html текст
All interests
  • All interests
  • Design
  • Food
  • Gadgets
  • Humor
  • News
  • Photo
  • Travel
  • Video
Click to see the next recommended page
Like it
Don't like
Add to Favorites

Сделано в СССР: наши прорывы в области композитов

Сегодня композиционные, или композитные материалы — одна из основ промышленности. На слуху постоянно то углепластиковые кокпиты «Формулы-1», то мембраны Gore-Tex, то гипсокартонные стены. И мы задали себе вопрос — а какие прорывы в области композитов сделали в СССР? Ведь у нас были и есть крупные институты, занимающиеся разработкой композитных материалов — это и Уральский НИИ композиционных материалов, и НИАТ «Композит», и ЦНИИ специального машиностроения, и ВНИИ авиационных материалов. Давайте посмотрим!
Тим Скоренко

Сперва небольшой ликбез. Многие путают композитные материалы с полимерами, хотя это кардинально разные понятия. Полимер — это химическое соединение, состоящее из длинных макромолекул, единый материал. Композит же — это совокупность нескольких материалов, причём порой вообще неспособных на химическое взаимодействие.

И вот здесь — важный момент, обратите на него внимание. Композиционные материалы делятся на две большие группы — композиты армированные и наполненные. Наполненный композит имеет матрицу из одного материала, наполненную дискретными частицами другого материала; визуально он очень похож на единое химическое соединение, из которого трудно выделить составляющие. Например, наполненным композитом является бетон (цемент, песок, щебень, вода). Нередко к наполненным композитам относят сложные сплавы, скажем, победит (вольфрам, кобальт, незначительное количество углерода).

Когда же мы в повседневной речи говорим слово «композит», мы подразумеваем в первую очередь армированные композиционные материалы (в англоязычной литературе употребляется определение advanced cоmposites). Это матричные материалы, армированные высокопрочными волокнами других материалов. Скажем, железобетон — это именно такой композитный материал, он состоит из бетона, армированного металлическим каркасом. Металл в свою очередь тоже можно армировать, например, волокнами бора — это будет металлический композит. И клееная фанера — это армированный композитный материал, поскольку слои шпона в ней склеиваются таким образом, что волокна каждого нового слоя перпендикулярны волокнам предыдущего (собственно, вся история армированных композитов началась с комбинаций природных волокон).

Углепластик — один из самых широко используемых современных композитов. Он представляет собой нити углеродного волокна в матрице из полимерных смол. Нередко углепластики прочнее стали и при этом значительно легче.

Полимеры не просто могут быть, но чаще всего являются одним из составляющих композиционного материала. Классический полимерный композит — это углепластик, который состоит из полимера, пронизанного углеродными волокнами. В общем, если перед вами материал, сочетающий несочетаемое и благодаря этому имеющий улучшенные относительно базовых компонентов свойства, то да, это композит.

А теперь — советские композиты!

Дельта-древесина

Один из самых известных композитов, появившихся на свет в Советском Союзе, — это дельта-древесина, она же древесный слоистый пластик, она же балинит, она же лигнофоль, она же ДСП-10. Сегодня она потеряла своё стратегическое значение и используется в основном для производства нагруженных деревянных элементов — например, мебельных узлов. Но ещё полвека назад дельта-древесина была одним из важнейших композитов аэрокосмической отрасли — из неё изготовляли силовые конструкции самолётов и планеров, вертолётные винты (например, лопасти Ми-10 сделаны из дельта-древесины) и так далее.

Её историю можно отсчитывать от 28 июня 1932 года — в этот день указом наркома тяжёлой промышленности СССР Григория Орджоникидзе был образован Всесоюзный научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ). Со временем он стал одной из ведущих исследовательских площадок, занимавшихся разработкой композитных материалов, а также сплавов и полимеров. До 1940 года ВНИИ занимался вопросами металлических сплавов, в частности — разработкой авиационной брони.

Тем временем, в советском авиастроении намечался кризис. Большая часть самолётов имела или цельнодеревянную, или деревометаллическую конструкцию, которая не выдерживала растущих скоростей и мощностей. Конечно, уже строились цельнометаллические самолёты, в ходу был дюралюминий — но он был исключительно дорог, как и другие сплавы алюминия, и массовое производство самолётов с дюралюминиевым каркасом наладить было проблематично. Более того, заводы не имели ни опыта, ни мощностей для производства металлических профилей и вообще цельнометаллических самолётов. В общем, нужен был лёгкий, прочный и простой в обработке материал.

ЛаГГ-3 (а точнее, его опытный образец И-301) конструкции Владимира Горбунова совершил свой первый полёт 28 марта 1940 года. Это был один из первых самолётов, в конструкции которого широко применялась дельта-древесина.

