Инновационные композитные заклепки: легкие и долговечные соединения

Ученые из Сколковского института науки и технологий (Сколтех) и Харбинского политехнического университета представили революционный метод соединения композитных конструкций, предназначенных для мостов, градирен электростанций, водоочистных сооружений, морских терминалов и морских буровых платформ. Это инновационное решение призвано заменить традиционные металлические болты, отличающиеся большим весом и подверженностью коррозии.

Национальные мосты, выполненные из армированных волокном композитов, часто используют металлические болты. Это не только увеличивает вес конструкций, но и сокращает их срок службы. В случаях, когда сооружения подвергаются воздействию агрессивных сред, таких как морская вода, промышленные химикаты или горячий пар (например, в градирнях), коррозия металлических элементов становится лимитирующим фактором для долговечности всего объекта.

Исследовательская группа предложила заменить металлические болты на заклепки из стеклопластика на основе полипропилена. В отличие от термореактивных полимеров, используемых для создания несущих композитных профилей (которые необратимо затвердевают), термопластичные стержневые заклепки могут быть расплавлены и закреплены с обоих концов после проникновения в два соединяемых профиля.

Процесс изготовления заклепок основан на пултрузии — технологии, при которой армирующие волокна, пропитанные полимером, протягиваются через нагретую форму заданного сечения. После этого материал затвердевает.

Проведенные испытания позволили определить механическую прочность созданных соединений, включая предельные нагрузки, разрушающие соединение, и количество циклов нагружения и разгрузки, которые конструкция может выдержать при нагрузках от 20% до 90% от предельной. Для сравнения были проведены аналогичные испытания образцов, соединенных болтами, клеем, а также комбинацией клея и заклепок.

Результаты тестов подтверждают, что предложенные композитные заклепки значительно снижают вес конструкций и полностью исключают проблемы, связанные с коррозией. Эти данные открывают возможности для проектирования полностью композитных сооружений без использования металлических деталей, включая причалы, мосты, контейнеры для перевозки опасных химикатов и другие объекты.