Исследование свойств композиционного материала на полимерматричной основе (PPS, PSU) с квазикристаллическим наполнителем

В данный момент в мире начинают применяться композиционные материалы на основе суперконструкционных термопластов из-за их исключительных свойств: прочности, лёгкости, продолжительного срока хранения, простоты изготовления, доступности вторичной переработки, сохранения прочностных характеристик при высоких для полимеров температурах (порядка 200⁰С). Для получения необходимых  эксплуатационных качеств в эти полимеры вводятся различные наполнители, например стекловолокно, которые зачастую обладают одним существенным недостатком – высокой поверхностной энергией, что  негативно отражается на поверхностных свойствах и уменьшает износостойкость композиционного материала.

Целью данной работы является исследование свойств композиционного материала на полимерной основе (полифениленсульфид, полисульфон) и квазикристаллического наполнителя (икосаэдрическая квазикристаллическая фаза i-Al65Cu23Fe12 и декагональная квазикристаллическая фаза d-Al73Cu11Cr16), обладающих рекордно низкими значениями поверхностной энергии (28 мДж/м²  для системы Al65Cu23Fe12), высокой твёрдостью (8-10 ГПа), высокой износостойкостью. 

В рамках работы была отработана методика получения порошкового наполнителя  путём термической обработки  порошков чистых металлов в атмосфере аргона (T=700⁰C, t=1 час для состава Al65Cu23Fe12) подвергавшихся механической активации в планетарной мельнице. Обеспечен выход квазикристаллической фазы не менее 95%, что подтверждено рентгенофазовым анализом и, косвенно, выделением монокристаллов квазикристаллических фаз из расплавленного прекурсора (рисунок 1).

Рисунок 1 - РЭМ изображение монокристаллов квазикристаллических фаз, выделившихся из расплава: а)d-Al73Cu11Cr16; б)i-Al65Cu23Fe12.

Полученнный порошковый материал смешивается с полимером в необходимых концентрациях (1;2;5;10;15;20 массовых процентов квазикристаллического наполнителя от массы всего материала) и подвергается обработке в планетарной мельнице для обеспечения равномерного распределения мелкодисперсных частиц наполнителя (не более 10 мкм) в термопласте (рисунок 2) и последующего термопрессования. В данный момент изготовлены образцы, проводится их испытания.

Рисунок 2 - РЭМ изображение PSU+20% i-Al65Cu23Fe12 после обработки в планетарной мельнице

Научный руководитель - к.т.н. Степашкин А.А.