Ученые планируют создавать композиты при помощи нейросетей

В лаборатории функциональных полимерных материалов Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» разрабатывают композит на основе термопластичного полимера, а помогают ученым нейросети.

Углепластик, он же карбон, состоит из полимерной матрицы и углеродных волокон. С 1970‑х годов этот материал широко применяют в авиакосмической отрасли, судостроении, для производства спортивного инвентаря и др. «Суть нашей разработки в том, что вместо традиционных эпоксидных связующих в качестве матрицы мы берем термопластичные полимеры», — ​объясняет руководитель проекта Дилюс Чуков.

Эпоксидные связующие относятся к классу термореактивных полимеров. Это означает, что после отверждения их форму нельзя изменить. Такая особенность требует специальных условий хранения полуфабрикатов (пропитанных полимером углеродных волокон, или препрегов). Кроме того, есть трудности с переработкой композитов.

«Термопластичный же полимер путем простого нагрева может быть переплавлен неограниченное количество раз. Таким образом можно решить целый комплекс проблем: это и переработка материалов, и увеличение жизненного цикла препрега — ​заготовки, из которой собирается композит», — ​говорит ученый.

По ряду характеристик это изобретение обещает превзойти классический карбон. Основные преимущества по сравнению с эпоксипластиком — ​технологичность, ударо- и трещиностойкость. Однако с точки зрения механических свойств новый материал нуждается в усовершенствовании: у полимера высокая вязкость расплава, поэтому равномерно пропитать им углеродные волокна — ​непростая задача.

Исследователи планируют решить большую часть технологических вопросов, подключив нейросеть. Дилюс Чуков отмечает, что продвинутые компьютерные технологии могут во многом облегчить труд ученых. «Особенность работы с композиционными материалами обусловлена зависимостью их конечных свойств от множества факторов: вида полимеров, типа волокон и способа обработки их поверхности, количественного соотношения полимера и волокна. Экспериментальный прогон каждого параметра может занять очень много времени. Мы предлагаем разработку нейросетей, которые на основе имеющихся у нас данных будут помогать прогнозировать свойства материалов, подбирать оптимальные составы и режимы получения композитов», — ​рассказывает Дилюс Чуков.

По его словам, выгодность нового материала может почувствовать каждый: «Например, углепластик в авиастроении влияет на цену авиабилетов, ведь чем легче самолет, тем дешевле перелет при прочих равных условиях». Углепластики распространяются в автомобилестроении, и за счет уменьшения веса машины владелец экономит на топливе, а обладатель электромобиля преодолевает большее расстояние без подзарядки.

«Мы мечтаем увидеть наши материалы в реальной отрасли экономики, — ​говорит Дилюс Чуков. — ​Далеко не все научные исследования доходят до реализации, поэтому очень хочется, чтобы наши многолетние труды нашли применение в промышленности. Тогда бы мы с гордостью смогли сказать, что эта, пусть и небольшая, деталь автомобиля или самолета сделана нами».