Композиционные материалы

Что такое композит

Композитный материал состоит из прочных тонких волокон, чаще углеродных, стеклянных или арамидных, которые скреплены связующим — обычно эпоксидной смолой. Волокна несут нагрузку, а смола передаёт её между ними и защищает. Свойства зависят от направления волокон: вдоль волокна материал очень прочен, поперёк слаб. Конструктор укладывает слои под разными углами так, чтобы прочность была там, где она нужна.

Это принципиальное отличие от металла, который одинаков во всех направлениях. Композитом можно «рисовать» нужные свойства, но проектирование и контроль качества сложнее.

Преимущества

Главное достоинство — высокая удельная прочность. Конструкция из углепластика получается заметно легче металлической, что уменьшает расход топлива. Композиты не корродируют и малочувствительны к усталости, поэтому интервалы осмотра можно увеличить. Из них изготавливают детали сложной формы целиком, без множества заклёпок.

• Масса конструкции ниже, чем у алюминиевой.
• Нет коррозии и малая усталость.
• Крупные цельные детали вместо сотен соединений.
• Можно повысить давление и влажность в кабине.
• Гладкая поверхность уменьшает сопротивление.

Недостатки и сложности

Композиты дороги, требуют автоклавов и точной технологии. Повреждения часто скрыты: удар по углепластику может расслоить материал, хотя снаружи видна только небольшая вмятина. Для контроля применяют ультразвук и другие методы. Ремонт сложнее, чем заклёпка на металле. Углепластик плохо проводит ток, поэтому в обшивку вводят металлическую сетку для защиты от молнии.

Путь в самолёты

Композиты вначале применяли для малонагруженных деталей: обтекателей, створок, рулей. Затем перешли к вертикальному оперению, а позднее к крылу и фюзеляжу. Boeing 787 и Airbus A350 стали первыми лайнерами с углепластиковым крылом и фюзеляжем, доля композитов в них составляет примерно половину массы. Военные машины, как Eurofighter Typhoon, используют углепластик для большей части площади обшивки.