Ультразвуковая сварка слоистых композитов (ламинатов) на основе полиэфиримида и полиэфирэфиркетона с использованием 3D-напечатанных проводников энергии

Сотрудниками лаборатории механики полимерных композиционных материалов (ЛМПКМ) ИФПМ СО РАН в сотрудничестве с Томским политехническим университетом проведено исследование влияния материала и плотности заполнения при 3D-печати проводников энергии (ED) из полиэфиримида (ПЭИ) и полиэфирэфиркетона (ПЭЭК) на структуру и свойства соединений внахлест как из однотипных, так и разнородных ламинатов. Неразъемные соединения формировали методом ультразвуковой сварки (УЗС). Показано, что соединения внахлест однотипных ламинатов ПЭИ/УВ-ткань при использовании проводников энергии из ПЭИ обладали максимальной величиной прочности на межслоевой сдвиг (LSS) на уровне 18 МПа при плотности заполнения (при 3D-печати), равной 15 %. В то время как при использовании ED из ПЭЭК максимальное значение LSS превышало 27 МПа. Для соединений внахлест ламинатов из разнородных полимеров «ПЭИ/УВ-ткань – ПЭЭК/УВ-ткань» использование ED из ПЭЭК обеспечило максимальное значение LSS 22 МПа; при этом наблюдался когезионный тип разрушения. С другой стороны, использование проводника энергии в виде 3D-напечатанной сетки ПЭЭК/30СВ (изготовленного с добавлением 30% стекловолокна), обеспечивало достижение максимального значения LSS порядка 22 МПа только для соединения однотипных ламинатов на ПЭИ/УВ-ткань. В отличие от принятых в литературе представлений о том, что использование проводников энергии EDS с меньшей температурой плавления предпочтительнее для формирования неразъемных соединений ламинатов на основе термопластических связующих, полученные результаты показали противоположную картину. Использование проводника энергии из менее легкоплавкого 3D-ПЭЭК обеспечивало более высокие значения LSS благодаря его полукристаллической структуре и эффективному смешиванию с полимерным связующим в составе соединяемых ламинатов. Обсуждаются практические рекомендации использования полученных результатов.
На рисунке показаны оптические изображения поверхностей адгезионно разрушенных соединений внахлест из однотипных и разнородных ламинатов на основе ПЭИ и ПЭЭК с помощью ED 3D-ПЭЭК/СВ.

Работа выполнена к.т.н. Алексенко В.О., к.т.н. Бусловичем Д.Г., к.т.н. Богдановым А.А., к.т.н. Бурковым М.В., д.т.н. Паниным С.В. в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, проект FWRW-2021-0010.
Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Materials Engineering and Performance (H-index: 90; Q2 в категории SJR: Materials Science (miscellaneous)).
Alexenko V.O., Buslovich D.G., Tian D., Dontsov Y.V., Bogdanov A.A., Burkov M.V., Panin S.V. Ultrasonic welding of similar and dissimilar PEI- and PEEK-based laminated composites using additively manufactured energy directors. Journal of Materials Engineering and Performance, 2025. Vol. 34, Iss. 18, P. 21140-21153. DOI10.1007/s11665-025-10693-w