Ученые Института машиностроения, материаловедения и транспорта Саратовского государственного технического университета (СГТУ) имени Ю. А. Гагарина создали новую технологию для улучшения качества композиционных материалов, которые могут быть использованы в условиях сурового климата Арктики, в частности при производстве морских ледостойких платформ, трубопроводов, резервуаров для хранения технических жидкостей и емкостей для горючего, сообщается в пресс-релизе СГТУ.
Главная особенность технологии заключается в применении термопластичного связующего из полиамида-6 (ПА-6), что позволяет улучшить качество сцепления элементов композиционных материалов.
Ирина Злобина, кандидат технических наук, доцент кафедры «Техническая механика и мехатроника» ИММТ Изображение: пресс-служба СГТУ
Авторы исследования — кандидат технических наук, доцент кафедры «Техническая механика и мехатроника» ИММТ Ирина Злобина, доктор технических наук, профессор этой же кафедры Николай Бекренев, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры «Физика» Марина Алонова, аспиранты Максим Игнатьев и Данила Чуриков.
«Полимерные композиционные материалы широко применяются в авиастроении, ракетостроении, энергетике, строительстве и других стратегически важных отраслях. Однако многие такие материалы при низких температурах становятся хрупкими, теряют эксплуатационные свойства и могут разрушаться. Разработанная нами технология позволяет изготавливать прочные и термостойкие композиты, сохраняющие несущую способность в широком диапазоне температур. Эти уникальные материалы могут быть востребованы в условиях Арктики — они будут способны выдерживать температурные перепады от —50 до +50 °С», — рассказывает Ирина Злобина.
По словам ученых СГТУ, главной проблемой применения полимеров в качестве связующих для композитов является их недостаточная совместимость с армирующими материалами, особенно с углеродными волокнами. Поэтому в процессе изготовления изделий возникают поры и пустоты, которые приводят к снижению прочности и жесткости. Другой фактор, сдерживающий их применение, — высокая стоимость.
Поэтому перед учеными-материаловедами стояла важная задача уменьшения объема связующих материалов в изделии различными методами без снижения прочностных характеристик. Разработчики предлагают применять упрочняющую технологию СВЧ обработки к композитам на основе термопластов, в частности полиамида. В этом случае для получения объектов из них можно будет использовать 3D-печать, что повысит скорость производства.
В результате проведенных исследований отмечено, что прочность при растяжении опытных образцов, которые прошли СВЧ-обработку, в среднем возрастает на 12%. Оценили и влияние низких температур — после их воздействия прочность при изгибе контрольных образцов снижается на 4–10%, а опытных — только на 2–6%. В основе этих результатов лежит уплотнение микроструктуры.
В дальнейшем планируется проводить более детальные исследования влияния СВЧ-обработки на полимерные композиты, которые используются в условиях арктического климата. Кроме того, будет расширен круг материалов и проверена эффективность СВЧ-обработки на композитах на основе ряда полимеров.
Исследование проводится в рамках гранта Российского научного фонда № 23-79-00039 «Обоснование методологии комплексного модифицирования композиционных материалов для экстремальных условий эксплуатации на основе изучения фазово-структурных превращений под влиянием электрофизических воздействий различного частотного диапазона».
Научная работа выполняется совместно со специалистами Курчатовского комплекса химических исследований НИЦ «Курчатовский институт» (г. Москва) и Центра коллективного пользования «Исследовательский Научно-аналитический центр НИЦ «Курчатовский институт» (г. Москва). Реализация проекта — с 2023 по 2026 год.