Исследователи из Сколковского института науки и технологий и Харбинского политехнического университета разработали и протестировали новый механизм соединения деталей из композитных материалов, которые могут применяться в таких сооружениях, как мосты, градирни электростанций, водоочистные сооружения, причалы и морские нефтяные платформы. Этот метод предлагается в качестве альтернативы традиционным громоздким и подверженным коррозии металлическим болтам. Соответствующее исследование опубликовано в журнале «Materials & Design».
Доцент факультета материаловедения Сколтеха, ведущий автор исследования Александр Сафонов отметил: «По всей стране существуют десятки мостов, полностью изготовленных из композитов, армированных волокном. Однако эти конструкции соединяются металлическими болтами, что увеличивает их вес и сокращает срок службы. Фактически, срок службы металлических компонентов часто ограничивает жизненный цикл всей конструкции, что особенно заметно для сооружений, подверженных воздействию коррозионных сред, таких как морская вода, некоторые промышленные химикаты и горячий пар, например, градирни электростанций».
Исследовательская группа предложила заменить болты заклёпками из стекловолокна, армированного полипропиленом. Композитные профили, из которых состоят такие конструкции, как мосты, изготавливаются из термореактивных полимеров, которые не деформируются при повторном нагреве после отверждения. Стержневые термопластичные заклёпки могут проникать через два слоя профиля и фиксироваться путём расплавления и расплющивания концов. Заклёпки производятся методом пултрузии, при котором армированные волокна, пропитанные полимером, протягиваются через нагретую фильеру для отверждения.
Исследователи провели испытания для измерения механической прочности полученных соединений, определив предельную нагрузку, приводящую к разрушению соединения, а также количество циклов нагружения и разгрузки, которые конструкция может выдержать в диапазоне от 20% до 90% предельной нагрузки. Параллельно были проведены три аналогичных эксперимента на образцах, соединённых болтами, клеем, а также клеем с заклёпками.
Результаты испытаний подтвердили, что предложенный командой метод соединения с помощью заклёпок позволяет снизить вес конструкции и устранить проблемы с коррозией. Эти данные могут быть использованы для проектирования полностью композитных конструкций без металлических компонентов, таких как причалы, мосты, контейнеры для перевозки опасных химических веществ и т.д.
Подробнее: Авторы: Salim Makeera и др., Название: «Усталостные характеристики и механизмы разрушения пултрузионных заклёпок из стекловолокна/полипропилена в односрезных композитных соединениях», Опубликовано в: «Materials & Design» (2025).
