Сотрудники лаборатории механики полимерных композиционных материалов (ЛМПКМ) и нанобиоинженерии (ЛНБИ) Института физики прочности и материаловедения СО РАН вместе с Томским политехническим университетом провели экспериментальное исследование структуры и механических свойств соединений внахлёст, сформированных ультразвуковой сваркой слоистых полимерных композитов.

Исследована возможность использования легкоплавких плёнок полиэфиримида (TecaPEI) в качестве проводника энергии (Energy Director) при ультразвуковой сварке пластин полиэфиримида (ПЭИ) с препрегами на основе ткани из углеродных волокон. Планирование эксперимента проводили по методу Тагучи с использованием ортогональной матрицы L9.

Проведена оптимизация параметров УЗ-сварки с учётом сохранения структурной целостности соединяемых компонентов и улучшения их функциональные характеристики. Использование легкоплавкой плёнки TecaPEI позволило сваривать ламинаты с минимальным повреждением зоны сплавления, однако достигнутые значения прочности на сдвиг (LSS) ~7,6 МПа были низкими. Использование плёнки чистого ПЭИ (SolverPEI) исключало термическую деструкцию компонентов, а также повреждение зоны плавления, при повышении значения LSS до 21 МПа.

Изображение поперечного сечения ламината, сформированного путём послойной УЗ-консолидации препрега на основе ПЭЭК из однонаправленных углеродных волокон; (а) без TecaPEI; (b) c TecaPEI

Предложена схема, которая устанавливала взаимосвязь между структурными факторами и деформационным поведением соединений внахлёст при испытаниях на статическое растяжение. Сделано заключением, что промышленно выпускаемую плёнку TecaPEI можно использовать в процедурах УЗ-сварки (см. рисунок), когда не требуются очень высокие свойства межслоевой прочности.

Работа выполнена Д. Тьян, к.т.н. В.О. Алексенко, д.т.н. С.В. Паниным , А.А. Богдановым и к.т.н. Д.Г. Бусловичем при поддержке государственного задания ИФПМ СО РАН, проект FWRW-2021-0010.

Результаты исследования опубликованы в Journal of Composites Science (Q2 WoS, Scopus).

Источник: ИФПМ СО РАН.