Блоги

Можно с уверенностью предположить, что в XXI веке основой машиностроения и капитального строительства станут облегченные композиты. Похоже, трудно найти твердый материал, вес которого легче воздуха. Особенностью предлагаемого композитного материала является использование газа в вместо твердого наполнителя, который в композитах занимает наибольший объем, обеспечивая жесткость и упругость. Задача может быть решена созданием автоматизированной линии по производству дешевых трубок малого диаметра, наполненных сжатым газом под высоким давлением.


Композиционный материал (композит, КМ) - это искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов с четкой границей раздела между ними.

Преимуществами композиционных материалов являются:
высокая удельная прочность (прочность 3500 МПа);
высокая жёсткость (модуль упругости 130...140 - 240 ГПа);
высокая износостойкость;
высокая усталостная прочность;
из КМ возможно изготовить размеростабильные конструкции;
легкость.

Наряду с преимуществами у композитных материалов имеются и недостатки, такие как:
высокая стоимость;
анизотропия свойств;
повышенная наукоёмкость производства, необходимость специального дорогостоящего оборудования и сырья, а следовательно развитого промышленного производства и научной базы страны.

Как видно, присущие композитам недостатки сдерживают их широкое применение особенно в капитальном строительстве, где требуется большой объем материалов.

Очевидно, что в дальнейшем КМ, учитывая огромное многообразие возможных компонентов и их свойств, предела совершенству не имеют.

Одним из возможных улучшений параметров существующих композитов может стать идея, предложенная в техническом решении в патенте РФ №65910. Идея заключается в том, что в качестве твердого наполнителя можно использовать сжатый газ.

Эта идея по существу не такая уж и новая. Сжатый газ при небольшом давлении применяется в колесах автомобиля в качестве твердого наполнителя. Им также наполняются спортивные мячи и т.д.

Использование сжатого газа в качестве твердого наполнителя обеспечивает снижение веса деталей, что является одной из основных задач в проектировании практически любой конструкции.

Однако небольшое давление газа ограничивает область его применения использованием в мягких оболочках, обладающих незначительной удельной нагрузкой. Для более высокой нагрузки, которую предусматривают композиты, необходимо использовать газ высокого давления.

К сожалению, использование газа под высоким давлением в качестве твердого наполнителя, требует соблюдения ряда условий, которые еще в достаточной мере не исследовались. Одним из важных условий является обеспечение безопасной эксплуатации сжатого газа.

В изложенном в патенте предложении это достигается малыми объемами хранения в тонкостенных трубках с высоким аэродинамическим сопротивлением. Проведенные испытания с трубками из нержавеющей стали показали возможность и перспективность создания нового композитного материала с хорошими массогабаритными характеристиками при снижении стоимости.

К примеру, металлическая трубка диаметром 7 мм с толщиной стенки 0,1 мм, наполненная азотом под давлением 7,5 МПа, занимая объем 39 см3, имеет вес 16 гр. при прочности 75 кг/см3.

Если освоить промышленное производство газонаполненных трубок согласно Патенту РФ на ПМ №65910, экспериментальные образцы которых прошли испытания на производстве ООО "МедСпецТруб", можно создать новый конструкционный и строительный материал с прочностью от 7 МПа при удельном весе менее 1 гр/см3, основной объем которого будет составлять сжатый газ.

Нагрузочную способность трубки можно представить, если ее установить вертикально. При этом только при высоте трубки 75000/0,4?1800 м будет скомпенсировано 75 атм. внутреннего давления.

Эти параметры материала позволяют проводить строительство легких сооружений высотой свыше 1000 м. Применение газонаполненных трубок в различном сочетании со стеклянными микросферами и полиэфирными смолами может обеспечить широкий диапазон конструкционных материалов для многих областей промышленного производства включая авиастроение, морские и космические технологии.

Ниже приведена формула объемного наполнения единичного элемента:

V=V1 V2 V3 V4 V5 V6

Где:
V - объем элемента
V1 - объем металла
V2 - объем сжатого газа в трубках
V3 - объем стекла
V4 - объем газа в стекле
V5 - объем связующего
V6 - объем воздуха в связующем