Учёные из РТУ МИРЭА совместно с научно-производственным объединением АО «НПО Стеклопластик» разработали лёгкие композиционные материалы на основе различных термопластичных полимеров, наполненных полыми стеклянными микросферами. Эти материалы позволяют создавать детали для авиации, автомобилей, бытовой техники и спецтехники, которые весят значительно меньше самих пластиков, но при этом обладают высокой жесткостью и прочностью. Новое решение открывает путь к снижению веса изделий, транспортных средств, экономии топлива и созданию принципиально новых конструкций, которые раньше были невозможны из-за весовых ограничений.
Современная промышленность, особенно авиационная и автомобильная, постоянно ищет способы облегчить конструкции, ведь каждый сэкономленный килограмм веса — это снижение расхода топлива, увеличение грузоподъёмности и улучшение экологических показателей. Одним из главных претендентов на замену металла давно являются полимерные композиционные материалы. Учёные из РТУ МИРЭА пошли дальше и создали особый класс материалов —легкие термопластичные композиты, усиленные полыми стеклянными микросферами.
Отечественные микросферы - крошечные, невидимые глазом полые шарики из стекла, они играют роль лёгкого и прочного наполнителя. Представьте себе прочную пену, где каждая ячейка - это твёрдая 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 – печать). 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: учёные 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 самолётов 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: лёгкость 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 разработка была выполнена учеными 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. Результаты исследования были опубликованы в научно-техническом журнале «Пластические массы».