МИСиС разработал перерабатываемый композит для авиастроения
рубрика: наука
Учёные МИСиС создали новый композитный материал на основе суперконструкционных термопластичных полимеров и углеродного волокна, который эффективно сохраняет свои эксплуатационные свойства под воздействием агрессивной среды, такой как авиатопливо, и при этом легко поддаётся вторичной переработке.
Учёные МИСиС создали новый композитный материал на основе суперконструкционных термопластичных полимеров и углеродного волокна, который эффективно сохраняет свои эксплуатационные свойства под воздействием агрессивной среды, такой как авиатопливо, и при этом легко поддаётся вторичной переработке. Исследование опубликовано в журнале Polymers.
Фото: © НИТУ «МИСиС»
«Углеродное волокно – уникальный материал, состоящий практически полностью из атомов углерода. Большая механическая прочность при малом весе, устойчивость к высоким температурам и отличная коррозионная стойкость обеспечили ему широкое применение таких высокотехнологичных отраслях как ракетостроение, авиация, строительство, медицина. Композитные материалы, армированные углеродным волокном, особенно востребованы в авиастроении», – рассказали в пресс-службе МИСиС.
Композитные детали и конструкции позволяют снизить конечный вес самолёта, и в итоге уменьшить потребление топлива. Тем самым снижается стоимость эксплуатации воздушного судна и его воздействие на окружающую среду. Однако большинство существующих на сегодняшний день композитов с углеродным волокном создаются на основе эпоксидной смолы и других неплавких, нерастворимых материалов, не подлежащих утилизации.
«В качестве армирующего материала исследователи использовали углеродное волокно российского производства. Для изготовления матрицы, вместо обычной в таких случаях эпоксидной смолы, впервые был применён порошок полиэфирсульфона. Это аморфный термопластичный полимер, устойчивый к воздействию высоких температур, пара и различных химикатов, а также обладающий превосходными механическими свойствами. Также немаловажно, что полиэфирсульфон поддаётся переработке и утилизации, в отличие от эпоксидки», – пояснил представитель университета.
Исследователи НИТУ «МИСиС» подобрали наилучшие условия получения композитного материала и определили, что оптимальное содержание углеродных волокон для авиакомпозитов на основе полиэфирсульфона составляет 60-70 процентов от общей массы конструкции.
Поверхность углеволокна была дополнительно модифицирована методом термического окисления, в результате чего на поверхности углеродных нитей образовался тонкий слой, содержащий большое количество кислородсодержащих функциональных групп, способствующий лучшему сцеплению углеволокна с полимерной матрицей.
Для пропитки углеродной преформы, вместо традиционной пропитки расплавом полимера под высоким давлением, была использована растворная технологиям – порошок полиэфирсульфона сначала растворяли с помощью органического растворителя при комнатной температуре, после чего модифицированное углеродное волокно пропитывали полученным раствором. Далее опытные образцы высушивались при температуре 100 °C в течение четырёх часов, в дальнейшем преформа помещалась в пресс-форму, где под давлением при температуре 350 °C в течение 30 минут окончательно формировались заготовки.
Использование модифицированного углеродного волокна позволило добиться стабильной структуры полученного композита и значительно улучшить его механические свойства и устойчивость к воздействию высоких температур. При этом, как отмечают авторы исследования, предложенная технология создания композитов на основе полиэфирсульфона и углеродных волокон позволяет регулировать свойства конечного материала в зависимости от степени наполнения полимерной матрицы волокнами.
