Государственный научный центр Российской Федерации Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» Я.М.Портнова, Н.В.Выморков ФГУП «ОНПП «Технология» С.П.Червонобродов, Л.Д. Квачева ООО «Карбонлайт» Исследование влияния графеновых структур на прочностные характеристики полимерных композиционных материалов

ОНПП «Технология» (г. Обнинск Калужской области) – одно из ведущих предприятий в области создания новых материалов, уникальных конструкций, технологий и серийного производства наукоемкой продукции из полимерных композитов, керамических и стеклообразных материалов для космоса, авиации, наземного и водного транспорта, энергетики и других отраслей промышленности России. Продукция углепластиковые оболочки головных обтекателей ракет-носителей "Протон-М", "Рокот", "Ангара"; тепловые панели и элементы каркасов различных спутников и космических аппаратов многослойные сотовые звукопоглощающие конструкции для современных авиалайнеров -радиопрозрачные укрытия мобильных радиолокационных станций морского "Фуркэ" и наземного базирования "Гамма-С1", зенитного ракетно-пушечного комплекса "Панцирь-С1" и другие изделия радиотехнического назначения

Синтез графеновых структур Синтез графеновых структур проводили в две стадии: 1.Синтез оксида графита (ОГ). 2.Разложение ОГ до малослойной дисперсии графенов. Синтез ОГ проводили по модифицированному методу Hummers and Offeman [1]. Данные РФА показывают, что в полученных образцах ОГ присутствуют следовые количества исходного графита. По данным ОЖЕ спектроскопии в образцах после разложения ОГ наблюдается 10-15% остаточного кислорода. На рисунке приведена микрофотография ОГ, разложенной до малослойной дисперсии графенов. Средний размер частиц в латеральном направлении 3-5 мкм. Из рисунка видно как в порошкообразном образце слои графена располагаются друг относительно друга. 1. W. S. Hummers, R. E. Offman, J. Am. Chem. Soc., 1958, v. 80, p

Исследование температурной зависимости комплексной вязкости исходного связующего и модифицированного графеном Из рисунка видно, что введение графена в связующее немного увеличивает вязкость, но после достижения температуры С существенных различий практически не наблюдается

Температурная зависимость модуля упругости (G`) и модуля потерь (G)

Технологический процесс изготовления углепластиков Технологический процесс изготовления углепластиков включает : - модификацию связующих; - пропитку углеродных на- полнителей; - раскрой препрегов и их выкладку в пакеты в соответствии с необходимой схемой армирования; - автоклавное формование набранных пакетов препрега по соответствующим ступенчатым температурно временным режимам.

Автоклавное формование Автоклавное формование набранных пакетов препрега проводится по соответствующим ступенчатым температурно-временным режимам.

Испытания стандартных образцов из углепластиков Испытания стандартных образцов из углепластика на растяжение, сжатие, изгиб проводились по ГОСТ , ГОСТ , ГОСТ на универсальных испытательных машинах «Zwick-1464» «INSTRON-1185», разрывной машине «Р-5».

Характер разрушения образцов при растяжении в направлении укладки волокон 0º по ГОСТ Образцы для испытаний при растяжении в направлении укладки волокон 0º по ГОСТ

Упруго-прочностные показатели наномодифицированного (0,5%; 1% MGS ) углепластика (схема армирования 0 0 ; ±80 0 ; 0 0 ) Прочность, модуль упругости, кгс/мм шир. Количество MGS, % 00,51 σ сж.0 35,150,163,8 σ сж.90 25,234,938,8 σ раст.0 87,28992,5 σ раст.90 35,542,545,1 Е раст.0/100 54,757,155,1

Упруго-прочностные показатели наномодифицированного (1% ОГ ) углепластика (схема армирования 0 0 ; ±80 0 ; 0 0 ) Прочность, модуль упругости, кгс/мм шир. Количество ОГ, % 00,5 σ сж.0 42,958,1 σ сж.90 39,841,3 σ раст.0 87,289,2 σ раст ,1 Е раст.0/100 59,664

Выводы Таким образом, в результате проведенных исследований нами было установлено, что графеновые структуры не оказывают существенного влияния на физико-химические характеристики клеевого связующего КПР-150 (вязкость, температура гелеобразования). Показано, что введение в клеевое связующее КПР-150 графеновых структур сопровождается увеличением упруго-прочностных показателей углепластика. При этом наибольшее влияние введение графеновых структур оказывает на показатели предела прочности при сжатии в нулевом направлении (от 45% при использовании графена MGS-53 до 25% при использовании окиси графита).