Челябинский учены разработал формулу для создания уникального псевдопластичного гибрида из двух изначально хрупких углепластиков.

Как передает корреспондент РИА «Новый День», чаще всего композитные материалы из углепластика применяются в авиации и космонавтике. В этих сферах ценятся материалы, которые мало весят, но при этом обладают высокой прочностью.

Однако у композитных материалов есть слабое место – хрупкость. Если на конструкцию из такого материала воздействует сила немного большая, чем допускается по расчету, то объект внезапно разрушается. Поэтому ученые пытаются создавать псевдопластичные материалы, объединяя углепластик со стеклопластиком, органопластиком и и так далее.

Профессор Политехнического института Южно-Уральского государственного университета Сергей Сапожников вместе с профессорами Йентлом Сволфсом и Степаном Ломовым из Католического университета города Лёвена (Бельгия) предложил создать новый материал на основе двух хрупких углепластиков – сверхвысокопрочного и сверхвысокомодульного.

Совместную работу удалось осуществить благодаря гранту Российского научного фонда (РНФ), поддержке администрации Католического университета Лёвена (КУЛ) и японской фирме «TORAY» – поставщику материалов и спонсору Кафедры композитных материалов в КУЛ. Сергей Сапожников отправился в европейский вуз, чтобы на его уникальном технологическом, испытательном и аналитическом оборудовании провести своё исследование. Пропорции, в которых необходимо соединить углепластики для дальнейшей работы с ними, ученый из ЮУрГУ рассчитал заранее.

В научной литературе ранее считалось, что свойства псевдопластичности проявляют только тонкослойные гибридные композиты, отмечают в ЮУрГУ. Команда ученых впервые показала, что эффект псевдопластичности можно получить и на композитах со стандартной толщиной слоев. Важно лишь иметь на границе двух слоев высокую сдвиговую трещиностойкость.

«Из двух материалов, использованных мной, никогда не создавались гибридные композиты с таким соотношением, которое я рассчитал, и с уникальным свойством, называемым псевдопластичностью. Материалы с этим свойством поначалу упруго деформируются, затем накапливают микроповреждения и только потом разрушаются. Псевдопластичность необходима, чтобы конструкционные материалы не чувствовали присутствие концентраторов напряжений типа отверстий, дефектов или трещин, и конструкция из них была более надёжной. Жёсткость и прочность у таких гибридных композитов выше, чем у стали. С помощь моей программы мы создали такие материалы и экспериментально доказали, что гибриды эффективны и их можно применять», – рассказал Сергей Сапожников.

Теперь ученые намерены проверить, как поведет себя новый материал при многократных нагрузках. Тема получит развитие в исследовании усталостной прочности таких полимеров.

Однако, по словам Сапожникова, полученные международной командой данные уже можно использовать на практике. Поскольку работа шла на материалах, которые широко применяются во многих сферах, использовать уникальные композиты из гибридного углепластика смогут во всем мире.

«Мы надеемся заложить свойства псевдопластичности в объекты из композитных материалов, которые создаются в ЮУрГУ. Это нужно, чтобы повысить надежность и предотвратить внезапное разрушение конструкций. Ведь псевдопластичные композиты за счет накопления разрывов волокон более жёсткого и хрупкого компонента предупреждают, что приближается полное разрушение материала. Сенсоры, которые будут устанавливать на конструкции, смогут эти сигналы зафиксировать, и ситуацию с такой «умной конструкцией» можно будет взять под контроль», – сообщил ученый.

Челябинск, Павел Зварзин

© 2020, РИА «Новый День»