ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ УГЛЕПЛАСТИКА ПОСЛЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР: TMWVIT

Михаил Михайлович Копырин; Марк Григорьевич  Петров; Олег Владимирович  Старцев; Михаил Петрович  Лебедев

doi:10.25712/ASTU.2072-8921.2026.01.035

Авторы

Михаил Михайлович Копырин Федеральный исследовательский центр «Якутский научный центр СО РАН»
Марк Григорьевич Петров Сибирский научно-исследовательский институт авиации имени С. А. Чаплыгина
Олег Владимирович Старцев Федеральный исследовательский центр «Якутский научный центр СО РАН» https://orcid.org/0009-0007-8231-7157
Михаил Петрович Лебедев Федеральный исследовательский центр «Якутский научный центр СО РАН» https://orcid.org/0000-0003-0086-9921

DOI:

https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2026.01.035

Ключевые слова:

углепластик, полимерный композиционный материал, арктические условия, климатическое старение, термогиг-роциклирование, диффузия влаги, прочность, долговечность

Аннотация

В статье приведены результаты экспериментального исследования влияния арктических климатических факторов на физико-механические свойства углеродных полимерных композиционных материалов. Объектом исследования служили пластины углепластика, экспонированные в различных условиях: в помещении (контроль), на открытой площадке при естественном климатическом воздействии и при искусственном термогигроциклировании. В ходе экспонирования контролировались масса и геометрические параметры образцов, а также оценивалась сорбция влаги. Изменение массы аппроксимировалось по модели диффузии Фика; для термогигроциклированных пластин определён коэффициент диффузии D = 0,215 мм²/сут при R² = 0,92, что указывает на высокую точность описания экспериментальных данных. Испытания на продольный изгиб при различных скоростях нагружения (0,01–1 мм/с) показали, что после климатического воздействия прочность изменяется незначительно, но различия между сериями выражены. Образцы, экспонированные в естественных условиях, показали повышение прочности до 6 %, тогда как при термогигроциклировании прочность снизилась до 19 %. Установлено, что циклические перепады температуры и влажности вызывают накопление микроповреждений и внутренних напряжений, что ведёт к деградации структуры и снижению долговечности материала.

Библиографические ссылки

Fiber-reinforced composites for aerospace, energy, and marine applications: an insight into failure mechanisms under chemical, thermal, oxidative, and mechanical load conditions / A.K. Hamzat [et al.] // Advanced Composites and Hybrid Materials. 2025. Vol. 8. P. 152. doi 10.1007/s42114-024-01192-y.

Patole R., Ambhore N., Agrawal D. Carbon composites in aerospace application – a comprehensive review // Materials International. 2023. Vol. 5, № 4. P. 1–12. doi 10.33263/Materials54.002.

Designing of carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) composites for a second-life in the aeronautic industry: strategies towards a more sustainable future / C. Borges [et al.] // Frontiers in Materials. 2023. Vol. 10. P. 1–12. doi 10.3389/fmats.2023.1179270.

The Formation of Microcracks during Climatic Aging of Polymer-Composite Materials / M.P. Lebedev, [et al.] // Polymer Science. Series D. 2023. Vol. 16, № 1. P. 116–123. doi 10.1134/s199542122301015x.

The Initial Stage of Climatic Aging of Basalt-Reinforced and Glass-Reinforced Plastics in Extremely Cold Climates: Regularities / A.K. Kychkin, [et al.] // Polymers. 2024. Vol. 16, № 7. P. 866. doi 10.3390/polym16070866.

Измерение и анализ количества циклов «замораживание-оттаивание» эпоксидных стекло- и углепластиков в условиях экстремально холодного климата / А. К. Кычкин [и др.] // Южно-Сибирский научный вестник. 2025. № 3(61). С. 129–141. doi 10.25699/SSSB.2025.61.3.017.

Jafari A., Ashrafi H., Bazli M., Ozbakkaloglu T. Effect of thermal cycles on mechanical response of pultruded glass fiber reinforced polymer profiles of different geometries // Composite Structures. 2019. Vol. 223. P. 110959. doi 10.1016/j.compstruct.2019.110959.

Fikry M. J. M., Ogihara S., Vinogradov V. The effect of matrix cracking on mechanical properties in FRP laminates // Mechanics of Advanced Materials and Modern Processes. 2018. Vol. 4. Article No. 3. doi 10.1186/s40759-018-0036-0.

Коваль Т. В., Велигодский И. М., Громова А. А. Исследование пластифицирующего влияния влаги на свойства ПКМ на основе эпоксидного связующего ВСЭ-34 после 5 лет экспозиции в различных климатических зонах // Труды ВИАМ. 2021. № 9(103). С. 105–116.

Virgillito E., Sisca L., Carello M. Influence of freeze-thaw aging on the impact performance of damped carbon fiber reinforced plastics for automotive applications // Applied Sciences. 2022. Vol. 12, № 8. P. 4020. doi 10.3390/app12084020.

Effect of accelerated aging temperature under artificial seawater on the properties of carbon fiber/epoxy composites and the erosion mechanism / J. Xu [et al.] // Journal of Wuhan University of Technology – Materials Science Edition. 2024. Vol. 39. P. 1365–1371. doi 10.1007/s11595-024-3005-4.

Каблов Е. Н., Старцев В. О. Системный анализ влияния климата на механические свойства полимерных композиционных материалов по данным отечественных и зарубежных источников (обзор) // Авиационные материалы и технологии. 2018. № 2 (51). С. 47–58. doi 10.18577/2071-9140-2018-0-2-47-58.