Ученые ЛЭТИ нашли способ снижения энергозатрат на производство высококачественного углеродного волокна

Ученые ЛЭТИ нашли способ снижения энергозатрат на производство высококачественного углеродного волокна

Ученые межотраслевой лаборатории «Современные электротехнологии» Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» разработали энергоэффективную установку индукционного нагрева для графитизации углеродного волокна.

06.07.2020 612

Углеродное волокно сегодня является востребованным и дорогостоящим сырьем во всем мире. Этот композитный материал обладает уникальными механическими свойствами: жесткостью, легкостью и жаропрочностью. Сегодня он широко используется в авиастроении, строительстве, автомобилестроении, судостроении и других сферах.

Заключительным этапом производства углеродного волокна является графитизация – высокотемпературная обработка волокна, для которой используются установки, способные разогреть исходный материал до 3000°С. Она является дорогостоящим, сложным и высокотехнологичным процессом, удорожающим композитный материал. В настоящее время существует несколько видов высокотемпературных печей: установки индукционного нагрева, резистивного нагрева, с использованием лазерного излучения.

В целях сокращения затрат на производство углепластика ученые СПбГЭТУ «ЛЭТИ» предложили использовать для высокотемпературной обработки углеродного волокна индукционную установку косвенного нагрева проходного типа. Ее конструкция отличается от всех существующих аналогов.

«Преимущество нашей установки заключается в простой геометрии графитовой печи и более низкой цене запасного нагревателя. В ее состав входит индукционная печь проходного типа длиной 8000 мм, источник питания 600 кВт, конденсаторная батарея, станция охлаждения и система управления. Все элементы установки являются частью технологической линии, предназначенной для проведения графитации непрерывно движущихся углеродных жгутов с регулируемой скоростью перемещения и температурой термообработки. Питание индуктора печи током переменной частоты происходит от комплектного источника. Автоматическую работу индукционной установки в заданном режиме обеспечивает система управления».

Разработчик индукционной установки косвенного нагрева проходного типа, старший преподаватель кафедры ЭТПТ Юрий Юрьевич Перевалов

Индукционная печь позволит увеличить объем выпуска в России высококачественного конструкционного материала нового поколения. При этом затраты на его производство значительно снизятся.

Заказчиком разработки является Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом» через индустриального партнера. Научным руководителем проекта выступил доктор технических наук, профессор СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Виктор Болеславович Демидович. На первом этапе был создан цифровой двойник системы, полностью имитирующий работу установки. Это позволило обеспечить оптимальное проектирование, высокую надежность и оперативное проведение пуско-наладочных работ. Разработчикам удалось добиться полуторакратного повышения производительности установки по сравнению с начальной на старте проекта. Конструктив установки, разработанный при помощи цифрового двойника, на втором этапе исследований позволил обеспечить надежную круглосуточную работу установки 24/7 при температуре до 3000°С.

С 2019 года установка успешно запущена на ООО «Завод углеродных и композиционных материалов» (ЗУКМ, Челябинск), входящем в структуру АО «НПК «Химпроминжиниринг». Сегодня разработчики заняты усовершенствованием установки в намерены добиться еще большей производительности.

Энергоэффективная установка индукционного нагрева для графитизации углеродного волокна, созданная в ЛЭТИ, поможет не только укрепить высокотехнологичный экспорт, но и простимулировать развитие внутри страны производства современной, высокотехнологичной и конкурентоспособной продукции, использующей в конструкции карбоновые пластики.

Разработка петербургских ученых логично вписывается в «Стратегию научно-технологического развития Российской Федерации», одним из приоритетов которой является переход к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным системам, новым материалам и способам конструирования.

Источник: Министерство науки и высшего образования РФ