Термостойкие композиты на основе PETG: новый шаг в защите космических аппаратов

Группа исследователей из Лаборатории Аддитивных и цифровых технологий полимер композиционных материалов ИМЕТ РАН провела комплексное изучение влияния высокотемпературных энтальпийных потоков на теплостойкость полимерных композитов на основе PETG
с различными наполнителями. Результаты показали значительное улучшение термической стабильности материала, что открывает перспективы его применения
в аэрокосмической промышленности.

Целью работы было изучение влияния высокотемпературных наполнителей (Al₂O₃, SiC, B₄C, HfO₂, углеродные нановолокна и многослойный графен) на устойчивость PETG-композитов к экстремальным тепловым нагрузкам. Гипотеза исследования заключалась в том, что введение таких частиц повысит термическую стабильность полимера, что критически важно для защиты элементов ракет и космических аппаратов.

Для создания композитов ученые использовали методы смешивания, экструзии и горячего прессования (240°C, 20 000 Па). Затем образцы подвергались воздействию плазменного потока при температуре 2000°C. Изменение массы
и морфологии материалов анализировалось с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Для прогнозирования потери массы применялись методы машинного обучения. По итогам исследования было установлено, что теплостойкость PETG увеличилась в среднем в 3,5 раза благодаря введению наполнителей, а наименьшая потеря массы зафиксирована у образцов с карбидом бора (B₄C) и многослойным графеном (мультиграфеном). Также исследователи пришли к выводу, что увеличение размера частиц наполнителя снижает термическую стабильность композита. Важно отметить, что модель машинного обучения с точностью 81% (SMAPE=19%) предсказала зависимость потери массы от размера частиц наполнителя.

Полученные данные демонстрируют, что композиты на основе PETG с термостойкими наполнителями могут стать перспективными материалами для теплозащиты в аэрокосмической отрасли. Новизна исследования заключается в комплексном анализе различных наполнителей и применении искусственного интеллекта для прогнозирования поведения материалов.

«Исследование открывает путь к разработке новых легких и термостойких полимерных композитов, способных выдерживать экстремальные условия космических миссий» – обозначил Сергей Александрович Ерёмин, кандидат технических наук, научный сотрудник Лаборатории Аддитивных и цифровых технологий полимер композиционных материалов.

Статья опубликована в журнале Thermochimica Acta.
Фото: Роскосмос