплексов
рассчитывать расход сырья, материалов, энергоресурсов, выхода готовой продукции и количества отходов
эксплуатировать и обеспечивать бесперебойную работу технологического оборудования
снимать показания с приборов
регистрировать необходимые характеристики и параметры оборудования в процессе производства
осуществлять проверку оборудования на наличие дефектов и неисправностей и многому другому!

Лаборатории: неорганической и органической химии, процессов и аппаратов, аналитической химии, физической и коллоидной химии, технологии органических веществ и органического синтеза, автоматизации технологических процессов.

Практика

Практика студентов проводится в социальных партнерах колледжа. Начиная с первого курса, студенты колледжа Архитектуры, Дизайна и Реинжиниринга составляют портфолио своих работ.

Уровень подготовки наших выпускников позволяет решать любые проблемы, связанные с работой предприятий в нефтеперерабатывающей и химической отраслях. Наши партнеры — это крупнейшие компании Российской Федерации, предоставляющие высокооплачиваемую работу выпускникам нашего колледжа. Мы сотрудничаем c ОАО «Газпромнефть МНПЗ», ОАО «НК «Роснефть».

Профессиональные перспективы

Пройди обучение по специализации «Технология производства органических веществ» в Колледже Архитектуры, Дизайна и Реинжиниринга № 26, и ты получишь качественное образование, содействие в трудоустройстве, профессию и соответствующую квалификацию уже в 18 лет. Приобретай опыт и становись незаменимым профессионалом на рынке труда.

Выпускники данного направления могут занимать следующие должности: лаборант химического анализа, контролер качества продукции и технологического процесса, лаборант по физико-механическим испытаниям, наладчик литейных машин, прессовщик изделий из пластмасс, оператор-литейщик на автоматах и автоматических линиях.

Также рекомендуем следующие специальности и профессии в колледже:

18.01.02 Лаборант-эколог с присвоением квалификации лаборант химического анализа

Тип профессии по предмету труда: профессия технолога относится к типу: «Человек – Техника», она ориентирована на создание, конструирование, наладку, эксплуатацию технических устройств, управление техническими устройствами.

Класс профессии: относится к классу эвристических (творческих), она связана с анализом, исследованиями и испытаниями.

Описание профессии

Техник по композитным материалам проводит первичную проверку технической документации на изделие из композитных материалов на соответствие техническим заданиям, действующим стандартам и нормативным документам. Настраивает и делает опытную проверку технологического оборудования. Он осуществляет контроль качества исходных материалов для получения составных частей композитных материалов, разрабатывает технологические режимы изготовления типовых изделий из композитных материалов и контролирует их соблюдение. Техник по композитным материалам определяет механические свойства составных частей и структуру композитных материалов, проводит вспомогательные работы при проведении опытных испытаний новых и модифицированных конструкций и технологических процессов изготовления изделий из композитных материалов, в том числе в изготовлении их макетов. Конструирует изделия из композитных материалов средней сложности индивидуального и мелкосерийного производства и простые изделия крупносерийного и массового производства.

Требования к индивидуальным особенностям специалиста

К профессионально важным качествам техника по композитным материалам относятся:

Техник по композитным материалам должен обладать следующими личностными качествами:

Медицинские противопоказания

Заболевания центральной нервной системы различной этиологии с двигательными и чувствительными нарушениями, расстройствами координации, когнитивными и интеллектуальными нарушениями.
Заболевания, сопровождающиеся расстройствами сознания: эпилепсия и эпилептические синдромы различной этиологии и др.
Психические заболевания с тяжелыми, стойкими или часто обостряющимися болезненными проявлениями.
Алкоголизм, токсикомания, наркомания.
Болезни эндокринной системы прогрессирующего течения с признаками поражения других органов и систем .
Злокачественные новообразования.
Заболевания крови и кроветворных органов с прогрессирующим и рецидивирующим течением.
Гипертоническая болезнь III стадии.
Хронические болезни сердца и перикарда с недостаточностью кровообращения I-II степени.
Облитерирующие заболевания сосудов, аневризмы и расслоения любых отделов аорты и артерий, облитерирующий атеросклероз аорты, сосудов конечностей.
Варикоз с явлениями хронической венозной недостаточности 3 степени и выше.
Ревматизм: активная фаза, с поражением сердца и других органов.
Хронические заболевания органов дыхания, хронический тонзиллит, хронические воспалительные заболевания околоносовых пазух, путей, искривления носовой перегородки, препятствующие носовому дыханию.
Тотальные дистрофические заболевания верхних дыхательных путей.
Гиперпластический ларингит.
Болезни бронхолегочной системы с явлениями дыхательной недостаточности.
Активные формы туберкулеза любой локализации.
Осложненное течение язвенной болезни желудка, двенадцатиперстной кишки.
Хронические гепатиты, циррозы печени и другие заболевания печени.
Хронические болезни почек и мочевыводящих путей с явлениями хронической почечной недостаточности 2-3 степени.
Диффузные заболевания соединительной ткани с нарушением функции органов и систем 3-4 степени.
Выраженные расстройства вегетативной нервной системы.
Невропатии, радикулопатии и другие хронические заболевания периферической нервной системы.
Хронические заболевания опорно-двигательного аппарата с нарушениями функции 3 и более степени.
Хронические заболевания кожи: экзема, псориаз, атопический дерматит и т. д.
Аллергические заболевания различных органов и систем.
Заболевания сетчатки глаз, катаракта, миопия высокой степени или осложненная близорукость.
Грыжи, препятствующие работе и имеющие наклонность к ущемлению.
Заболевания верхних дыхательных путей и кожи, склонные к перерождению (хронический гиперпластический ларингит, гиперкератозы, дискератозы, пигментные множественные папилломы и невусы и другие
Доброкачественные новообразования любой локализации, склонные к перерождению.

