Сделано в Ростехе: сотовые заполнители
рубрика: материалы
Человек издавна с восхищением и удивлением наблюдал за трудолюбием, рациональностью и изобретательностью пчел. Шестиугольная форма сот всегда считалась одним из чудес и загадок природы. Многим ученым, художникам, изобретателям хотелось воспроизвести эту форму, использовать ее эстетику и полезные свойства.
Согласно древнегреческим мифам, первым это сделал инженер и художник Дедал, изобретатель крыльев, отец того самого Икара. Ему приписывается отливка золотых сот… Это, конечно же, легенда, но, действительно, можно сказать, что история идеи сотовых заполнителей началась с античных времен. Расскажем о рукотворных сотах и ноу-хау в этой сфере Обнинского научно-производственного предприятия «Технология» им. А.Г. Ромашина, входящего в Госкорпорацию Ростех.
Фото: ОНПП «Технология»
Идея рукотворных сот
Итак, еще древнегреческие математики Евклид и Зенодор обнаружили, что шестиугольная форма наиболее эффективно использует пространство и материал. Знаменитый итальянский ученый Галилео Галилей в середине ХVII века обратил внимание на то, что многие природные формы, к которым можно отнести и соты, устроены так, что прочность достигается со значительной экономией массы. Позже английский ученый Роберт Гук выяснил, что пробка − легкий, природный материал − имеет сотовую структуру. В свою очередь Чарльз Дарвин два века спустя пришел к выводу, что пчелиные соты − абсолютно идеальный образец экономии труда и материала.
Патент Хуго Юнкерса на многослойную сотовую конструкцию в авиастроении
Первые металлические сотовые конструкции появились в конце позапрошлого века. Немецкий инженер и авиаконструктор Хуго Юнкерс первым исследовал идею применения сотового заполнителя в авиастроении. В 1915 году он запатентовал технологию использования сотового заполнителя при строительстве самолетов. В 1920-е и 1930-е годы идея сотовых заполнителей продолжала развиваться, был изобретен метод складывания сот из алюминиевого листа и запатентована сэндвич-панель (конструкция, имеющая трехслойную структуру).
Алюминиевые соты для самолетов
Сотовый заполнитель из алюминиевой фольги помещают между композитными обшивками самолета. Его функция − обеспечить устойчивость и прочие заданные физико-механические характеристики элементов несущей части летательного аппарата, сделанных из полимерных композитов. То есть, можно сказать, алюминиевый сотовый заполнитель укрепляет конструкцию в самых нагруженных местах. Речь идет, прежде всего, о перспективных разработках авиационной и ракетно-космической техники.
Фото: ОНПП «Технология»
Для ОНПП «Технология» разработка и налаживание производства сотовых заполнителей из алюминиевой фольги стало важной задачей импортозамещения. Авиастроение должно было получить отечественный материал, не уступающий зарубежным образцам.
В итоге испытания первых партий алюминиевых сотовых заполнителей производства «Технологии» завершились успешно, изделия прошли паспортизацию. Материал изготавливается на основе отечественной алюминиевой фольги с антикоррозионным покрытием. Выпуск алюминиевых сотовых заполнителей начался в конце позапрошлого года. Их уже успешно применяют в производстве комплектующих, которые ОНПП «Технология» изготавливает для летательных аппаратов нового поколения.
Не только металл, но и композиты
ОНПП «Технология» − один из лидеров по производству полимерных композитов, без преувеличения, материалов будущего. Ежегодно компания выпускает более 10 тонн изделий из композитов для авиастроения и космической сферы, это до трети всего российского рынка.
Одними из видов композиционных материалов, изготавливаемых на предприятии, являются высокопрочные сотовые заполнители из стеклопластика и стеклоткани. Так, сотовый заполнитель из стеклоткани состоит из трех элементов: стеклоткани, клеевой композиции и полимерного связующего. Это радиопрозрачный, легкий и одновременно прочный, термостойкий материал, который может выдержать до 10 тысяч часов эксплуатации при температуре 300 °С. Материал применяется на земле, в воде, в воздухе и в космосе: при создании корпусов космических кораблей, несущих конструкций авиатехники, панелей приборов и звукопоглощающих панелей двигателей, радиопрозрачных укрытий антенных систем. Можно сказать коротко: в воде не тонет, в огне не горит, помех не создает, звук поглощает, приборы защищает.
Фото: ОНПП «Технология»
Расширение сферы применения композитных сотовых заполнителей − само по себе перспективное направление. Можно сказать, они с неба спускаются на землю. К примеру, сотовый заполнитель из стеклопластика, изначально разработанный в Обнинске для авиастроения и космоса, два года назад нашел новое применение в металлургии.
Легкий композитный материал используется в качестве разделителя в составе керамического фильтрующего элемента горно-обогатительного оборудования, применяемого для обезвоживания горных пород. Фильтр сделали по принципу «сэндвич», в котором сотовые заполнители поместили между керамическими секторами, что дало возможность на 36% снизить вес этого элемента (с 44 до 28 кг).
Пригодились металлургам и другие свойства сотового заполнителя из стеклопластика: высокая прочность, низкое водопоглощение, устойчивость к кислотам и щелочам. Эти параметры позволили серьезно увеличить производительность и срок службы оборудования. Применение в металлургии и других «земных» областях промышленности таких высокотехнологичных материалов, проверенных в авиации и космонавтике, позволяет повысить эффективность техники и улучшить результаты на производстве.
