Специалисты Университета МИСИС разработали усовершенствованную технологию производства филамента на основе углеродного волокна. Эта нить применяется в 3D-принтерах и позволяет создавать легкие и высокопрочные детали для летательных аппаратов.
Углеродное волокно и композиционные материалы на его основе широко востребованы в современном авиастроении благодаря своей исключительной удельной прочности, жесткости, малому весу и стойкости к коррозии. Композитная нить для 3D-принтера — это пластиковая нить, усиленная по всей длине прочными волокнами. Эти волокна встроены в пластиковую основу — матрицу, которая равномерно распределяет нагрузку.
Один из лучших материалов для такой основы — полиэфирэфиркетон, известный своей прочностью и стойкостью к химикатам, однако его применение ограничено высокой стоимостью и значительной деформацией изделий в процессе печати. Кроме того, производство такого филамента сопряжено с технологическими трудностями: пропитка волокон требует использования высоковязкого раствора, что приводит к повреждению самых хрупких из них.
Исследователи МИСИС предложили новый метод пропитки углеродных волокон раствором полиэфирсульфона. Такие аморфные термопластичные полимеры дешевле, могут формировать растворы с низкой вязкостью и обладают высокой прочностью.
Вместо того чтобы заливать филамент расплавленным полимером, мы пропустили его через емкость с раствором полимера в специальной жидкости, а затем через фильеру, которая удаляет излишки. В результате материал оказался равномерно покрыт полимером, а после испарения растворителя получилась плотная бездефектная нить.
При оптимизации параметров процесса массовая доля полимера в матрице достигала 45%, а пористость снижалась до нескольких процентов. Полученные нити продемонстрировали превосходную прочность на разрыв по сравнению с композитами на эпоксидной основе. Детальные результаты исследования опубликованы в журнале Inorganic Materials: Applied Research.
Ранее Наука Mail писала о том, что в МИСИС удешевили изготовление армированных изделий.
