Расскажем о прорывах в области композитов, которые сделаны во времена СССР. В то время появились институты, разрабатывающие композитные материалы: НИАТ Композит, ЦНИИ специального машиностроения, Уральский НИИ композитных материалов, ВНИИ авиаматериалов — некоторые из них продолжают работу и сегодня.

 

Теория композита и его отличие от полимера

Композит — совокупность материалов, даже тех что не способны на химическое взаимодействие.
Полимер — химическое соединение, единый материал.

 

Композиционные материалы делят на армированные и наполненные. Пример наполненного композита — бетон. Состоит из песка, щебня, воды и цемента, визуально похож на единое химическое соединение. Даже сложные сплавы, к примеру, победит (вольфрам, кобальт, углерод) относят к наполненным композитам.
Пример армированного композита — железобетон. Бетон усиленный металлокаркасом. Армированный композит — матричный материал армированный прочными волокнами другого материала. И металл, усиленный волокнами бора (металлический композит) и клееную фанеру, можно считать армированными композитными материалами.


Самый ассоциируемый со словом композит материал — углепластик. Состоит из нитей углеродного волокна вплетенных в матрицу из полимерных смол. Углепластик прочнее стали и гораздо легче.

Дельта-древесина

 

В далеком 1932 году, 28 июня, указом наркома тяжелой промышленности СССР Григория Орджоникидзе создан Всесоюзный научно-исследовательский институт авиационных материалов — ВИАМ. Там и разработали дельта-древесину. Требовался легкий, прочный, простой в обработке и относительно недорогой материал для постройки самолетов. В то время изготовление металлических частей или полностью металлических фюзеляжей, было проблематично и затратно. С кризисом авиапромышленности помог справиться новый композитный материал — дельта-древесина (другие названия: древесный слоистый пластик, балинит, лигнофоль, ДСП-10)


В 1940 г. 28 марта в воздух поднялся самолет ЛаГГ-3 собранный с использованием дельта-древесины. Этот опытный образец получил название И-301.

Леонтий Иович Рыжков работал главным инженером на Кузнецком заводе авиационных винтов и лыж, и в ходе опытов с винтами создал бакелитовую фанеру, которую позже назвали «дельта-древесиной».
Технология: березовый шпон пропитывается спиртовым раствором фенолформальдегидной смолы, прессуется, затем слои склеиваются.
Свойства: прочность, легкость, огнестойкость, отсутствие пустот, легкость в обработке и долговечность.
Далее технология передана на ВИАМ. В институте разработали специальный клей для бакелитовой фанеры — ВИАМ-3Б.


В 2016 поднят со дна реки Усманка истребитель ЛаГГ-3. Изготовленные из дельта-древесины части конструкции пролежали на дне 70 лет и по-прежнему сохраняют форму.

Сталину презентовал новый материал конструктор Семён Лавочкин. Сталин попробовал поджечь образец своей трубкой, затем порезать ножом. В итоге, когда у него это не получилось, отдал распоряжение наградить изобретателя Рыжкова, орденом.

 

Из нового композита авиаконструкторы начали изготавливать силовые конструкции планеров, шпангоуты, лонжероны, детали фюзеляжа и позднее, вертолетные винты.
Много лет спустя дельта-древесина засветилась в освоении космоса — из нее делали воздушные рули первой ступени ракеты Р-7

 

Сегодня у этого материала утилитарные задачи, он используется только в случае когда элемент должен быть деревянным и на него ложится большая нагрузка. Например, в мебельной промышленности, для рукоятей ножей и топоров.

 

Силикальцит

Силикальцит, или искусственный камень, простой и функциональный композитный материал, создавался из 90% песка и 10% извести. Чаще всего его сравнивают с бетоном, но у селикальцита есть ряд выгодных отличий.

 

Технология изготовления: измельченный песок нагревают под давлением с частицами воздушной извести.
Преимущества: низкая стоимость и прочность выше чем у бетона, неизменный объем при затвердевании, легкость по сравнению с бетоном — 1900 кг/м3 против 2200 кг/м3. Материал не требователен к сырью, его можно изготовить из различных типов песка. Со временем селикальцит только укрепляется, поскольку под действием воздуха известь становится известняком.


