Методика ученых Пермского Политеха ускорит испытания материалов для аэрокосмической отрасли

При изготовлении композитного материала в качестве основы (связующего) используют смолу, в которую постепенно добавляют различные укрепляющие наполнители, например, углеродное волокно. Оно стало востребовано из-за уникальных характеристик: высокой прочности, малого веса, гибкости, термической и химической стойкости. Углепластик успешно и эффективно применяют для создания более легких и долговечных деталей авиационной и ракетной техники.

Важнейший этап внедрения получаемого материала в части летательного аппарата – это проведение испытаний и изучение его физико-химических характеристик. Так исследуют плотность, толщину слоев, степень полимеризации и содержание полимерного связующего в составе. От последних 2-х параметров зависят эксплуатационные свойства и безотказная надежность всей конструкции.

Выделяют несколько основных методов определения содержания полимера в материалах из углепластика, но каждый из них имеет свои недостатки – пониженную точность, большую длительность испытания или серьезную опасность для специалиста во время использования кислот при высоких температурах. В настоящее время для серийного производства деталей из полимерных композитов необходим достоверный и наименее времязатратный способ.

Ученые Пермского Политеха разработали и предлагают использовать для этого технологию низкотемпературного сольволиза. Она заключается в использовании индивидуальных химических сред, которые инициируют ускорение разрушения полимерной сетки, при этом сохраняя поверхность армирующего наполнителя. Для исследования изготовили растворные составы, включающие серную кислоту, пероксид водорода и специальные добавки – инициаторы реакции, позволяющие снизить температуру разложения полимера.

Политехники разработали методику проведения испытаний углепластика указанным способом и сравнили ее с широко применяемыми на практике методами – травлением в агрессивных средах, где связующее длительно разлагается в кислотах, и расчетным, где по известным значениям плотности и количества слоев математически вычисляется толщина пластика.

Для проверки предложенной технологии исследователи предварительно просушивали и взвешивали образцы углепластика с разными типами волокон и схемами их укладки, затем помещали их в закрытую емкость с раствором и нагревали до растворения полимера. После этого смесь охлаждали, фильтровали и снова взвешивали.

– В сравнении с другими методами, разработанный нами не уступает в достоверности, отклонение значений показателя составляет не более 2%. При этом процессе длительность анализа составила 2 часа 30 минут, что в два раза меньше аналогичных способов определения содержания связующего, – рассказывает Галина Шайдурова, профессор кафедры механики композиционных материалов и конструкций ПНИПУ, доктор технических наук.

Разработанная методика ученых и аспирантов Пермского Политеха по определению содержания полимерной основы в углепластиках позволяет вдвое сократить технологическое время проведения испытаний. Технология перспективна для серийного отечественного производства ответственных деталей из композитов.

Статья с результатами опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение» №4, 2024 год.

На фото: результаты испытания образцов. Пресс-служба ПНИПУ