И спортсменам, и космонавтам: зачем запекают ткани

В 2011 году в МГТУ имени Н. Э. Баумана был создан Межотраслевой инжиниринговый центр «Композиты России». Чем занимаются его сотрудники, как из ткани делают части летательных аппаратов, трубы для нефтедобычи и спортивное оборудование – читайте в репортаже из лабораторий Центра.

Практически все, что нас окружает, изготовлено из многокомпонентных – композиционных – материалов. Как правило, они состоят из пластичной матрицы, например из полимера или металла, и наполнителя, обеспечивающего необходимые механические свойства. Подбирая качественный и количественный состав, а также вводя различные модификации, можно создать материал для самых разных сфер применения.

Основное направление разработок Межотраслевого инжинирингового центра «Композиты России» – материалы и изделия на основе угле- и стекловолокна. Все началось с совместных проектов с крупными научно-исследовательскими институтами и индустриальными партнерами, а сейчас все больше проявляет заинтересованность мелкий бизнес. Заказы на разработку поступают от фирм, специализирующихся на производстве спортивного и медицинского оборудования, нефтегазовой и оборонной промышленности и многого другого. Создание изделий для столь разных отраслей очень схоже.

«Наша технология предельно проста. Ткань из волокна помещается в форму, пропитывается связующей жидкостью, а затем запекается в печи. И так получаются хоккейные клюшки, каски или даже части космических спутников. Изделия легкие, но вместе с тем очень прочные», – рассказывает Владимир Нелюб, директор Межотраслевого инжинирингового центра «Композиты России» МГТУ имени Н. Э. Баумана.

В лаборатории представлена выставка изделий, которые разработаны в Центре «Композиты России». В глаза сразу бросается большой (порядка 5 метров в длину) хвост вертолета. Несмотря на свои габариты, он настолько легкий, что его может унести даже хрупкая девушка. Возможности создаваемых материалов не ограничиваются полетом в нижних слоях атмосферы. Коллектив разрабатывает оборудование и для космоса, например спутниковый рефлектор. По сути, это каркас большого зеркала, собирающего и фокусирующего сигнал.

Еще одно направление работ – спортивное оборудование. Так, Центр участвовал в проекте по созданию хоккейных клюшек. Несмотря на кажущуюся простоту изделия, важно учесть геометрию, нагрузку на разные части – для всего этого необходимо тщательно подбирать состав материала. В итоге проект вышел в большой спорт, и сами клюшки можно приобрести в спортивных магазинах. Еще на выставке были велосипедные колеса, весла, лодки и защитная экипировка. Последняя плавно переходит и в военную: созданные из волокнистой ткани каски способны выдерживать сильные удары и попадание пуль.

Ряд проектов связан с арктическими разработками, в частности с нефтегазовой промышленностью. Оборудование для этого региона должно выдерживать, с одной стороны, экстремально низкие температуры, а с другой – воздействие химически агрессивных компонентов нефти и газа. Трубы с такими характеристиками удалось изготовить из композиционных материалов. Они прочнее обычных металлических и могут служить до ста лет. Однако ни одно оборудование не застраховано от повреждений. В условиях Арктики его замена особенно трудна и чревата крупными денежными потерями. «Композиты России» работают над технологией самовосстанавливающихся труб. Поскольку при их изготовлении используется жидкое связующее, под воздействием высокой температуры возможно вернуть его в изначальное состояние. Жидкость заполнит трещины, потом застынет и труба вновь станет целой. В качестве источника тепла решили использовать разработанные в лаборатории кабели с композитными сердечниками. Кроме обогрева коммуникаций, их можно применять и при отоплении жилищ полярников. Процесс восстановления трубопровода пока что слишком долгий – порядка двух суток, однако возможно сократить его до пары часов.

Материалы и изделия также находят применение и в жизни простых людей. Например, в лаборатории была придумана композиционная сетка, которую используют при укладке асфальтового покрытия, а также в строительстве. Ее производство уже налажено и готовится к расширению. Создаются и газовые баллоны, активно применяемые в космосе, в МЧС, а еще и для хранения бытового газа (они часто встречаются на дачах). С ними взрыв не так страшен – материал стенок разрушается локально и безопасно без образования разлетающихся осколков.

Попробовать себя в качестве инженера можно на различных мероприятиях от технопарка «Инжинириум МГТУ имени Н. Э. Баумана», оператором которого является МИЦ «Композиты России». На площадке технопарка проводятся занятия для школьников. Кроме того, образовательная сеть «Инжинириум МГТУ имени Н. Э. Баумана» – это не только технопарк, но и более 150 точек в Москве и Санкт-Петербурге.

«Мы уделяем очень большое внимание вопросу образования и подготовки кадров. Лучшие инженеры – это те, кто начал заниматься любимым делом еще со школьной скамьи. На базе “Инжинириум” у нас запущено более 20 различных инженерных курсов, в том числе и по композитам. Кроме того, нашими специалистами был разработан уникальный учебно-демонстрационный стенд, позволяющий формовать композиты сложной формы. Стенд также обладает рядом преимуществ, благодаря которым он идеально подходит для ЦМИТов, технопарков, школ, кружкового движения и небольших производств, – отметил Владимир Нелюб. – На базе МИЦ существует направление магистратуры "Индустрия композитов и цифровое материаловедение", а также курсы повышения квалификации для работающих специалистов».

По статистике Минпромторга РФ, наша страна догоняет и в некоторых областях опережает конкурентов в части разработки и внедрения композиционных материалов. Ежегодный рост отрасли в мире составляет примерно 10%, а в России – 20%. Очень важно не терять и даже наращивать этот темп. «Композиты России» создали Московский композитный кластер, в состав которого входит более 120 предприятий отрасли композиционных материалов. Такая кооперация позволяет получать еще более высокие результаты работы.

Материал подготовлен при поддержке Фонда президентских грантов