Сотрудники химического факультета МГУ создали уникальные полимерные матрицы на основе новых фталонитрильных мономеров для полимерных композиционных материалов.Разработанные материалы обладают более высокой удельной прочностью по сравнению с металлами, за счет чего позволяют радикально снижать массу деталей летательных аппаратов, самолетов и космических кораблей, эксплуатирующихся при высоких температурах. Результаты работы ученых опубликованы в изданиях 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 материалами (ПКМ). Из них изготавливаются различные конструкции, детали машин, элементы сооружений, воспринимающих силовую нагрузку. Для аэрокосмической промышленности, где требования к материалам повышены, требуются ПКМ с повышенными эксплуатационными характеристиками. ПКМ 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 истребительEurofighter — на 70%. Создание высокотемпературных ПКМ позволит заменить существующие металлические детали двигателя (например, лопатки компрессора низкого давления) или обшивки сверхзвуковых самолетов на детали из ПКМ.
Химики предложили новый подход к молекулярному дизайну бис-фталонитрильных мономеров, из которых состоит полимерная матрица, и получили вещества, из которых легче, по сравнению с известными аналогами, получать 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. Эффект достигается за счет существенного снижения трудоемкости изготовления деталей и высокой степени интегральности конструкций из углепластика.

«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. Снижение массы самолета приводит к снижению потребления топлива и к увеличению полезной нагрузки, то есть в долгосрочной перспективе затраты на производство деталей из ПКМ компенсируются экономией на топливе и количестве перевезенных пассажиров и грузов. Кроме того, ПКМ дешевле в обслуживании, так как не подвержены коррозии.

Работа над новыми матрицами для ПКМ велась в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы". Заведующим кафедрой химической технологии и новых материалов, профессором В.В. Авдеевым поставлена задача по организации пилотного производства фталонитрильных связующих. Опытные партии материала, синтезированные в лаборатории МГУ, 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.

Похожие новости

  • 15/01/2018

    Российские ученые выяснили, как способ обработки полипропилена влияет на механические свойства конечного изделия

    ​Коллектив учёных, в том числе из Института синтетических полимерных материалов РАН и МФТИ, выяснил, как «правильность» молекул полипропилена и способ обработки влияют на механические свойства конечного изделия.
    568
  • 26/11/2018

    Кардиостимулятор будущего: гены гремучих змей заставят сердце биться

    В России приступили к созданию уникального биологического кардиостимулятора, который потребует малоинвазивного вмешательства и будет управляться с помощью света - без опутывающих сердце проводов. В основе подхода - изменение клеток сердца, в которые будут вноситься гены рецепторов, ответственных в организме человека и животных за восприятие тепла.
    584
  • 23/08/2018

    Что показывают томичи на форуме «Армия – 2018»

     В Московской области с 21 по 26 августа проходит международный военно-технический форум «Армия – 2018». От Томской области туда отправилась делегация из представителей восьми инновационных компаний, трех вузов и одного научно-исследовательского института.
    494
  • 13/01/2017

    Лабораторные работы: ученые и инновации

    ​Ученые факультета наук о материалах и химического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова совместно с научной группой под руководством Михаэля Гретцеля (EPFL, Швейцария) определили причину, по которой органо-неорганические перовскиты формируются в виде нанонитей.
    1853
  • 29/12/2016

    Ученые СФУ презентовали антенны для сетей четвертого поколения

    ​Два проекта ученых Института инженерной физики и радиоэлектроники СФУ были представлены на национальной выставке-форуме "ВУЗПРОМЭКСПО-2016", прошедшей в Москве с 14 по 16 декабря 2016 года. Обе разработки выполнены совместно со стратегическим партнером ""Информационные спутниковые системы" имени академика М.
    1206
  • 01/03/2018

    Российские математики построили модель сотрудничества «заключенных»

    ​Международной группе исследователей из МФТИ, Сколтеха, Томского государственного университета и Орегонского университета удалось теоретически описать сильные отклонения участников от рационального поведения в «Дилемме Заключенного» — известной стратегической игре из теории игр.
    414
  • 27/10/2017

    Ректор ТУСУРа принимает участие в форуме Russian Blockchain Week – 2017

    Ректор ТУСУРа Александр Шелупанов принимает участие в форуме Russian Blockchain Week – 2017, который проходит 26 – 28 октября в Российском экономическом университете им. Г. В. Плеханова (РЭУ).
    942
  • 23/11/2017

    Сибирские ученые модернизировали метод расчета движения жидкостей

    ​Исследователи из Сибирского федерального университета (СФУ) в сотрудничестве с коллегами из Московского государственного университета и Сибирского отделения РАН предложили использовать для гидродинамических расчетов систему из нескольких графических процессоров вместо центрального.
    596
  • 19/07/2017

    Ученые ТПУ представляют свои разработки на крупнейшем авиасалоне МАКС-2017

    ​​18 июля XIII Международный авиационно-космический салон "МАКС-2017" - один из крупнейших мировых авиасалонов - начал свою работу на аэродроме в подмосковном Жуковском. Томский политехнический университет представляет здесь свои уникальные разработки, среди которых тепловой дефектоскоп для контроля композиционных материалов авиационной техники, технологии 3D-печати в условиях невесомости, покрытия для станций "Глонасс" и для защиты солнечных батарей, антиметеоритные защитные пленки для иллюминаторов космических кораблей.
    686
  • 01/08/2017

    В РФ создано акустоэлектронное устройство с диапазоном в два раза больше, чем у аналогов

    ​Исследователи из Технологического института сверхтвердых и новых углеродных материалов в Москве и Сибирского федерального университета (СФУ) создали эффективное акустоэлектронное устройство на основе синтетических алмазов, сообщила в понедельник пресс-служба СФУ.
    784