Учёные Волгоградского государственного технического университета в составе научной группы разработали способ повысить механические характеристики углепластика. Новый материал стал заметно жёстче при изгибе, а сцепление между его слоями усилилось. Результаты работы опубликованы в журнале Polymer Composites.
Углепластик состоит из углеродной ткани и полимерного связующего. Углеродные волокна выдерживают большие нагрузки при небольшой массе, поэтому такие композиты используют в спортивном инвентаре, протезах, строительных конструкциях для сейсмоактивных районов и элементах космических аппаратов.
Один из авторов работы, доцент ВолгГТУ Сергей Борисов рассказал, что обычно углепластик делают прочнее с путём склевания его волокон специальными полимерами, получаемыми из смол.
Используемые нити очень тонкие и ломкие, то есть их легко сломать, но сложно порвать.
Но там, где проходит граница волокон карбона и скрепляющей смолы, часто происходят разломы, пояснил он.
Для усиления связи исследователи обработали поверхность углеродных нитей цинком, а состав связующего изменили, добавив компоненты, способные взаимодействовать с металлом. В новой матрице использовались триэтиленгликольдиметакрилат, метакриловая кислота, поливинилбутираль и 2-гидроксипропилметакрилат.
После такой обработки модуль упругости материала при изгибе вырос на 77%. Одновременно образцу потребовалось на 28% больше усилия для разламывания.
Кроме того, слои ткани стали лучше сцепляться: напряжение при межслойном сдвиге повысилось на 62%.
Авторы отмечают, что выбранный способ обработки позволяет сохранить больше исходной структуры углеродной ткани по сравнению с более жёсткими методами воздействия. Это важно для самого материала: усиление границы между волокнами и связующим не должно сопровождаться повреждением самих нитей.
Следующим этапом станут испытания других свойств нового углепластика. Исследователи планируют проверить его поведение при воздействии влаги и циклических нагрузках, а также оценить экономическую эффективность предложенной технологии.