Конструкционные интеллектуальные материалы для изделий авиационной техники

лепластика внешнего контура сохраняется. О незначительных размерах повреждения молниезащитного слоя свидетельствуют данные по сохранению прочности токопрово-дящего слоя в зависимости от удаления от центра удара. В центре удара прочность то-копроводящего слоя составляет не менее 70% (от исходной) и восстанавливается при удалении от центра на 60 мм.

Такие повреждения молниезащитного слоя практически не влияют на эксплуатационные характеристики углепластиковой конструкции и легко поддаются ремонту.

Таким образом, высокие характеристики молниестойкости предлагаемого мол-ниезащитного покрытия, а также высокая механическая прочность токопроводящего слоя, где используются высокопрочные углеродные наполнители, позволяют включить данное молниезащитное покрытие в расчетную схему углепластиковой конструкции, дают возможность снизить общий удельный привес защищаемой конструкции на 350-400 г/м2 .

ЛИТЕРАТУРА

1. Гуняев Г.М., Митрофанова Е.А., Ярцев В.А., Сорина Т.Г., Соболевская Е.Г., Ларионов В.П., Агапов В.Г., Сергиевская И.М. Молниезащита высокомодульных полимерных композиционных материалов //Авиационная промышленность, 1985, № 10, с. 44-48.

2. Гуняев Г.М., Митрофанова Е.А, Ярцев В.А., Сорина Т.Г., Соболевская Е.Г. //ВАНТ, сер. Авиационные материалы, вып. Неметаллические композиционные материалы, 1986, с. 79-84.

3. Каблов Е.Н., Гуняев Г.М., Ильченко С.И., Пономарев А.Н., Кавун Т.Н., Комарова О.А., Копылов А.Е. Многослойное молниезащитное покрытие: Пат. 2217320 (РФ) от 27.11.2003.

УДК 678.8

Г.М. Гуняев, И.Н. Гуляев, Г.Ф. Железина, В.И. Бирюк*, Ю.С. Ильин*

КОНСТРУКЦИОННЫЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ

«Интеллектуальный» материал - это материал, обладающий, в отличие от функционального материала, комплексом функций, помогающих ему реагировать на окружающие условия и внешние воздействия. Эти материалы способны «ощущать» (контролировать) себя и изделия, выполненные из них, и способны адаптироваться (т. е. приспосабливаться) к изменяющимся внешним воздействиям. Причем «интеллектуальные» функции в большинстве случаев определяются сочетанием различных структур как на морфологическом, так и на молекулярном и даже атомном уровнях.

Структура такого материала состоит из основного, базового материала (компо-

* Сотрудники ФГУП ЦАГИ.

зита) и введенных в структуру специальных функциональных элементов: сенсорных и исполнительных. Сенсорные элементы обеспечивают получение информации о состоянии материала, которую регистрирует и обрабатывает специальная компьютерная система. Исполнительные (управляющие) элементы служат для управления параметрами самого материала. Функциональными элементами интеллектуального материала могут быть сплавы с памятью формы, магнитострикционные сплавы, электрореологические и магнитные жидкости, электролюминисцентные и радиопоглощающие материалы, оптические волокна, пьезоэлектрики, бифункциональные сополимеры, проводящие полимеры, золь-гели и другие, позволяющие отслеживать и изменять их свойства в режиме реального времени с помощью электрических, электромагнитных и других воздействий [1, 2].

С учетом необходимости контроля различных параметров информкомпозита, а также разнообразия условий эксплуатации авиационной техники, может возникнуть потребность в использовании комбинированных систем сенсоров и исполнительных элементов, работающих на различных физических принципах.

В авиационной технике выносливость и живучесть элементов авиационных конструкций - необходимое условие обеспечения безопасности полетов. Принципиально новым подходом для обеспечения выносливости и живучести является разработка и применение материалов интеллектуального типа.

В ВИАМ исследования по созданию материалов интеллектуального типа для авиационной техники ведутся по двум направлениям.

