Ответственная деталь — лопатка компрессора авиадвигателя — непонятно из чего сделана и подозрительно легкая. На металл не похоже, скорее на особо прочный пластик, что и оказалось близко к истине. Как объяснил один из разработчиков новинки — начальник отдела Института новых углеродных материалов и технологий, компании инновационного пояса МГУ им. М.В.Ломоносова, кандидат химических наук Александр Бабкин, композиты из углеродных волокон и особого связующего со временем вытеснят с рынка авиационных материалов алюминий, его сплавы и даже титан.
Это раньше, приблизительно до 80-х годов прошлого века, все наиболее прочные и долговечные конструкции самолетов делали из металла — главным образом стали и сплавов легких металлов. Со временем их потеснили композиты, или, попросту говоря, пластики, армированные высокопрочными углеродными волокнами. В одной их нити содержится от 3000 до 50 000 волокон (монофиламентов). Внешне — как будто обычная ткань, только нити в ней несколько толще обычных. Зато какие крепкие! Каждая такая нить по прочности и упругости (жесткости) превосходит сталь. И все же это ткань, пусть и необычная. Но лишь до тех пор, пока ее не пропитают связующими: различными низкомолекулярными веществами. Прежде всего, термореактивными смолами, в том числе эпоксидными. При нагревании смола полимеризуется — и материал приобретает высокую прочность. Фюзеляжи, крылья, кессоны (часть крыла, несущая силовую нагрузку), а также хвостовое оперение последних моделей “Боинга-787” и “Аэробуса-350” изготовлены из композитов. В российском самолете МС-21, недавно выполнившем свой первый полет, крылья также сделаны из композита. Что касается военных машин, то в них подобные материалы применяются уже очень давно. На сегодняшний день самолеты более чем наполовину состоят из композитов, вытесняющих алюминиевые сплавы. Это дает значительную экономию, поскольку углепластики в полтора раза легче алюминиевых сплавов.
Но есть одно “но”. Если металлы выдерживают механические нагрузки при высоких температурах: стали, например, до 600-700 градусов Цельсия, алюминиевые сплавы до 300-350, то “потолок” композитов из-за присутствия в них смолы дотягивает максимум до 120 градусов. Многочисленные лаборатории в разных странах мира пытаются разработать композиты, превосходящие по температуре эксплуатации алюминиевые сплавы. Задача необыкновенно сложная и многоцелевая, поскольку мало усовершенствовать “конструкцию” молекулы мономера, добившись, чтобы новый пластик, сохранив свои уникальные свойства, смог превзойти по теплостойкости все предыдущие материалы, еще он должен быть высокотехнологичным. Первыми успеха в мировом соревновании достигли химики МГУ. Много лет они занимаются созданием композитных материалов и накопили достаточный опыт и наработки. Ученые отказались от традиционного тугоплавкого порошка, который очень трудно наносить на углеродную ткань, а разработали легкоплавкий мономер: им пропитывают ткань, выложенную на специальную форму (оснастку), поэтому из него можно будет получать детали любой сложности и, подчеркнем, необходимой прочности. Новый композит выдерживает температуру до 450 градусов Цельсия (зарубежные аналоги — не выше 370 градусов) — это главное условие его применения в авиастроении. И еще одно чрезвычайно важное достоинство новинки: этот пластик в отличие от всех других не горит.
Уникальный материал, которому, повторим, нет аналогов в мире, группа химиков создала приблизительно за пять лет. Интерес к нему очень большой — подтверждением тому многочисленные запросы, полученные в МГУ после демонстрации новинки на международной выставке “Jec”, и отклики на статьи, опубликованные в оте-чественных и иностранных журналах.
И еще один очень важный момент: разработчики уверены, что у них не будет проблем с освоением новинки и она не окажется “на полке” в ожидании лучших времен. Основания для оптимизма есть: материалы, полученные в университете, выпускаются серийно и используются в авиапромышленности. Предполагается, что для освоения углепластика нового поколения будет создано специальное производство. На сегодняшний день расчетная цена композита, превышающая 1000 долларов за килограмм, сопоставима со стоимостью подобных высокотемпературных материалов, уже присутствующих на рынке. Однако, надеются химики, после всесторонних испытаний на авиапредприятиях пластик пойдет в серийное производство, и его цена обязательно снизится. Композит даст значительную экономию. Например, лопатки компрессора турбовинтового двигателя будут в несколько раз легче металлических. Лет через пять, рассчитывают на химфаке, новинка пойдет в серию.
Записал Юрий Дризе
Фото предоставлено А.Бабкиным
Нет комментариев