Аддитивные технологии

Новую методику испытаний композиционных материалов разработали в Перми

Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) разработали методику для определения ключевых параметров, влияющих на качество и характеристики будущего изделия из полимерных композиционных материалов, а ее применение в 2 раза сокращает время на производственные испытания, сообщается в пресс-релизе вуза.

При изготовлении композитного материала в качестве основы (связующего) используют смолу, в которую постепенно добавляют различные укрепляющие наполнители, например углеродное волокно, которое стало востребовано из-за его 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. При этом от последних двух 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, бóльшую 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, которая 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.

Исследователи 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 2 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. Исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

www.group-telegram.com/us/additiv_tech.com/472

143 viewsJan 27 at 07:17

Новую методику испытаний композиционных материалов разработали в Перми

Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) разработали методику для определения ключевых параметров, влияющих на качество и характеристики будущего изделия из полимерных композиционных материалов, а ее применение в 2 раза сокращает время на производственные испытания, сообщается в пресс-релизе вуза.

При изготовлении композитного материала в качестве основы (связующего) используют смолу, в которую постепенно добавляют различные укрепляющие наполнители, например углеродное волокно, которое стало востребовано из-за его 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. При этом от последних двух 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, бóльшую 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, которая 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.

Исследователи 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 2 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. Исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

BY Аддитивные технологии