Сибирские и уральские материаловеды расстреляли полилактид

Научная команда Института физики металлов имени М. Н. Михеева и Томского научного центра СО РАН изучила механизмы разрушения 3D-печатных полилактидных образцов с бионической ячеистой структурой и определила оптимальную структуру и плотность, сообщает пресс-служба Российской академии наук.

«Нити из полимолочной кислоты являются перспективным биоразлагаемым полимером, который можно получать из сахарного тростника, кукурузы и других возобновляемых источников. Уникальность произведенных из них изделий и конструкций заключается в следующем: во-первых, их особая ячеистая структура подсказана самой природой. Во-вторых, их использование не наносит урона окружающей среде. В-третьих, их одновременно отличает легкость, жесткость и прочность», — рассказала старшая научная сотрудница лаборатории математического моделирования физико-химических процессов в гетерогенных системах ТНЦ СО РАН Оксана Иванова.

Исследователи напечатали три вида образцов с разными размерами пор и плотностью. Образцы с мелкими ячейками около одного миллиметра имели плотность 0,93 грамма на кубический сантиметр, со средними — 0,62 г/см^3, с самыми крупными сотами до полсантиметра — 0,31 г/см^3. Необычная геометрия носит название «трижды периодической поверхности минимальной энергии типа алмазной поверхности Шварца» и представляет собой постоянно повторяющуюся последовательность одинаковых ячеек-сот.

«У нашего научного коллектива появилась идея — исследовать, как такие уникальные изделия ведут себя в условиях динамических нагрузок, как они способны выдерживать удар, и каковы механизмы разрушения», — рассказал ведущий научный сотрудник ТНЦ СО РАН Сергей Зелепугин.

Научный сотрудник ТНЦ СО РАН Роман Черепанов провел серию баллистических экспериментов, сконструировав для этого специальный испытательный стенд, состоящий из пневматической винтовки, устройства для регистрации скорости пули и кармана для размещения испытуемого образца и улавливания пули и осколков.

Образцы подверглись обстрелу пулями, летящими со скоростями 185-220 метров в секунду. В качестве мишеней выступили три образца с пористой структурой и разной плотностью. Для сравнения был изготовлен образец со стопроцентной плотностью. Затем все образцы были исследованы методом сканирующей электронной микроскопии. Ученым удалось установить, что механизм разрушения напрямую зависит от плотности образца: с ее увеличением характер меняется с вязкого на квазихрупкий.

«Сплошные печатные образцы очень сильно разрушаются со значительной зоной расслоения материалов, вплоть до трещин, подобно керамике. В отличие от них, сетчатые конструкции так не трескаются, и сама зона разрушения в них намного меньше, чем в сплошном изделии. Самым стойким оказался образец со средними порами и плотностью, он наиболее эффективно способен выдерживать серьезные динамические нагрузки», — рассказал Роман Черепанов.

Результаты эксперимента позволят оптимизировать 3D-печать полимерных ячеистых конструкций в сторону повышения ударной прочности. Авторы планируют продолжить серию баллистических экспериментов с другими видами полимеров.

Результаты исследования опубликованы в журнале Polymer.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru