Научные сотрудники Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А. создали высокопрочные вантовые растяжки из композиционных материалов, которые найдут применение в строительстве дождевальных машин, мостов, высоких мачт, башен, спортивных сооружений и других навесных конструкций.
Малый вес этих растяжек существенно снижает нагрузку на опорные элементы и основания, а их высокая коррозионная стойкость упрощает обслуживание и снижает эксплуатационные расходы.
Авторами разработки являются сотрудники лаборатории коллективного пользования «Современные методы исследования функциональных материалов и систем» Энгельсского технологического института (филиала) СГТУ, кандидаты технических наук Андрей Щербаков и Антон Мостовой.
«Мы 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.
Фото: СГТУ им. Гагарина Ю.А.
По информации ученых СГТУ, основой композиционной вантовой растяжки служит эпоксидная смола, армированная базальтовыми или стеклянными волокнами. Этот материал, который называется полимерным композитом, обладает высоким соотношением прочности к весу. Ключевой технологический прорыв, достигнутый политехниками, связан с модификацией связующего – самой смолы.
В ходе исследования были использованы два метода. Сначала смола модифицировалась наночастицами оксида графена или углеродными нанотрубками в концентрации менее 1%. Для повышения эффективности упрочнения поверхность наночастиц обрабатывалась аминосиланом, который обеспечивает химическую связь с эпоксидной матрицей. Эта обработка способствовала более надежному соединению наполнителя с полимером, что увеличивало прочность и жесткость композита примерно на 25%.
Затем, для дальнейшего улучшения 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 равномерное распределение наполнителя. В результате достигается дополнительное повышение прочности и термостойкости конечного композита.
В результате работы ученых СГТУ были созданы композитные вантовые растяжки, которые способны выдерживать нагрузки на растяжение свыше 1600 мегапаскалей. Эти растяжки также обладают высокой устойчивостью к влаге и соленой среде, что защищает их от коррозии. Кроме того, плотность материала в четыре раза ниже, чем у стали, что позволяет существенно уменьшить вес конструкции без потери прочности.
По материалам исследований опубликованы научные статьи в журналах.
Источник и фото: СГТУ им. Гагарина Ю.А.