Решение нашёл главный инженер Кунцевского завода авиационных винтов и лыж Леонтий Иович Рыжков. В ходе опытов с винтами он разработал так называемую бакелитовую фанеру, позже получившую название «дельта-древесина». Делается она так: сперва берёзовый шпон плотно пропитывается спиртовым раствором фенолформальдегидной смолы, затем прессуется, а затем его слои склеиваются. Получившийся материал становится очень прочным, относительно лёгким и, что важно, негорючим!

Поскольку Кунцевский завод не имел мощностей для дальнейшей разработки, образцы и документы Рыжкова передали на ВИАМ, специализировавшийся на авиационных материалах. К 1940 году дельта-древесина была доведена до окончательного состояния группой инженеров под руководством Якова Аврасина. В институте в том числе разработали ВИАМ-3Б, специальный клей для бакелитовой фанеры.


topwar.ru
В 2016 году со дна реки Усманка был поднял истребитель ЛаГГ-3 лётчика Николая Лысенко. На снимке — изготовленные из дельта-древесины элементы конструкции. Они пролежали на дне три четверти века (Лысенко был сбит в 1942-м) и по-прежнему сохраняют форму, не прогнили.

Дельта-древесину тут же взяли на вооружение советские авиаконструкторы, в частности, Владимир Горбунов (разработчик истребителя ЛаГГ-3) и Семён Лавочкин. Из дельта-древесины изготавливали шпангоуты, лонжероны, нервюры, элементы фюзеляжа и так далее. Она была значительно крепче любого дерева, хотя и уступала дюралюминию. По сути, это был переходный вариант. Лавочкин, к слову, презентовал новый композит лично Сталину, который сперва попытался поджечь демонстрационный лонжерон от трубки, а затем — порезать перочинным ножом. Когда у него это не получилось, он отдал распоряжение наградить изобретателя орденом, который Рыжков несколькими неделями позже и получил.

Дельта-древесина сыграла значительную роль в отечественном авиастроении. Из неё делали даже воздушные рули первой ступени ракеты Р-7! Сегодня, как уже говорилось, этот композит потерял своё стратегическое значение, но используется в случаях, когда некий элемент должен быть деревянным и при этом — нагруженным, чаще всего — в мебельной промышленности, также — для рукоятей топоров и ножей, и так далее.


www.nozhikov.ru
Одно из характерных современных применений дельта-древесины — это рукояти ножей и другого работающего в напряжённых условиях оборудования. На снимке — кулинарная тяпка производства компании «Металлист».

Дельта-древесина гораздо прочнее и дерева, и фанеры, в ней нет и не может быть пустот и воздушных карманов, она легко поддаётся обработке и не разрушается со временем.

Силикальцит

Ещё одна интересная история связана с появлением силикальцита — удивительно простого и функционального композита, изготовляющегося из 90% песка и 10% извести. По сути силикальцит — это искусственный камень, подобный застывшему бетону. Но у него есть целый ряд выгодных отличий от бетона. В частности, его относительно нетрудно изготовлять: для этого измельчённый песок спекают в автоклаве с частицами воздушной извести. Известь и песок значительно дешевле цемента, и при равных размерах блока из бетона и силикальцита, последний будет стоить намного меньше. Изобретатель силикальцита Йоханнес Хинт приводил целый список преимуществ своего композита: помимо низкой стоимости производства, он прочнее бетона и даже укрепляется, а не разрушается со временем, поскольку известь под действием воздуха постепенно становится известняком. Он легче — 1900 кг/м3 против 2200 кг/м3 у бетона, не изменяется в объёме при затвердевании и не требователен к сырью — производить его можно из самых разных типов песка.

Статья о силикальците и других современных строительных материалах в «Технике молодёжи» за 1957 год.

И вот тут возникает вопрос — где же этот легендарный силикальцит, почему из него не строится всё вокруг? Ну, во‑первых, конечно, многое из него строилось. Например, канал Москва — Волга облицован силикальцитными плитами. Сейчас его производство функционирует в Германии, Японии, США, Италии и так далее, например, крупным производителем является итальянская компания Sviluppo silicalcite. Редкость силикальцита в наших широтах обусловлена двумя факторами. Во‑первых, у него есть недостатки: при производстве силикальцита образуется мелкодисперсная пыль, которая делает процесс достаточно вредным. Помимо того, применение автоклавов требует высокой квалификации сотрудников, и вообще технологический процесс пусть и одноступенчатый, но всё-таки довольно сложный. Второй же фактор — политический. В начале 1980-х изобретатель силикальцита попал в опалу, а все дальнейшие разработки по его изобретению были прекращены.

