Композиты с наноуглеродными наполнителями для заделки трещин в стальных конструкциях

В качестве объекта исследования были выбраны композиционные материалы на основе эпоксидной смолы с наноуглеродными наполнителями (графеном, нанотрубками и фуллеренами) и разбавителем (керосином, содержащим наноразмерные частицы оксида железа Fe2O3). Цель работы: оценка влияния наноуглеродных наполнителей с различным кристаллическим строением на структуру и физико-механические свойства композиционных материалов на основе эпоксидной смолы и разработка перспективных составов, обеспечивающих высокую степень восстановления несущей способности стальных конструкций при заделке трещин в металле. Исследования осуществлялись при помощи стандартных и самостоятельно разработанных методик, методов статистической обработки данных и применения современных программных комплексов. Эксперименты проводились с использованием современного оборудования, такого как разрывная машина Instron 8801, твердомера Wilson Hardness 574T, тепловизора Ti55 IR Flexcam, микротвердомера ПМТ-ЗМ, микроскопа Axio Scope.A1 и растрового электронного микроскопа Tescan MIRA3. В результате разработаны составы композиционных материалов на основе эпоксидной смолы с наноуглеродными наполнителями (фуллеренами, графеном, нанотрубками) и разбавителем (керосином, содержащим наноразмерные частицы оксида железа Fe2O3). Показано, что композит с фуллеренами имеет высокую жидкотекучесть, что дает возможность рекомендовать его для заделки трещин в стальных конструкциях с небольшой шириной раскрытия, и повышенную пластичность, которая позволяет компенсировать деформационные сдвиги в локальном объеме при статическом и циклическом нагружении конструкции. Композит, модифицированный нанотрубками сохраняет требуемую жидкотекучесть в среднем около получаса и может быть использован, если локализация трещиноподобного дефекта не позволяет провести его оперативную заделку. Композит с графеном отличается повышенными прочностью и модулем упругости и может быть рекомендован для заделки трещин в конструкциях, работающих при статических нагрузках. Установлена взаимосвязь между поверхностной энергией композитов, модифицированных наноуглеродными наполнителями, твердостью и адгезионной прочностью соединения композиционного материала с металлом: чем выше энергия поверхности, тем больше влияние соответствующей сингонии наполнителя на их твердость и адгезионную прочность. Практическая значимость работы заключается в том, что разработанный состав композиционного материала был использован для заделки трещиноподобных дефектов в материале станины турбокомпрессора в ПАО «Уфаоргсинтез». Основные результаты исследований используются в учебном процессе ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» при чтении лекций для бакалавров, обучающихся по направлению 15.03.02 Технологические машины и оборудование по дисциплине «Физические основы разрушения конструкционных материалов».