Требования к профессиональной подготовке

Техник по композитным материалам должен знать:

Техник по композитным материалам должен уметь:

По словам вице-премьера Дмитрия Рогозина, к 2020 году отечественная оборонка разработает около 1300 новых технологий для нужд отечественной промышленности. Задачи, которые ставят конструкторы, не всегда можно решить с помощью доступных инструментов: нужны современные технологии, ноу-хау и, конечно, новые материалы. Именно поэтому в сфере ОПК недавно был сформирован институт генеральных технологов. Эти люди возглавят развитие технологических направлений в науке, создавая современный инструментарий, который будет использоваться в производстве.

Рогозин неоднократно подчёркивал, что наша сегодняшняя задача – не пытаться догонять развитые страны, а совершить прорыв в науке и технологиях, сделать что-то своё и сразу захватить лидерство в этой нише. Одной из подобных технологических сфер, безусловно, является создание и использование композиционных материалов, композитов.

Что такое композиты?

В истории были примеры, когда освоение тех или иных материалов приводило к серьёзным технологическим прорывам. Так было, например, когда люди научились обрабатывать металл или использовать бетон. Современная наука даёт возможность получать новые материалы из нескольких, объединяя и усиливая их свойства, а иногда и добиваясь совершенно новых свойств. В основную матрицу – полимерную, деревянную, керамическую или на основе металла – добавляются различные волокна или кристаллы. Так, если матрицу из эпоксидной смолы армировать нитями углеродного волокна, получится углепластик – материал, изделие из которого окажется чуть ли не в десять раз легче, чем такое же, но сделанное из стали, при этом оно будет точно таким же по прочности. Многие наверняка видели так называемые композитные доски – современный материал, используемый для отделки террас. Она получается из измельчённой древесины путём смешивания с полимерами и особой прессовки. Эта доска так же экологична и красива, как деревянная, и даже пахнет деревом. Но при этом она обладает и рядом других свойств – влагостойкостью, гибкостью, устойчивостью к износу.

За счёт различных комбинаций можно добиваться материалов различной жёсткости, прочности, упругости, устойчивых к очень высоким или очень низким температурам, к химически агрессивной среде, к динамическим нагрузкам или ударам, обладающих заданной теплопроводностью, радио- или электроизоляционными свойствами. При этом нужные свойства изделия можно сформулировать в самом начале, ещё на стадии проектирования, и это может быть целый набор характеристик. К примеру, деталь может быть упругой в одном направлении и жёсткой в другом – такие требования сейчас ставятся в здравоохранении в отношении различных протезов. Понятно, что без создания новых материалов тут не обойтись: сделать такую деталь из металла невозможно.

Развитие этих технологий способно поднять различные отрасли промышленности на принципиально новый технологический уровень. Речь идёт о необычайно широком спектре отраслей и производств. Композитные материалы можно использовать в строительстве и нефтегазовой промышленности, в авиа- и судостроении, при производстве спортивного инвентаря и медицинской техники, а также в космической промышленности. Актуальная задача, над которой работают отечественные специалисты, – создание материалов, выдерживающих микроволновое и рентгеновское излучение, способных выдержать удар молнии и так далее.

