Ученые Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А. разработали высокопрочные вантовые растяжки из композиционных материалов, которые будут востребованы при строительстве дождевальных машин, мостов, высотных мачт, башен, спортивных конструкций и других навесных сооружений.
Небольшой вес этих растяжек значительно уменьшает давление на опорные элементы и основания, а их отличная устойчивость к коррозии облегчает процесс обслуживания и сокращает затраты на эксплуатацию.
Авторы разработки – сотрудники лаборатории коллективного пользования «Современные методы исследования функциональных материалов и систем» Энгельсского технологического института (филиала) СГТУ, кандидаты технических наук Андрей Щербаков и Антон Мостовой.
«Современные инженерные сооружения требуют материалов, сочетающих прочность, малый вес и устойчивость к внешней среде. Особенно это важно для вантовых конструкционных элементов, которые применяются при строительстве дождевальных машин, мостов, мачт, башен и других навесных сооружений. Традиционно для этих целей используют стальные канаты, но у них есть слабые стороны. Они тяжелые, подвержены коррозии, им необходимо защитное покрытие. Мы же разработали уникальную технологию получения новых композитных вантовых растяжек, способных заменить сталь без потерь в эксплуатационных характеристиках при снижении цены конечного изделия. Наша технология полностью совместима с существующими производственными линиями и не требует дорогостоящего оборудования», – рассказывает Андрей Щербаков.
По словам ученых СГТУ, основой композиционной вантовой растяжки является эпоксидная смола, армированная базальтовыми или стеклянными волокнами. Этот материал, известный как полимерный композит, отличается высоким соотношением прочности к весу. Главный же технологический прорыв политеховцев достигнут благодаря модификации связующего – самой смолы.
В ходе исследования применялись два метода: первоначально смола модифицировалась наночастицами оксида графена или углеродными нанотрубками в концентрации менее 1%. Для повышения эффективности упрочнения поверхность наночастиц обрабатывалась аминосиланом, обеспечивающим химическое связывание с эпоксидной матрицей. Такая обработка способствовала лучшему соединению наполнителя с полимером, увеличивая прочность и жесткость композита примерно на 25%. Затем, для дальнейшей интенсификации межфазного взаимодействия, эпоксидное связующее, модифицированное нанотрубками, подвергалось кратковременному воздействию микроволнового излучения. Этот метод активирует функциональные группы на поверхности наночастиц, усиливая их химическую связь с матрицей и обеспечивая более однородное распределение наполнителя. В результате достигается дополнительное повышение прочности и термостойкости конечного композита.
В итоге учеными СГТУ были разработаны композитные вантовые растяжки, способные выдерживать нагрузки растяжения, превышающие 1600 мегапаскалей, а также обладающие устойчивостью к воздействию влаги и соленой среды, что обеспечивает их защиту от коррозии. При этом плотность материала становится вчетверо меньше, чем у стали, что позволяет значительно снизить вес конструкции без ущерба для ее прочности.
По материалам исследований опубликованы научные статьи в журналах.
Effect of Carbon Nanotube Functionalization on the Physicochemical and Mechanical Properties of Modified Fiber-Reinforced Composites Based on an Epoxy Resin | Russian Journal of Applied Chemistry
Reinforced Epoxy Composites Modified with Functionalized Graphene Oxide
