Современная промышленность, особенно авиационная и автомобильная, постоянно ищет способы облегчить конструкции, ведь каждый сэкономленный килограмм веса — это снижение расхода топлива, увеличение грузоподъемности и улучшение экологических показателей. Одним из главных претендентов на замену металла давно являются полимерные композиционные материалы. Ученые из РТУ МИРЭА пошли дальше и создали особый класс материалов — легкие термопластичные композиты, усиленные полыми стеклянными микросферами. Результаты исследования опубликованы в научно-техническом журнале «Пластические массы».
Отечественные микросферы — крошечные, невидимые глазом полые шарики из стекла. Они играют роль легкого и прочного наполнителя. Представьте себе прочную пену, где каждая ячейка — это твердая сфера.
«Такая структура позволяет резко снизить плотность материала, но при этом сохранить его способность выдерживать механические нагрузки и повысить жесткость конструкции, — рассказывает Александр Пыхтин, доцент кафедры химии и технологии переработки пластмасс и полимерных композитов Института тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова РТУ МИРЭА. — Ключевая инновация разработки в том, что этот композит специально создавался для получения изделий с уникальными геометрическими формами аддитивным методом 3D–печати (FDM–печати). Кроме того, его можно перерабатывать в изделия и классическими методами экструзии, вакуумформования и т.д. Это позволяет современной промышленности выбирать между масштабируемостью и высокой производительностью (в случае экструзии) и возможностью производства деталей и элементов конструкций чрезвычайно сложной конфигурации».
Разработка сотрудников РТУ МИРЭА ценна своей комплексностью: ученые не просто добавили наполнитель в полимер, а выбрали оптимальное сочетание типа термопласта, размера и концентрации микросфер, а также технологических режимов аддитивной 3D–печати и экструзии. В результате получается легкий материал, который обладает комплексом заданных свойств и его с успехом можно использовать для изготовления корпусных деталей, элементов интерьера самолетов и автомобилей, защитных кожухов и даже изделий малой авиации и т.д.
«Мы фактически разработали технологию передового конструкционного материала, — говорит Игорь Симонов-Емельянов, доктор технических наук, заведующий кафедрой химии и технологии переработки пластмасс и полимерных композитов РТУ МИРЭА. — Он сочетает в себе: легкость пены, высокую технологичность, жесткость и прочность, достаточную для замены многих металлических деталей в нагруженных конструкциях и создания изделий с уникальными формами методом 3D–печати. Основная сложность заключается в том, чтобы равномерно распределить хрупкие полые микросферы в расплаве полимера и не раздавить их в процессе получения изделий. Нам удалось найти этот баланс. Теперь у промышленности есть готовое решение для снижения массы изделий без потери надежности и без существенной перестройки всего производства».
Эта разработку выполнили ученые РТУ МИРЭА совместно с коллегами АО «НПО Стеклопластик имени Н.Н. Трофимова». Она имеет прямое практическое значение для национальной экономики и технологического суверенитета и позволяет снизить зависимость от дорогостоящих импортных композитов, предлагая отечественную, более доступную альтернативу.