Ещё два года назад на салоне МАКС-2015 ОАО РКК «Энергия» показала довольно сложную конструкцию из трёх корпусов из углепластика, которые собираются в трёхслойный герметичный корпус по принципу матрёшки. Среднемагистральный самолёт МС-21, на который наша страна возлагает большие надежды, также делается с использованием композитных материалов. Крылья самолёта полностью изготовлены из композита с использованием углеводорода. Материал, из которого делают так называемое «чёрное крыло», прочнее любого металла, используемого в авиастроении, и при этом легче алюминия. Это означает, что при тех же характеристиках лайнер будет легче. Следовательно, он сможет либо брать на борт больше груза, либо расходовать значительно меньше топлива.

Примеры можно приводить бесконечно: композиты быстро и уверенно проникают в нашу повседневную жизнь. Отметим, что высокие технологии – это не только бесконечно далёкие от обычного человека сферы. Так, в прошлом году компания «Инжинити» наряду с разработкой композитных солнечных панелей для космических аппаратов сделала и стеклопластиковые кожухи, которые защищают электрооборудование московской новинки – электровелосипедов (осенью прошлого года в Москве открылось несколько пунктов проката этой чудо-техники – profiok.com).

Словом, развитие разработки и производства композитных изделий – важная составляющая обеспечения конкурентоспособности нашей страны. И как во всякой новой отрасли, в разработке и производстве деталей из композитных материалов остро стоит вечный российский вопрос: кадры.

Где взять специалистов?

Поскольку отрасль новая, у руководства страны, предприятий, образовательных учреждений были все шансы не повторять ошибок, которые были сделаны в отношении специалистов в других областях. Профессии, связанные с этой сферой, не вызывают никаких негативных ассоциаций – не падал их престиж, никогда не было толп безработных специалистов, нет устаревшего оборудования, на котором неприятно работать молодёжи. Профессия техника по композитным материалам вошла в знаменитый список «50 наиболее востребованных на рынке труда, новых и перспективных профессий», подготовленный Минтрудом в ноябре 2015 года.

Заметим, что специалист по производству композитов – необычная профессия. В традиционной прикладной науке и на производстве роли конструкторов и технологов довольно чётко разграничены: один придумывает, что нужно сделать, другой – как. Когда создаётся изделие из композитов, эти роли часто совмещает один человек, который и придумывает конструкцию под конкретную задачу, и подбирает её состав. До сих пор во всём мире каждое отдельное изделие – ручная работа. Но естественно полагать, что в будущем возникнет необходимость максимально автоматизировать процесс – это всегда снижает стоимость и риски, связанные с человеческим фактором. Но, как известно, чем выше интеллектуальный уровень, необходимый для выполнения операции, тем сложнее её автоматизировать. Специалисты по композитам, умеющие программировать, просчитывать свойства детали ещё до того, как она будет произведена, будут востребованы. По сути, здесь стирается грань между рабочим и инженером. Это интеллектуальный труд, требующий серьёзной квалификации.

Чем больше становится производств, использующих композитные материалы, тем острее будет потребность в специалистах – эксперты прогнозируют в ближайшие годы взрывной рост этой потребности. У молодёжи тоже вроде бы есть интерес – всё-таки профессия будущего, неплохо оплачивается, работу по специальности можно будет найти без проблем. Во многих вузах, разумеется, есть соответствующие кафедры, но хорошо бы подойти к вопросу системно и для начала сформулировать требования к специалистам, которые будут нужны через несколько лет. Эту задачу сейчас решают представители движения WorldSkills совместно с отраслевым Союзом производителей композитов, заводом «Авангард», инженерной компанией «Инжинити» и рядом вузов, обучающих этой специальности.

Новая компетенция: технологии композитов

«Всего три года назад на одной из традиционных встреч руководителей высокотехнологичных предприятий, которые проводит наш институт, директора компаний, связанных с изготовлением изделий из композитов, утверждали, что профстандарты – ненужная бюрократия, а соревнования WorldSkills их не касаются, поскольку у них нет соответствующих профессиональных компетенций, – рассказал порталу profiok.com директор Центра экономического развития и сертификации (ЦЭРС ИНЭС) Роланд Шарифов. – Но отрасль находится на конкурентном рынке, что заставляет компании постоянно быть в тонусе, своевременно модернизировать производство, осваивать новый управленческий инструментарий, думать о системе наставничества и подготовки специалистов. Так, наши партнёры – АО «Авангард» – не только приняли активное участие в создании высокотехнологичной компетенции «Технологии композитов», нашли время на экспертизу требований к этой компетенции, но и принимают участие в экспертной оценке участников профильных состязаний WorldSkills. Так, в состав экспертов по оценке этой компетенции вошли генеральный директор АО «Авангард» Константин Горелый и главный технолог компании Александр Иванов».

