Исследователи из Российского национального университета науки и технологий (МИСиС) и Сколтеха разработали технологию производства новых композиционных материалов на основе шунгита и углеродных волокон в графитовой матрице.
Шунгит — уникальная докембрийская порода, состоящая практически на 100% из углерода.
В статье, опубликованной в журнале Polymers, ученые объясняют, что благодаря сочетанию низкой плотности, высокой прочности и химической стабильности при повышенных температурах композитные материалы могут быть использованы для производства топливных элементов, суперконденсаторов и частей авиационных двигателей следующего поколения.
Зная, что многие ученые-материаловеды разрабатывают новый класс композитов, состоящий из различных углеродных армирующих наполнителей в графитовой матрице, полученной путем карбонизации — или превращения полимера в углеродный материал, — группа МИСИС и Сколтех решили предложить решение для быстрого и экономичного производства таких композитов.
Они определили оптимальные параметры термической обработки для достижения наилучших характеристик с точки зрения “трещиностойкости” — то есть устойчивости к возникновению и распространению трещин, которая в значительной степени определяет прочность хрупких и квази-хрупких материалов.
В заявлении для СМИ исследователи объяснили, что процесс синтеза композита похож на выпечку теста, изготовленного из эластомера, который представляет собой мягкий полимер типа резины, армированный начинкой, при нескольких температурах выше 180ºC.
Поскольку короткое углеродное волокно, часто используемое в качестве наполнителя, довольно дорого и имеет ограниченный запас, команда решила частично заменить его шунгитом.
После ряда испытаний исходный продукт был реструктурирован и в конечном итоге обогащен углеродом.
“Таким образом, легко формуемый полимер превращается в одно из самых стабильных углеродных соединений, таких как графит или алмаз”, — говорится в пресс-релизе.
Целью этого исследования была оптимизация процесса карбонизации для повышения трещиностойкости [композитов] в зависимости от температуры обработки и состава исходной смеси.
Исследователи надеются, что материалы, полученные с помощью их технологии, будут использованы для изготовления ключевых деталей топливных элементов, компонентов химически стойкого оборудования и сложного насосного оборудования для добычи нефти на рекордных глубинах и в самых суровых условиях. Еще одним перспективным направлением использования новых материалов станет создание компонентов авиадвигателей нового поколения.