Композитные материалы активно применяются в строительной, транспортной и нефтегазовой отраслях. Это инновационный ресурс, способный заменить на промышленном рынке традиционный металл.
Сфера его применения в России с каждым годом растет на 10-15%. Это конструкция на основе полимера и стеклянных волокон, которые усиливают ее, делают долговечнее и при этом гораздо легче по сравнению с алюминием и сталью. Однако композиты эксплуатируются в экстремальных условиях, где от прочности материала зависит все.
Эксперты Пермского Политеха и Сколтеха провели комплексные испытания стеклопластиков и выяснили, как на них влияют сложные режимы нагрузки и разные температуры. Ученые объяснили, почему заморозка материала до –40 градусов увеличивает его стойкость на 10-15%, а повышенные температуры, наоборот, снижают на 20-25%.
Главная особенность композитов в том, что с их помощью можно значительно снизить вес высоконагруженных ответственных деталей, при этом не теряя прочность. Кроме того, они коррозионностойкие и долговечные. Однако их термостойкость ограничена, и до сих пор плохо изучено, как стеклопластики ведут себя в условиях больших перепадов температур и сложных нагрузок.
Ученые Пермского Политеха и Сколковского института науки и технологий экспериментально выяснили, как стеклопластик разрушается при сложных комбинированных нагрузках и как на это влияет широкий диапазон температур. Для исследования эксперты изготовили трубчатые образцы из стеклопластика с трехслойной структурой: внешние слои составляли хаотично расположенные стеклянные волокна, а центральный – однонаправленные.
Испытания при нормальных температурах показали, что материал выдерживает высокие нагрузки, но прочность зависит от режима нагружения. Например, при кручении и комбинированных воздействиях на поверхности образцов появляются множественные трещины. Растяжение же вызывает образование магистральной (приводящей к полному разрушению) трещины.
Полученные результаты говорят о том, что стеклопластик выдерживает перепады температур, но наиболее эффективно использование материала, с точки зрения прочности, в холодных регионах, где его устойчивость к нагрузкам только растет. Так, например, перспективно применение композита в арктических проектах, на морских платформах и трубопроводах, где экстремальные атмосферные условия – норма.
Новые знания дают возможность повысить качество производства композитов, чтобы они становились еще прочнее, а также эффективно подбирать материал для конкретных задач, климатических зон и нагрузок, не допуская аварий.
По сообщению пресс-службы ПНИПУ