В МГУ создан материал с высокой удельной прочностью, способный заменить алюминий и титан в аэрокосмической промышленности
Специалистам химического факультета МГУ удалось создать уникальные полимерные матрицы на основе новых фталонитрильных мономеров для полимерных композиционных материалов. Как утверждается, эти материалы обладают более высокой удельной прочностью по сравнению с металлами, за счет чего можно существенно уменьшить массу деталей, рассчитанных на эксплуатацию при высоких температурах. Разработка может найти применение в аэрокосмической промышленности, заменив алюминий и титан в конструкции самолетов и космических кораблей.
Конструкционные полимерные композиционные материалы (ПКМ) состоят из полимерной связующей матрицы и армирующего элемента (наполнителя), между которыми есть четкая граница. Например, в углепластиках армирующим наполнителем является углеродная ткань, а связующим — полиэфирная или эпоксидная смола, бисмалеимиды, полиимиды и многие другие полимеры.
Такие материалы широко используются в современных летательных аппаратах. Так, самолет Boeing 787 Dreamliner состоит из ПКМ на 50%, а истребитель Eurofighter — на 70%. Металлы можно заменить ПКМ в деталях двигателя, таких, как лопатки компрессора низкого давления, и в панелях обшивки сверхзвуковых самолетов, но такие ПКМ должны выдерживать высокие температуры.
Химики из МГУ предложили новый подход к молекулярному дизайну бис-фталонитрильных мономеров, образующих полимерную матрицу. В результате были получены вещества, из которых легче, по сравнению с известными аналогами, получать термостойкие детали сложной формы с минимальным количеством соединительных элементов. Новые ПКМ пригодны для эксплуатации при температурах до 450 °С. Для сравнения: сейчас температурный диапазон применения ПКМ составляет не более 150 °С для самых распространенных материалов и до 250 °С — для термостойких.
Уточним, что стоимость ПКМ примерно на порядок выше стоимости титана или алюминиевых сплавов. Однако этот фактор компенсируется меньшей стоимостью изготовления и обслуживание крупных деталей сложной формы. Кроме того, применение углепластика позволяет повысить степень интегральности конструкций, уменьшив число деталей, за счет чего удешевляется сборка. При этом прочность углепластиков выше, чем у алюминия, в 6–8 раз, а удельный вес — ниже в 1,5 раза, что дает выигрыш на этапе эксплуатации за счет увеличения полезной нагрузки. Остается добавить, что детали из ПКМ не подвержены коррозии.
Источник: МГУ
Комментировать
© iXBT