Компетенция «Технологии композитов» была впервые представлена в 2016 году на национальном чемпионате WorldSkills, а затем на WorldSkills Hi-Tech (это чемпионат так называемых «сквозных» рабочих профессий, существующих в высокотехнологичных отраслях промышленности – profiok.com). Ранее такой компетенции в классификаторе WorldSkills не существовало ни в России, ни в мире. Сейчас российскими экспертами подготовлен полный методический пакет по этой компетенции, он переведён на английский язык и передан международным экспертам. Задача российских энтузиастов – добиться присутствия этой компетенции на мировом чемпионате WorldSkills, который пройдёт в 2019 году в Казани. Проголосовать за её включение на генеральной ассамблее WorldSkills в Абу-Даби осенью 2017 года должны представители 85 стран. Впрочем, многие страны, получив пакет документов, уже выразили готовность провести совместные соревнования.

Компетенция «Технологии композитов» – это большой набор навыков и инструментов, производственных, технологичных, инженерных и даже организационных приёмов, которые используются командой специалистов в процессе проектирования, изготовления и испытания изделия из композиционных материалов. Выполняемые каждым членом команды задачи настолько сложны, что универсальных специалистов в этой сфере быть не может. Члены команды дополняют друг друга. Например, один рассчитывает с помощью специального программного обеспечения прочность изделия, проектирует в САП форму детали. Второй специалист будет отвечать за реализацию модели в конкретном материале. Смысл в том, что эти два специалиста должны быть в состоянии сделать высокотехнологичное композитное изделие за три дня. При этом они сами выстраивают последовательность задач, решают, как будут взаимодействовать, кто и что будет делать, сами выбирают оборудование и материалы, которые будут использовать.

Так, на WorldSkills Hi-Tech в 2016 году команда должна была сделать винт левого и правого вращения для беспилотника. Ребята делали 3D-модель, рассчитывали прочность, проектировали технологическую оснастку и сами делали её на станке с ЧПУ. Затем они вкладывали в неё выбранные материалы, полимеризовали изделие в особой печи, а затем обрабатывали, чтобы устранить несоответствия в геометрических параметрах. Эксперты оценивали визуальные характеристики изделия, прочность, результаты нагрузочных испытаний, а также время исполнения задания. Первое место заняла команда АО «Авангард» – фрезеровщик специзделий из ПКМ Константин Титов и ведущий конструктор ОГТ Евгений Мишутин.

Конечно, требования, которые предъявляются сейчас к компетенции «Технологии композитов», намного выше тех, что существуют на реальном производстве в российских компаниях. Но опыт и навыки никогда не бывают лишними. Специалисты всегда смогут реализовать их на своём предприятии, а главное – научить других, ведь смысл движения WorldSkills не сводится к профориентации молодёжи или просто профессиональным состязаниям. Смысл – выявить требования к профессии и развернуть систему подготовки специалистов мирового класса.

В фокусе внимания

11 апреля глава Минобрнауки Ольга Васильева посетила МГТУ им. Н.Э.Баумана. Министр открыла первый в России научно-производственный комплекс, который будет обеспечивать полный цикл от проектирования до выпуска изделий из композитов. Центр «Композиты России» – межотраслевой инжиниринговый центр «Новые материалы, композиты и нанотехнологии» (МИЦ «НМКН») МВТУ им. Н.Э.Баумана. Здесь решается множество инжиниринговых задач для целого ряда отраслей российской промышленности, а также действует центр молодежного инновационного творчества «Инжинириум». Такой комплекс – образец прямого взаимодействия бизнеса, образования и науки. Заметив, что «в науке работают те, кому это всё очень важно и интересно», Ольга Васильева продемонстрировала интерес к производству изделий из композитов, изготовив хоккейную клюшку. Как сообщает пресс-служба Минобрнауки, изделие будет вручено лучшему игроку хоккейной сборной Бауманки. Министр также лично провела «урок по композитам» для школьников. Такие же проекты для учащихся средних школ стартовали 11 апреля в технополисе «Москва» и одном из инженерных лицеев Казани. Планируется, что курсы по композитам для школьников скоро будут введены по всей стране. Символично, что начало обучения школьников азам новых технологий положено в стенах научно-производственного комплекса МИЦ «Композиты России». Науке и производству давно уже пора делать ставку не только на студентов, но и на школьников, привлекая в перспективное направление самых талантливых молодых людей.

