Инженеры Массачу́сетсского технологи́ческого институ́та (Massachusetts Institute of Technology – MIT) использовали углеродные нанотрубки для соединения отдельных листов материалов обшивки самолета. Предполагается, что такая технология может примерно в 10 раз повысить прочность соединения композиционных материалов при чисто символическом увеличении стоимости.

Более того, по словам Брайана Уордла (Brian L. Wardle) – адъюнкт-профессора факультета аэронавтики и космонавтики (Department of Aeronautics and Astronautics), современные композитные материалы, усиленные нанотрубками, в миллион раз более электропроводны, чем их аналоги без участия нанотрубок. Это означает, что самолет, собранный из таких элементов, будет иметь гораздо меньше повреждений в случае попадания молнии. Д-р Уордл, который возглавлял группу исследователей, является также и ведущим автором публикации в журнале Journal of Composite Materials (http://jcm.sagepub.com/). На этой неделе результаты исследований, кроме того, были доложены на конференции международной ассоциации обработчиков пластических материалов (Society of Plastics Engineers).

Адъюнкт-профессор Брайан Уордл

Прогрессивные материалы, применяемые сегодня в авиационной промышленности состоят из различных слоев углеродных волокон, которые скрепляются полимерными клеями. В случае повреждения слоя клея или его растрескивания, что вполне реально, слои углеродно-волоконного материала отходят друг от друга. Поэтому инженерам пришлось придумать многочисленные способы усиления межслойных соединений путем сшивания, обтягивания, сплетания, скалывания их вместе. Все эти методы, как считает проф. Уордл, проблематичны, поскольку ведут к повреждению и, соответственно, ослаблению самих слоев углеродного волокна.

Подход проф. Уордла и его группы к решению проблемы был обозначен так: усилить слоистый материал нанотрубками, расположив их перпендикулярно слоям углеродного волокна. Используя метод компьютерного моделирования, ученые убедились в том, что такой метод усиления материала может работать гораздо лучше его предшественников. В результате группа проф. Уордла приступила к разработке процесса изготовления соответствующих нанотрубок, а затем и методов введения их в существующие авиационные композиты.

Процесс наносшивания работает следующим образом. Полимерный клей между слоями углеродного волокна нагревают, доводя его до жидкого состояния. Миллиарды нанотрубок, расположенных перпендикулярно обоим слоям, засасываются клеем с обеих сторон каждого из слоев. Поскольку размеры нанотрубок в 1000 раз меньше, чем углеродных волокон, они не повреждают волокна, а входят в промежутки между ними, заполняя полости и связывая слои друг с другом.

Таким образом, самые прочные волокна, известные человечеству – нанотрубки – ученые помещают в самые слабые места композиционных материалов. Проф. Уордл отмечает, что существенный эффект может быть получен при введении такого количества нанотрубок, которое составляет менее одного процента массы всего композиционного материала. Стоимость же добавки упрочняющего компонента не должна превысить нескольких процентов от стоимости самого материала.

Евгений Биргер