Одно из направлений - разработка информкомпозитов. Любой материал, находящийся под внешним воздействием нагрузок, повышенных температур, агрессивных сред, имеет конечную работоспособность из-за образования различного рода дефектов микро- и макроструктуры. Выявить своевременно эти дефекты и таким образом определить ресурс работы по фактическому состоянию материала в изделии практически бывает сложно, а порой и невозможно без проведения специальных ремонтных и регламентных работ.

В ВИАМ ведутся исследования и разработка сенсорных элементов, являющихся структурными элементами КМ и работающих совместно с ним на основе различных физических принципов: электрических, оптических, пьезоэлектрических. Основными критериями при выборе типа сенсоров для иформкомпозита являются их полная структурная и механическая совместимость с базовым материалом, стабильность параметров в условиях эксплуатации изделия (при действии механических нагрузок, вибраций, в условиях повышенной влажности и температуры), подготовленность современных технических средств для съема и обработки информации применительно к определенному типу сенсоров.

Исследовались два вида армирующих волокон: углеродные волокна и модифицированные арамидные волокна. Принцип действия основан на тензочувствительности, т. е. способности сенсора реагировать изменением своего электрического сопротивления на изменение напряженно-деформированного состояния. Исследования проводятся совместно с ЦАГИ на специальном стенде, разработанном в ЦАГИ для изучения коэффициента тензочувствительности тензодатчиков.

Углеродные волокна обладают собственной проводимостью и не нуждаются в модификации. Однако применение углеродных сенсоров в углепластике требует эффективного диэлектрического покрытия для них. Применение углеродных волокон в качестве сенсорных элементов возможно благодаря высокому коэффициенту тензочув-ствительности (К) и равным значениям этого коэффициента при растяжении и сжатии.

На рис. 1 показана схема измерения деформаций образца-датчика прогибоме-ром, установленным на вогнутой стороне балки. Испытания балок с сенсорными элементами проводились при растяжении или сжатии до деформации 0,2% с последующей разгрузкой.

Рис. 1. Схема измерения деформации (-в) образца-датчика прогибомером: 1 - градуировочная балка; 2 - датчик из углепластика; 3 - датчик перемещения

Для вычисления К сначала определяли номинальное электрическое сопротивление датчика из углепластика, затем - статические характеристики силы, прогиба и электрического сопротивления на градуировочной установке, обеспечивающие задание испытываемой балке деформации в диапазоне +впр, где впр - предельная задаваемая деформация. В этом случае деформация балки вычислялась по формулам:

- при установке прогибомера на вогнутой стороне балки

в= ^^ ./;

¿2 +4 / 2 +4 /

- при установке прогибомера на выпуклой стороне балки

в= 4"+2№> ./,

¿2 +4 /2 -4 / . ^

где к — толщина балки; АН - толщина датчика; /- прогиб балки на базе Ь.

Затем балку в градуировочной установке нагружали от деформации в=0 до деформации в=+впр(-впр) и разгружали. Вновь нагружали до деформации в=-впр(+впр) и разгружали. Нагружение и разгружение производили равными ступенями, число которых в интервале от в=0 до в=впр равно 5—7, включая в=0. На каждой ступени нагружения и разгружения определяли выходные сигналы ^(в) кривомеров тензорези-сторов. При испытаниях проводили три цикла деформирования балки. По полученным значениям выходных сигналов вычисляли для каждой ступени деформации среднее значение выходного сигнала по кривомеру, контрольным тензорезисторам — для всех циклов деформирования. По средним значениям выходного сигнала ^(в) методом наименьших квадратов определялись коэффициенты А1.....Аг аппроксимирующего полинома: ^(В)=А1В+А2В2+.....А гвг. Затем вычисляли среднее значение выходного сигнала

^(в) каждого контрольного тензорезистора и образца-датчика из углепластика по трем циклам деформирования при в=+вн и в=-вн (вн — номинальная деформация). Чувствительность каждого датчика определяли по формуле:

к

\1 (+8 н )|+|I (-8 н )|

2е„

По полученным данным определяли выборочное среднее значение чувствительности и выборочное среднее квадратическое отклонение для контрольных тензорези-сторов и образцов-датчиков из углепластика.

