Des scientifiques russes ont proposé une technologie pour la création d'un matériau composite léger et durable. Il est basé sur une matrice polymère et des fibres de carbone. Un tel matériau peut être utilisé dans la construction aéronautique pour créer des éléments d'un groupe motopropulseur et des structures de coque. Le composite développé peut être facilement recyclé ou éliminé, ce qui le rend plus respectueux de l'environnement que ses analogues. L'étude a été publiée dans Polymers .

La fibre de carbone est un matériau unique composé presque entièrement d'atomes de carbone. Sa résistance mécanique élevée à faible poids, sa résistance aux températures élevées et son excellente résistance à la corrosion ont assuré sa large application dans des industries de haute technologie telles que les fusées, l'aviation, la construction et la médecine. Les matériaux composites renforcés de fibres de carbone sont particulièrement demandés dans l'industrie aéronautique. Les pièces et les structures qui en sont constituées réduisent le poids final de l'avion, et donc la consommation de carburant, réduisant ainsi le coût d'exploitation de l'avion et l'impact environnemental. Cependant, la plupart des composites en fibre de carbone d'aujourd'hui sont à base de résine époxy et d'autres matériaux insolubles et non fondants qui ne sont pas recyclables.

Des scientifiques de l'Université MISIS ont créé un nouveau matériau composite à base de polymères thermoplastiques techniques et de fibre de carbone, qui conserve efficacement ses propriétés de performance dans des environnements agressifs, tels que le carburant d'aviation, tout en étant facilement recyclable.

En tant que matériau de renforcement, la fibre de carbone de fabrication russe a été utilisée. Pour la première fois, la poudre de polyéthersulfone a été utilisée pour la production de la matrice au lieu de la résine époxy conventionnelle. C'est un polymère thermoplastique amorphe avec d'excellentes propriétés mécaniques et résistant aux hautes températures, à la vapeur et à divers produits chimiques. Il est également important que le polyéthersulfone soit recyclable, contrairement à l'époxy.

Les chercheurs de l'Université MISIS ont sélectionné les meilleures conditions pour obtenir un matériau composite et ont déterminé que la teneur optimale en fibres de carbone pour les composites aéroportés à base de polyéthersulfone est de 60 à 70% du poids total de la structure.

La surface de la fibre de carbone a été en outre modifiée par oxydation thermique, moyennant quoi une fine couche comprenant un grand nombre de groupes fonctionnels contenant de l'oxygène a été formée sur la surface des filaments de carbone. Il facilite une meilleure adhésion de la fibre de carbone à la matrice polymère. Pour imprégner la préforme de carbone, au lieu de l'imprégnation traditionnelle à haute pression du polymère fondu, une technologie de solution a été utilisée - la poudre de polyéthersulfone a d'abord été dissoute avec un solvant organique à température ambiante, après quoi la fibre de carbone modifiée a été imprégnée du résultat. la solution. Les échantillons d'essai ont ensuite été séchés à 100°C pendant quatre heures, et la préforme a ensuite été placée dans un moule où les pièces ont été formées sous pression à 350°C pendant 30 minutes.

En conséquence, les chercheurs ont obtenu une structure stable du composite obtenu et ont considérablement amélioré ses propriétés mécaniques et sa résistance aux températures élevées. Dans le même temps, comme le notent les auteurs de l'étude, la technologie de création de composites proposée à base de polyéthersulfone et de fibres de carbone permet d'ajuster les propriétés du matériau final en fonction du degré de remplissage de la matrice polymère par des fibres.

"En parlant des possibilités d'application des matériaux, nous devons examiner le produit spécifique dans lequel ils seront utilisés, car cela affecte les conditions de travail dans la structure, les exigences de résistance, les déformations maximales admissibles. En conséquence, le modèle de renforcement change et le degré de remplissage (teneur en fibres) variera également.Mais, si nous parlons, par exemple, de matériaux pour la construction aéronautique, la teneur optimale en fibres de carbone sera plus probablement comprise entre 60 et 70% du poids total de la structure », explique un co-auteur des travaux, chercheur senior au MISIS University Center for Composite Materials, Ph.D. Andreï Stepashkine. + Explorer plus loin

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