- Прочнее стали, легче алюминия
- Из чего состоят композиты и как сочетание разных материалов дает принципиально новые свойства, которых нет у исходных компонентов?
- В чем заключается ключевое преимущество этого материала и почему оно востребовано не только в аэрокосмической отрасли?
- Какая основная проблема применения композитов?
- Какие самые перспективные и «умные» композиты разрабатываются сейчас?
- Можно ли сказать, что композиты, создаваемые людьми, — это копии каких-либо природных материалов?
Прочнее стали, легче алюминия
На втором молодежном фестивале «Композиты без границ», который прошёл на ВДНХ в рамках Мировой атомной недели, ученый-исследователь Олег Корнев, заместитель директора НИИ экспериментальной механики НИУ МГСУ, выступил в качестве одного из ключевых спикеров. В интервью он поделился своим видением относительно структуры композитных материалов, их устойчивости к коррозии и перспектив внедрения «умных» решений в строительной отрасли.
Из чего состоят композиты и как сочетание разных материалов дает принципиально новые свойства, которых нет у исходных компонентов?
Полимерные композиционные материалы всегда представляют собой комбинацию полимерной матрицы и армирующего волокна. В основном используются высокомодульные армирующие волокна, такие как стеклоровинг, углеровинг (углеродное волокно), базальтовый или аромидный ровинг, которыми и наполняется полимерная матрица композитного изделия.
Матрица, как правило, состоит из эпоксидных связующих, компаундов или их сочетаний. Её основная функция — связывать волокна в единую структуру или обеспечивать их совместную работу (например, в случае рубленого волокна, замешанного в смоле). Кроме того, матрица защищает волокна от агрессивных воздействий окружающей среды. Так, стеклянные волокна уязвимы перед влагой и щелочами, и эпоксидные вяжущие эффективно предохраняют их, способствуя долговечности и многонаправленной работе композита.
В чем заключается ключевое преимущество этого материала и почему оно востребовано не только в аэрокосмической отрасли?
В строительстве высокие прочность и модуль упругости композитов позволяют возводить более высокие, надёжные, экономичные и лёгкие здания. Они также повышают устойчивость конструкций к сейсмическим и другим видам воздействий. Основное преимущество перед традиционными материалами, такими как железобетон или сталь, заключается в коррозионной стойкости полимерных композиционных материалов.
Поскольку они не подвержены коррозии, срок службы зданий значительно увеличивается, а межремонтные интервалы сокращаются. Это приводит к существенной экономической выгоде в долгосрочной перспективе, особенно в условиях агрессивных сред, где обычные строительные материалы быстро деградируют.
Какая основная проблема применения композитов?
Главная проблема, сдерживающая широкое применение композитных материалов в строительстве, заключается в недостаточном учёте их долговременных эксплуатационных свойств. При принятии решений часто оценивается только начальная стоимость строительства, без должного внимания к последующим расходам на эксплуатацию объектов. Если бы полная стоимость жизненного цикла сооружения, включая долгосрочные затраты на обслуживание, принималась во внимание, полимерные композиционные материалы могли бы использоваться гораздо активнее.
Какие самые перспективные и «умные» композиты разрабатываются сейчас?
В контексте будущего строительства речь идет не столько о биоразлагаемых или «умных» композитах как таковых, сколько об «умных» композитно-полимерных конструкциях. Это предполагает внедрение в композит, например, оптического волокна вместо стандартного армирующего. Такие оптические волокна с интегрированными брэгговскими решётками (Fiber Bragg Grating) способны измерять деформации и оценивать напряжения, возникающие в конструкции в процессе эксплуатации.
Благодаря этому можно создавать «умные» балки и другие конструктивные элементы, которые самостоятельно оценивают свои физико-механические свойства, передают оператору информацию о текущих нагрузках, напряжениях и деформациях. Зная модуль упругости материала, эти данные можно точно пересчитать в фактическое напряжение и нагрузку, испытываемую изделием.
Можно ли сказать, что композиты, создаваемые людьми, — это копии каких-либо природных материалов?
Да, безусловно. Человек часто ищет вдохновение в природе, копируя её эффективные решения. Наши кости, например, являются своего рода биокомпозитом, где сочетание нескольких материалов обеспечивает оптимальное сочетание упругости и прочности.
