Российские ученые разработали материал, который позволяет значительно снизить вес промышленных деталей без существенной потери прочности и жесткости. Композит на основе термопластичных полимеров и полых стеклянных микросфер может применяться в авиации, автомобилестроении, бытовой технике и спецтехнике, а изготавливать изделия из него можно, в том числе с помощью 3D-печати, передает inbusiness.kz со ссылкой на Naked-Science.
Разработку создали специалисты РТУ МИРЭА совместно с коллегами из АО "НПО Стеклопластик имени Н.Н. Трофимова". Результаты исследования опубликованы в научно-техническом журнале "Пластические массы".
В основе нового материала — термопластичный полимер, наполненный полыми стеклянными микросферами. Эти микроскопические полые шарики из стекла работают как легкий наполнитель: они уменьшают плотность композита, но при этом позволяют сохранять необходимые механические характеристики.
Для промышленности снижение веса конструкции имеет большое значение. В авиации и автомобилестроении каждый сэкономленный килограмм может означать снижение расхода топлива, увеличение полезной нагрузки и улучшение экологических показателей. Поэтому легкие полимерные композиты рассматриваются как одна из перспективных альтернатив металлическим деталям.
"Такая структура позволяет резко снизить плотность материала, но при этом сохранить его способность выдерживать механические нагрузки и повысить жесткость конструкции, — рассказывает Александр Пыхтин, доцент кафедры химии и технологии переработки пластмасс и полимерных композитов Института тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова РТУ МИРЭА. — Ключевая инновация разработки в том, что этот композит специально создавался для получения изделий с уникальными геометрическими формами аддитивным методом 3D–печати (FDM–печати). Кроме того, его можно перерабатывать в изделия и классическими методами экструзии, вакуумформования и т.д. Это позволяет современной промышленности выбирать между масштабируемостью и высокой производительностью (в случае экструзии) и возможностью производства деталей и элементов конструкций чрезвычайно сложной конфигурации".
Исследователи подбирали не только состав полимера, но и размер, и концентрацию микросфер, а также технологические параметры производства. Такой подход позволил получить материал с заданным сочетанием малой плотности, жесткости и прочности.
Одним из важных преимуществ разработки стала возможность использовать разные технологии переработки. Композит подходит как для экструзии и вакуумформования, которые позволяют выпускать большие объемы продукции, так и для FDM-печати. Последняя дает возможность создавать детали сложной формы, изготовление которых традиционными методами может быть затруднено.
"Мы фактически разработали технологию передового конструкционного материала, — говорит Игорь Симонов-Емельянов, доктор технических наук, заведующий кафедрой химии и технологии переработки пластмасс и полимерных композитов РТУ МИРЭА. — Он сочетает в себе: легкость пены, высокую технологичность, жесткость и прочность, достаточную для замены многих металлических деталей в нагруженных конструкциях и создания изделий с уникальными формами методом 3D–печати. Основная сложность заключается в том, чтобы равномерно распределить хрупкие полые микросферы в расплаве полимера и не раздавить их в процессе получения изделий. Нам удалось найти этот баланс. Теперь у промышленности есть готовое решение для снижения массы изделий без потери надежности и без существенной перестройки всего производства".
Разработчики рассчитывают, что материал найдет применение при изготовлении корпусных деталей, элементов интерьера самолетов и автомобилей, защитных кожухов, а также отдельных изделий для малой авиации. При этом технология не требует полного отказа от существующих производственных процессов: в зависимости от задачи предприятие может выбрать наиболее подходящий способ изготовления.
Таким образом, разработка РТУ МИРЭА и АО "НПО Стеклопластик имени Н.Н. Трофимова" сочетает сразу несколько преимуществ: низкую плотность, прочность, жесткость и технологичность. Возможность перерабатывать материал, как традиционными методами, так и с помощью 3D-печати делает его перспективным для разных отраслей — от транспортного машиностроения до производства сложных конструкционных деталей.
Читайте по теме:
Наука Казахстана: новые приоритеты и программы