«Производство изделий на основе композиционных материалов очень своевременно оказалось в центре внимания руководства. Интерес к этой сфере проявляет не только Ольга Васильева, – комментирует Роланд Шарифов. – На Форуме стратегических инициатив летом прошлого года конкурсную площадку компетенции «Технология композитов» представили Владимиру Путину – там, кстати, как раз были специалисты «Авангарда». Этим же летом в лаборатории МИЦ «Композиты России» приезжала делегация правительства Москвы. И даже Патриарх Московский и всея Руси Кирилл на православном студенческом форуме интересовался технологиями изготовления и применения композитов. Хочется надеяться, что романтика, всегда присущая технологиям будущего, внимание чиновников, грамотная и системная политика руководителей предприятий, участие профессионального сообщества позволят этой сфере развиваться быстро и качественно. Это одно из направлений, где наша страна может и должна быстро достичь уровня, превышающего мировой. И тогда отечественное высокотехнологичное производство снова окажется на лидирующих позициях, как это и должно быть.

P.S.: Может быть, вообще стоит выбрать несколько подобных «прорывных» направлений и не распыляться? Но для этого тоже голова нужна».

Фото: пресс-служба АО «Авангард», пресс-служба МИЦ «Композиты России».

Вы можете отметить интересные вам фрагменты текста, которые будут доступны по уникальной ссылке в адресной строке браузера.

Композит применяется для выпуска изделий различного назначения, начиная с промышленности и заканчивая сборкой бытовой техникой. Широкая сфера применения материала объясняется его составом, в который входят два и более компонента, обеспечивающих дополнительные свойства изделия. Полученный материал приобретает новые характеристики, связанные с твердостью, пластичностью, износостойкостью.

Композиты состоят из матрицы, имеющей пластичную структуру, и наполнителей, которые укрепляют материал и придают ему дополнительную прочность. Состав композита зависит от пропорций применяемых веществ, вспомогательных реагентов, которые используются для создания изделий с необходимым набором свойств.

Детали из композита

Пластичная матрица и армированный наполнитель, входящие в состав композита, позволяют создавать из этого материала различные детали. Полученные изделия обладают определенной прочностью и жесткостью. По легкости и механическим свойствам детали из композита превосходят некоторые сплавы и другие традиционные материалы. Созданные из таких изделий строительные конструкции, имеют массу значительно меньшую, чем металлические. Композитные детали широко применяются для строительства быстровозводимых жилых, общественных, производственных зданий и хозяйственных построек.

Кроме строительной отрасли, детали из композита применяются в изготовлении:

промышленных осевых вентиляторов, которые устанавливаются на аппараты воздушного охлаждения, для градирен и ветроэнергетических установок;
электротранспорта, в том числе общественного;
мелкосерийного и серийного автомобилестроения;
спецавтотранспорта, в том числе для водных и снегоходных моделей;
строительной техники, включая краны и транспорт для укладки дорожного покрытия;
малогабаритных лодок;
объектов социально-бытовой инфраструктуры, придомовых территорий;
архитектурного декора и конструкций;
мастер-моделей и оснасток.

Свойства композита позволяют также изготавливать детали различных форм и размеров по проектам, предоставленным заказчиками. Из этого материала возможно сделать уникальный элемент конструкции или механизма с определенными физико-техническими характеристиками.

Композитные материалы применяются в изготовлении деталей для химической промышленности, электроники, электроэнергетики, медицины, металлургии. В авиастроении композиты применяются для конструкции обшивки, закрылок, воздухозаборников и других частей воздушного судна. Внедрение композитов в строительство космических аппаратов позволило в целом снизить вес конструкции.

Для конструирования спортивной техники, железнодорожного транспорта, в судостроении, строительстве зданий и дорожного покрытия широко применяется угле-, стеклопластик, а также кевларовый пластик.

Производство из композита

При изготовлении детали из композита учитываются условия работы механизма или конструкции, в которой будет применяться изделие. При проектировании композитных частей оборудования учитывается степень нагрузки, которую будет испытывать запчасть. Поэтому композитный материал должен включать матрицу, обеспечивающую стойкость к механическим воздействиям, монолитность детали, и наполнитель, отвечающий за твердость, прочность и устойчивость изделия к деформации.

Производство из композита включает этап проектирования формы и размеров изделия, конструирование материала в соответствии с условиями эксплуатации будущей детали. Вид и структурные особенности композита определяются исходя из технических требований к изделию: температуры, воздействующей на деталь в механизме, нагрузки, которой она подвергается, веса самой детали.

Процесс проектирования изделий переходит в технологическое производство из композита, которое включает выбор волокон, структуры материала, улучшение его свойств. Определяется техника изготовления, оснастка, оборудование, задаются соответствующие режимы производства. С целью более точного изготовления детали для определенного механизма, особенно при серийном производстве, сначала изготавливается опытный образец. Такая деталь проходит процесс испытания, начиная от умеренных и заканчивая предельными нагрузками.

