Ученые Химического института им. А. М. Бутлерова Казанского федерального университета (КФУ) и Казанского национального исследовательского технического университета (КНИТУ) им. А. Н. Туполева создали особо прочные углепластики на основе фосфатных связующих, способные выдерживать температуру более 500 °С.
Рустэм Амиров, заведующий кафедрой неорганической химии, ведущий научный сотрудник НИЛ «Полимерные смарт-материалы и нанокомпозиты» Химического института КФУ Изображение: Лариса Бусиль, Департамент по информационной политике КФУ
«Композиционные материалы сегодня применяются очень широко: из них изготавливают практически все, начиная от хоккейных клюшек и заканчивая самолетами. Подавляющее большинство композитов создается с использованием органических полимерных связующих, которые обладают многими положительными чертами, но имеют два существенных недостатка: они горючи и работают до температур максимум 300–450 °С.
В то же время для использования композитов, например в авиации или космонавтике, да и во многих „земных“ областях, требуются негорючие материалы, способные выдерживать высокие температуры. Эту непростую задачу мы решили, используя неорганические связующие», — сообщил заведующий кафедрой неорганической химии, ведущий научный сотрудник НИЛ «Полимерные смарт-материалы и нанокомпозиты» Химического института КФУ Рустэм Амиров.
Казанские ученые создали технологию получения углепластиков на основе алюмофосфатных, алюмоборфосфатных и алюмохромфосфатных связующих, армированных углеродной тканью.
Ученые изучили реологические свойства, плотность, поверхностное натяжение и смачивающую способность неорганических связующих и с учетом этого разработали оптимальные режимы пропитки углеткани. Также были разработаны режимы сушки и вакуумного формования углепластиков. Проведенные физико-механические испытания показали, что полученные углепластики обладают высокими значениями прочности и модулей упругости при растяжении и изгибе.
Методом динамического механического анализа продемонстрирована высокая теплостойкость полученных материалов. Устойчивость углепластиков к термическому удару оценивали по изменению остаточной прочности углепластиков при изгибе.
По словам химика, проведенные испытания показали, что углепластик на основе алюмохромфосфата имеет самые высокие показатели прочности и жесткости. Изделия из него могут эксплуатироваться в условиях высоких температур, в том числе при кратковременном воздействии открытого пламени.
«Пластик на основе органических связующих при его утилизации загрязняет окружающую среду. Наши композитные материалы экологичны, при разложении они превращаются в компоненты глины и фосфатных удобрений», — подчеркнул Рустэм Амиров.
Созданные углепластики пока недостаточно влагостойки, и поэтому следующим этапом работы будет придание им гидрофобных свойств. Результаты исследований представлены в статье Optimizing the manufacturing technology of high-strength fiber reinforced composites based on aluminophosphates.