Разработана технология получения безопасных и эффективных композитов для самолетов
Российские ученые разработали технологию получения бензоксазиновых мономеров, которые играют важную роль в самолетостроении. Особенностью метода стал аминофосфазеновый катализатор, который ускоряет время реакции и в разы снижает горючесть материала без потери прочности. Технологию будут использовать для создания деталей салона российских самолетов. Исследование опубликовано в журнале Polymers.
Полимерные композитные материалы сегодня становятся все более и более распространенными. Причина этого заключается в их эффективности. Например, они сделали детали конструкции и салона самолетов значительно легче и прочнее. Кроме того, полимерные композиты плохо горят и быстро тухнут при пожаре. Эти преимущества привели к тому, что новые модели самолетов строятся с использованием подобных материалов. Среди них — лайнер МС-21 российской корпорации «Иркут». До 2019 года в нем использовались композиты из США и Японии, но из-за санкций поставки стали невозможны. Поэтому российские ученые из РХТУ имени Д.И. Менделеева начали искать отечественную альтернативу.
Химики разработали технологию изготовления бензоксазинов. Это важнейшие элементы композитных материалов, которые планируется использовать для внутренней отделки салона самолета. Бензоксазины заметно понижают горючесть материалов и безопасны для человека. Сырьем для их производства служат производимые в России амин, фенол и формальдегид, а синтез прохожит по реакции Майниха в специальном стометровом реакторе. В результате получается тягучая смесь мономеров, которую необходимо дополнительно отвердить (полимеризовать), чтобы она стала полимерным композитом.
«Сами бензоксазины могут полимеризоваться без катализатора, но для этого нужна высокая температура в 180 градусов и много времени — иногда более десяти часов. Приходится довольно долго держать печь нагретой, что невыгодно по затратам энергии и времени, и поэтому для сокращения издержек нужен катализатор, разработке которого и посвящена данная работа. Мы использовали соединения на основе фосфазена — так называют молекулы с двойными связями между атомами фосфора и азота, к которым “пришили” определенные молекулярные группировки. Эти соединения теоретически, должны были катализировать полимеризацию бензоксазинов, что нам и удалось показать экспериментально», — рассказал один из авторов работы, декан факультета нефтегазохимии и полимерных материалов РХТУ Игорь Сиротин.
Соединение, которое создали химики из РХТУ, относится к классу аминофосфазенов. Оно позволило в четыре раза сократить время полимеризации бензоксазинов. Кроме того, соединение более чем в десять раз снизило горючесть полимеров, не ухудшая прочностные и механические свойства материала.
«Ранее фосфазены никто не рассматривал в качестве катализаторов для полимеризации бензоксазинов. Кроме этого, в нашу технологию входит и производство самих бензоксазиных мономеров и многие и другие тонкости, которые мы не готовы раскрывать, поскольку это ноу-хау, но главное, что в результате мы добились очень неплохого результата — за восемь часов реализуется полный цикл получения бензоксазиновых мономеров и теперь мы умеем быстро и экономично превращать их в полимер. На данный момент мы отрабатываем технологию производства и уже сейчас понятно, что она хорошо масштабируется», — поведал Сиротин.
Разработанная технология позволит создавать полимерные композитные материалы для деталей салона авиалайнера МС-21. Одним из компонентов, который будет связывать вещества в композите, будет эпоксидная смола. Она обеспечит липкость до своего отвердения, чтобы потом можно было сделать заготовку требуемой формы. Ученые отмечают, что будут и другие компоненты, но пока они не готовы их раскрывать. А производство соединений по технологии химиков из РХТУ начнется уже в этом году.