На современном оборудовании стало возможным выпускать композитные детали, включающие несколько различных матриц, а также гибридные изделия с несколькими наполнителями. Для матриц используются металлические, керамические, полимерные, цементные составы, а наполнители могут состоять из различных искусственных и природных веществ.

Производство изделий из полимерных композитов

Полимеры являются основой для производства многих видов композитов. Изделия из таких материалов имеют меньший вес по сравнению с металлическими. Кроме того, полимерные композиты обладают рядом свойств:

возможность создания из них деталей со сложными геометрическими формами;
влаго- и атмосфероустойчивость;
возможность изготовления детали для различных сложных механизмов;
не подвержены коррозии;
эстетичность;
жесткость;
износостойкость и другие свойства.

Из расплавленного неорганического стекла изготавливаются стеклопластики. Для их производства применяют термоактивные смолы, придающие материалу прочность, повышают его электроизоляцию и прозрачность для радиоволн. Стеклопластик применяется в судостроении, изготовлении спортивного оборудования, бытовых предметов, строительстве, радиоэлектронике и для других целей.

Производство изделий из полимерных композитов также использует углепластики, содержащие углеродные волокна. Такой материал обладает более высокой упругостью, прочностью, легкостью по сравнению со стеклопластиками. Изделия из углепластиков используются в авиа- и ракетостроении, в сборке медицинского оборудования, спортивного инвентаря, машиностроении.

Полимерные композиты боропластики содержат борные волокна в качестве наполнителя. Такой материал устойчив к химическим воздействиям, прочный на сжатие, однако хрупкий при обработке. Изделия из боропластика используются в авиационной и космической отраслях из-за высокой стоимости материала.

В основе органопластика находятся органические, синтетические или природные волокна, фенольная, эпоксидные смолы и другие составляющие. Детали из органопластика легче, чем изделия из стекло- и углепластика, обладают высоким сопротивлением механическим повреждениям. Они применяются в различных отраслях человеческой жизни, начиная от тяжелой промышленности и заканчивая медициной.

Наполненные порошками полимеры охватывают широкую сферу применения. Их используют в производстве труб, облицовочной плитки, электроизоляционных материалов. Такой материал применяется для изготовления жестких и эластичных изделий.

Текстолиты, в основе которых находятся ткани. Волокна таких композитов состоят из хлопка, синтетических, стеклянных, асбестовых, углеродных и других материалов. Свойства текстолитов позволяют их использовать в различных сферах, начиная от машиностроения и заканчивая бытовой сферой.

Технологии производства из композита

Для изготовления композитных изделий используются несколько технологий. Для ручного формования применяется матрица, поверх которой наносится защитное покрытие, формирующее наружный слой изделия. После высыхания слоя укладывается наполнитель, который пропитывается связующим составом, формирующим слой. После высыхания изделия проводится его дальнейшая механическая обработка.

Технологии производства из композита включают вакуумное формование. Его этапами являются пропитка армирующих материалов, укладывание вспомогательных покрытий и вакуумной пленки.

Для вакуумной инфузии характерно создание вакуумного мешка с расположенным в нем материалом. Пропитка проводится за счет вакуума, созданного внутри мешка.

Формование, при котором происходит подача смолы, используется защитный слой для верхней и нижних форм. После высыхания слоев, в форму выкладывается материал и она закрывается для дальнейшей подачи внутрь связующего слоя.

Современные технологии производства из композита позволяют использовать различные методы создания изделий, к которым также относятся: автоклавное формование, напыление, намотка, пултрузия, прямое прессование.

Композиционные материалы (композиты) – многокомпонентные материалы, состоящие, как правило, из пластичной основы (матрицы), армированной наполнителями, обладающими высокой прочностью, жесткостью и т.д. Сочетание разнородных веществ приводит к созданию нового материала, свойства которого количественно и качественно отличаются от свойств каждого из его составляющих. Варьируя состав матрицы и наполнителя, их соотношение, ориентацию наполнителя, получают широкий спектр материалов с требуемым набором свойств. Многие композиты превосходят традиционные материалы и сплавы по своим механическим свойствам и в то же время они легче. Использование композитов обычно позволяет уменьшить массу конструкции при сохранении или улучшении ее механических характеристик.

Компонентами композитов являются самые разнообразные материалы – металлы, керамика, стекла, пластмассы, углерод и т.п. Известны многокомпонентные композиционные материалы – полиматричные, когда в одном материале сочетают несколько матриц, или гибридные, включающие в себя разные наполнители. Наполнитель определяет прочность, жесткость и деформируемость материала, а матрица обеспечивает монолитность материала, передачу напряжения в наполнителе и стойкость к различным внешним воздействиям.

