Углеродные нанотрубки – это крошечные трубочки из углерода, которые в тысячу раз жестче обычной эпоксидной смолы и в сотни раз прочнее углеродного волокна. Они действуют как армирующий каркас: когда в материале возникает трещина, она либо огибает нанотрубку, либо останавливается на ней. Это препятствует разрушению детали и значительно увеличивает ресурс конструкции.
По словам автора проекта Сергея Ковтунова, нанотрубки добавляют в композит в минимальной концентрации – всего 0,05% от массы материала. Это не увеличивает вес изделия и почти не повышает производственные затраты, при этом существенно улучшает эксплуатационные характеристики. Нанотрубки препятствуют распространению трещин: при образовании дефекта трещина либо огибает нанотрубку, либо полностью останавливается, что значительно повышает ресурс конструкции.
Ключевой задачей проекта было равномерное распределение нанотрубок в связующем материале, учитывая их склонность к образованию комков. В качестве связующего использовали эпоксидные смолы, армированные углеродными волокнами. Нанотрубки в тысячу раз жестче эпоксидной смолы и в сотню раз прочнее углеродного волокна. Для равномерного распределения специалисты МАИ применили двухэтапный процесс: ультразвуковая обработка создает микроскопические вихри, разрушающие комки, а последующее смешивание с миксером обеспечивает однородность состава.
Испытания показали, что при правильной технологии добавления усталостная прочность образцов увеличивается на 45%, а их сопротивление повторяющимся нагрузкам – втрое. Сейчас исследуется возможность применения нанотрубок для ремонта авиационных конструкций, в частности для усиления клеевых соединений ремонтных заплаток.
Разработчики отмечают, что технология перспективна и для других отраслей, где важны повышенные эксплуатационные характеристики материалов, включая автомобилестроение, машиностроение и судостроение.
