Органопластики – материалы, армированные арамидными волокнами. Благодаря арамидным волокнам органопластики по сравнению со стекло- и углепластиками имеют ряд особенностей, как положительных, так и отрицательных: особенностей механического поведения под нагрузкой, взаимодействия с внешней средой. Однако, именно благодаря своим особенностям органопластики в авиационной технике решают определенные проблемы, не решаемые другими материалами.

Цель данного сообщения - ознакомить с последними разработками в области органопластиков и показать, какие проблемы они позволяют решить в авиационной технике.

Авиационные органопластики можно разделить на 4 группы: конструкционные органопластики для слабо- и средне-нагруженных конструкций; баллистически стойкие органопластики для защитных конструкций; антифрикционные органопластики для тяжелонагруженных узлов трения, звукопоглощающие органопластики для снижения шума самолетов на местности.

Конструкционные органопластики – органотекстолиты на основе тканей из арамидных волокон СВМ и Русар и различных полимерных связующих. Отличительными особенностями органотекстолитов, как конструкционных материалов являются: низкая плотность (это самые легкие конструкционные материалы), высокая выносливость при динамическом нагружении, высокие демпфирующие характеристики, устойчивость к ударным и эрозионным воздействиям. Органотекстолиты сохраняют высокую прочность и ресурс после значительных эрозионных и механических повреждений.

Это особенно важно при использовании органотекстолитов в вертолетах. В качестве примера можно привести применение органопластика Органит 11ТЛ в конструкции лопасти несущего винта вертолета Ми-28Н. Из органопластика изготовлены обшивки хвостовых секций лопасти. Обшивки толщиной 0,45 мм обеспечивают необходимые весовые и ресурсные характеристики лопасти. Благодаря особенностям механических свойств органопластики в авиационной технике решают проблему создания легких обшивок, стойких к динамическим нагрузкам, вибрациям, ударным и эрозионным воздействиям (обшивки элеронов, зализов, закрылков и др.).

Основным недостатком конструкционных органопластиков считается повышенное водопоглощение. Работы последних лет были направлены на то, чтобы сделать органопластики более устойчивыми к поглощению влаги. С этой целью были разработаны органопластики второго поколения на основе арамидного волокна Русар, которое появилось в России в конце 90-х годов. Использование волокна Русар взамен СВМ, а также оптимизация состава и технологии конструкционных органопластиков, позволили в 2 раза снизить их водопоглощение (до уровня не более 2%). Органопластики второго поколения на основе волокна Русар (Органит 12Т(М)-Рус, Органит 16Т-Рус, Органит 18Т-Рус и ВКО-19) имеют повышенные на 10-30% механические и эксплуатационные характеристики. Материалы надежны в теплом влажном климате. Уровень сохранения их свойств после влагонасыщения составляет не менее 80%.

Ударо- и баллистически стойкие органопластики. Для авиационных двигателей органопластики решают одну, но важную проблему. Это – обеспечение непробиваемости корпуса вентилятора при разрушении лопатки в случае попадания в двигатель птиц или каких-то посторонних предметов. С 80-х годов прошлого века с этой целью применяется органопластик Органит 6НТ. Он использован в двигателях Д-18, ПС-90, АИ-222 и др.

Сейчас разработаны органопластики с более высокой баллистической стойкостью. Потребность в таких материалах возникла не только для двигателей, но и для планера самолета. По новым авиационным правилам перегородка кабины экипажа должна защищать экипаж от пуль и осколков взрывных устройств при возникновении нештатной ситуации. При разработке новых баллистически стойких органопластиков принимали во внимание тот известный факт, что баллистическая стойкость арамидных тканей резко снижается, если ткань пропитать связующим. Поэтому новые баллистически стойкие материалы имеют «частично немонолитную» структуру. Полимерная матрица в них располагается между слоями ткани, между нитями, не заполняя межволоконное пространство. Благодаря этому степень реализации баллистической стойкости ткани в пластике составляет 90% (вместо 30%, как это в типовом органопластике).

Органопластик ВКО-2ТБ с «частично немонолитной» структурой применен в конструкции перегородки кабины экипажа самолета «Супер Джет – 100». Органопластик ВКО-2ТБ при весе 5,5 кг одного квадратного метра защищает от пуль легкого ручного оружия и осколков взрывных устройств, как это требуют авиационные правила.

Для корпуса вентилятора нового двигателя ПД-14 предложен баллистически стойкий арамидный слоисто-тканый материал, который отличается тем, что слои ткани в нем соединены локальными участками. Это позволяет снизить вес изделия и повысить реализацию баллистической стойкости ткани до 97%. Для арамидного слоисто-тканого материала разработаны специальная система защиты от влаги, которая включает использование пленочного герметика по поверхности детали.

Антифрикционные органопластики. Проблема, которую решают антифрикционные органопластики в авиационной технике – это создание тихоходных подшипников скольжения, работающих без смазки, т.е. в условиях сухого трения. Антифрикционные органопластики – это тонкослойные покрытия, армированные тканью. Ткань помимо высокопрочных волокон содержит политетрафторэтиленовые волокна, которые выходят на поверхность и обеспечивают низкий коэффициент трения.

Антифрикционные органопластики обладают высокой стабильностью при эксплуатации: коэффициент трения не зависит от времени работы, вплоть до полного износа покрытия.  Органопластики не вызывают износа контртела, не боятся запыленности.

Антифрикционные органопластики широко применяются в конструкциях самолетов и вертолетов для изготовления шарниров и приводов различного назначения. Применение антифрикционных органопластиков позволяет сократить количество деталей в подшипнике в 10 раз, уменьшить время и затраты на их техническое обслуживание.

Звукопоглощающие органопластики для снижения шума самолетов на местности. Современные звукопоглощающие конструкции, чтобы гасить шум в широком диапазоне частот должны иметь сложную многоуровневую структуру. Для таких конструкций разработаны воздухопроницаемые тонкослойные высокопрочные органопластики типа Органит 15ТМ. Материалы можно использовать в составе звукопоглощающих конструкций в качестве внутренних воздухопроницаемых слоев, располагаемых между слоями сотового заполнителя, а также изготавливать из них легкие объемные заполнители различной конфигурации (складчатые, гофрированные, ячеистые и др.) для замены сот. Использование воздухопроницаемых органопластиков для изготовления многослойных звукопоглощающих конструкций  позволяет повысить их эффективность  и  расширить, по крайней мере, в 2 раза частотный диапазон звукопоглощения.

В заключении следует отметить, что на все представленные органопластики имеется документация, необходимая для их применения в изделиях авиационной техники. ФГУП «ВИАМ» выпускает препреги конструкционных, баллистически стойких и антифрикционных органопластиков. Выпуск препрегов обеспечен отечественным сырьем.

В части арамидных волокон необходимо подчеркнуть, что российские волокна, изготавливаемые предприятиями ОАО «Каменскволокно» и ОАО «НПО «Текмотекс», по характеристикам лучшие в мире. ОАО «НПО «Термотекс»» ведет разработку арамидных волокон третьего поколения типа Русар НТ, которые имеют два важных качества: они нейтральны сразу после изготовления и имеют еще большую устойчивость к поглощению влаги (водопоглощение не более 1,5%). Использование арамидных волокон типа Русар НТ в сочетании с новыми высокодеформативными связующими  и  технологиями позволит и далее совершенствовать авиационные органопластики и расширить область их использования.