Термостойкие композиты на основе PETG перспективны для теплозащиты в аэрокосмической отрасли
Термостойкие композиты на основе PETG перспективны для теплозащиты в аэрокосмической отрасли
Группа исследователей из лаборатории аддитивных и цифровых технологий полимер композиционных материалов Института металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова РАН провела комплексное изучение влияния высокотемпературных энтальпийных потоков на теплостойкость полимерных композитов на основе PETG с различными наполнителями.
Результаты показали значительное улучшение термической стабильности материала, что открывает перспективы его применения в аэрокосмической промышленности. Результаты исследования опубликованы в статье в журнале Thermochimica Acta.
«Исследование открывает путь к разработке новых лёгких и термостойких полимерных композитов, способных выдерживать экстремальные условия космических миссий», — прокомментировал научный сотрудник лаборатории аддитивных и цифровых технологий полимер композиционных материалов кандидат технических наук Сергей Ерёмин.
Целью работы было изучение влияния высокотемпературных наполнителей (Al₂O₃, SiC, B₄C, HfO₂, углеродные нановолокна и многослойный графен) на устойчивость PETG-композитов к экстремальным тепловым нагрузкам. Гипотеза исследования заключалась в том, что введение таких частиц повысит термическую стабильность полимера, что критически важно для защиты элементов ракет и космических аппаратов. Для создания композитов учёные использовали методы смешивания, экструзии и горячего прессования (240 °C, 20 000 Па). Затем образцы подвергались воздействию плазменного потока при температуре 2000 °C. Изменение массы и морфологии материалов анализировалось с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Для прогнозирования потери массы применялись методы машинного обучения.
По итогам исследования было установлено, что теплостойкость PETG увеличилась в среднем в 3,5 раза благодаря введению наполнителей, а наименьшая потеря массы зафиксирована у образцов с карбидом бора (B₄C) и многослойным графеном (мультиграфеном). Также исследователи пришли к выводу, что увеличение размера частиц наполнителя снижает термическую стабильность композита. Важно отметить, что модель машинного обучения с точностью 81 % (SMAPE=19 %) предсказала зависимость потери массы от размера частиц наполнителя.
Полученные данные демонстрируют, что композиты на основе PETG с термостойкими наполнителями могут стать перспективными материалами для теплозащиты в аэрокосмической отрасли. Новизна исследования заключается в комплексном анализе различных наполнителей и применении искусственного интеллекта для прогнозирования поведения материалов.
Источник: ИМЕТ РАН.