Государственный научный центр Российской Федерации Обнинское научно-производственное предприятие

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» n 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. n 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-С 1", зенитного ракетно-пушечного комплекса "Панцирь-С 1" и другие изделия радиотехнического назначения

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. 1339.

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 120 0 С существенных различий практически не наблюдается

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

Технологический процесс изготовления углепластиков включает : - модификацию связующих; - пропитку углеродных наполнителей; - 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 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 25. 601 -80, ГОСТ 25. 602 -80, ГОСТ 25. 604 -82 на универсальных испытательных машинах «Zwick-1464» «INSTRON-1185» , разрывной машине «Р-5» .

Образцы для испытаний при растяжении в направлении укладки волокон 0º по ГОСТ 25. 601 -80 Характер разрушения образцов при растяжении в направлении укладки волокон 0º по ГОСТ 25. 601 -80

Упруго-прочностные показатели наномодифицированного (0, 5%; 1% MGS-537 -32) углепластика (схема армирования 0 0 ; ± 80 0 ; 0 0 ) Количество MGS, % Прочность, модуль упругости, кгс/мм шир. 0 0, 5 1 σсж. 0 35, 1 50, 1 63, 8 σсж. 90 25, 2 34, 9 38, 8 σраст. 0 87, 2 89 92, 5 σраст. 90 35, 5 42, 5 45, 1 Ераст. 0/100 54, 7 57, 1 55, 1

Упруго-прочностные показатели наномодифицированного (1% ОГ-537 -32) углепластика (схема армирования 0 0 ; ± 80 0 ; 0 0 ) Прочность, модуль упругости, кгс/мм шир. Количество ОГ, % 0 σсж. 90 σраст. 90 Ераст. 0/100 0, 5 42, 9 58, 1 39, 8 41, 3 87, 2 89, 2 45 46, 1 59, 6 64

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).