Создано новое углеволокно, покрытое нанотрубками, которое в сотни раз прочнее стали
Композитные материалы на основе углепластика в последние годы очень широко используются для снижения веса различных изделий. Данные композиты по прочности можно сравнить с титаном и алюминием , но при этом они гораздо легче . Так , например, использование углепластика позволило снизить вес самолетов Boeing 787 и Airbus A380 на 20 %.
Ученые из Массачусетского технологического института уже определили , что следующее поколение летательных аппаратов потребует еще более легких и прочных композитных материалов на основе углеродных волокон , покрытых углеродными нанотрубками . Подобный композит может быть в сотни раз прочнее стали и при этом весить всего в одну шестую от веса аналогичной стальной конструкции. На практике это означает существенную экономию топлива , увеличение скорости и запаса хода автомобилей , самолетов , спутников и т.д. без ущерба безопасности . К сожалению , существенным препятствием для производства таких композитов стали процессы , происходящие на наноуровне . Ученые , которые пытались вырастить углеродные нанотрубки на углеродных волокнах , обнаружили , что это приводит к значительному ухудшению прочности несущих волокон.
Команда специалистов из Массачусетского технологического института , наконец , определила причину этой деградации волокон и разработала методику производства углепластика нового поколения. Новое волокно , покрытое нанотрубками , вдвое прочнее углеволокна предыдущего поколения и при этом лучше проводит электрический ток. Также изготовление нового типа волокон легко интегрировать в существующие технологические процессы по производству композитов.
Сначала ученые предположили , что причиной деградации волокон в процессе наращивания нанотрубок является катализатор на основе железа , но исследование показало , что железо вызывает потерю прочности лишь на 15 %. Главной причиной деградации оказалось неизвестно механохимической явление, связанное с потерей натяжения волокна при нагревании выше определенной температуры.
Чтобы защитить углеволокно от железа , специалисты MIT разработали специальное полимерное покрытие K - PSMA , которое защищает волокно от воздействия железа. Кроме того, покрытие позволило на 300 ° C снизить температуру в процессе изготовления нового композита , что решило проблему напряжения волокна и его деградации. При этом вышел полезный « побочный эффект» в виде снижения энергопотребления при одновременном повышении прочности углеволокна.