«Соцгородок» Кандалакши, Карелия — построен из инновационного материала в 1960-х годах.
Канал Москва - Волга облицован силикальцитными плитами.

Инженер-технолог Йоханнес Александрович Хинт по собственной инициативе проводил эксперименты с измельчением кирпичей при раскручивании дезинтегратора сверх разрешённых частот. В измельченном материале происходили изменения, приводившие к упрочнению сырья. Затем Хинт добавлял известь и на выходе получался прочный и легкий материал. Хинт упоминает впервые о изобретении в 1948 году, впоследствии технология стала интересна руководству страны и были открыты первые массовые производства этого материала. В 1961 году образовался Технологический институт силикальцита, под руководством Хинта, который в то время уже удостоился Ленинской премии. В 1981 году против инженера Хинта сфабриковали дело и посадили. Он умер в заключении, позже его реабилитировали, но производство созданного им материала так и не наладилось в стране.


Соцгородок сейчас в запустении, но стены из селикальцита по-прежнему крепки.

Технология легендарного материала была продана сначала в Италию и Японию, затем в Германию, Австрию и США. Сегодня этот материал применяется очень широко по всему миру благодаря большей чем у бетона прочности и меньшей массе. Но у него все-таки есть пара серьезных недостатков: мелкодисперсная пыль образуемая в процессе производства, чрезвычайно вредная для здоровья, и высокие требования к квалификации сотрудников, при работе с автоклавом (устройство для нагрева материала под давлением).

 

Со стройплощадки в космос

В производстве композитных материалов есть важный аспект — не всегда достаточно только создать композитный материал, еще важно разработать правильную и максимально эффективную технологию его применения, чтобы композит работал в структуре с другими материалами.

 

Примером композита являющегося частью системы может быть сетчатая конструкция выполненная из композитного материала. Сетчатая конструкция сама по себе является примером нестандартного инженерного решения.


Первая в мире гиперболоидная конструкция — башня в Полибино, в Нижнем Новгороде в 1896 году.

И композит и сетчатая структура призваны увеличить прочность и снизить вес конструкции. Соединить их в одной системе представлялось специалистам Центрального научно-исследовательского института специального машиностроения (ЦНИИСМ) невероятно эффективным решением.

 

Автор основополагающих трудов в этом направлении — Валерий Витальевич Васильев.
В 80-е годы в СССР началась разработка стратегических ракетных комплексов, появился РК «Молодец» и «Тополь-М». Тогда и встал вопрос максимального облегчения конструкции и сохранения прочной и жесткой структуры.
Спецы из ЦНИИСМ предложили совместить композитные материалы и технологию сетчатой структуры, используемую в строительстве. Необычная идея нашла поддержку и началась работа над проектом.


Этапы создания сетчатой композитной конструкции: намотка ребер, намотка обшивки, удаление матриц.

В конце 80-х технологию воплотили в жизнь. Система ребер из углепластика автоматически наматывалась на станках с программным управлением, формирую сетчатый цилиндр.
Характеристики этой системы были несравнимо лучше чем у многослойных композитных материалов или сплавов, не говоря о лёгкости всей конструкции.


Композитные сетчатые структуры существуют не только в рамках гонки вооружения. Сегодня они используются в конструкции ракеты-носителя «Протон-М», который выполняет вполне мирные задачи, поднимает грузы и спутники на орбиту Земли. В конструкции переходных отсеков сетчатые композитные структуры максимально эффективны. Они легче металлических аналогов на 60% и на 25% трехслойных конструкций, применяемых в американских носителях.
Академик РАН, Валерий Васильев по-прежнему занимается этой технологией.



Нижний сетчатый отсек второй ступени РН Протон-М

Создание композитов — невероятное перспективное направление как в военной промышленности так и в создании продукции гражданского назначения, поэтому работа над композитными материалами идет и в современной России.

Главная {{cart.count}} Корзина {{products.length}} Избранное