Влияние материала проводника энергии на формирование структуры и свойств при УЗ-сварке полимерных композитов
Сотрудниками лаборатории механики полимерных композиционных материалов (ЛМПКМ) и нанобиоинженерии (ЛНБИ) в сотрудничестве с Томским политехническим университетом проведено экспериментальное исследование структуры и механических свойств соединений внахлест, сформированных ультразвуковой сваркой слоистых полимерных композитов.
Исследована возможность использования легкоплавких пленок полиэфиримида (TecaPEI) в качестве проводника энергии (Energy Director) при ультразвуковой сварке пластин полиэфиримида (ПЭИ) с препрегами на основе ткани из углеродных волокон. Планирование эксперимента проводили по методу Тагучи с использованием ортогональной матрицы L9. Проведена оптимизация параметров УЗ-сварки с учетом сохранения структурной целостности соединяемых компонентов и улучшения их функциональные характеристики. Использование легкоплавкой пленки TecaPEI позволило сваривать ламинаты с минимальным повреждением зоны сплавления, однако достигнутые значения прочности на сдвиг (LSS) ~7,6 МПа были низкими. Использование пленки чистого ПЭИ (SolverPEI) исключало термическую деструкцию компонентов, а также повреждение зоны плавления, при повышении значения LSS до 21 МПа. Предложена схема, которая устанавливала взаимосвязь между структурными факторами и деформационным поведением соединений внахлест при испытаниях на статическое растяжение. Сделано заключением, что промышленно выпускаемую пленку TecaPEI можно использовать в процедурах УЗ-сварки (см. рисунок), когда не требуются очень высокие свойства межслоевой прочности.
Рисунок -Изображение поперечного сечения ламината, сформированного путем послойной УЗ-консолидации препрега на основе ПЭЭК из однонаправленных углеродных волокон; (а) без TecaPEI; (b) c TecaPEI
Работа выполнена Д. Тьян, к.т.н. В.О. Алексенко, д.т.н. Паниным С.В., А.А. Богдановым и к.т.н. Д.Г.Бусловичем при поддержке государственного задания ИФПМ СО РАН, проект FWRW-2021-0010.
Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Composites Science (Q2 WoS, Scopus).
Defang Tian, Vladislav O. Alexenko, Sergey V. Panin, Alexey A. Bogdanov, Dmitry G. Buslovich. Effect of the Energy Director Material on the Structure and Properties of Ultrasonic Welded Lap Joints of PEI Plates with CF Fabric/PEI Prepreg. Journal of Composites Science (2024), 8(4), 150. DOI: 10.3390/jcs8040150