Ученые ТПУ и Италии исследуют новые композитные материалы на основе сахарного тростника

| 539

Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Италии, Канады и Германии изучили теплофизические характеристики образцов новых композиционных материалов из органических волокон на основе сахарного тростника. Они могут быть перспективными для изготовления мебели и использования в строительной отрасли. Кроме того, производство подобных материалов позволит сократить использование древесины.

Фото: образцы новых композитных материалов

Статья «Определение теплофизических характеристик композиционных образцов из сахарного тростника с использованием активного теплового контроля и терагерцовой визуализации» опубликована в журнале Infrared Physics and Technology. По словам одного из авторов, научного сотрудника Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Арсения Чулкова, международный коллектив ученых работает с разными видами композитных материалов, получивших широкое распространение, например, в авиационной промышленности и в других отраслях.

Так, образцы композитов из жмыха сахарного тростника были изготовлены в Университете Аквила (Италия). Данные материалы, по мнению ученых, можно успешно применять для теплоизоляции строительных сооружений в странах с жарким климатом, а также для изготовления мебели. Кроме того, технология производства древесностружечных панелей, в состав которых входит жмых сахарного тростника, поможет сократить использование древесины, что позволит снизить экологическую нагрузку на леса. Однако за счет структурных особенностей качество таких материалов сложнее контролировать, т.е. выявлять дефекты, которые могут серьезно повлиять на эксплуатацию.

«Разработка композитных материалов из органических волокон на основе сахарного тростника — это сравнительно новое направление, которому посвящено пока не так много исследований. При этом существует определенная проблема контроля их качества: традиционные методы — рентген и ультразвук — не подходят из-за разнородной структуры и незначительного ослабления ионизирующего излучения.

Во время транспортировки или установки такие панели могут подвергаться воздействию ударных повреждений, вызывающих расслоения. В большинстве случаев подобные дефекты невооруженным глазом выявить невозможно. Мы же для анализа ударных повреждений в образцах применяли два метода: активную инфракрасную термографию и терагерцовую визуализацию», — рассказывает ученый.

Для изучения дефектов четыре образца композитов подвергали ударным повреждениям с энергией удара от 5 до 30 Дж. Затем характер повреждений оценивался как политехниками, так и зарубежными коллегами. Затем в ТПУ проводились экспериментальные исследования теплофизических характеристик композиционных материалов с помощью активной инфракрасной термографии. А зарубежные коллеги, в свою очередь, использовали излучение в терагерцовом диапазоне с длиной волны от 0,1 до 1 миллиметра. Затем результаты комбинировались.

В итоге оба способа контроля дефектов — активная инфракрасная термография и терагерцовая визуализация — дали хорошие результаты. Они позволяют определять размер зон ударного повреждения, визуализировать то, как расслоения в материале распределяются по глубине и как температуропроводность — параметр, определяющий скорость распространения тепла в среде, — варьируется в зависимости от изменений структуры материала.

«Было определено, что в образцах, в которых удар сильнее, температуропроводность ниже. Иными словами, скорость распространения тепла в дефектных структурах за счет того, что там есть расслоения, ниже. Это хороший параметр, позволяющий оценить структуру материала в зависимости от степени его дефектности. Так, температуропроводность образцов в зависимости от энергии удара варьировалась от 4 до 24 %», — говорит политехник.

Отметим, что исследование проводили в рамках программы «Постдок в ТПУ – как аналог докторантуры», в том числе, направленной на повышение конкурентоспособности ТПУ. Кроме  того, часть работ выполнена при поддержке гранта РНФ для молодых ученых «Разработка методики и программного обеспечения инфракрасного термографического контроля изделий из композиционных материалов авиационной и ракетно-космической отрасли с автоматизированной идентификацией дефектов».

Полную версию статьи, посвященной проекту, читайте в газете «За кадры».