Учёные РФ, Китая и Бельгии укрепили композиты иглой без ниток

Российские учёные совместно с коллегами из Бельгии и Китая предложили способ повышения стойкости слоистых композитов к расслоению. В основе метода лежит многократное прокалывание стеклоткани иглой с зазубринами, что позволяет связывать слои без дополнительных материалов.

Слоистые композиты применяются в авиации, автомобилестроении и при производстве спортивного инвентаря. Такие материалы сочетают лёгкость и прочность, однако при сильном изгибе или ударе между слоями может возникать трещина. Именно это слабое место стало предметом работы специалистов ЮУрГУ и их иностранных партнёров.

Технология напоминает шитьё, но выполняется без ниток. Специальная установка с зазубренной иглой прокалывает уложенную слоями стеклоткань. В ходе каждого движения часть волокон протаскивается в глубину материала и соединяет слои поперечно. Такой подход называют иглопробивной обработкой, или фелтингом.

Поскольку используются волокна самой ткани, дополнительные нити и прослойки не требуются. Толщина и масса изделия не растут. Обрабатывать можно только отдельные участки, например те, которые наиболее подвержены ударам.

В эксперименте применялась российская стеклоткань Т-13 с эпоксидной матрицей ETAL-370. На каждый квадратный сантиметр приходилось десять проколов, что формировало порядка 870 поперечных волокон.

Испытания дали неоднозначные результаты. Энергия, необходимая для появления и развития трещин, увеличилась на 40–44%. Прочность при изгибе повысилась на 33%, а площадь повреждений при низкоскоростных ударах уменьшилась минимум на 15%. Вместе с тем прочность при растяжении упала на 25%.

Авторы полагают, что локальная обработка позволит задействовать сильные стороны технологии там, где вероятность ударов особенно высока. Исследование Сергея Сапожникова, Галины Форенталь, Александра Херувимова, Степана Ломова и Яо Ляоцзюня опубликовано в журнале Polymer Composites.