Українські композитні полімери підвищать надійність ракет і літаків

Вчені з України представили інноваційні полімерні композитні матеріали, які можуть суттєво покращити характеристики сучасних літаків, ракет і космічних апаратів.

Ці розробки спрямовані на підвищення надійності та довговічності ключових компонентів техніки, що працює в умовах високих швидкостей, температур і навантажень. Дослідження зосередилося на створенні матеріалів, здатних замінити традиційні метали, зберігши при цьому легкість і стійкість до зношування.

Нові матеріали базуються на фторполімерах і ароматичних поліамідах, доповнених дисперсними наповнювачами з діоксиду кремнію та вуглецю. Таке поєднання дозволило досягти разючих показників. Наприклад, міцність цих композитів сягає 285 мегапаскалів, що перевищує характеристики більшості кольорових металів і наближається до низьковуглецевих сталей. При цьому їхня щільність залишається низькою — до 1400 кілограмів на кубічний метр, що в кілька разів легше за металеві аналоги. Це дає змогу зменшити вагу літальних апаратів, підвищивши їхню вантажність і ефективність.

Термостійкість нових матеріалів також вражає: вони не піддаються термічному розкладанню при температурах до +365 градусів Цельсія. Це дозволяє використовувати їх у вузлах, які зазнають значного нагрівання. Навіть під навантаженням компоненти з цих композитів зберігають стабільність до +300 градусів Цельсія, що перевищує можливості більшості відомих полімерів. Окрім того, низький коефіцієнт теплового розширення — лише 300×10⁻⁷ на градус Цельсія у випадку ароматичних поліамідів — зменшує ризик деформацій у трибологічних вузлах, де важлива точність розмірів.

Ще однією перевагою є здатність матеріалів працювати у вузлах тертя без змащення при навантаженнях до 2,5 мегапаскалів. Це спрощує конструкцію техніки, усуваючи потребу в масляних системах, і знижує витрати на виробництво та експлуатацію. Тести показали, що композити на основі фторполімерів демонструють кращі антифрикційні властивості та зносостійкість порівняно з аналогами на основі ароматичних поліамідів. При цьому обидва типи матеріалів зберігають стабільність у нормальному режимі роботи до певних меж навантаження, після яких спостерігається різке зростання зносу.

Розробка цих композитів стала відповіддю на потреби авіаційної та космічної промисловості, де надійність техніки має критичне значення через постійну взаємодію з людиною та високі витрати на створення й обслуговування. Сьогодні провідні компанії, такі як Airbus і Boeing, уже використовують полімери для понад половини деталей літаків, а світовий ринок таких матеріалів, за прогнозами, зросте з 70,7 мільярда доларів у 2021 році до 94 мільярдів до 2026 року. Нові композити можуть прискорити цю тенденцію, пропонуючи економічно вигідну альтернативу дорогим традиційним рішенням, таким як склопластик чи вуглепластик, які мають складніші технології виробництва.

Для створення матеріалів вчені застосували комбінований підхід: обрали міцні та жаростійкі полімерні основи, додали наповнювачі з високою сумісністю та розробили нову технологію обробки, що економить ресурси. Наповнювачі з вуглецю та діоксиду кремнію були обрані через їхню доступність і здатність взаємодіяти з основою, підвищуючи загальні властивості. Вміст наповнювачів варіювався від 5 до 40% за масою, що дозволило оптимізувати характеристики.

Ці матеріали вже рекомендують для використання як конструкційні елементи в авіації та космосі. Їхня легкість і міцність можуть зменшити масу техніки без втрати надійності, а стійкість до високих температур і тертя відкриває можливості для застосування в екстремальних умовах. Розробка також відповідає пріоритетам Європейської комісії щодо ключових технологій, де створення нових матеріалів визначено як стратегічний напрям.

Дослідження провели Олег Кабат, Наталія Банник і Олександр Вороний з Українського державного університету науки і технологій у Дніпрі. Їхня робота, опублікована у 2025 році, стала важливим внеском у розвиток високотехнологічних галузей, пропонуючи рішення, які поєднують ефективність, доступність і передові характеристики.