Лучшими результатами по коэффициенту тензочувствительности (Кр и Ксж - коэффициенты тензочувствительности при растяжении и сжатии соответственно) обладают углеродный жгут ЛЖУ-35ВМ (Кр=1,4; Ксж=1,2) и углеродный жгут Гранит 40П (Кр=1,1; Ксж=1,05) (табл. 1).

Таблица 1

Некоторые свойства углеродных волокон и величины тензочувствительности при многократных нагружениях образца-датчика_

Свойства

Показатели свойств углеродных материалов

Гранит 40П

ЛЖУ-35

ЛЖУ-35 ВМ

Плотность, г/см

Площадь поперечного сечения углеродного волокна, см2

Прочность при растяжении, МПа

Модуль упругости Е, ГПа

Удельное электросопротивление Я, Ом/м

Тензочувствительность при многократных

нагружениях растяжением Кр

Средняя величина тензочувствительности

при растяжении К^

Тензочувствительность при многократных нагружениях сжатием Ксж Средняя величина тензочувствительности при сжатии К сс

1,80 0,1306

3200 380 30-60 1,0-1,2

1,1

0,95-1,2

1,05

1,77 0,1045

4200 373 70-110 1,43-1,68

1,525

0,96-0,99

0,97

1,81 0,1

3170 405 65-85 1,37-1,43

1,4

1,18-1,22

1,2

' ср - сж

Сенсорные элементы на основе высокопрочных арамидных волокон представляют собой нить из волокон Армос или Русар, покрытых тонким металлическим слоем (0,1-0,2 мкм). Рабочие характеристики сенсоров представлены в табл. 2.

Таблица 2

Свойства опытных тензорезисторных сенсоров на основе арамидных волокон

Тип нити Электросопротивление, Прочность при Относительное

(линейная плотность, текс) кОм растяжении, МПа удлинение, %

Волокно Армос (29,4 текс) 2,0-2,7 3870 3,5

Волокно Армос (58,8 текс) 1,5-2,0 3810 3,5

Волокно Армос (100 текс) 0,4-0,9 4090 3,5

Волокно Русар-С (58,8 текс) 2,0-4,2 4010 3,5

Следует отметить, что благодаря высоким механическим свойствам сенсоров (прочность при растяжении не менее 3800 МПа) не происходит снижения прочности информкомпозита при введении сенсоров в любой объемной доле по отношению к объему армирующих волокон. Высокие технологические свойства сенсоров на основе арамидных волокон позволяют вводить их в текстильные формы армирующих напол-

нителей и дают потенциальную возможность создания текстильных «сетей» сенсоров требуемой конфигурации.

Примером такого информкомпозита является разрабатываемый стоппер-индика-тор усталостных трещин [3—5]. Он предназначен для ремонта и усиления обшивок фюзеляжа и крыла летательного аппарата при возникновении нештатной ситуации (образование трещины). В качестве функциональных элементов контроля авторами разработаны тензорезисторные сенсоры на основе армирующих волокон. Такие сенсоры позволяют обеспечить практически идеальную структурную и механическую совместимость с основными компонентами базового материала. Тело стоппера выполнено из слоистого металлополимерного композита Алора. Этот материал обладает чрезвычайно высокой устойчивостью к возникновению и развитию повреждений (скорость роста усталостных трещин в металлоорганопластиках в 10—40 раз ниже, чем в алюминиевых сплавах) и поэтому наиболее перспективен для создания высокоресурсных безопасно повреждаемых конструкций.

