Инженеры МАИ смогли втрое повысить прочность авиадеталей с помощью нанотрубок
МОСКВА, 26 января. /ТАСС/. Инженеры Московского авиационного института (МАИ) разработали способ повышения прочности и долговечности полимерных композитов в конструкциях воздушных судов. Добавление в них углеродных нанотрубок, полых цилиндров длиной до нескольких десятков микрометров втрое увеличило устойчивость деталей к повторяющимся нагрузкам, сообщили ТАСС в пресс-службе вуза.
"Нам удалось добиться улучшения эксплуатационных характеристик на ряде элементарных образцов композитов, причем при минимальной концентрации нанотрубок - всего 0,05% от общей массы материала. Это позволит минимизировать дополнительные затраты на производство, при этом добавление такого количества порошка не влияет на вес готового изделия", - рассказал автор проекта, инженер научно-исследовательского отдела кафедры "Проектирование и сертификация авиационной техники" МАИ Сергей Ковтунов.
По его словам, нанотрубки полезны для остановки трещин. При изготовлении композита нанотрубки смешивают со связующим - специальным клеевым составом, который окружает и удерживает их. Когда в материале возникает трещина, она либо обходит нанотрубку, увеличивая свою траекторию, либо просто останавливается, не имея возможности преодолеть препятствие. Это значительно повышает ресурс конструкции.
В рамках проекта ученые МАИ поставили перед собой задачу равномерно распределить нанотрубки в связующем, учитывая их чрезвычайную склонность к образованию комков, снижающую эффективность применения. В качестве связующего использовали эпоксидные смолы, армированные углеродными волокнами. При этом нанотрубки в тысячу раз жестче эпоксидной смолы и в сотню раз прочнее углеродного волокна. Для их добавления в клеевой состав инженеры использовали двухэтапный процесс смешивания.
"Сначала в специальной ванне генерируются ультразвуковые волны, которые образуют микроскопические вихри. Они разрушают формирующиеся комки и равномерно распределяют нанотрубки в смоле. Затем с помощью специального миксера полученный состав тщательно перемешиваются с основным объемом связующего материала. Проведенные в МАИ исследования показали, что при определенном способе добавления этого компонента усталостная прочность образцов повышается на 45%, а их устойчивость к повторяющимся нагрузкам увеличивается втрое", - отметили в вузе.
Исследуется возможность применения нанотрубок для повышения качества ремонта авиационных конструкций, в частности, для упрочнения клеевых соединений ремонтных заплаток. Работы ведутся в сотрудничестве с одним из опытно-конструкторских бюро авиационной промышленности. Как отмечают разработчики, в перспективе технология может быть применена и в других отраслях, где требуются конструкции с повышенными эксплуатационными характеристиками, таких как автомобиле-, машино- и судостроение.