ПОЛІМЕРНІ КОМПОЗИЦІЙНІ МАТЕРІАЛИ СПЕЦІАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ ДЛЯ АВІАЦІЙНОЇ ТА КОСМІЧНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ

О. Кабат; Н. Банник; О. Вороний

doi:10.15407/scine21.01.095

Автор(и)

О. Кабат Український Державний Університет Науки і Технологій https://orcid.org/0000-0001-7995-5333
Н. Банник Український Державний Університет Науки і Технологій https://orcid.org/0000-0003-4504-8529
О. Вороний Український Державний Університет Науки і Технологій https://orcid.org/0009-0006-7716-0805

DOI:

https://doi.org/10.15407/scine21.01.095

Ключові слова:

полімерні композиційні матеріали, фторполімери, ароматичні поліаміди, фізико-механічні властивості, тертя, зношування, авіаційна та космічна промисловість

Анотація

Вступ. Розвиток авіаційної та космічної промисловості сприяє не тільки створенню сучасних літаків, ракет та космічних апаратів, а й позитивно впливає на суміжні галузі промисловості.
Проблематика. Однією із основних вимог до продукції авіаційної та космічної промисловості є високий рівень її надійності та довговічності, що обумовлено постійною взаємодією із людьми та досить високою собівартістю виготовлення й експлуатації. Найбільш актуальним це є для сучасних літаків, ракет та космічних апаратів, які експлуатуються при більших швидкостях, температурах, навантаженнях тощо, ніж попередники. Тому підвищення надійності й довговічності у роботі продукції авіаційної та космічної промисловості є актуальним напрямком.
Мета. Підвищити надійність та довговічність основних вузлів ракето-космічної техніки за рахунок заміни матеріалів, з яких вони виготовлені, на власні інноваційні розробки.
Матеріали й методи. Об’єктами досліджень були полімерні композиційні матеріали на основі фторполімерів та ароматичних поліамідів, які наповнені дисперсними матеріалами на основі діоксиду кремнію та вуглецю.
Результати. Розроблено склад та технології переробки у вироби полімерних композиційних матеріалів на основі фторполімерів та ароматичних поліамідів. Встановлено, що за рівнем міцності (до 285 МПа) вони перевищують більшість кольорових металів, їніх сплавів і низьковуглецевих сталей, маючи при цьому низьку густину (до 1400 кг/м³). За теплофізичними властивостями вони належать до найбільш термостійких матеріалів на основі полімерів (не підлягають термічному розкладанню до температур +365 ^oС). Показано, що деталі із розроблених матеріалів можуть працювати у вузлах тертя без змащування у нормальному режимі роботи при навантаженнях до 2,5 МПа.
Висновки. Розроблено полімерні композиційні матеріали на основі фторполімерів та ароматичних поліамідів з високим рівнем властивостей, деталі з яких значно покращують рівень надійності та довговічності сучасних літаків, ракет і космічних апаратів.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Посилання

Van Beek, A. (2012). Advanced engineering design. Design for reliability. Delft.

Adamu Muhammad, Md. Rezaur Rahman, Rubiyah Baini, Muhammad Khusairy Bin Bakri. (2020). Applications of sustainable polymer composites in automobile and aerospace industry. In: Advances in Sustainable Polymer Composites (Ed. Md. Rezaur Rahman). Woodhead Publishing/Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-820338-5.00008-4

Jur, E. O., Kuchma, L. D., Manko, T. A., Sytalo, V. I. (2003). Polymer composite materials in rocket and space technology. Kyiv [in Ukrainian].

