عالم جامعة جنوب الأورال الحكومية يطور مركب بلاستيكي مرن قوي للغاية

ЮУрГУ Сапожников

 

تتمتع المواد المركبة المستخدمة في التكنولوجيا الحديثة بصلابة وقوة وهشاشة كبيرة. لقد تعلم العلماء كيفية إنتاج مركبات فريدة تتمتع، إلى جانب هذه الخصائص، بمرونة غير عادية.

ابتكر الأستاذ من جامعة جنوب الأورال الحكومية سيرجي سابوجنيكوف، باستخدام صيغته الخاصة، مزيجًا من البلاستيك الكاذب من نوعين من البلاستيك الكربوني الهش في البداية. تم نشر مقال عن تطوير البلاستيك المرن الجديد في إحدى المجلات الربعية الأولى المرموقة، «Composites Part B: Engineering».

مركب متين من المكونات الهشة

تم استخدام المواد المركبة المصنوعة من ألياف الكربون لعقود. يحظى استخدامها بشعبية خاصة في مجال الطيران والملاحة الفضائية. في هذه المناطق، يتم تقييم المواد ذات الوزن الخفيف، ولكن في نفس الوقت تتمتع بقوة عالية. ومع ذلك، فإن المواد المركبة لها نقطة ضعف - هذه هي الهشاشة. إذا تأثر هيكل مصنوع من هذه المادة بقوة أكبر بقليل من القيمة المحسوبة ، فإن الجسم يتلف فجأة. لذلك، يقترح العلماء الذين يدرسون المركبات الآن جميع الخيارات الجديدة للمواد غير الهشة ، ولكن المواد البلاستيكية الكاذبة. لإنشائها، يتم دمج مركبات مختلفة: ألياف الكربون مع الألياف الزجاجية وألياف الكربون مع البلاستيك العضوي وغيرها.

اقترح الأستاذ في معهد البوليتكنيك بجامعة جنوب الأورال سيرجي سابوزجيكوف، جنبًا إلى جنب مع الأستاذين ينتل سفولفز وستيبان لوموف من الجامعة الكاثوليكية في لوفين (بلجيكا)، إنشاء مادة جديدة تعتمد على نوعين من البلاستيك الهش من الكربون - فائق القوة ومعامل عالي جدًا.

تم تنفيذ العمل المشترك بفضل منحة من مؤسسة العلوم الروسية ، وبدعم من إدارة الجامعة الكاثوليكية في لوفين (KUL) والشركة اليابانية «TORAY» - مورد المواد وراعي قسم المواد المركبة في KUL. ذهب سيرجي سابوجنيكوف إلى إحدى الجامعات الأوروبية لإجراء أبحاثه على معداتها التكنولوجية والاختبارية والتحليلية الفريدة. قام عالم جامعة جنوب الأورال الحكومية بحساب النسب التي يلزم فيها دمج CFRPs لمزيد من العمل معهم.

في الأدبيات العلمية، كان يعتقد سابقًا أن المركبات الهجينة ذات الطبقة الرقيقة فقط هي التي تظهر خصائص المرونة الكاذبة. أظهر فريق العلماء لأول مرة أنه يمكن الحصول على تأثير اللدونة الكاذبة على المركبات ذات سماكة الطبقة القياسية. من المهم فقط أن يكون لديك صلابة عالية لكسر القص عند حدود طبقتين. وصف الفريق هذه الخاصية في أول مقال مشترك.

«المادتان اللتان استخدمتهما لم تكن أبدًا مركبات هجينة مع النسبة التي حسبتها وخاصية فريدة تسمى اللدونة الكاذبة. تتشوه المواد التي تحمل هذه الخاصية مبدئيًا بشكل مرن، ثم تتراكم الأضرار الدقيقة ثم يتم تدميرها فقط. تعتبر اللدونة الكاذبة ضرورية حتى لا تشعر المواد الإنشائية بوجود مكثفات الإجهاد مثل الثقوب أو العيوب أو الشقوق، كما أن هيكلها أكثر موثوقية. تتمتع هذه المركبات الهجينة بصلابة وقوة أعلى من الفولاذ. وبمساعدة برنامجي، أنشأنا مثل هذه المواد وأثبتنا تجريبياً أن الهجينة فعالة ويمكن استخدامها»,-  قال سيرجي سابوجنيكوف.

المركبات البلاستيكية المرنه - أساس «الهياكل الذكية»

لم يتم قطع الاتصال مع لوفين: يعتزم الفريق اختبار كيفية تصرف المادة الجديدة في ظل الأحمال المتكررة. سيتم تطوير الموضوع بشكل أكبر في دراسة قوة التعب لهذه البوليمرات.

أيضًا، وفقًا لسيرجي سابوجنيكوف، يمكن بالفعل استخدام البيانات التي حصل عليها الفريق الدولي في الممارسة العملية. منذ أن تم تنفيذ العمل على المواد المستخدمة على نطاق واسع في العديد من المجالات، فإن استخدام المركبات الفريدة من ألياف الكربون الهجينة سيكون قادرًا على جميع أنحاء العالم.

«نأمل في دمج خصائص اللدونة الكاذبة في أشياء مصنوعة من مواد مركبة يتم إنشاؤها في جامعة جنوب الأورال الحكومية. يعد هذا ضروريًا لزيادة الموثوقية ومنع التدمير المفاجئ للهياكل. بعد كل شيء، تحذر المركبات البلاستيكية المرنة، بسبب تراكم فواصل الألياف في مكون أكثر صلابة وهشاشة، من أن التدمير الكامل للمادة يقترب. إن المستشعرات التي سيتم تركيبها على الهيكل ستكون قادرة على تسجيل هذه الإشارات، ويمكن السيطرة على الوضع مع مثل هذا «الهيكل الذكي»,- قال سيرجي سابوجنيكوف.

يعد البحث في علم المواد أحد الاتجاهات الاستراتيجية الثلاثة لتطوير الأنشطة العلمية والتعليمية لجامعة جنوب الأورال الحكومية، إلى جانب الصناعة الرقمية والبيئة.

جامعة جنوب الأورال الحكومية هي أحد المشاركين في المشروع 5-100، الذي يهدف إلى زيادة القدرة التنافسية للجامعات الروسية بين المراكز البحثية والتعليمية الرائدة في العالم.

داريا تسيمباليوك، الصورة: دانيل راخيموف
Contact person: 
داريا تسيمباليوك، هاتف: 64-31-272
You are reporting a typo in the following text:
Simply click the "Send typo report" button to complete the report. You can also include a comment.