Казанские ученые создают углепластики для космонавтики и авиации

Технологию изготовления особо прочных углепластиков, способных выдерживать температуру более 500 °C, создали специалисты Химического института им. А. М. Бутлерова Казанского федерального университета (КФУ) и Казанского национального исследовательского технического университета им. А. Н. Туполева, 29 августа сообщает пресс-служба КФУ.

Заведующий кафедрой неорганической химии, ведущий научный сотрудник НИЛ «Полимерные смарт-материалы и нанокомпозиты» Химического института КФУ Рустэм Амиров рассказал о решаемой казанскими учеными задаче:

«Композиционные материалы [из углепластика] сегодня применяются очень широко: из них изготавливают практически всё, начиная от хоккейных клюшек и заканчивая самолетами. Подавляющее большинство композитов создается с использованием органических полимерных связующих, которые обладают многими положительными чертами, но имеют два существенных недостатка: они горючи и работают до температур максимум 300–450 °C».

Эти недостатки мешают использованию таких композитов в авиации или космонавтике, а также везде, где требуются негорючие материалы, способные сохранять свои свойства при высоких (свыше 500 °C) температурах. Для решения этой проблемы казанские химики использовали для композита неорганические связующие.

В качестве таких связующих они выбрали алюмофосфаты, алюмоборфосфаты и алюмохромфосфаты, армированные углеродной тканью. Новую технологию исследователи представили в статье «Оптимизация технологии производства высокопрочных, армированных волокнами композиционных материалов на основе алюмофосфатов».

Изучив реологические (деформационные) свойства, плотность, поверхностное натяжение и смачивающую способность выбранных неорганических связующих, исследователи с их учетом разработали оптимальные режимы пропитки углеткани. Кроме того, ими были разработаны режимы сушки и вакуумного формования углепластиков.

Проведя физико-механические испытания, разработчики убедились, что полученные по новой технологии углепластики имеют высокие показатели прочности и модули упругости при растяжении и изгибе.

«Методом динамического механического анализа продемонстрирована высокая теплостойкость полученных материалов. Устойчивость углепластиков к термическому удару оценивали по изменению остаточной прочности углепластиков при изгибе», — сообщил Рустэм Амиров.

Он уточнил, что согласно полученным экспериментальным данным, самыми высокими показателями прочности и жесткости обладает углепластик на основе алюмохромфосфата. При этом изделия из него могут эксплуатироваться в условиях высоких температур и даже при кратковременном воздействии открытого пламени.

Амиров подчеркнул: «Пластик на основе органических связующих при его утилизации загрязняет окружающую среду. Наши композитные материалы экологичны, при разложении они превращаются в компоненты глины и фосфатных удобрений».

Проблема пока в том, что новые углепластики недостаточно влагостойки, поэтому исследователи продолжат свою работу, чтобы придать им гидрофобные свойства.