Полимерные композиционные материалы

Композиты, в которых матрицей служит полимерный материал, являются одним из самых многочисленных и разнообразных видов материалов. Их применение в различных областях дает значительный экономический эффект. Например, использование ПКМ при производстве космической и авиационной техники позволяет сэкономить от 5 до 30% веса летательного аппарата. А снижение веса, например, искусственного спутника на околоземной орбите на 1 кг приводит к экономии 1000 долларов. В качестве наполнителей ПКМ используется множество различных веществ.

Стеклопластики

Полимерные композиционные материалы, армированные стеклянными волокнами, которые формуют из расплавленного неорганического стекла. В качестве матрицы чаще всего применяют как термореактивные синтетические смолы (фенольные, эпоксидные, полиэфирные и т.д.), так и термопластичные полимеры (полиамиды, полиэтилен, полистирол и т.д.). Эти материалы обладают достаточно высокой прочностью, низкой теплопроводностью, высокими электроизоляционными свойствами, кроме того, они прозрачны для радиоволн. Использование стеклопластиков началось в конце Второй мировой войны для изготовления антенных обтекателей – куполообразных конструкций, в которых размещается антенна локатора. В первых армированных стеклопластиках количество волокон было небольшим, волокно вводилось, главным образом, чтобы нейтрализовать грубые дефекты хрупкой матрицы. Однако со временем назначение матрицы изменилось – она стала служить только для склеивания прочных волокон между собой, содержание волокон во многих стеклопластиках достигает 80% по массе. Слоистый материал, в котором в качестве наполнителя применяется ткань, плетенная из стеклянных волокон, называется стеклотекстолитом. Стеклопластики – достаточно дешевые материалы, их широко используют в строительстве, судостроении, радиоэлектронике, производстве бытовых предметов, спортивного инвентаря, оконных рам для современных стеклопакетов и т.п.

Углепластики

Наполнителем в этих полимерных композитах служат углеродные волокна. Углеродные волокна получают из синтетических и природных волокон на основе целлюлозы, сополимеров акрилонитрила, нефтяных и каменноугольных пеков и т.д. Термическая обработка волокна проводится, как правило, в три этапа (окисление – 220° С, карбонизация – 1000–1500° С и графитизация – 1800–3000° С) и приводит к образованию волокон, характеризующихся высоким содержанием (до 99,5% по массе) углерода. В зависимости от режима обработки и исходного сырья полученное углеволокно имеет различную структуру. Для изготовления углепластиков используются те же матрицы, что и для стеклопластиков – чаще всего – термореактивные и термопластичные полимеры. Основными преимуществами углепластиков по сравнению со стеклопластиками является их низкая плотность и более высокий модуль упругости, углепластики – очень легкие и, в то же время, прочные материалы. Углеродные волокна и углепластики имеют практически нулевой коэффициент линейного расширения. Все углепластики хорошо проводят электричество, черного цвета, что несколько ограничивает области их применения. Углепластики используются в авиации, ракетостроении, машиностроении, производстве космической техники, медтехники, протезов, при изготовлении легких велосипедов и другого спортивного инвентаря.

На основе углеродных волокон и углеродной матрицы создают композиционные углеграфитовые материалы – наиболее термостойкие композиционные материалы (углеуглепластики), способные долго выдерживать в инертных или восстановительных средах температуры до 3000° С. Существует несколько способов производства подобных материалов. По одному из них углеродные волокна пропитывают фенолформальдегидной смолой, подвергая затем действию высоких температур (2000° С), при этом происходит пиролиз органических веществ и образуется углерод. Чтобы материал был менее пористым и более плотным, операцию повторяют несколько раз. Другой способ получения углеродного материала состоит в прокаливании обычного графита при высоких температурах в атмосфере метана. Мелкодисперсный углерод, образующийся при пиролизе метана, закрывает все поры в структуре графита. Плотность такого материала увеличивается по сравнению с плотностью графита в полтора раза. Из углеуглепластиков делают высокотемпературные узлы ракетной техники и скоростных самолетов, тормозные колодки и диски для скоростных самолетов и многоразовых космических кораблей, электротермическое оборудование.

Боропластики

Композиционные материалы, содержащие в качестве наполнителя борные волокна, внедренные в термореактивную полимерную матрицу, при этом волокна могут быть как в виде мононитей, так и в виде жгутов, оплетенных вспомогательной стеклянной нитью или лент, в которых борные нити переплетены с другими нитями. Благодаря большой твердости нитей, получающийся материал обладает высокими механическими свойствами (борные волокна имеют наибольшую прочность при сжатии по сравнению с волокнами из других материалов) и большой стойкостью к агрессивным условиям, но высокая хрупкость материала затрудняет их обработку и накладывает ограничения на форму изделий из боропластиков. Кроме того, стоимость борных волокон очень высока (порядка 400 $/кг) в связи с особенностями технологии их получения (бор осаждают из хлорида на вольфрамовую подложку, стоимость которой может достигать до 30% стоимости волокна). Термические свойства боропластиков определяются термостойкостью матрицы, поэтому рабочие температуры, как правило, невелики.

