Инженеры Московского авиационного института (МАИ) разработали способ повышения прочности и долговечности полимерных композитов в конструкциях воздушных судов. Они усовершенствовали метод, основанный на использовании углеродных нанотрубок — полых цилиндров длиной до нескольких десятков микрометров, которые добавляют в состав композитных материалов для предотвращения развития трещин. Как сообщили в пресс-службе МАИ, при определенном способе добавления этого компонента усталостная прочность образцов повышается на 45%, а их устойчивость к повторяющимся нагрузкам увеличивается втрое.

«Нанотрубки уже известны в авиации и действуют как стоперы трещин, — объясняет автор проекта, инженер научно-исследовательского отдела кафедры 101 «Проектирование и сертификация авиационной техники» МАИ Сергей Ковтунов. — При изготовлении композита их 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 кафедры 101 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.

«Нанотрубки в 1000 раз жестче эпоксидной смолы и в 100 раз прочнее углеродного волокна. Для их добавления в клеевой состав мы 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 перемешивается с основным объемом связующего материала. В итоге нам удалось добиться улучшения эксплуатационных характеристик ряда 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», — уточняет Сергей Ковтунов.

В настоящее время 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.

В перспективе технология может быть применена и в других отраслях, где требуются конструкции с повышенными эксплуатационными характеристиками, таких как автомобиле-, машино- и судостроение.

Источник: журнал «Изобретатель и рационализатор», №1-2026