Ученые обнаружили неожиданное слабое место углеродных волокон

Углеродные волокна становятся все более распространенным материалом для создания высокотехнологичных материалов. Они используются в строительстве самолетов, болидов «Формулы-1», космических аппаратов и во многих других отраслях. Прочность, легкость и надежность волокон делают их востребованными. Однако новое исследование австралийских ученых ставит под сомнение фактор надежности. Авторы работы обнаружили потенциально слабое место углеродных волокон, что может приводить к печальным последствиям и требует более внимательного тестирования.

Углеродные волокна используются в авиации, где требования к безопасности должны быть очень высокими

Ученые провели стресс-тест материала, оказав на него гигротермическое воздействие. То есть проверялось старение волокон под влиянием повышенных температур и влажности. Для эксперимента отобрали материал с тремя видами плетения: под углом 90 градусов, под углом 45 градусов и смешанным. Все образцы подвергались нагреву до 60 градусов по Цельсию и до 80 градусов при относительной влажности 90% и 100%.

Накопление влаги является главным фактором ускоренного старения углеродных волокон

После этого ученые рассматривали микроструктурные повреждения материала, используя рентгеновскому компьютерную томографию и сканирующую электронную микроскопию. Лучше всего сохранили характеристики образцы со смешанным плетением, хуже всего — с плетением под углом 45 градусов. Но что удивило ученых: разницы в последствиях при воздействии разных условий температуры и влажности не наблюдалось. Вместо этого на надежность и целостность структуры влияло конечное накопление влаги: сколько жидкости вобрали в себя волокна. Чем этот параметр выше, тем хуже сохранялась структура.

Авторы работы отмечают, что создатели материалов из углеродного волокна должны больше внимания уделять при испытаниях не тому, как вещество выдерживает гигротермическую нагрузку, а именно накоплению влаги, поскольку оно несет больше угрозы.

Эксперимент проводился с углеродными волокнами трех разных типов плетения

В этом контексте специалисты вспомнили трагедию с туристической подлодкой «Титан», которая произошла в 2023 году. Она разрушилась под высоким давлением и привела к гибели всех пассажиров. Значительная часть компонентов аппарата была сделана из углеродных волокон, а компания OceanGate, эксплуатировавшая «Титан», допускала низкую культуру тестирования и организации рабочих процессов. Не исключено, что накопление влаги волокнами стало одним из факторов разрушения, что не было учтено в расчетах нагрузки.

Ранее мы рассказывали, как ученые научились добывать графен из ореховой скорлупы, кофейной гущи и банановых шкурок.