Проведенные работы показали, что при статическом растяжении образцов ме-таллоорганопластиков диапазон контролируемых деформаций сенсорных элементов составлял 2—4%. Это связано с тем, что в структуре Алора слои органопластика, и сенсорный элемент в том числе, находятся в сжатом состоянии. Для снижения внутренних напряжений в материале и увеличения диапазона чувствительности сенсора было проведено предварительное растяжение образцов с заведомым переходом в область пластических деформаций, — деформация растяжения составила ~3% (3,5—4 мм перемещения траверсы) относительного удлинения материала. Полученные образцы были испытаны при статическом нагружении. В этом случае наблюдалось изменение тензорези-сторных свойств с первых же секунд испытания.

Однако полученный уровень предварительного растяжения является высоким, поэтому была проведена работа по его минимизации. Металлоорганопластик подвергали предварительному растяжению до уровня деформации 2; 2,5 и 3 мм и исследовали зависимость сопротивления сенсорного элемента от удлинения материала.

Рис. 2. Зависимость электросопротивления от деформации с предваритель ным растяжением образцов:

О - до 2 мм; # - до 2,5 мм; О - до 3 мм

На рис. 2 представлены результаты статических испытаний образцов металлоор-ганопластика с введенными сенсорными элементами, предварительно растянутых до различного уровня деформации. Отмечено, что достаточным уровнем предварительного растяжения является 1,7—2% (2,3-2,5 мм) от общей деформации материала, при этом достигается расширение диапазона контролируемых деформаций от 0 до 4% (во всем рабочем диапазоне материала).

В ходе работы для анализа эффективности стоппера-индикатора повреждений обшивок фюзеляжа проведены испытания образцов конструктивных элементов, моделирующих механическое поведение силовой обшивки со стоппером-индикатором при усталостном нагружении.

Установлено, что при статическом нагружении в диапазоне деформаций от 0 до 4% стоппер-индикатор эффективно контролирует уровень напряженно-деформированного состояния. При этом происходит изменение сигнала сенсора в 2-3 раза. Это позволяет определить уровень деформации стоппера-индикатора и уровень растягивающих напряжений.

Другим направлением в области создания интеллектуальных материалов является разработка самоадаптирующихся композитов - материалов, способных к направленному улучшению своих параметров в сложной или экстремальной ситуациях с целью сохранения работоспособности конструкции.

Композиционные конструкционные материалы (КМ), обладающие управляемой анизотропией, могут быть использованы в конструкциях, где проявляются их свойства приспосабли-ваемости к изменениям внешней среды. В ВИАМ разработан КМ с регулируемой деформацией при внешнем воздействии [6]. Материал состоит из чередующихся слоев или блоков слоев, имеющих несбалансированную структуру относительно выбранных осей анизотропии (рис. 3), которая при внешнем воздействии создает отличные от нуля суммарный вектор или суммарный момент относительно этих осей, что вызывает пространственную деформацию материала. В результате неуравновешенности суммы сил и моментов относительно выбранных осей, в материале появляются касательные напряжения кручения, и вследствие возникающего крутящего момента материал (изделие, выполненное из него) деформируется, изгибаясь в плоскости. В случае нагружения материала напряжениями изгиба происходят два вида деформаций, изменяющих форму, - прогиб и кручение.

Величины этих деформаций взаимосвязаны и зависят от многих факторов, но в первую очередь от жесткости материала и изделия из него, т. е. от модуля упругости материала в направлении укладки слоев, а также от толщины и геометрической формы изделия. Изменение формы изделия и ее возврат в первоначальное положение происходят автоматически без вмешательства человека в результате возрастания или уменьшения поля напряжений, действующих в материале конструкции. В углепластике этот эффект достигается не только при нагружении, но и при нагреве - вследствие пропускания электрического тока или при аэродинамическом нагреве.

