Получение высокопрочного углепластика на основе полифениленсульфида с помощью метода ATL с лазерным нагревом

Рассмотрен метод изготовления высокопрочного конструкционного углепластика из таупрега на основе полифениленсульфида марки PPS-214 (Fortron, Германия) и высокопрочного углеродного волокна AS4 (Hexcel, США) с помощью перспективной технологии переработки таупрегов ATL (Automated Tape Laying) с лазерным нагревом. Проведена адаптация технологии под изучаемый материал, изготовлены лабораторные макеты в виде плит, проведены физико-механические испытания лабораторных образцов. Качество распределения связующего и наличие дефектов оценено с помощью растровой электронной микроскопии. Исследовано влияние схем армирования, прессования и вакуумной термической обработки на повышение механических свойств исследуемого углепластика. Установлено, что образцы, прошедшие вакуумную термообработку, обладают более высоким уровнем механических свойств благодаря увеличению адгезии лент таупрега друг к другу и удалению образующихся при выкладке несплошностей. Значение предела прочности при межслойном сдвиге образцов, изготовленных с применением параллельно-диагональной схемы, увеличивается на 108% при изгибе – на 370% и на 65% при сжатии.

Путем переработки таупрегов методом ATL с лазерным нагревом и последующей термической обработки изделий можно получать высокопрочные конструкционные материалы с повышенными физико-механическими свойствами, а также высокой повторяемостью и равномерным распределением свойств по всей площади изделий даже с применением сложных схем армирования. 

1. Батаев А. А., Батаев В. А. Композиционные материалы: строение, получение, применение – М.: Логос, 2006. – 400 с.

2. Бахарева В. Е. Современные машиностроительные материалы. Неметаллические материалы. Справочник / Под ред. И. В. Горынина. – СПб.: НПО «Профессионал», 2014. – С. 79–133.

3. Михайлин Ю. А. Термоустойчивые полимеры и полимерные материалы. – СПб.: Профессия, 2006. – С. 326–329.

4. Ho K. K. C., Shamsuddin S.-R., Riaz S., Lamorinere S. Wet impregnation as route to unidirectional carbon fibre reinforced thermoplastic composites manufacturing // Plastics, Rubber and Composites. – 2011. – N 2, V. 40. – P. 102–103.

5. Jens K., Guglielmo H. Manufacture of high performance fibre-reinforced thermoplastics by aqueous powder impregnation // Composites Manufacturing. – 1993. – N 3. – P. 123–132.

6. . Yan Y. Developments in fibers for technical nonwovens // Advances in Technical Nonwovens. – 2016. – P. 19–96. URL: http/www.sciencedirect.com/article/pii/B9780081005750000024 (дата обращения 22.02.2022).

7. . Саламов А. Х. Полифениленполисульфид: свойства, получение и применение // Кронос: естественные и технические науки. – 2019. – № 6(28). – С. 43–44.

8. . Di Francesco M., Giddings P. F., Scott M., Goodman E., Dell'Anno G., Potter K. Influence of laser power density on the mesostructure of thermoplastic composite preforms manufactured by Automated Fibre Placement // International SAMPE Technical Conference, 2016 – P. 1–13.

9. . Перепелкин К. Е. Армирующие волокна и волокнистые полимерные композиты. – СПб.: Научные основы и технологии, 2009. – С. 92.