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
