Полимер, способный заменить алюминий и титан

На химическом факультете МГУ создали полимер, способный заменить алюминий и титан в авиалайнерах.

Материалы, созданные химиками из МГУ обладают более высокой прочностью, чем авиационный титан или алюминий, что делает реальным создание сверхлегких авиалайнеров и спутников, говорится в статьях, опубликованных в Journal of Applied Polymer Science и European Polymer Journal.

Группа сотрудников кафедры химической технологии МГУ под руководством ведущего научного сотрудника Алексея Валерьевича Кепмана занимается конструкционными полимерными композиционными материалам. Из них изготавливают различные конструкции, детали машин, элементы сооружений, воспринимающих силовую нагрузку. В аэрокосмической промышленности требуются ПКМ с повышенными эксплуатационными характеристиками. ПКМ, поясняют специалисты, состоят из полимерной связующей матрицы и армирующего элемента (наполнителя), между которыми есть четкая граница. На примере углепластиков, в качестве армирующего наполнителя может служить углеродная ткань, а в качестве связующего – полиэфирная, эпоксидная смолы, бисмалеимиды, полиимиды и многие другие полимеры.

Современный самолет Boeing 787 Dreamliner на 50% состоит из ПКМ, а истребитель Eurofighter – на все 70%. Создание высокотемпературных ПКМ позволит заменить существующие металлические детали двигателя (например, лопатки компрессора низкого давления) или обшивки сверхзвуковых самолетов на детали из ПКМ.

Химики создали уникальные полимерные матрицы на основе новых фталонитрильных мономеров и получили вещества, из которых легче изготавливать термостойкие детали сложной формы с минимальным количеством соединительных элементов.

«Сейчас температурный диапазон применения ПКМ составляет не более 150°С для самых распространенных материалов и до 250°С – для термостойких. Мы же разработали ПКМ, пригодные для эксплуатации при температурах до 450°С, обладающие при этом простотой переработки, сравнимой с наиболее распространенными в применении для этих целей эпоксидными смолами», – рассказали участники проекта Борис Булгаков и Александр Бабкин.

На сегодняшний день стоимость килограмма титана или алюминиевых сплавов значительно меньше, чем ПКМ, – в 8-10 раз. Но, по словам Бориса Булгакова, изготовление и обслуживание крупных деталей сложной формы из ПКМ в разы дешевле. «Например, крыло из ПКМ условно состоит из 10 элементов, а из металла — из 100. То есть монтаж металлического крыла обходится дороже. К тому же, прочность углепластиков выше, чем у алюминия, в 6-8 раз, а удельный вес — ниже в 1,5 раза», – поясняет Борис Булгаков.

ПКМ широко используются для производства автомобилей премиального сегмента, гоночных болидов Формулы 1, самолетов и космических аппаратов. Самолет меньшей массы потребляет значительно меньше топлива и несет большую полезную нагрузку, то есть в долгосрочной перспективе затраты на производство деталей из ПКМ компенсируются экономией на топливе и количестве перевезенных пассажиров и грузов. Кроме того, полимерные композиты дешевле в обслуживании, так как не подвержены коррозии.

Опытные партии материала, синтезированные в лаборатории МГУ, 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.

Оригинал статьи на сайте Научная Россия.