Несбалансированность структуры в слоистом композиционном материале достигается несколькими способами:

ф+

Рис. 3. Схема несбалансированной структуры материала

0

путем укладки всех слов или их части под углами ф несимметрично относительно выбранных осей анизотропии, причем 0<ф<90 град, при этом

Ф1 ф, фп '

- путем укладки слоев под одинаковыми углами ф (симметрично или несимметрично относительно выбранных осей анизотропии), но находящихся на различных расстояниях от плоскости, проходящей через середину (по толщине) материала (рис. 4), при этом

Е°Ф1 К+•••+°Ф2К+•••+сФпК * 0, пРи V;

"ФГ"1 ..... ф2 2

путем использования в конструкционном композиционном материале разномо-дульных слоев, выполненных из однородных (например, углепластики с волокнами различного модуля упругости) или разнородных слоев (углепластики и стеклопластики), при этом Е *Е .

Рис. 4. Схема распределения деформаций в слоях углепластика

Самоадаптирующиеся материалы уже сегодня находят применение в ряде ответственных конструкций. Впервые в мире на практике реализована возможность достижения высоких весовых и аэродинамических характеристик конструкции при использовании самоадаптирующегося углепластика КМУ-7у (АКМ-1у) в крыле обратной стреловидности истребителя Су-47 «Беркут» АО «ОКБ Сухого». Отличительной особенностью самоадаптирующегося углепластика АКМ-1у является особый тип структурной анизотропии, создаваемой нетрадиционной укладкой монослоев. Благодаря этому под воздействием аэродинамического нагружения происходит целенаправленное изменение геометрии конструкции, способствующее перераспределению и снижению действующих нагрузок. Адаптация конструкции обеспечивает стабильность углов атаки и, как следствие, высокие аэродинамические характеристики при полетах с большими углами атаки и высокую маневренность самолета [7].

Сейчас ведется проектирование нового самолета сельскохозяйственного назначения с применением самоадаптирующегося углепластика АКМ-1у.

Следующей задачей в этой области является применение адаптирующихся углепластиков в конструкции крыла тяжелых пассажирских и транспортных самолетов, что может обеспечить снижение их массы и повысить безопасность эксплуатации за счет са-моразгружения крыла под воздействием внешних нагрузок [8]. Использование КМ с

г=п

соответствующей структурой позволяет при достижении предельных перегрузок создавать такие условия для деформирования консоли крыла, при которых крыло адаптируется к более тяжелым условиям нагружения путем перераспределения нагрузки между концевыми частями крыла и корневой зоной. В случае, когда концевая часть крыла, уровень нагруженности которой достаточно невелик, выполняется из композиционных материалов, используются лишь анизотропные свойства КМ в балке, приводящие к взаимосвязи изгиба и кручения, и в конечном счете к уменьшению нагрузок на всем крыле и экономии материала крыла по всему размаху (рис. 5).

а)

Рис. 5. Влияние самоадаптирующегося материала на распределение нагрузки и изгибающий момент по размаху крыла:

а - расположение обшивки из самоадаптирующегося материала на крыле: Ь - длина консоли крыла; I - длина концевой части крыла, выполненной из адаптирующегося композиционного материала

Для экспериментальной проверки эффекта адаптации под нагрузкой был спроектирован и изготовлен конструктивно подобный образец (рис. 6) кессона концевой части крыла размером: длина 1500 мм, ширина 200 мм, высота 40 мм, схема которого приведена на рис. 7. Силовой набор, состоящий из двух лонжеронов и нервюр, выполнен из алюминиевого сплава Д16, а верхняя и нижняя панели - из углепластика на основе углеродных перекрестно уложенных слоев, однонаправленных лент УОЛ-300-1А и углеродных тканей УТ-900-2,5. Укладка слоев обшивки по отношению к продольной оси кессона: 1 слой УТ-900-2,5 в направлении 0 и 90 град, 3 слоя У0Л-300-1А в направлении 15 град, 1 слой УТ-900-2,5 в направлении ±45 град, 3 слоя У0Л-300-1А в направлении 15 град, 1 слой УТ-900-2,5 в направлении 0 и 90 град, 3 слоя У0Л-300-1А в направлении 15 град, 1 слой УТ-900-2,5 в направлении ±45 град, 3 слоя У0Л-300-1А в направлении 15 град, 1 слой УТ-900-2,5 в направлении 0 и 90 град. Всего 17 слоев, толщина панели 3,38 мм.