Kaufman, В., Briant, C. L. (2018). Metallurgical Designand Industry. Prehistory to the Space Age. Springer International Publishing A&G. https://doi.org/10.1007/978-3-319-93755-7_5

Myshkin, N. K., Pesetskii, S. S., Grigoriev, A. Ya. (2015). Polymer composites in tribology. VIII International scientific conferene «BALTTRIB 2015». (27 November, 2015, Kaunas, Lithuania), 152—156. Kaunas. https://doi.org/10.15544/balttrib.2015.25

Satapathy, A., Battu, L., Watson, L., Rajabi, N., Park, J. (2022). Novel Thermal Coating for High-Speed Airplanes. ASME 2022 International Mechanical Engineering Congress and Exposition (October 29 — November 2, 2022, Columbus, Ohio, USA). The American Society of Mechanical Engineers, (New York, USA. February 8, 2023). https://doi.org/10.1115/IMECE2022-95482

Devaraju, S., Alagar, M. (2021). Polymer Matrix Composite Materials for Aerospace Applications. In: Encyclopedia of Materials: Composites. 947—969. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-819724-0.00052-5

Rangappa, S. M., Parameswaranpillai, J., Siengchin, S., Kroll, L. (2021). Polymer Composite Structures: Design and Manufacturing Techniques. London. https://doi.org/10.1201/9780429244087

Kabat, O. S., Sitar, V. I., Yermachenok, D. V., Davydov, S. O., Geti, K. V. (2017). Polymeric composite materials for friction units of space and aviation equipment. System design and analysis of the characteristics of aerospace engineering: a collection of scientific works of the Dnipro National University named after O. Honchar, 23, 40—48 [in Russian].

Weber, A. The growing role of plastics in aerospace assembly. URL: https://www.assemblymag.com/articles/94125-thegrowing-role-of-plastics-in-aerospace-assembly (Last accessed: 20.08.2023).

Friedrich, K. (2018). Polymer composites for tribological applications. Advanced industrial and engineering polymer research, 1(1), 3—39. https://doi.org/10.1016/j.aiepr.2018.05.001

Suberlyak, O. V., Bashtannyk, P. I. (2006). Polymer and composite materials processing technology. Kyiv [in Ukrainian].

Osswald, T. (2017). Understanding Polymer Processing: Processes and Governing Equations. 2nd Edition. Carl Hanser Verlag. https://doi.org/10.1007/978-1-56990-648-4

Drobny, J. G. (2021). Technology of fluoropolymers. London.

Trigo‐López, J. M., García, J. A. (2018). Aromatic polyamides reglero ruiz and oth. New Jersey. https://doi.org/10.1002/0471440264.pst249.pub2

Abadie, M. J. (2012). High performance polymers — polyimides based — from chemistry to applications. Rĳeka. https://doi.org/10.5772/2834

Lin, L., Zhao, Y., Hua, C., Alois, K. Schlarb. (2021). Effects of the velocity sequences on the friction and wear performance of PEEK-based materials. Tribology Letters, 69, 68. https://doi.org/10.1007/s11249-021-01452-8

Kurta, S. A. (2012). Fillers — synthesis, properties and use. Ivano-Frankivsk [in Ukrainian].

Rothon, R. (2017). Fillers for Polymer Applications. Switzerland. https://doi.org/10.1007/978-3-319-28117-9

Kabat, O. S., Heti, K. V., Kovalenko, I. L., Dudka, A. М. (2019). Fillers on the silica base for polymer composites of constructional purpose. Journal of chemistry and technologies, 27(2), 247—254. https://doi.org/10.15421/08192702

Sytar, V. I., Burya, A. I., Burmistr, M. V., Danilin, D. S. (2005). Effect of graphite content on wear of thermostable graphite-reinforced plastics. Proceedings of the World Tribology Congress III — 2005 (12—16 September, 2005, Washington, D.C., USA), 55—56. Washington. https://doi.org/10.1115/WTC2005-63229

Kabat, O. S., Dusheyko, M. V. (2017). Special purpose polymer composite materials based on fluoroplastic. Technological systems, 81(4), 63—67 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.29010/081.8

Kabat, O. S., Sytar, V. I., Mytrokhin A. A. (2017). Heat-resistant polymer composites of special purpose for heavily loaded friction units. Technological systems, 79(2), 25—33 [in Russian].

