Разработка ученых СПбГУПТД позволит сократить процесс производства композитных деталей для автопрома

Ученые Санкт-Петербургского государственного университета промышленных технологий и дизайна (СПбГУПТД) провели новые исследования по модификации полимерных композиционных материалов. Методика позволит отечественному автопрому в перспективе сократить время при производстве элементов кузова, повысить прочность и, соответственно, долговечность изделий. За счет введения углеродных наночастиц в эпоксидную смолу и равномерного их распределения при помощи ультразвуковой обработки исследователи понизили температуру выделяемого тепла при отверждении композита, которое может деформировать материал изнутри, тем самым ухудшая его эксплуатационные характеристики. Исследование было представлено на научной конференции «Инновации молодежной науки».

Полимерные композиционные материалы широко применяются в автопромышленности. Однако проблема подобных композиционных материалов в том, что их отверждение — переход из жидкого состояния в твердое — происходит с выделением тепла, температура данного процесса превышать 100 градусов. Если производимая деталь маленького размера, то это тепло легко рассеивается. Но большой размер автомобильных комплектующих препятствует рассеиванию, и тепло накапливается внутри. Из-за этого возникают трещины, расслоения и другие виды деформаций материала.

В ходе испытаний ученым СПбГУПТД удалось снизить температуру отверждения полимерных композиционных материалов при помощи введения в них углеродных наночастиц. Малое количество таких наночастиц, концентрация которых составляет не более 1 грамма на 1 килограмм готовой смеси, повышает теплопроводность связующего и улучшает рассеивание тепла. Равномерному распределению нанонаполнителей способствовала ультразвуковая обработка смеси.

«Мы ввели в эпоксидную смолу разные углеродные наночастицы: технический углерод, углеродные нанотрубки и графены. Результаты исследований показали, что добавленные нами наполнители позволяют снизить температуру выделяемого при отверждении композитов тепла. На данный момент нам удалось добиться снижения температуры отверждения на 55 градусов», — рассказал доцент кафедры наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов им. А. И. Меоса СПбГУПТД Вадим Марценюк.

«Углеродные наночастицы — наполнители — выступают в роли усиливающей фазы в полимерном композиционном материале. За счет них готовое изделие становится более устойчивым ко внешним воздействиям», — пояснила один из авторов исследования, магистрант кафедры наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов им. А. И. Меоса СПбГУПТД Елизавета Перфильева.

Снижения тепловыделения при отверждении полимерных композиционных материалов позволит производить крупногабаритные детали при уменьшении риска их растрескивания изнутри и снижения процента бракованных комплектующих.