Полимерные композиционные материалы, армированные углеродным волокном, обладают уникальными физическими и механическими свойствами. Благодаря легкости, прочности, жесткости, износостойкости и ряду других характеристик они все чаще конкурируют с традиционными конструкционными материалами - прежде всего, со сталью. Из таких композитов уже сегодня производятся, скажем, рамы гоночных велосипедов, элементы кузова гоночных болидов "Формулы-1", теннисные ракетки, горные лыжи, хоккейные клюшки, байдарки, весла и так далее. Более широкому распространению этих материалов мешают недостатки, которые им, к сожалению, присущи. Один из основных - высокая стоимость. Однако в условиях массового производства цена снизилась бы довольно быстро. Хуже обстоит дело с другим недостатком полимерных композитов: на них практически не держится покрытие, особенно металлическое. Это делает их непригодными для целого ряда сфер применения, в которых они во всех других отношениях были бы идеальным материалом. 
Провидение Вольфганга Паули "Материал создан богом, поверхность - дьяволом", - заметил однажды знаменитый австрийско-швейцарский физик-теоретик, нобелевский лауреат Вольфганг Паули (Wolfgang Pauli). Специалисты часто вспоминают эту фразу, поскольку она в остроумной и афористичной форме передает их сегодняшние ощущения. А ведь при жизни Паули ни о каких композиционных материалах еще и речи не было, если не считать железобетона. Современные же композиты на основе матрицы из полимера и упрочняющих наполнителей из углеродного волокна ставят инженеров перед еще более сложными задачами. И вот теперь специалистам Института технологии слоев и поверхностей имени Фраунгофера в Брауншвейге удалось решить проблему нанесения на такие композиты металлических покрытий. При этом они сделали ставку на что-то вроде кнопок - тех, что порой используются на одежде вместо пуговиц, но только миниатюрных. "Всем знакомы кнопки на джинсах, - говорит научный сотрудник института Андреас Дитц (Andreas Dietz). - Они состоят из двух половинок и защелкиваются при нажатии. Почти так же крепится и наше покрытие на изделии из композита". 
Элемент кузова болида "Формулы-1" из полимерного композита Брауншвейгские хитрости Это, конечно, некоторое преувеличение. Инженер имеет в виду огромное количество микроскопических выступов и углублений, благодаря которым композит намертво соединяется с металлической пленкой. Для реализации такого технического решения необходимо, прежде всего, сделать поверхность изделия шероховатой. Это достигается не наждачной бумагой или напильником, а концентрированной кислотой. Такое травление позволяет получить на поверхности изделия мельчайшие углубления-поры, своего рода половинки кнопок-застежек. "А дальше начинаются, собственно, наши хитрости", - говорит Андреас Дитц. Дело в том, что прочное соединение металлического покрытия и шероховатой поверхности изделия реализуется с помощью создаваемого между ними тонкого слоя электропроводящего материала. Для формирования этого промежуточного слоя изделие погружают в ванну со специальным раствором. Слой держится за счет того, что проникает глубоко в поры на поверхности композита, "кнопки" застегиваются. И только затем, используя для этого метод электролитического осаждения, на изделие наносят металлическое покрытие - например, медное. Композиты в космосе... Первое практическое применение такая конструкция найдет в космосе. Речь идет о сверхлегкой и прочной радарной антенне для европейского спутника Sentinel, запуск которого в рамках Программы по сбору информации в сфере экологии и безопасности намечен на декабрь 2012 года. "Антенна будет порой обращена к Солнцу, порой находиться в тени, - говорит Андреас Дитц. - Поэтому она должна выдерживать быстрые и весьма значительные перепады температур". Эти перепады могут достигать ни много ни мало 300 градусов. Чтобы убедиться в том, что их изделие способно выдержать такие нагрузки, брауншвейгские инженеры подвергли его суровому испытанию на Земле. "Мы погружали наш волновод сначала в жидкий азот, а затем сразу же в кипяток, и металлическое покрытие не отслоилось", - говорит Андреас Дитц. 
Полицейский беспилотник из полимерного композита … на земле и в воздухе Инженер уверен, что изделия из полимерных композиционных материалов с металлическим покрытием найдут применение не только в космосе: "Мы представляем себе дело так, что у них очень высокий потенциал, например, в машиностроении. Собственно, везде, где компоненты оборудования должны быстро вращаться. Скажем, нажимные валки. Сегодня они, в большинстве случаев, изготовляются из стали. Такие тяжелые детали трудно разогнать". Проще было бы иметь дело с валками из полимерного композиционного материала, армированного углеродным волокном, и нанесенным на них износостойким металлическим покрытием. Еще одна возможная сфера применения - молниезащита в авиации. "Это очень важная тема в самолетостроении, - говорит Андреас Дитц. - При попадании молнии в воздушное судно энергию электрического разряда нужно как-то отвести. Обычно это достигается так называемой металлизацией самолета, то есть соединением всех элементов конструкции в единую массу. Легкие и прочные композиты, казалось бы, словно созданы для авиастроения, да только все они - диэлектрики. Так вот, нанесение на них тонкого металлического покрытия позволит реализовать надежную молниезащиту. Это наверняка откроет путь композитам в самолетостроение". Правда, лишь при одном условии: если технологию нанесения этого самого покрытия удастся упростить и удешевить. В этом направлении и работают сегодня брауншвейгские инженеры. Подробнее с ситуацией на российском рынке композитных материалов можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок полуфабрикатов конструкционных пластмасс в России». Автор: Владимир Фрадкин Редактор: Виктория Зарянка www.polymery.ru |