Один из многих силикальцитных проектов периода расцвета, «Соцгородок» Кандалакши (Карелия), был построен из инновационного материала в 1960-х.

Вкратце же история такова. Йоханнес Александрович Хинт, уроженец Лифляндской губернии (ныне — Эстония), окончил в 1941 году Таллиннский политехнический институт, руководил эвакуацией ряда эстонских производств в РСФСР, попал в концлагерь, бежал, снова был арестован, а после войны вернулся в СССР и работал инженером-технологом. На досуге, по собственной инициативе, Хинт экспериментировал с измельчением кирпичей в дезинтеграторе. При раскручивании дезинтегратора сверх разрешённых частот (он делал это на свой страх и риск) в измельчённом материале происходили механохимические изменения, приводившие к упрочнению сырья, а при добавлении извести на выходе получился материал, который Хинт назвал силикальцитом.

Своё открытие Хинт впервые описал в 1948 году. Впоследствии технология заинтересовала руководство страны, появились производства силикальцита, он попал в реестры строительных материалов и ГОСТы, а в 1961 году был образован целый Технологический институт силикальцита, директором которого стал Хинт! Годом позже за изобретение силикальцита Йоханнес Хинт удостоился Ленинской премии.


Александра Горячко, alexandra-goryashko.dreamwidth.org
Как и многое сегодня, «Соцгородок» находится в запустении, но силикальцитные стены по‑прежнему крепки.

Технология силикальцита была продана во многие государства — сперва в Италию и Японию, позже в Германию, Австрию, США. С Австрией вообще были тесные отношения: в 1974 году Хинт добился организации первого в СССР хозрасчётного (читай — частного) совместного с австрийцами предприятия AS Desintegraator, тремя годами позже — ещё одной компании, Dessim. К сожалению, попытки наладить частный бизнес в СССР простить не могли. Хотя Хинт не нарушал законодательства и обходил все запреты благодаря международному сотрудничеству, в 1981 году против него сфабриковали уголовное дело, лишили Ленинской премии и посадили. Все работы по силикальциту были прекращены, а Хинт умер в заключении. Позже его реабилитировали и доброе имя восстановили, но технология силикальцита в стране так и не возродилась.

Тем не менее, силикальцит продолжил своё шествие по планете. Сегодня он применяется если не повсеместно, то достаточно широко благодаря значительно большей, чем у бетона, прочности и меньшей массе. Заменить бетон у Хинта не получилось — но он изобрёл новый функциональный композит, применяющийся в ряде отраслей и двигающий строительную науку вперёд.

Аэрокосмическая отрасль

Конечно, изобретение нового композита — это значимое достижение. Новые композиционные материалы появляются ежедневно — это и ранее не существовавшие сочетания, и разновидности уже известных систем, например, углепластиков.

Тем не менее, есть в производстве композитов и ещё один аспект, о котором сторонний наблюдатель порой не задумывается. Важно разработать не только материал, но и правильную технику его применения. Особенно это касается случаев, когда композиты работают в «сообществе» с другими технологиями и материалами. Простой пример: есть композитный материал, который позволяет увеличить прочность конструкции и улучшить её механические свойства, а заодно облегчить систему. И есть технология сетчатых конструкций, ведущая свою родословную ещё от великого Шухова: она тоже позволяет облегчить и упрочнить систему. Можно ли сделать сетчатую структуру из композита? Из какого? Какое влияние это окажет на свойства системы? Как видите, вопросов много, хотя по отдельности мы можем описать и шуховскую технологию, и заданный композитный материал.

Башня в Полибино — это первая в мире гиперболоидная конструкция. Именно она была установлена на территории Всероссийской промышленной и художественной выставки в Нижнем Новгороде 1896 года.

Именно такими исследованиями (и не только ими, конечно) занимаются специалисты Центрального научно-исследовательского института специального машиностроения (ЦНИИСМ), и в частности — автор ряда основополагающих трудов в теории оболочек Валерий Витальевич Васильев.

В 1980-е годы экономика Советского Союза постепенно шла на спад, но, тем не менее, ряд отраслей по‑прежнему хорошо финансировался и был на подъёме. В первую очередь это касалось аэрокосмической отрасли, одного из фундаментов международного авторитета страны, а также «оборонки». В 1983 году началась разработка новых стратегических ракетных комплексов, приведшая в итоге к появлению РК РТ-23 УТТХ «Молодец» и ныне стоящих на вооружении РТ-2ПМ2 «Тополь-М». Серьёзно стояли вопросы максимального облегчения ракет при сохранении прочностной структуры и жёсткости.

И специалисты ЦНИИСМ предложили необычное решение — использовать не просто композитные материалы (это было на поверхности), а совместить их с сетчатой структурой, предложенной ещё Шуховым и используемой в промышленном строительстве. Со стройплощадки — в ракету? Да, звучало странно. Но идея, у истоков которой стоял Валерий Васильев, нашла поддержку, и работа закипела.

