Пермские ученые нашли способ избежать дефектов в композитах на этапе производства
В последние годы активно изучаются и внедряются в промышленность толстостенные конструкции из композитных материалов. Это прочные и легкие изделия на основе полимера и непрерывных угле- или стекловолокон. Они нужны для работы в условиях высоких нагрузок, которым подвергаются, например, элементы самолетов, ракет и подводных лодок, лопасти ветрогенераторов, газовые баллоны и многое другое. Такие конструкции создают в автоклаве — большой печи, где слои материала из волокон и смолы выкладывают в заданную форму, а затем под высоким давлением и температурой прессуют в готовое изделие. Однако из-за большой толщины стенок материал может уплотняться неравномерно, что приводит к различным дефектам. Ученые Пермского Политеха установили оптимальные режимы для предварительного формования заготовки в автоклаве. Они обеспечат лучшее уплотнение материала и позволят контролировать толщину слоев, что повысит качество готового изделия.
Статья с результатами опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение». Исследование проведено в рамках реализации программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Для получения толстостенных конструкций из композита заранее подготавливают препреги – слои материала из волокон и смолы, которые выглядят как листы или рулоны. Их укладывают в форму, повторяющую контуры будущей детали, и отправляют в автоклав. Под высоким давлением и температурой смола затвердевает, а слои плотно соединяются друг с другом. В итоге получается прочная и легкая деталь, которая может выдерживать большие нагрузки.
Однако из-за большого количества слоев процесс изготовления толстостенных конструкций сложнее, чем тонкостенных. Требуется тщательный контроль температуры и давления, чтобы избежать дефектов в виде пористости и волнистости слоев. Уплотнить материал и снизить количество воздушных включений в структуре можно с помощью такой операции, как подформовка. Это этап, когда в процессе выкладки слоев изделию предварительно придается форма перед окончательным отверждением. Для этого препрег слегка прогревают и прижимают, чтобы смола лучше распределилась по заготовке и уплотнилась.
Хотя подформовка улучшает качество и характеристики изделий, важно определить, сколько раз ее нужно делать и при каких условиях – температуре, давлении и длительности. Это нужно для того, чтобы готовое изделие сохраняло свои свойства и оставалось надежным в работе. Ученые Пермского Политеха экспериментально установили оптимальные режимы подформовки, обеспечивающие необходимые физико-химические и механические характеристики композита.
Политехники использовали слоистые пластины углепластика. Подформовку проводили, нагревая образцы, выдерживая в течение 10 минут и охлаждая до 30 градусов. Затем определяли уплотнение материала, измеряя толщину пластин, и проводили его испытания на прочность.
– Мы установили, что материал максимально уплотняется (на 0,75 мм) при температуре 80 градусов. Это происходит из-за снижения вязкости смолы в составе препрега, что способствует ее выходу из объема заготовки и исключает появление воздушных прослоек между слоями. Близкие значения уплотнения (0,66 мм) достигнуты при температуре в 70 градусов. При работе автоклава под давлением в пять атмосфер средняя продолжительность составила один час 43 минуты, – рассказывает Артем Сыстеров, ведущий инженер НОЦ АКТ, аспирант кафедры механики композиционных материалов и конструкций ПНИПУ.
Таким образом, наиболее эффективный режим предварительного прогрева толстостенных заготовок – это 70-80 градусов в автоклаве при давлении пять атмосфер. Такие условия обеспечат более плотное прилегание слоев, что предотвратит образование дефектов, пористости и неравномерности материала.
Также политехники выяснили, если проводить дополнительные подформовки при высокой температуре, слои материала становятся плотнее. От 2 до 5 таких операций сохраняет прочность заготовки при последующей эксплуатации в высоких нагрузках (78-80 МПа). Но если препрег хранится 14 дней, а потом проводится его подформовка пять раз и больше, его прочность снижается. Это говорит о том, что материал «стареет» и теряет свои свойства.
Проведенное исследование ученых ПНИПУ позволило установить оптимальные режимы формования заготовок, которые повысят скорость и качество изготовления промышленных толстостенных конструкций из композитных материалов.
Telegram 
Дзен 
VK Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Мы много знаем о том, как цивилизации до нас строили дома и дороги, но с объектами материальной культуры дела обстоят сложнее. Ремесленные техники часто хранились в строгом секрете и могли быть случайно утрачены при неудачном стечении обстоятельств. Так случилось с ювелирной техникой цзинь чжэ сы.
Новая находка доказывает, что эволюция изобрела как минимум два независимых способа бороться с вирусами. Это открытие кардинально меняет представления о развитии иммунитета и расширяет горизонты для поиска новых лекарств.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Мы много знаем о том, как цивилизации до нас строили дома и дороги, но с объектами материальной культуры дела обстоят сложнее. Ремесленные техники часто хранились в строгом секрете и могли быть случайно утрачены при неудачном стечении обстоятельств. Так случилось с ювелирной техникой цзинь чжэ сы.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно