Сотрудники лаборатории аддитивных и цифровых технологий полимер-композиционных материалов Института металлургии и материаловедения имени А. А. Байкова изучили влияние высокотемпературных энтальпийных потоков на теплостойкость полимерных композитов на основе полиэтилентерефталатгликоля (PETG, ПЭТГ) с различными наполнителями. Результаты показали значительное улучшение термической стабильности материала, что открывает перспективы применения в аэрокосмической промышленности.
Целью работы было изучение влияния высокотемпературных наполнителей (Al₂O₃, SiC, B₄C, HfO₂, углеродных нановолокон и многослойного графена) на устойчивость композитов на основе ПЭТГ к экстремальным тепловым нагрузкам, сообщает пресс-служба ИМЕТ РАН. Гипотеза заключалась в том, что введение таких частиц повысит термическую стабильность полимера, что критически важно для защиты элементов ракет и космических аппаратов.
Для создания композитов ученые использовали методы смешивания, экструзии и горячего прессования при температуре 240°C и давлении 20 кПа. Затем образцы подвергались воздействию плазменного потока при температуре 2000°C. Изменение массы и морфологии материалов анализировалось с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Для прогнозирования потери массы применялись методы машинного обучения.
По итогам исследования установлено, что теплостойкость ПЭТГ увеличилась в среднем в три с половиной раза благодаря введению наполнителей, а наименьшая потеря массы зафиксирована у образцов с карбидом бора (B₄C) и многослойным графеном (мультиграфеном). Также исследователи пришли к выводу, что увеличение размера частиц наполнителей снижает термическую стабильность композитов. Модель машинного обучения предсказала зависимость потери массы от размера частиц наполнителя с точностью 81%.
Полученные данные демонстрируют, что композиты на основе ПЭТГ с термостойкими наполнителями могут стать перспективными материалами для теплозащиты в аэрокосмической отрасли. Новизна исследования заключается в комплексном анализе различных наполнителей и применении искусственного интеллекта для прогнозирования поведения материалов.
«Исследование открывает путь к разработке новых легких и термостойких полимерных композитов, способных выдерживать экстремальные условия космических миссий», — прокомментировал научный сотрудник лаборатории аддитивных и цифровых технологий полимер-композиционных материалов Сергей Еремин.
Результаты исследования опубликованы в журнале Thermochimica Acta.
А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.