В России будет сделана попытка создать конкурентоспособную индустрию полимерных композиционных материалов (ПКМ). На Международном авиакосмическом салоне в Жуковском в августе 2011 года подписано соглашение между "Объединенной авиастроительной корпорацией", Всероссийским институтом авиационных материалов (ВИАМ), "Роснано" и холдинговой компанией "Композит". Участники будут внедрять в российское авиационное производство препреги — то есть полуфабрикаты для ПКМ, — разработанные в ВИАМе.
ПКМ — материалы из двух или нескольких компонентов, один из которых полимер. Они легче, прочней и долговечней традиционных авиационных материалов, например алюминия. Самый известный пример использования ПКМ в авиастроении — Boeing 787 Dreamliner: 55% планера сделано из углепластика.
Препреги для ПКМ изготавливаются из углеродного, органического или стекловолокна. Специальный конвейер, похожий на ткацкий станок, выкладывает волокна, создавая из них полотно; оно затем пропитывается связующим веществом — искусственной смолой или эпоксидным клеем. Полотно скатывают в рулоны и отправляют заказчику. Заказчик уже сам раскраивает препреги и выкладывает в форме нужной детали, а потом запекает в автоклаве: максимальная температура — 175?C, максимальное давление — 5 атмосфер. Препреги позволяют резко — в разы по сравнению с штамповкой или вытачиванием — сократить технологический цикл: деталь сложной конфигурации изготавливается за одну операцию.
Режим запекания как минимум так же важен для конечных характеристик детали, как и материалы для препрегов. К примеру, углепластик для панелей стабилизатора "Сухой суперджет - 100" требует 130?С и 5 атмосфер; гибридный стеклоуглепластик для шумопоглотителей двигателя "Пермских моторов" ПС-90А2 (ставятся на Ту-204 или 214, а также на Ил-76) — 170?С и 2 атмосферы.
Это не будущий ситец, а будущий полимерный композит — стекловолокно, пропитанное полимерным связующим
Фото: ВИАМ
У ПКМ есть и минусы. ПКМ — диэлектрик, а когда в конструкции самолета диэлектриков больше 40%, возникающий в полете статический заряд делает более вероятным попадание в самолет молнии. Когда ПКМ в самолетах было меньше 50%, детали, сделанные из ПКМ — передние кромки и задние створки крыльев, — с внутренней стороны покрывалась алюминиевой фольгой, и электричество уходило на разрядники. Первыми столкнулись с этой проблемой разработчики Dreamliner.
В ВИАМе решили эту проблему — введением в связующую пропитку препрегов наночастиц — фуллеренов С60. Они обеспечивают конечному материалу проводимость, и на нем не скапливается статическое электричество.
Препрег (англ. prepreg или pre-impregnated material) — полуфабрикат композиционного материала, полученный путем пропитки армирующей основы полимерным связующим
Евгений Каблов, генеральный директор ВИАМа:
СССР даже раньше США начал заниматься композиционными материалами. Перед войной наш ученый Яков Аврасин предложил сделать дельта-древисину. Листы фанеры под действием высокой температуры и давления пропитывали смолой, получался композиционный материал, по прочностным характеристикам равнозначный алюминию. Дельта-древесина широко применялась в конструировании истребителей.
Виктор Великанов, менеджер по развитию авиабизнеса компании "Композит":
У полимерных композиционных материалов очень высокая прочность при очень низком удельном весе. А в авиастроении есть четкая формула: 1 кг веса самолета — это расход 2 тонн керосина в год. Но углеродные композиционные материалы не очень хорошо стыкуются с традиционными алюминиевыми сплавами, которые ранее применялись в авиастроении, поэтому комбинированные конструкции делать сложно. Композиционные материалы очень трудно сверлить, очень дорогое, совершенно особенное оборудование нужно, чтобы делать правильные отверстия.