Ученые МАДИ значительно повысили износостойкость эпоксидных композитов с помощью ультразвука

Ученые МАДИ разработали метод ультразвуковой обработки жидких полимерных материалов на основе эпоксидной смолы. Разработка решает важную проблему современного машиностроения — создание износостойких покрытий и прочных клеевых соединений для деталей транспортных средств и промышленного оборудования. Метод позволяет в несколько раз повысить долговечность готовых изделий, что напрямую влияет на безопасность транспорта и снижение затрат на его обслуживание.

Полимерные композиты на основе эпоксидной смолы широко применяются в машиностроении. Добавление наполнителей снижает трение как сухая смазка и защищает поверхность от разрушения. Однако при обычном смешивании наночастицы наполнителя слипаются в комки, из-за которых покрытие быстро разрушается. Механическое перемешивание не способно разбить такие плотные скопления.

Ученые МАДИ предложили воздействовать на жидкий композит ультразвуком с амплитудой колебаний 20 мкм в течение 10–15 секунд. В вязкой смоле возникают кавитация и акустические течения. Схлопывание микроскопических пузырьков создает зоны высокого давления, разрывающие агломераты наполнителя на отдельные частицы. Акустические течения равномерно распределяют их по объему. Вязкость композиции снижается до 15–25% от начальной, полимер лучше смачивает наполнитель, формируя после застывания однородную структуру без дефектов.

Испытания подтвердили эффективность метода. Износостойкость эпоксидного покрытия выросла на 11%, композита с графитом — на 35%, а материал с нитридом бора стал изнашиваться более чем в 4 раза медленнее по сравнению с необработанным аналогом. Коэффициент трения композита с нитридом бора снизился с 0,264 до 0,223. Исследования на атомно-силовом микроскопе показали, что поверхность обработанных образцов после трения остается ровной, без выкрашивания частиц. Прочность клеевых соединений на сдвиг увеличилась на 20–40%, достигнув 8,68 МПа для образцов с нитридом бора.

Метод легко интегрируется в существующие техпроцессы: обработка занимает секунды и не требует замены оборудования. Технология позволяет создавать износостойкие покрытия и комбинированные соединения (клееварные, клееклепаные) в авиа- и автомобилестроении, а также при ремонте оборудования. Повышение долговечности деталей напрямую влияет на безопасность транспорта и снижает затраты на обслуживание.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда. Дальнейшие работы предполагают адаптацию режимов обработки для новых полимерных матриц и наполнителей, а также пилотное внедрение метода на предприятиях транспортно-дорожного комплекса.

Результаты опубликованы в журнале «Ремонт. Восстановление. Модернизация.»

Изображение: МАДИ

Источник: Минобрнауки России