Ученые ПНИПУ улучшили полимерный композит для мостовых опор

Использование модифицированного тефлона с углеродным волокном сделает мосты надежнее, продлит срок их службы и сократит затраты на ремонт

Самыми важными частями моста сегодня считаются его опорные элементы, на которые приходится основная нагрузка от транспорта, ветра и перепадов температур. Чаще всего для их создания используют тефлон. Материал устойчив к влаге, солям и кислотам, которые попадают с осадками и противогололедными реагентами. Тем не менее, под нагрузкой тефлон медленно деформируется, из-за чего скользящий слой утончается и теряет свою форму, а также его свойства заметно меняются при разных температурах.

Ученые Пермского Политеха впервые комплексно изучили современные износостойкие материалы для опорных частей моста. Они нашли наиболее перспективный аналог, который позволяет снизить внутреннее напряжение на 15%, а также сохраняет эластичность до -9°C, тогда как тефлон становится хрупким уже при +14°C. Это позволяет использовать новые составы, повышая надежность мостов и увеличивая их срок службы без дорогостоящих ремонтов.

Исследователи изучили ряд современных композитов: радиационно-модифицированные составы с разными наполнителями и с углеродным волокном. Для сравнения они использовали классический тефлон, который сегодня почти всегда используется в опорных частях и считается традиционным решением.

Затем ученые провели испытания образцов из этих материалов. Их закрепили на специальной промышленной установке и прикладывали нагрузку, то усиливая, то ослабляя ее, для воссоздания работы моста, по которому постоянно ездят машины. Одновременно образцы нагревали и охлаждали от -40°C до +80°C, имитируя реальные климатические условия в разных регионах страны. Чтобы проверить поведение материалов в самой конструкции, исследователи создали компьютерную модель опорной части моста. Туда по очереди «встраивали» каждый из исследованных композитов и смотрели, что происходит при изменении температур: где возникают самые сильные нагрузки, как деформируется скользящий слой, как распределяется давление.

Наилучшие результаты показал композит на основе радиационно-модифицированного тефлона с углеродным волокном. По сравнению с традиционным материалом он снижает интенсивность напряжений в среднем на 15%, при этом сохраняя эластичность при более низких температурах: переход в хрупкое состояние происходит на 20–25 градусов ниже, чем у классического тефлона. Новый состав не просто заменяет тефлон, а превосходит его по ключевым характеристикам. Он не только повышает износостойкость опорной части конструкции, но и работает в более широком диапазоне температур. Таким образом, даже в более сложных условиях использование композита с углеродным волокном поможет увеличить срок службы мостов и сократить затраты на их частые ремонты.

Результаты исследования, выполненного при поддержке Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Polymers.

Poisknews.ru.