Технические преимущества материала на основе недорогих углеродных волокон из лигнина для корпусов беспилотников, применяемых при аварийно-спасательных работах:
1. Широкая сырьевая база, низкая стоимость, а также соответствие требованиям низкобюджетного производства.
Лигнин является одним из основных компонентов клеточных стенок растений. Он представляет собой возобновляемый биомассовый ресурс, который широко представлен в природных запасах. Лигнин главным образом поступает из черной щелочи целлюлозного производства, сельскохозяйственной соломы, древесных отходов и других побочных продуктов промышленности. Он доступен и обладает низкой стоимостью. По сравнению с традиционными сырьевыми материалами, применяемыми при производстве углеродного волокна, такими как полиакрилонитрил (PAN), использование лигнина позволяет значительно снизить затраты на сырье. Это особенно актуально для применения в спасательных ситуациях, где важны низкая себестоимость и возможность массового производства. Применение лигнина позволяет преодолеть барьеры, связанные с высокой стоимостью традиционных материалов и ограниченностью их применения в спасательном оборудовании.
2. Отличные механические свойства и легкость, а также соответствие требованиям спасательного оборудования.
Углеродные волокна на основе лигнина, прошедшие специальную технологическую обработку, обладают высокой удельной прочностью и модулем упругости. Их прочность на растяжение и модуль упругости близки к показателям традиционных волокон из полиакрилонитрила, при этом они имеют меньшую плотность. Легкость беспилотников с корпусом из данного материала обеспечивает увеличение продолжительности полета и маневренность беспилотников, что особенно важно в условиях сложного рельефа местности, который, например, может сформироваться при землетрясениях или наводнениях. Высокая прочность материала обеспечивает устойчивость конструкции при столкновениях, воздействии воздушных потоков и других неблагоприятных условиях, снижает риск повреждения оборудования, повышая шансы на успешное выполнение спасательной операции.
3. Уникальный модификационный и композиционный потенциал, повышенная функциональность.
В молекулярной структуре лигнина содержатся такие активные функциональные группы, как гидроксильные и метоксильные, благодаря чему возможно проведение химической модификации или композитирования для дальнейшего улучшения свойств материала. Например, введение наноуровневых усиливающих фаз (таких как графен, наноглина) или функциональных добавок (таких как антипирены, УФ-стабилизаторы) может придать материалу корпуса такие свойства, как огнестойкость, устойчивость к старению и коррозионная стойкость. В условиях высокой температуры при тушении пожаров или при спасательных работах в химически загрязненной среде, материал сохраняет стабильные характеристики и увеличивает срок службы беспилотника. При проведении спасательных операций на море или в условиях повышенной влажности его коррозионная стойкость предотвращает разрушение корпуса из-за воздействия морской воды.
4. Экологически чистое производство и соответствие принципам устойчивого развития
Производственный процесс углеродного волокна на основе лигнина может сочетаться с использованием экологичных растворителей (например, ионных жидкостей) и энергоэффективных методов карбонизации, что позволяет уменьшить использование агрессивных химикатов (кислот, щелочей) и снизить энергозатраты, характерные для традиционного производства углеродного волокна. Кроме того, лигнин является биологическим материалом, по причине чего изготовленные из него беспилотные корпуса могут быть подвергнуты биологическому разложению или переработке после использования, что соответствует экологическим требованиям по утилизации аварийного оборудования и предотвращает вторичное загрязнение окружающей среды.
5. Высокая технологическая совместимость, масштабное производство и оперативное экстренное изготовление.
Углеродное волокно на основе лигнина может производиться с использованием различных технологий, таких как растворовое или плавильное прядение. Данный материал обладает высокой совместимостью с традиционными технологиями формования композитных материалов корпусов беспилотников (например, пресс-формование, литьевое прессование смолы). Это исключает необходимость масштабной модернизации существующих производственных линий и позволяет оперативно наладить промышленное серийное производство. В условиях чрезвычайных спасательных ситуаций можно доступность лигнина и высокая эффективность производственного процесса позволяет в кратчайшие сроки наладить массовое производство материалов для корпусов беспилотников. Это обеспечивает оперативное пополнение запасов аварийно-спасательного оборудования, а также технологические преимущества в рамках концепции, подразумевающей быстрое реагирование и высокую производственную эффективность.
6. Устойчивость к внешним климатическим факторам и адаптивность к окружающей среде, а также расширение областей применения в спасательных операциях.
После нанесения защитного покрытия или поверхностной модификации углеродное волокно на основе лигнина приобретает отличную устойчивость к высоким и низким температурам, ультрафиолетовому излучению и влажности. Это позволяет ему сохранять стабильные механические и функциональные характеристики даже в экстремальных климатических условиях (сильные морозы, жара, высокая влажность).
Беспилотники, изготовленные из данного материала, могут эффективно выполнять задачи, независимо от того, проводятся ли поисково-спасательные операции на заснеженных плато в горах или при наводнениях в тропических лесах. Это позволяет расширять возможности проведения спасательных операций и повышать способность оборудования адаптироваться к различным условиям окружающей среды.