Рис. 6 . Конструктивно подобный образец кессона концевой части крыла

Нервюра из сплава Д-16

Место А

Обшивка из КМ

Лонжерон из сплава Д-16

{/

\\ \ ч ч - | ^ ^

материал ориентация слоев

УТ-900

УОЛ-300

УТ-900

У0Л-300

УТ-900

Рис. 7. Схема укладки конструктивно подобного образца кессона концевой части крыла

Механические характеристики слоев на основе углеродной ленты У0Л-300-1А и ткани УТ-900-2,5 приведены в табл. 3.

Таблица 3

Механические характеристики слоев углепластика

Характеристики Значения свойств материала

УТ-900-2,5 У0Л-300-1А

Модуль упругости Е, МПа, при ориентации, град: 0 67500 145000

90 64000 9200

Модуль сдвига С(0/90), МПа 8000 5200

Коэффициент Пуассона ц 0,07 0,34

Прочность при растяжении ств, МПа, при ориентации, град: 0 640 1650

90 640 340

Прочность при сжатии свсж, МПа, при ориентации, град: 0 640 1350

90 640 230

Прочность при межслоевом сдвиге тв, МПа 53 80

Испытания кессона проводились при его консольном нагружении сосредоточенной силой, приложенной по оси кессона, длина рабочей части которого составляла 1200 мм. При приложении нагрузки, равной 2000 Н, прогиб при изгибе в средней части кессона составил 28 мм, а угол закрутки в сторону переднего лонжерона составил -1,8 град. При снятии нагрузки форма кессона восстанавливалась до исходной. Кессон подвергался испытаниям 3 раза, каждый раз разброс измеряемых значений деформаций не превышал 2,5%.

По результатам экспериментальных данных проведен сравнительный анализ обычного крыла и крыла предлагаемой конструкции. Рассмотрен случай нагружения крыла при маневренных нагрузках согласно требованиям АП-25 и выбран наиболее тяжелый случай нагружения с максимальным силовым напором 138 МПа при эксплуатационной перегрузке ny=2,5g (где g - ускорение свободного падения) при высоте полета 10000 м и скорости Ма=0,88 для самолета с полетной массой 585 т. Снижение массы при длине концевой части, составляющей 0,3Ь (от общего размаха крыла 90 м), обеспечило в 1,5 раза изменение угла атаки в сечениях крыла, параллельных воздушному потоку, и снижение подъемной силы и, как следствие, снижение на 4% изгибающего момента в корневой части крыла. В результате масса крыла снижается на 3500 кг по сравнению с массой аналогичного крыла из алюминиевых сплавов.

Эффект адаптации может проявляться и в конструкции лопаток осевого компрессора ГТД, выполненных из слоистого композиционного материала, состоящего из чередующихся слоев или пачек слоев, ориентированных под углами относительно продольной оси лопатки. Композиционный материал такой лопатки имеет несбалансированную структуру относительно выбранных осей анизотропии, обладает возможностью адаптироваться при нагружении центробежными силами от воздушного потока и обеспечивает авторегулирование и согласование режима работы ступеней компрессора.

В результате лопатки рабочих колес компрессора приобретают повышенную упругую раскрутку под воздействием центробежных сил, при максимальной частоте вращения ротора профили лопаток принимают крайнее «раскрытое» положение. При понижении частоты вращения ротора профиль пера лопатки будет автоматически «прикрываться», благодаря чему ослабляется тенденция к возрастанию угла атаки, т. е. происходит авторегулирование работы ступени. Раскрутка или закрутка пера профиля лопатки изменяются в широких пределах в диапазоне, определяемом характеристиками применяемых материалов: модулями упругости при растяжении и сдвиге, коэффициентами взаимного влияния 1-го и 2-го рода и коэффициентами Ченцова. Максимальных значений (>2) коэффициенты взаимного влияния достигают при несимметричной ориентации всех слоев материала относительно выбранной оси анизотропии на угол ф, оптимальные значения которого зависят от вида армирующих волокон и типа матрицы. Это означает, что дополнительные, «побочные» сдвиговые деформации будут в 2 и более раз превышать деформации в направлении действия нормальных напряжений.