Применение боропластиков ограничивается высокой стоимостью производства борных волокон, поэтому они используются главным образом в авиационной и космической технике в деталях, подвергающихся длительным нагрузкам в условиях агрессивной среды.

Органопластики

Композиты, в которых наполнителями служат органические синтетические, реже – природные и искусственные волокна в виде жгутов, нитей, тканей, бумаги и т.д. В термореактивных органопластиках матрицей служат, как правило, эпоксидные, полиэфирные и фенольные смолы, а также полиимиды. Материал содержит 40–70% наполнителя. Содержание наполнителя в органопластиках на основе термопластичных полимеров – полиэтилена, ПВХ, полиуретана и т.п. – варьируется в значительно больших пределах – от 2 до 70%. Органопластики обладают низкой плотностью, они легче стекло- и углепластиков, относительно высокой прочностью при растяжении; высоким сопротивлением удару и динамическим нагрузкам, но, в то же время, низкой прочностью при сжатии и изгибе.

Важную роль в улучшении механических характеристик органопластика играет степень ориентация макромолекул наполнителя. Макромолекулы жесткоцепных полимеров, таких, как полипарафенилтерефталамид (кевлар) в основном ориентированы в направлении оси полотна и поэтому обладают высокой прочностью при растяжении вдоль волокон. Из материалов, армированных кевларом, изготавливают пулезащитные бронежилеты.

Органопластики находят широкое применение в авто-, судо-, машиностроении, авиа- и космической технике, радиоэлектронике, химическом машиностроении, производстве спортивного инвентаря и т.д.

Полимеры, наполненные порошками

Известно более 10000 марок наполненных полимеров. Наполнители используются как для снижения стоимости материала, так и для придания ему специальных свойств. Впервые наполненный полимер начал производить доктор Бейкеленд (Leo H.Baekeland, США), открывший в начале 20 в. способ синтеза фенолформфльдегидной (бакелитовой) смолы. Сама по себе эта смола – вещество хрупкое, обладающее невысокой прочностью. Бейкеленд обнаружил, что добавка волокон, в частности, древесной муки к смоле до ее затвердевания, увеличивает ее прочность. Созданный им материал – бакелит – приобрел большую популярность. Технология его приготовления проста: смесь частично отвержденного полимера и наполнителя – пресс-порошок - под давлением необратимо затвердевает в форме. Первое серийное изделие произведено по данной технологии в 1916, это – ручка переключателя скоростей автомобиля «Роллс-Ройс». Наполненные термореактивные полимеры широко используются по сей день.

Сейчас применяются разнообразные наполнители так термореактивных, так и термопластичных полимеров. Карбонат кальция и каолин (белая глина) дешевы, запасы их практически не ограничены, белый цвет дает возможность окрашивать материал.

Применяют для изготовления жестких и эластичных поливинилхлоридных материалов для производства труб, электроизоляции, облицовочных плиток и т.д., полиэфирных стеклопластиков, наполнения полиэтилена и полипропилена. Добавление талька в полипропилен существенно увеличивает модуль упругости и теплостойкость данного полимера. Сажа больше всего используется в качестве наполнителя резин, но вводится и в полиэтилен, полипропилен, полистирол и т.п. По-прежнему широко применяют органические наполнители – древесную муку, молотую скорлупу орехов, растительные и синтетические волокна. Для создания биоразлагающихся композитов в качество наполнителя используют крахмал.

Текстолиты

Слоистые пластики, армированные тканями из различных волокон. Технология получения текстолитов была разработана в 1920-х на основе фенолформальдегидной смолы. Полотна ткани пропитывали смолой, затем прессовали при повышенной температуре, получая текстолитовые пластины. Роль одного из первых применений текстолитов – покрытия для кухонных столов – трудно переоценить.

Основные принципы получения текстолитов сохранились, но сейчас из них формуют не только пластины, но и фигурные изделия. И, конечно, расширился круг исходных материалов. Связующими в текстолитах является широкий круг термореактивных и термопластичных полимеров, иногда даже применяются и неорганические связующие – на основе силикатов и фосфатов. В качестве наполнителя используются ткани из самых разнообразных волокон – хлопковых, синтетических, стеклянных, углеродных, асбестовых, базальтовых и т.д. Соответственно разнообразны свойства и применение текстолитов.

Читайте также: