Используя нанотрубки, ученые могут увеличить прочность углеродных композитов
Среди основных достоинств технологии, развиваемой сотрудниками Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН - низкая стоимость получаемых структур и возможность придавать им различные функциональные свойства.
Одно из основных применений углеродных композитов - аэрокосмическая отрасль. Уже сейчас они широко используются в последних моделях самолетов Boeing и Airbus, поскольку обладают не только высокой стойкостью, но и очень низкой массой - в два раза меньше, чем у титана. По прочности на разрыв вдоль нитей углеродные волокна превосходят сталь, однако поперек волокон значение этого параметра не очень высоко, и из-за большой нагрузки на проблемные места могут произойти лавинообразные разрушения внутри армированного композита. Чтобы этого не случилось, научный сотрудник ИК СО РАН кандидат химических наук Сергей Иванович Мосеенков предлагает вводить в тот или иной многокомпонентный материал углеродные нанотрубки - это позволит значительно повысить его устойчивость.
Для каждого конкретного композита специалистам необходимо разработать свои способы напыления нанотрубок, обладающих разными характеристиками - например, способностью защищать от механических повреждений или ультрафиолетового излучения. Ученые ИК СО РАН в состоянии получать структуры с различным диаметром - от 7 до 18 нанометров, а затем придавать им нужные свойства, что позволяет выбрать наилучший вариант по соотношению прочности, цены и качества. В разработанном в институте реакторе можно сделать около 5 кг нанотрубок в сутки. В среднем, стоимость изготовления одного килограмма этого специфического изделия на этапе опытного производства составляет около 20 000 рублей - дешевле зарубежных и российских коммерческих аналогов, чья цена может достигать 1000 долларов за килограмм.
Прежде чем вводить нанотрубки в композит, из них необходимо получить суспензию и внимательно следить за тем, чтобы они не образовывали комков размером до нескольких десятков микрон. Избежать этого эффекта можно с помощью ультразвука и специальных растворителей, позволяющих ученым разделить и стабилизировать трубки внутри смеси, которая затем вводится в нужный материал. Как отмечает Сергей Мосеенков, при запуске технологии в промышленных масштабах от использования дополнительных веществ придется отказаться, так как это очень удорожает производство - появляется много жидких отходов, нуждающихся в утилизации. Поэтому в ИК СО РАН активно ведут поиски других эффективных методов смешения.
Сергей Мосеенков и его коллеги провели много работ по получению различных композитов - оргстекла, полистирола, полиэтилена, полипропилена, эпоксидных смол, а сейчас намерены заняться созданием новых видов полиуретана и электропроводящей керамики. Также ученые работают над укреплением химических связей внутри композиционного материала, чтобы нанотрубку было как можно труднее оторвать от волокна.
Фото предоставлено Сергеем Мосеенковым
http://www.sbras.info/news/ispolzuya-nanotrubki-uchenye-mogut-uvelichit-prochnost-uglerodnykh-kompozitov