Лопатка осевого компрессора может быть использована в адаптирующихся конструкциях лопаточных венцов первых ступеней компрессора для обеспечения авторегулирования режима работы его ступеней, устранения опасности формирования смывного течения и нарушения газодинамической устойчивости при рассогласовании режимов работы ступеней компрессора и для оптимизации напряженно-деформированного состояния материала лопатки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Шалин Р.Е. и др. Адаптирующиеся (интеллектуальные) материалы и проблемы их создания. Технология. Сер. Конструкции из КМ. - М: ВИМИ, 1995, с. 43-48.

2. Maaleg M.A.O. Structural health monitoring of Smart structures //Smart Materials and Structures, 2002, v. 11, № 4, p. 581-589.

3. Гуляев И.Н., Железина Г.Ф. Металлоорганопластики для стопперов-индикаторов повреждений обшивок //В сб.: Авиационные материалы и технологии. - М.: ВИАМ, 2002, Вып. 3, с. 37 - 43.

4. Cassidy Victor M. ARALL up and flying in aerospace market //Modern Metals, 1988, v. 4, № 4, p. 54-60.

5. Шалин Р.Е., Машинская Г.П., Железина Г.Ф., Сидорова В.В., Соловьева Н.А., Гуляев И.Н. Композиционный слоистый материал и изделия, выполненные из него: Пат. 2185963 (РФ) //БИ, 2002, № 21.

6. Гуняев Г.М., Каблов Е.Н. Композиционный слоистый материал: Пат. 2188129 (РФ) //БИ, 2002, № 24.

7. Каблов Е.Н., Гуняев Г.М., Бирюк В.И., Голован В.И. Крыло летательного аппарата: Пат. 2191137 (РФ) //БИ, 2002, № 29.

8. Бирюк В.И., Голован В.И., Гуняев Г.М., Крючков Е.И. Применение композиционных материалов в концевой части крыла для снижения веса крыла в целом: Сб. статей «Прочность, колебания, ресурс авиационных конструкций и сооружений»: Труды ЦАГИ. - М.: ЦАГИ, 2002, вып. 2658, с. 44-49.

УДК 678.8

В.М. Алексашин, Г.М. Гуняев, С.И. Ильченко, А.С. Лобач*, О.А. Комарова, Н.Г. Спицына*, Н.В. Антюфеева

ВЛИЯНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОЧАСТИЦ И ИХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ НА СТРУКТУРИРОВАНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ МАТРИЦ КМ

Экспериментально установлено [1], что углеродные наночастицы (УНЧ) оказывают заметное влияние на процессы структурирования полимерной матрицы композиционного материала (КМ). Это влияние проявляется как в повышении тепло- и электропроводимости, так и в увеличении температуры стеклования Тс отвержденной матрицы, что в практическом плане свидетельствует о повышении деформационной теплостойкости КМ, т. е. работоспособности его при повышенных температурах. Есть также перспективы относительно снижения горючести материалов и улучшения технологических свойств полуфабрикатов при их переработке в изделия. Степень этого влияния зависит от структуры наночастиц, которые благодаря высокой поверхностной активности склонны к самопроизвольному образованию агломератов. Разрушение агломератов с целью реализации активности УНЧ как модификаторов наноуровня - важная технологическая задача. Эта задача могла бы быть решена путем применения растворов УНЧ в органических растворителях. Действительно, в некоторых растворителях эти частицы образуют стойкие окрашенные растворы. Вместе с тем введение модификатора в от-верждающуюся композицию из раствора возможно при условии, что растворитель достаточно легко удаляется, не приводя к повышению дефектности формирующейся матрицы ПКМ. В то же время с ним должны быть совместимы и другие компоненты композиции.

* Сотрудники ИПХФ РАН (г. Черноголовка).