Применять технологию начнут после внедрения новых композитов с функцией самовосстановления
В России разрабатывают улучшенный композитный материал, способный изменить привычные представления о ремонте автомобилей. Он состоит из двойной полимерной матрицы: одна ее часть будет сохранять форму изделия, а другая — «залечивать» возникающие дефекты. Процесс регенерации разработчики собираются реализовать за счет нагревания деталей без их предварительного демонтажа. Эксперты не исключают, что совсем скоро водителю не придется возить машину с помятым бампером в сервис. Достаточно будет подключить ее на ночь к электричеству — за восемь часов автомобиль самостоятельно восстановит прочность кузова.
Как живой
В качестве объекта для улучшений ученые выбрали реактопласты — вещества, которые хорошо пропитывают технические ткани (например, углеродные), а затем подвергаются реакции полимеризации, превращаясь в очень прочные и легкие композитные материалы. В настоящее время они активно используются в авиации и постепенно внедряются в автомобилестроение, позволяя снизить вес изделий при сохранении жесткости конструкции.
Однако при всех своих преимуществах реактопласты обладают и серьезными недостатками, главный из которых состоит в невозможности ремонта изделий, для производства которых они используются. Именно его стремятся исправить ученые, создав материалы, которые способны самостоятельно бороться с повреждениями и дефектами.
Для этого специалисты разрабатывают новые фурановые реактопласты, детали из которых будут обладать механизмом самовосстановления, основанным на обратимых химических реакциях, благодаря которым полимерная сетка может множество раз сшиваться и расшиваться под воздействием температуры. Составные компоненты пластика, которые высвобождаются в этом процессе, будут заполнять места дефектов (например, трещины) и в дальнейшем затвердевать, образуя что-то вроде заплатки, которая идеально встраивается в материал и становится с ним единым целым благодаря образованию новых полимерных связей.
— В настоящее время для того, чтобы восстановить экспериментальный образец изделия из нового композита, мы нагреваем его в специальной печи до 100°C, а затем даем детали остыть до температуры 60°C, — рассказал заведующий лабораторией «Новые материалы» МИЦ «Композиты России» Александр Полежаев. — В таком состоянии мы выдерживаем его около суток, после чего температуру можно опустить до нормальных значений.
Согреть изнутри
В будущем разработчики собираются перейти к более совершенному способу нагрева, который заключается в подключении углепластиковых деталей к электричеству, а также сократить необходимое время термического воздействия в три раза.
Технология позволит устранить как поверхностные повреждения материала (сколы и царапины), так и его внутренние дефекты. К последним, например, относится расслоение деталей (деламинация), которое может появиться при чрезмерных нагрузках и привести к резкому снижению прочности. Кроме того, материалам планируется придать полезное свойство памяти формы, благодаря которому они смогут восстанавливаться после различных видов деформирования.
При этом предложенный способ не является единственным вариантом возвращения пластиков к первоначальной форме.
По словам научного сотрудника Центра композиционных материалов НИТУ «МИСиС» Федора Сенатова, для реализации альтернативной технологии в полимер помещаются микрокапсулы, которые раскрываются при повреждении материала и высвобождают активное вещество, устраняющее дефект (например, трещину) на самом раннем этапе его развития.
— Однако представленный «Композитами России» метод лучше этой альтернативы из-за возможности его многократного использования (капсула действует только один раз и не подлежит замене). Вместе с тем их технология подразумевает нагрев, что исключает применение в медицине, например, для создания протезов, — считает Федор Сенатов.
Полное «залечивание»
Благодаря сочетанию особенностей нового материала ученые хотят полностью избавиться от необходимости демонтажа корпусных композитных деталей для их ремонта, а также дополнить функцию «залечивания» внутренних повреждений возможностью полного восстановления внешнего вида.
— Думаю, совсем скоро, при активном использовании композитных материалов в автомобилестроении, человек сможет не везти автомобиль с помятым бампером в автосервис, а просто подключить на ночь к электричеству — за восемь часов машина самостоятельно восстановит прочность кузова, залечит поверхностные повреждения и выправит вмятины, — отметил Александр Полежаев. — Таким образом, утром водитель вернется в полностью отремонтированный автомобиль, готовый к дальнейшей эксплуатации.
Возможность такого варианта ремонта подтвердили и специалисты НИТУ «МИСиС».
— В нашей лаборатории уже проводился похожий эксперимент, но мы вместо волокон добавляли в полимер углеродные нанотрубки — в количестве, достаточном для образования токопроводящей цепочки внутри материала. В рамках данной работы мы пытались восстановить форму композитной детали под воздействием электричества, и это у нас получилось, — добавил Федор Сенатов.
По словам руководителя отдела сервиса компании «АвтоСпецЦентр Внуково» Павла Шпилева, разработка «Композитов России» однозначно заслуживает внимания, однако ее внедрение в автомобильную промышленность будет затруднено существующими регламентами. В первую очередь это касается требований по безопасности пассажиров — они достаточно жестко регламентируют характеристики кузова и поэтому производители стараются делать его только из проверенных материалов.
— Думаю, что применение композита с функцией самовосстановления начнется с таких съемных элементов автомобиля, как бампер, крылья и капот, которые не несут больших нагрузок при эксплуатации. Если же говорить об основной части кузова, то ее еще не скоро можно будет сделать из нового материала, — подчеркнул эксперт.
По словам разработчиков, серийные изделия из новых материалов могут появиться на рынке через
