Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета нашли эффективную альтернативу тефлону для мостовых опор
Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) нашли более дешевую и устойчивую к морозам замену тефлону, традиционно используемому в качестве материала для опорных частей мостов. Предложенный композит позволяет снизить внутреннее напряжение на 15 % по сравнению с традиционным тефлоном, а также дольше сохраняет эластичность в морозы. Его использование сделает мосты надежнее, продлит срок их службы и сократит затраты на ремонты.
Мостовые конструкции ежедневно испытывают колоссальные нагрузки: вес транспорта, ветер и постоянные температурные перепады. Любая неисправность в них не только ставит под угрозу безопасность людей и движение транспорта, но и приводит к дорогостоящим ремонтам и простоям.
Одними из самых уязвимых элементов любого моста являются его опорные части, которые соединяют пролеты с основаниями. Они гасят вибрации от проезжающего транспорта и равномерно распределяют нагрузку по всей конструкции. Чаще всего для их создания используют тефлон, который снижает трение между деталями и предотвращает их износ. Этот синтетический полимер устойчив к влаге, а также солям и кислотам, которые попадают с осадками и противогололедными реагентами.
Однако, под нагрузкой тефлон медленно деформируется, из-за чего скользящий слой утончается и теряет свою форму. Также его свойства заметно меняются при разных температурах. При нагреве он начинает расширяться, что может привести к заклиниванию деталей, а уже при +14 °C и ниже становится жестким и хрупким, теряя эластичность. Все это уменьшает долговечность конструкции и требует более частых ремонтов. Средний срок службы опорной части составляет от 25 до 50 лет, однако при неправильной эксплуатации он может сократиться до 15–25 лет.
Ученые Пермского Политеха впервые комплексно изучили современные износостойкие материалы: радиационно-модифицированные составы с разными наполнителями и углеродным волокном.
«В ходе испытаний мы фиксировали, как меняются жесткость и вязкость при нагреве и охлаждении, чтобы понять, при каких температурах разные составы сохраняют свои свойства, а при каких становятся хрупкими. На основе этих данных мы установили, как составы реагируют на нагрузку и изменение температуры. Это позволяет заранее узнать, насколько деформируется слой скольжения в реальности и когда начнет разрушаться», — рассказала один из авторов исследования, инженер кафедры «Вычислительная математика и механика» ПНИПУ, кандидат технических наук Анна Каменских.
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 %. То есть такой полимерный слой будет испытывать меньшие внутренние нагрузки и медленнее изнашиваться», — отметил еще один из авторов работы, старший преподаватель кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» ПНИПУ Юрий Носов.
При этом новый композит сохраняет эластичность при более низких температурах — до -9 °C: переход в хрупкое состояние происходит на 20–25 градусов ниже, чем у классического тефлона. Это значит, что такой состав будет надежно работать в более суровых условиях, не теряя своих свойств, что особенно важно для регионов с холодным климатом.
Источник: Минобрнауки России
Login with Google
Комментарии