В России создали технологию производства композита из непрерывного углеволокна

Разработка специального филамента для 3D-печати на основе термопластов с уникальными физико-механическими характеристиками была осуществлена по заказу ГК "Росатом".

Первоначально специалисты Передовой инженерной школы "Цифровой инжиниринг" Политеха разработали опытно-промышленную технологию создания филаментов из непрерывного углеродного волокна и термопластов. Этот филамент обладает уникальными физико-механическими свойствами по сравнению с другими материалами, используемыми в 3D-печати. Он находит применение в ракетно-космической и авиационной промышленности, а также в сфере двигателестроения. Этот проект был реализован по заказу Композитного дивизиона ГК "Росатом".

Углеродное волокно обладает высокой прочностью и жесткостью, при этом оно легкое и устойчиво к высоким температурам и химическим воздействиям. Такие свойства позволяют создавать прочные и легкие детали, способные выдерживать значительные нагрузки. Филаменты из углеродного волокна и высокотемпературных полимеров группы полиарилкетонов используются для 3D-печати при помощи специальных принтеров, работающих по технологии послойного наплавления (FDM и FFF).

В настоящее время подобные композиционные материалы производятся несколькими странами, включая США, Швейцарию и Китай. Из-за специфики их применения этот материал является стратегическим и практически не подвергается экспорту. Сотрудники ПИШ СПбПУ разработали не только технологию изготовления филаментов из углеродного волокна, но и создали лабораторную установку для их производства. Эта установка, запущенная в эксплуатацию осенью 2023 года на территории Композитного дивизиона Росатома, используется для получения опытных партий материалов.

Илья Кобыхно, к.т.н., руководитель лаборатории "Полимерные композиционные материалы" ПИШ СПбПУ, отмечает: "На протяжении более 10 лет мы занимаемся разработкой технологий использования углеродных волокон в термопластичных полимерах группы полиарилэфиркетонов. Для нас важно, что результаты наших исследований скоро будут применены в промышленном производстве. Создание отечественного филамента из этого материала - еще один шаг к технологическому суверенитету нашей страны".

Производство филаментов из углеродного волокна и высокотемпературных полимеров базируется на технологии суспензионной пропитки. Этот метод позволяет получать однонаправленные термопластичные препреги с минимальными повреждениями волокна и равномерным распределением полимера по всему сечению, что крайне важно для достижения максимальных прочностных характеристик.

В настоящее время специалисты ПИШ СПбПУ разрабатывают технологию и опытно-промышленную установку с производительностью 12 000 метров в час. Предполагается, что эта установка, запущенная летом 2024 года на производственной площадке Композитного дивизиона Росатома, позволит одновременно производить 40 филаментов из углеродного волокна. В настоящее время идет процесс изготовления и настройки режимов работы установки.