Новый датчик защитит стеклопластики ото льда и проверит их целостность
С участием ученых из Сколтеха разработан и исследован наноразмерный датчик, который можно внедрить в композитное крыло самолета, лопасть ветряка, пролет моста, кузов автомобиля, днище яхты или любую конструкцию из стекловолоконных полимерных композиционных материалов без запекания ее в автоклаве. Датчик сам разогревается до необходимой температуры путем подведения тока, не увеличивает толщину конструкции и не нарушает свойств композиционного материала, а, напротив, устраняет нежелательные поры. Использовать его можно для мониторинга целостности конструкции или борьбы с обледенением путем нагрева. Последнее особенно важно для кораблестроения и малой авиации, где особенно часто применяются стеклопластики, в программе освоения Арктики.
Полимерные композиционные материалы применяются при создании самолетов, кораблей, мостов, автомобилей, спортивного снаряжения и многого другого. Одна из проблем этих материалов заключается в том, что в них очень сложно встроить даже наноразмерные датчики, поскольку увеличение толщины, изменение содержания пустот и микроструктуры часто рассматриваются в промышленности как критерий «неприемлемости».
Сотрудники Сколтеха разработали наноразмерный датчик, который можно внедрить в любую конструкцию из стекловолоконных полимерных композиционных материалов. Для этого они ввели в структуру углеродные нанотрубки.
«Нам удалось добиться замечательного результата, — рассказывает один из руководителей исследования, ведущий научный сотрудник Сколтеха Сергей Абаимов. — Композит приобретает ценную функциональность: подводя к слою нанотрубок ток, можно мониторить по изменению сигнала износ детали для предотвращения аварии. Или нагревать деталь в процессе эксплуатации, чтобы, например, убрать лед с крыла самолета или лопасти ветряка».
Обычно для создания обсуждаемых материалов нужно спечь много слоев стекловолокна в автоклаве, что в случае крупных деталей оказывается довольно энергозатратной задачей: независимо от размера запекаемой детали нагревается каждый раз весь объем камеры. Созданный датчик способен сам разогреваться до нужной температуры при подведении к нему тока, а потому можно прицельно соединять соседние слои.
Для сравнения авторы исследования изготовили полимерный композит без добавления структуры из углеродных нанотрубок и аналогичный материал с ней и убедились, что увеличения толщины и нарушения направления волокон не происходит, нежелательные поры не появляются. Они связали это с крайне высокой капиллярностью нанотрубок, из-за которой вредные для свойств материала поры «высасываются» из эпоксидной смолы и возникает давление, прочно слепляющее слои композита друг с другом.
