Прочнее стали, легче алюминия

С 27 по 28 сентября 2025 года на площади Промышленности ВДНХ в Москве в рамках молодежной программы Мировой атомной недели (World Atomic Week, WAW), организованной госкорпорацией «Росатом», состоялся второй молодежный фестиваль «Композиты без границ». Одним из ключевых спикеров деловой программы Фестиваля стал ученый-исследователь, заместитель директора НИИ экспериментальной механики НИУ МГСУ Олег Корнев. «Ъ-Наука» поговорил с ученым о том, как устроены композиты, почему они не боятся коррозии и какое умное будущее их ждет в строительстве.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

— Из чего состоят композиты и как сочетание разных материалов дает принципиально новые свойства, которых нет у исходных компонентов?

— Да, когда мы говорим об именно полимерных композиционных материалах, мы всегда имеем в виду сочетание полимерной матрицы и какого-то армирующего волокна. В основном всегда используются высокомодульные различные армирующие волокна.

Сегодня самые часто используемые армирующие волокна — это стеклоровинг, углеровинг — это углеродное волокно, базальтовый ровинг, есть аромидный и прочие виды ровингов, которыми уже можно наполнять матрицу нашего полимерно-композиционного изделия.

Матрица полимерно-композиционного изделия — это обычно эпоксидные связующие, компаунды, сочетания между ними, обычно это именно эпоксидная, но бывают и другие формы матриц в зависимости от сферы применения. Они связывают волокна в единый пучок, либо, если это у нас рубленое волокно, заставляют вместе работать эти волокна в разных направлениях, если это рубленое волокно просто замешивается в смоле, и также матрица осуществляет функцию защиты от агрессивной среды данных волокон.

Допустим, для стекла и стеклянных волокон стеклоровинга губительны влага, различные щелочи. Устойчивые к воздействию влаги и щелочей эпоксидные вяжущие просто защищают это волокно и заставляют его работать вместе, а также в какой-то мере заставляют в целом где-то работать композит в нескольких направлениях.

— В чем заключается ключевое преимущество этого материала и почему оно востребовано в аэрокосмической отрасли и не только?

— Я бы хотел больше рассказать про отрасль строительную. И нам высокие прочности, высокие модули упругости позволяют возводить здание выше, прочнее, экономичнее и легче.

А также еще и устойчивее к сейсмическому воздействию и прочим видам воздействия. Всем понятно, что при воздействии агрессивных средств, которые очень часто воздействуют на строительные конструкции, ухудшаются физико-механические свойства конечных изделий, таких как железобетон или просто стальные конструкции.

Поскольку полимерно-композиционные материалы коррозионно стойкие, то мы увеличиваем срок службы зданий, увеличиваем межремонтные интервалы и циклы и, в общем, показываем экономику во времени.

— Какая основная проблема?

— Ну, наверное, я сегодня сказал бы, что основная проблема — это прежде всего в строительстве. Применение композитных материалов заключается в неучете долговременных свойств полимерно-композиционных материалов и в учете только строительного цикла здесь и сейчас, то есть сколько сейчас стоит строительство, но не учитывается стоимость эксплуатации объектов.

Если бы мы учитывали стоимость эксплуатации объектов, то в нашем случае мы могли бы более широко использовать полимерно-композиционные материалы.

— Какие самые перспективные и умные композиты разрабатываются сейчас?

— Говоря о будущем в рамках строительства, мы должны разговаривать не о биоразлагаемых или умных композитах, а об умных композитно-полимерных конструкциях. То есть когда мы вместо волокна пускаем, допустим, оптическое волокно, у которого есть функции замера именно деформации и оценки тех напряжений, которые возникают в конструкции при эксплуатации. Тем самым можно внедрять в конструкцию так называемые «умные» балки, «умные» различные изделия, которые во время эксплуатации могут оценивать физико-механические свойства самого себя, передавать информацию оператору о нагрузках, напряжениях и деформациях, которые возникают в этих конструкциях в общем. То есть само изделие можно заармировать как обычным волокном, так и оптическим волокном, на котором нарезана специальная брэгговская решетка (Fiber Bragg Grating, структура в волокне, отражающая свет на определённой длине волны и позволяющая измерять деформации).

Зная модуль упругости можно пересчитать уже в напряжение, а из напряжения можно также будет перейти по нагрузке, которую испытывают данные изделия.

— Можно ли сказать, что композиты, создаваемые людьми,— это копии каких-либо природных уже материалов и изделий?

— Ну, наверное, да, по причине того, что мы фактически везде копируем какие-то решения из природы. У нас кости, в каком-то смысле слова, тоже биокомпозит, где есть сочетание нескольких материалов, которые создают и упругость, и прочность.

Мария Грибова