Основные этапы процесса изготовления сетчатой композитной конструкции: намотка ребер, намотка обшивки, удаление матриц

В итоге к концу 1980-х была готова технология: система рёбер из современных композитных материалов (в частности, однонаправленного углепластика) автоматически наматывалась на станках с программным управлением, образуя сетчатый цилиндр. Такая система жёсткости позволяла получить характеристики, несравнимо лучшие, чем если бы применяли многослойные композиты или сплавы, не говоря уже о лёгкости всей конструкции.

В принципе, сетчатые конструкции в авиастроение применяли и раньше — в частности, знаменитый британский бомбардировщик Vickers Wellington, выпущенный с 1936 по 1945 года в количестве более 11 000 машин, имел перекрёстные спиральные тонкостенные рёбра и обладал благодаря этому высокой живучестью — местные повреждения не влияли на прочность всего самолёта. Были и другие попытки применения такой технологии — но во-первых, они оставались единичными, а во-вторых, не комбинировались с композитными материалами.

Важно то, что композитные сетчатые структуры нашли себя и в мирной жизни. Они используются, в частности, в конструкции современной ракеты-носителя «Протон-М», поднимающей на орбиту многочисленные российские и иностранные спутники. Особенно эффективны они в конструкции переходных отсеков (адаптеров), соединяющих носитель с космическим аппаратом — при сравнении оказывается, что они на 60% легче металлических аналогов и на 25% — трёхслойных конструкций с сотовым заполнителем, применяемых в американских носителях. Валерий Васильев, ныне — академик РАН — по‑прежнему занимается вопросом сетчатых конструкций из композитных материалов, ведёт научно-исследовательскую работу и выступает перед сообществами учёных.

Нижний сетчатый отсек второй ступени РН Протон-М.

Конечно, эти три пункта — всего лишь капля в море советских и российских разработок в области композиционных материалов. Работа идёт и сегодня. Мы не знаем, куда шагнут технологии через десять, пятьдесят или сто лет — но уверены, что за композитами — будущее.

Читать дальше
Twitter
Одноклассники
Мой Мир

материал с popmech.ru

7

      Add

      You can create thematic collections and keep, for instance, all recipes in one place so you will never lose them.

      No images found
      Previous Next 0 / 0
      500
      • Advertisement
      • Animals
      • Architecture
      • Art
      • Auto
      • Aviation
      • Books
      • Cartoons
      • Celebrities
      • Children
      • Culture
      • Design
      • Economics
      • Education
      • Entertainment
      • Fashion
      • Fitness
      • Food
      • Gadgets
      • Games
      • Health
      • History
      • Hobby
      • Humor
      • Interior
      • Moto
      • Movies
      • Music
      • Nature
      • News
      • Photo
      • Pictures
      • Politics
      • Psychology
      • Science
      • Society
      • Sport
      • Technology
      • Travel
      • Video
      • Weapons
      • Web
      • Work
        Submit
        Valid formats are JPG, PNG, GIF.
        Not more than 5 Мb, please.
        30
        surfingbird.ru/site/
        RSS format guidelines
        500
        • Advertisement
        • Animals
        • Architecture
        • Art
        • Auto
        • Aviation
        • Books
        • Cartoons
        • Celebrities
        • Children
        • Culture
        • Design
        • Economics
        • Education
        • Entertainment
        • Fashion
        • Fitness
        • Food
        • Gadgets
        • Games
        • Health
        • History
        • Hobby
        • Humor
        • Interior
        • Moto
        • Movies
        • Music
        • Nature
        • News
        • Photo
        • Pictures
        • Politics
        • Psychology
        • Science
        • Society
        • Sport
        • Technology
        • Travel
        • Video
        • Weapons
        • Web
        • Work

          Submit

          Thank you! Wait for moderation.

          Тебе это не нравится?

          You can block the domain, tag, user or channel, and we'll stop recommend it to you. You can always unblock them in your settings.

          • popmech.ru
          • изобретения
          • домен popmech.ru

          Get a link

          Спасибо, твоя жалоба принята.

          Log on to Surfingbird

          Recover
          Sign up

          or

          Welcome to Surfingbird.com!

          You'll find thousands of interesting pages, photos, and videos inside.
          Join!

          • Personal
            recommendations

          • Stash
            interesting and useful stuff

          • Anywhere,
            anytime

          Do we already know you? Login or restore the password.

          Close

          Add to collection

             

            Facebook

            Ваш профиль на рассмотрении, обновите страницу через несколько секунд

            Facebook

            К сожалению, вы не попадаете под условия акции