Сотрудники Центра НТИ СПбПУ представили результаты исследований на международной научно-практической конференции «Новые полимерные композиционные материалы» в Кабардино-Балкарии

4-9 июля 2022 года на базе Эльбрусского учебно-научного комплекса Кабардино-Балкарского государственного университета (ЭУНК КБГУ) прошла

• XVIII Международная научно-практическая конференция «Новые полимерные композиционные материалы. Микитаевские чтения».

​Всего на международной научно-практической конференции были представлены 210 устных и 102 стендовых докладов российских и зарубежных ученых из 140 вузов, научно-исследовательских институтов и научно-технических организаций.

В мероприятии приняли участие сотрудники Центра компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии»:

• инженер лаборатории «Моделирование технологических процессов и проектирование энергетического оборудования» Дмитрий Гончаренко, который представил доклад  «Исследование влияния лазерной обработки поверхности алюминиевого сплава на адгезию металл-полимер», авторами которого являются сам спикер и сотрудники Центра НТИ СПбПУ: Владимир Ядыкин, Татьяна Ларионова и Елизавета Бобрынина.
• инженер-исследователь лаборатории «Полимерные композиционные материалы» Илья Кобыхно, который представил доклад «Оптические и механические свойства прозрачных композитов на основе термопластичного полиуретана и стеклянных микрочешуек»; авторами работы являются сам инженер-исследователь, а также сотрудники Центра НТИ СПбПУ: Олег Толочко, Николай Мамаев, Андрей Кирьянов

• «Композиты со структурой металл-полимер уже давно зарекомендовали себя как незаменимый материал во многих областях человеческой жизни. Например, использование биосовместимых полимеров в связке с металлом позволяет создавать прочные импланты, за счет металлической основы и высокой степенью остеоинтеграции за счет покрытия полимером. Но чаще используются металл-полимерные слоистые композиционные материалы, состоящие из чередующихся слоев металла и полимера, использующихся в качестве конструкционного материла, самым известным примером которого является часть фюзеляжа Airbus A380», - открыл свое выступление Дмитрий Гончаренко.

Далее докладчик отметил, что наибольший вклад в фактические свойства слоистого композита вносят две основные составляющие – свойства его отдельных компонентов и адгезия между ними:

• «С увеличением адгезии энергия, необходимая для зарождения трещины на границе металл-полимер, увеличивается, что позволяет увеличить как прочность, так и трещиностойкость материала. В качестве модификации поверхности зачастую используется повышение шероховатости посредством химического травления, электрохимического травления, пескоструйной обработки, абразивной обработки и пр.».

Сотрудники Центра НТИ СПбПУ в своей работе исследовали возможность повышения адгезии с помощью лазерной обработки металла. Для этого были использованы алюминиевый сплав Д16АМ и термопластичный полиуретан. В результате было установлено, что лазерное текстурирование позволяет быстро и технологично повысить адгезию между полимером и алюминием без использования агрессивных веществ. Данный эффект наблюдается до значений коэффициента заполнения 50%, после чего свойства выходят на плато. Комбинация лазерного текстурирования с другими методами химической или электрохимической обработок дополнительно повышает величину адгезии на 20%.

В дальнейших планах исследователей – подбор новых методов и комбинаций обработки, более детальное изучение морфологии и химического состава поверхности после различных обработок, а также проведение замены термопластичного полиуретана более прочными полимерами.

Вторым участником от Центра НТИ Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого на XVIII Международной научно-практической конференции «Новые полимерные композиционные материалы. Микитаевские чтения» стал Илья Кобыхно, который отметил:

• «Основным источником энергии для космических аппаратов является солнечная энергия. Современное развитие солнечных элементов идет в сторону повышения снижение их веса, повышения надёжности и гибкости. Применение гибких солнечных элементов значительно упрощает их отправку в космос, а также снижает вес вспомогательного оборудования, применяемого для их развертывания».

Одной из ключевых проблем при переходе к гибким солнечным элементам является замена защитных стекол на гибкие защитные покрытия, которые должны обеспечивать защиту от:

– ударных воздействий космического мусора;

– внешних факторов космического пространства (УФ, γ-, n- и p- излучение, атомарный кислород);

– песчаных бурь (для межпланетных аппаратов).

• «Для обеспечения стабильной работы солнечных элементов требуется разработка новых защитных материалов, способных обеспечить устойчивость ко всем видам воздействия. Такими материалами могут быть, например, композиты на основе полидиметилсилоксана или прозрачных полиимидов с различными типами наполнителей. Большой интерес для создания гибких защитных покрытий представляют термопластичные полиуретаны, так как они обладают высокими прочностными свойствами и устойчивы ко многим видам внешнего воздействия», - продолжил спикер.

В представленной в рамках конференции работе было изучено влияние наполнения ТПУ стеклянными чешуйками на оптические характеристики, а также прочностные и вязкоупругие свойства.

По итогам были сделаны следующие выводы:

– полученные образцы обладают пропусканием в оптическом диапазоне от 60 до 85%, что позволят применять их качестве оптически прозрачных защитных пленок.

– установлено, что с увеличением концентрации микрочешуек значение предела текучести композита возрастает более чем в 4 раза.

– зависимость предела текучести композиционного материала от логарифма скорости деформации имеет линейный характер, а увеличение угла наклона происходит с увеличением концентрации наполнителя.

– при превышении порогового значения степени наполнения – 50% для GF300M (h=3 мкм) и 30% для GF100M (h=1 мкм) линейный характер зависимости σ_y от логарифма скорости деформации вырождается в параболическую с максимумом при скорости деформации ≈1^-1 с^-1.

Также была исследована структура композиционного материала после разрушения и было показано, что с увеличением концентрации наполнителя значительно замедляются релаксационные процессы в структуре полимера, что препятствует переходу к вынужденной высокоэластической деформации.

Напомним, что СПбПУ имеет давнюю историю сотрудничества с КБГУ. Так, в рамках реализации положений Программы Центра НТИ «Новые производственные технологии», Дорожной карты развития «сквозной» цифровой технологии «Новые производственные технологии», Дорожной карты «Технет», Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации:

• в КБГУ был создан университетский зеркальный инжиниринговый центр «Новые производственные технологии «Эльбрус»;
• в Центре НТИ СПбПУ была открыта лаборатория «Полимерные композиционные материалы» под руководством д.т.н., профессора Светланы Хашировой.

Следующее мероприятие, посвященное теме композиционных материалов, состоится 21 июля 2022 года. На базе Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) пройдет круглый стол «Применение термопластичных композиционных материалов в промышленности».