Казанские ученые запатентовали новую технологию литья термопластов

Она позволит создавать легкие и прочные композитные изделия с заранее заданной внутренней структурой. Разработку вели в рамках национального проекта «Новые материалы и химия».

Изначально технологию создания современных композитных материалов разрабатывали для рынка спортивного инвентаря. Однако ее также можно применять в авиа– и автомобилестроении.

За основу казанские инженеры взяли способ, при котором газ подают в форму методом газодинамического удара. В полость формы, состоящей из двух половин, под давлением поступает расплавленный материал. Он занимает 50–60% ее объема, а газодинамический удар распределяет его по внутренней поверхности.

• Главное отличие новой разработки – возможность заранее задавать внутреннюю структуру изделия. Для этого используют сердечник из вспененного заполнителя, геометрию которого подбирают под конкретную задачу. Сверху его покрывают плотной оболочкой из термопласта. В качестве такого материала ученые выбрали полиамид.

1. Сначала отформованные вспененные заполнители помещают в пресс-форму. Затем через разогретое сопло под давлением подают термопласт. Температура расплава полиамида ниже температуры стеклования матрицы вспененного заполнителя, поэтому во время впрыска она не деформируется необратимо.

Новая технология позволяет одновременно уменьшить массу изделия и повысить его жесткость за счет внутреннего силового каркаса.

Кроме того, с ее помощью можно заранее задавать функциональные свойства композита – ударопрочность, тепло– и звукоизоляцию. Для этого программируют структуру заполнителя.

Внутренний силовой каркас можно спроектировать еще на этапе подготовки конструкторской документации будущего изделия. Его геометрию и расположение определяют каналы, по которым проходит расплав термопласта. Они образуются между поверхностью вспененного заполнителя и внутренней стенкой пресс-формы.

Младший научный сотрудник НОЦ «Центр композитных технологий» – Научно-исследовательской лаборатории № 6 КНИТУ-КАИ Евгений Пузырецкий отметил, что композитная промышленность по-прежнему сильно зависит от ручного труда. Такие методы, как вакуумная инфузия, контактное формование и использование препрегов, позволяют получать качественные изделия, но плохо подходят для массового производства.

Литье термопластов, напротив, обходится дешевле и занимает меньше времени, однако не обеспечивает оптимального соотношения массы и прочности. По словам ученого, новая технология объединяет преимущества этих подходов.

В 2025 году проект КНИТУ-КАИ получил грант программы «Старт-1» Фонда содействия инновациям. Разработку поддержали в рамках федерального проекта «Технологии».

Исследования проводила команда стартапа «АПЕКС Композит» на базе КНИТУ-КАИ и Передовой инженерной школы университета (ПИШ КАИ).