Details

Данная работа посвящена изучению технологии производства однонаправленных термопластичных лент (ОТЛ) на основе углеродного волокна и полиэфирэфиркетона (ПЭЭК) с добавлением фуллереновой сажи, а также исследованию влияния нанонаполнителей на механические и термические свойства композиционного материала. Задачи, решаемые в ходе исследования: Анализ технологических параметров производства ОТЛ, включая подготовку углеродных волокон, пропитку термопластичной матрицей и формирование ленты. Исследование влияния фуллереновой сажи на межфазное взаимодействие в композите и его механические характеристики. Разработка методики получения ОТЛ с улучшенными свойствами за счет введения нанонаполнителей. Моделирование упругих свойств композита с использованием программного обеспечения ANSYS. Работа выполнена с использованием углеродных волокон UMT42S-3K-EP (ПАО «Росатом») и термопластичной матрицы ПЭЭК 150G Victrex. В качестве модифицирующей добавки применялась фуллереновая сажа C₆₀/C₇₀ в концентрациях 1% и 2% от массы полимера. Основные этапы исследования: Приготовление суспензии ПЭЭК с фуллереновой сажей и поверхностно-активным веществом (ПАВ). Пропитка углеродных волокон суспензией с последующей сушкой и каландрированием. Формирование многослойных композитов методом горячего прессования. Моделирование механических свойств композитов в программном комплексе ANSYS 2023R1. Результаты работы: Установлено, что добавление фуллереновой сажи в концентрации 2% приводит к увеличению модуля упругости композита за счет улучшения межфазного взаимодействия. Разработана технология получения ОТЛ с контролируемыми параметрами толщины и плотности. Определены оптимальные режимы прессования (390°C, 4 бар, 40 мин), обеспечивающие высокую степень консолидации слоев. Практическая значимость: Результаты исследования могут быть использованы в аэрокосмической, автомобильной и других высокотехнологичных отраслях для создания легких и прочных композитных конструкций. Использованные информационные технологии: Программное обеспечение ANSYS 2023R1 для моделирования механических свойств композитов. CAE-системы для расчета эффективных характеристик материала. Лабораторное оборудование: магнитная мешалка, гравитационный смеситель, установка для протяжки и пропитки волокон, пресс для горячего формования.

This work is devoted to the study of the production technology of unidirectional thermoplastic tapes (UTT) based on carbon fiber and polyetheretherketone (PEEK) with the addition of fullerene soot, as well as the investigation of the influence of nanofillers on the mechanical and thermal properties of the composite material. Research objectives: Analysis of the technological parameters of UTT production, including carbon fiber preparation, thermoplastic matrix impregnation, and tape formation. Study of the effect of fullerene soot on interfacial interaction in the composite and its mechanical characteristics. Development of a methodology for producing UTT with improved properties through nanofiller incorporation. Modeling of the elastic properties of the composite using ANSYS software. The work was carried out using UMT42S-3K-EP carbon fibers (Rosatom) and a PEEK 150G Victrex thermoplastic matrix. Fullerene soot C₆₀/C₇₀ was used as a modifying additive in concentrations of 1% and 2% of the polymer mass. Key research stages: Preparation of a PEEK suspension with fullerene soot and a surfactant. Impregnation of carbon fibers followed by drying and calendering. Formation of multilayer composites by hot pressing. Modeling of mechanical properties in ANSYS 2023R1. Results: It was found that the addition of 2% fullerene soot increases the elastic modulus of the composite due to improved interfacial interaction. A technology for producing UTT with controlled thickness and density parameters was developed. Optimal pressing conditions (390°C, 4 bar, 40 min) ensuring high consolidation of layers were determined. Practical significance: The results can be applied in aerospace, automotive, and other high-tech industries for the production of lightweight and strong composite structures. Information technologies used: ANSYS 2023R1 for modeling composite mechanical properties. CAE systems for calculating effective material characteristics. Laboratory equipment: magnetic stirrer, gravity mixer, fiber impregnation setup, hot pres.