В Политехе разрабатывается метод упрочнения полимерных композитов для использования в условиях Арктики

Исследовательская группа Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А. ведёт работу над уникальной технологией, позволяющей увеличить долговечность и надежность конструкций из полимерных композитов, изготовленных на основе суперконструкционных полимеров. Эта разработка особенно важна для использования материалов в условиях Крайнего Севера, где критически необходимы повышенные эксплуатационные характеристики материалов.

В исследовательскую группу от СГТУ входят представители кафедры «Техническая механика и мехатроника» Института машиностроения, материаловедения и транспорта – профессор Николай Бекренев и доцент Ирина Злобина, доцент кафедры «Физика» Физико-технического института Марина Алонова, а также представители учебно-научно-производственного центра конструкторско-технологической поддержки предприятий машиностроительного комплекса Андрей Анисимов, Антон Егоров, Дарья Александрова и Евгений Иванов. Кроме того, в исследовании участвуют аспиранты Максим Игнатьев и Данила Чуриков, а также студентка Алина Пасечная.

В ходе экспериментальной части проекта учёные проверили эффективность методов электрофизической обработки полимерных композиционных материалов на основе суперконструкционного полимера и непрерывного углеродного волокна, включая воздействие микроволнами (СВЧ). Этот способ был признан преимущественным, так как воздействие при помощи СВЧ-полей исключает контакт с поверхностью, что позволяет избежать её механических повреждений.

«Основный акцент в исследовании мы делаем именно на СВЧ-обработке. Сейчас коллектив работает над упрочнением композитов на основе суперконструкционного полимера – полиэфирэфиркетона. Это очень перспективный материал, и он может работать в широком диапазоне температур от –60 до +260 °С. Однако его совмещение с углеродным волокном – основным компонентом легких и прочных композитов – представляет сложности. И особенно остро встает проблема их плотного совмещения при реализации 3D-печати по технологии FDM. Учеными нашего коллектива совместно с коллегами из Курчатовского института было выявлено, что обработка в СВЧ-поле и с помощью ультразвука таких сложноформируемых материалов как композиты на основе суперконструкционного термопласта и непрерывного углеродного волокна, полученные методом 3-D печати, дает хорошие результаты по упрочнению», – отметил Николай Бекренев.

Результаты исследования показали, что при обработке полимерных композитов микроволновым полем прочность материала увеличивается на 27-45% в зависимости от режима обработки. Обработка ультразвуком при этом позволяет достичь прироста прочности на уровне 11-20%.

Особое внимание уделено тестированию обработанных образцов в условиях многократного «замораживания-размораживания». Образцы, подвергнутые обработке, демонстрируют лучшие показатели стабильности и сохраняют около 80% своей первоначальной прочности даже после длительного пребывания в агрессивной среде низких температур (-50°С).

Авторы считают, что данная разработка откроет новые перспективы в создании надежных и высокопрочных композитов для строительства и производства оборудования, эксплуатируемого в экстремально холодных условиях Арктики. А также придаст импульс развитию современных технологий, повышающих качество и безопасность инженерных решений в промышленности российского Заполярья.

Следующим этапом станет формирование рекомендаций по выбору оптимальных режимов электрофизической обработки и изучение долгосрочной надежности полученных материалов в реальных рабочих условиях.

Отметим, что исследование проводится в рамках гранта Российского научного фонда №23-79-00039 совместно со специалистами Курчатовского комплекса химических исследований НИЦ «Курчатовский институт» и Центра коллективного пользования «Исследовательский Научно-аналитический центр НИЦ «Курчатовский институт».