Kabat, O., Sytar, V., Heti, K., Artemchuk, V. (2021). Method for obtaining a polymer composite based on aromatic polyamide and silicon dioxide. Journal of Chemical Technology and Metallurgy, 56(2), 283—288. URL: https://journal. uctm.edu/j2021-2 (Last accessed: 20.08.2024).

Kabat, O. S., Kharchenko, B. G., Derkach, A. D., Artemchuk, V. V., Babenko, V. G. (2019). Polymer composite materials based on fluoroplast and methods for their preparation. Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii, 3, 116—122 [in Russian]. https://doi.org/10.32434/0321-4095-2019-124-3-116-122

Kabat, O. S., Sitar, V. I., Sukhiy, K. M. (2017). Determination of optimal technological parameters during the processing of press powders of aromatic polyamides in virob. Polymer magazine, 4, 248—252 [in Ukrainian]. URL: http:// polymerjournal.kiev.ua/4-2017/ (Last accessed: 20.08.2024). https://doi.org/10.15407/polymerj.39.04.248

Salvador Mendez Santos, Shuren Qu, Su Su Wang. (2022). High-temperature thermal transport properties of mul tifunctional PTFE/PEEK-matrix composite with short carbon fibers and graphite flakes. Journal of Engineering Materials and Technology, 144(4), 041003. https://doi.org/10.1115/1.4054433

Ren, K., Xia, Q., Liu, Y., Cheng, W., Zhu, Y., Liu, Y., Yu, H. (2021). Wood/polyimide composite via a rapid substitution compositing method for extreme temperature conditions. Composites Science and Technology, 207, 108698. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2021.108698

Callister, W., Rethwisch, D. (2021). Fundamentals of Materials Science and Engineering: An Integrated Approach. New Jersey.

Kabat, O., Makarenko, D., Derkach, O., Muranov, Y. (2021). Determining the influence of the filler on the properties of structural thermal-resistant polymeric materials based on phenylone C1. Eastern-European Journal of Enterprise Tech nologies, 5(6), 24—29. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.243100

Kabat, O., Sytar, V., Derkach, O., Sukhyy, K. (2021). Рolymeric composite materials of tribotechnical purpose with a high level of physical, mechanical and thermal properties. Chemistry & Chemical Technology, 15(4), 543—550. https://doi.org/10.23939/chcht15.04.543

Kobets, A. S., Derkach, O. D., Kabat, O. S., Volovyk, I. A., Kovalenko, V. L., Kotok, V. A., Verbitskiy, V. V. (2020). Investigation friction and wear of constructional plastics based on aromatic polyamide. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 15(10), 1189—1195. URL: http://www.arpnjournals.com/jeas/volume_10_2020.htm (Last accessed: 20.08.2024).

Каbаt, О. S., Derkach, O. D., Pavlushkina, N. V., Pikula, І. І. (2019). Polymeric composites of tribotechnical purpose based on fluoropolymers. Problems of Tribology, 92(2), 75—81. https://doi.org/10.31891/2079-1372-2019-92-2-75-81

Kabat, O., Sytar, V., Sukhyy, K. (2018). Antifrictional polymer composites based on aromatic polyamide and carbon black. Chemistry & chemical technology, 12(3), 326—330. https://doi.org/10.23939/chcht12.03.326

Sytar, V. I., Kuzyaev, I. M., Burya, A. I., Kholodilov, O. V., Kabat, O. S. (2004). Optimization of the triboengineering characteristics of a phenylon-based composition. Journal of Friction and Wear, 25(2), 219—222.

Sabic. chemistry that matters. URL: https://www.sabic.com/en/products/specialties/noryl-resins/noryl-gtx-resin (Last accessed: 26.08.2023).

Thyssenkrupp Engineered Plastics. URL: https://www.onlineplastics.com/high-performance-plastics/torlon-pai-c-1_ 192_201.html (Last accessed: 26.08.2023).

Bely, V. A., Sviridenok, A. I., Petrokovets, M. I., Savkin, V. G. (1976). Friction and wear of materials based on polymers. Minsk [in Russian].