Российские ученые создали полимеры, способные заменить авиационные сплавы
Химики из МГУ разработали новый полимерный композитный материал, обладающий более высокой прочностью, чем авиационный титан или алюминий, что открывает дорогу для создания сверхлегких авиалайнеров и спутников, говорится в статьях, опубликованных в Journal of Applied Polymer Science и European Polymer Journal.
"Сейчас температурный диапазон применения полимерных композитов составляет не более 150С для самых распространенных материалов и до 250 градусов Цельсия - для термостойких. Мы же разработали материалы, пригодные для эксплуатации при температурах до 450С, обладающие при этом простотой переработки, сравнимой с наиболее распространенными в применении для этих целей эпоксидными смолами", - заявил Борис Булгаков, один из создателей материала из Московского университета.
Все современные самолеты, как рассказывают ученые, на сегодняшний день по большей части состоят не из металла, а из различных пластмасс, композитов и прочих материалов, обладающих высокой прочностью и при этом весящие не так много, как дюраль, титанал и другие "авиационные" сплавы. К примеру, лайнер Боинг 787 состоит примерно наполовину из таких материалов, а американский истребитель F-22 содержит в себе 39% титана, 24% полимерных композитов и 16% алюминия.
Многие из таких материалов представляют собой полимерные соединения, состоящие из двух компонентов - так называемых армирующих добавок, повышающих прочность материала, и непосредственно самого полимера, удерживающих вставки из таких добавок на месте. Такие материалы дороже, чем алюминий или титан, но они заметно долговечнее и с ними проще работать технологам.
Главной проблемой всех полимерных композитов, как рассказывает Булгаков, является то, что они не способны переносить высокие температуры, из-за чего двигатели даже самых "продвинутых" самолетов всегда полностью изготавливаются из металла. Замена этих частей на термостойкий пластик, как отмечают ученые, позволит заметно снизить массу двигателей и упростить их конструкцию.
Российские ученые нашли путь к решению этой проблемы, создав новую полимерную основу для композитов на базе двух относительно простых звеньев - непредельного углеводорода пропаргила и соединения азота и бензола, из которого обычно изготовляют оранжевую краску. Комбинацию этих веществ можно превратить в сверхпрочный полимер, способный выдержать нагрев до примерно 400 градусов Цельсия без повреждения его структуры.
Самой важной чертой этого вещества является то, что оно достаточно легко плавится и обладает низкой вязкостью, что позволяет производить композитные материалы достаточно дешевыми способами по сравнению с другими сверхпрочными композитами, применяемыми сегодня в промышленности. Это, как надеются ученые, поможет их разработке быстрее проникнуть в авиационную индустрию.
Опытные партии материала, синтезированные в лаборатории Московского университета, сейчас проходят испытания в Центральном институте авиационного моторостроения (ЦИАМ) имени П. И. Баранова, в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. Туполева (КАИ) и других организациях.
