Казанские исследователи работают над разработкой углепластиков, которые предназначаются для применения в космонавтике и авиационной промышленности. В рамках этого проекта специалисты из Химического института им. А.М. Бутлерова Казанского федерального университета (КФУ), а также Казанского национального исследовательского технического университета им. А.Н. Туполева, разработали технологию производства высокопрочных углепластиков, способных уверенно выдерживать температуры, превышающие 500°C. Об этом 29 августа сообщила пресс-служба КФУ.
Заведующий кафедрой неорганической химии и ведущий научный сотрудник НИЛ «Полимерные смарт-материалы и нанокомпозиты» Химического института КФУ Рустэм Амиров поделился подробностями разработки. По его словам, углепластики сегодня являются широко распространёнными материалами, используемыми в самых различных сферах: от производства хоккейных клюшек до изготовления компонентов для воздушных судов. Тем не менее, подавляющее большинство композитов производится на основе органических полимерных связующих. Эти материалы обладают множеством положительных свойств, но, к сожалению, имеют два критически важных недостатка: они горючи и способны эффективно функционировать в диапазоне температур до 300–450°C.
Эти ограничения значительно сужают области применения таких композитов, особенно в тех областях, где требуются негорючие материалы, способные сохранять свои качества при высоких температурах свыше 500°C. Специалисты из Казани решили эту проблему, применив в качестве связывающего компонента неорганические материалы. Для создания этих композитов ученые выбрали алюмофосфаты, алюмоборфосфаты и алюмохромфосфаты, крепящиеся с помощью углеродной ткани.
Таким образом, создаваемые материалы не только обладают повышенной термостойкостью, но и имеют возможность применения в высокотехнологичных постройках, где требуется сочетание легкости и прочности. Такие разработки вносят значительный вклад в развитие авиационных и космических технологий, обеспечивая новые горизонты для инновационных проектов. Соблюдение высоких стандартов качества и безопасности становится особенно актуальным в свете растущих требований этих отраслей, и новые углепластики могут сыграть ключевую роль в их решении.
Следует отметить, что казанские ученые не только фокусируются на создании высокопрочных материалов. Они также исследуют возможности применения этих композитов в других областях, таких как строительные материалы и альтернативная энергетика. Подобные разработки могут привести к созданию более устойчивых и эффективных решений в различных отраслях, от автомобилестроения до обеспечения потребностей в жилищном строительстве. Углепластики, обладающие новыми характеристиками, могут увеличить срок службы различных изделий и конструкций, что в свою очередь снизит затраты на замену и ремонт.
Таким образом, работа казанских ученых открывает новые перспективы для создания современных материалов, применяемых в промышленности и в повседневной жизни. Эти достижения подчеркивают важность научных исследований и разработок в контексте повышения безопасности и эффективности производства в области высоких технологий.
В своей статье под названием «Оптимизация технологии производства высокопрочных, армированных волокнами композиционных материалов на основе алюмофосфатов» исследователи представили новую, перспективную технологию. Они провели детальное изучение реологических свойств, включая деформационные характеристики, плотность, поверхностное натяжение и смачивающую способность определенных неорганических связующих. Используя эти данные, ученые разработали оптимальные режимы для пропитки углеткани. Также были созданы эффективные режимы сушки и вакуумного формования для углепластиков, что является важным этапом в их производстве.
После проведения физико-механических испытаний, разработчики смогли убедиться в том, что углепластики, изготовленные с применением новейшей технологии, демонстрируют выдающиеся показатели прочности и модули упругости как при растяжении, так и при изгибе. Рустэм Амиров, один из исследователей, отметил, что метод динамического механического анализа позволил выявить впечатляющую теплостойкость новых материалов. Устойчивость к термическому удару была оценена на основании изменений остаточной прочности углепластиков в условиях изгиба под действием температуры.
По полученным данным, наивысшие показатели прочности и жесткости продемонстрировал углепластик, изготовленный на основе алюмохромфосфата. Данный материал подходит для эксплуатации в условиях, характеризующихся высокими температурами и даже временным воздействием открытого пламени. Амиров также отметил, что в отличие от пластиков на основе органических связующих, которые при утилизации способны нанести вред окружающей среде, их композитные материалы являются экологически чистыми. При разложении такие материалы трансформируются в компоненты глины и фосфатных удобрений, что подчеркивает их заботу об экологии.
Однако, несмотря на все преимущества, у новых углепластиков имеется и недостаток: они не обладают достаточной влагостойкостью. В связи с этим, исследователи планируют продолжить свои работы с целью внедрения в материалы гидрофобных свойств. Это расширит область применения данных композитов и позволит обеспечить их превосходные эксплуатационные характеристики в разнообразных климатических условиях.
Следует отметить, что подобные исследования имеют важное значение для дальнейшего развития компрессионных и структурных материалов, поскольку они открывают новые горизонты для использования в различных отраслях, включая航空航天, автомобилестроение и строительную индустрию. Таким образом, представленная технология имеет потенциал изменить подход к производству высокопрочных материалов с учетом современных экологических требований и стандартов.