* Работа выполнена при участии Н.Е. Маловой, И.И. Бычковой.

Согласно статистическим данным, одной из причин гибели людей при летных происшествиях является пожар, возникающий вследствие аварийного приземления воздушного судна. Для быстрой и безопасной эвакуации пассажиров необходимо наличие спасательных надувных трапов, имеющих достаточную пропускную способность и гарантирующих безотказную работу на протяжении всего периода эвакуации. Федеральной Авиационной Администрацией (FAA) установлены технические стандарты TSO, регламентирующие минимальные технические требования, предъявляемые к материалам, изделиям и приборам, используемым на гражданских воздушных судах. На спасательное оборудование (трапы и надувные плоты) распространяются требования технического стандарта TSO-C69c.

В настоящее время на российских пассажирских самолетах эксплуатируются спасательные надувные трапы на основе отечественных резинотканевых материалов. Данные материалы имеют ряд существенных недостатков: высокая поверхностная плотность при минимальных прочностных характеристиках, несоответствие требованиям стандарта TSO-C69c по стойкости к тепловому потоку [1].

Таким образом, разработка отечественных материалов для надувной оболочки аварийно-спасательного трапа, отвечающих требованиям технического стандарта TSO-C69c, является актуальной задачей. Важно отметить, что разработка тканепленочных материалов входит в стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года [2].

Предварительный анализ отечественной и зарубежной литературы, посвященной созданию материалов, используемых для надувных спасательных средств, показал, что в качестве материалов тканевой основы оболочки спасательного трапа наиболее применимы полиамид (Nylon-6,6) [3–8], полиэфир (лавсан) [9–10], полиарамид [11] или их комбинации [12]. Как правило, в качестве полимерного покрытия используют композицию на основе полиуретанового эластомера [6, 8], что обеспечивает высокие характеристики газонепроницаемости, прочности и износостойкости.

В качестве основы материала ВРТ-9 выбрана ткань из волокна СВМ, имеющая поверхностную плотность ~70 г/м², прочность при разрыве 637/664 Н/см (по основе/по утку), удлинение при разрыве 8,8/9,5% (по основе/по утку). Ткань из волокон СВМ наиболее оптимальна с точки зрения массы, горючести и прочностных характеристик [13].

Покрытие для материала выполнено на основе полиуретанового каучука для придания материалу свойств пожаробезопасности, в состав полимерной композиции введены антипирены [14]. Для вулканизации системы добавлен сшивающий агент полиизоцианат [15].

Технология изготовления материала основана на нанесении раствора полимерной композиции тонкими штрихами на тканевую основу шириной 95 см с последующей сушкой образца после каждого слоя. Состав наносят на техническую ткань с двух сторон до общей массы 1 м² 230–240 г таким образом, чтобы соотношение по привесу между лицевой и изнаночной стороной варьировалось как 1:(2–3). С целью обеспечения устойчивости материала к тепловому потоку (одно из условий технического стандарта TSO-C69c) с лицевой стороны нанесено теплоотражающее покрытие до общего привеса 258 г/м². Далее материал вулканизуют при повышенной температуре и давлении.

Для определения технических характеристик материала и оценки соответствия требованиям стандарта TSO-C69c проведено изучение физических и физико-механических свойств разработанного материала.

Физические свойства тканепленочного материала ВРТ-9 для надувной оболочки спасательного трапа:

Согласно требованиям стандарта TSO-C69c, газопроницаемость по водороду должна быть не более 10 л/(м²·сут), стойкость к тепловому потоку мощностью 1,7 Вт/см² (сохранение герметичности при избыточном давлении в условиях теплового излучения) – не менее 180 с. Таким образом, физические свойства разработанного материала существенно превосходят необходимые минимальные требования, установленные стандартом. Высокие барьерные свойства материала обеспечены благодаря использованию в покрытии полиуретанового каучука, обладающего низкими значениями газопроницаемости [16, 17], и многократному нанесению тонких штрихов полимерной композиции на ткань (перекрывают дефекты предыдущих слоев). Устойчивость к тепловому потоку обеспечивает теплоотражающее покрытие.

Механические характеристики материала ВРТ-9 для надувной оболочки спасательного трапа при различных температурах приведены в табл. 1.

Таблица 1

Механические свойства тканепленочного материала ВРТ-9 для надувной оболочки спасательного трапа при различных температурах

Технический стандарт TSO-C69c также регламентирует прочностные характеристики материалов для надувных спасательных средств: прочность при разрыве должна быть не менее 330 Н/см. Сопоставление механических свойств материала и минимальных требований стандарта показывает существенный запас прочности материала ВРТ-9 в температурном диапазоне от -60 до +120°С. Высокие механические характеристики материала обеспечены благодаря применению сверхпрочной ткани из волокон СВМ. Кроме того, ткани СВМ более термостойкие и менее горючие в сравнении с полиэфирными и полиамидными тканями. К недостаткам данных тканей можно отнести их высокую стоимость.

Другой важной характеристикой авиационных материалов является их пониженная пожарная опасность [18–21], в частности горючесть. Методика испытания и необходимые требования к материалам по горючести описаны в АП-25 (Приложение F, Часть 1). Результаты испытания материала ВРТ-9 на горючесть приведены в табл. 2.

Таблица 2

Испытание тканепленочного материала ВРТ-9 для надувной оболочки спасательного трапа на горючесть согласно АП-25 (Приложение F, Часть 1)

На основании результатов проведенных испытаний материал классифицируется как самозатухающий, что позволяет применять его на воздушных судах. Необходимая степень пожарной безопасности тканепленочного материала достигнута при использовании антипиренов в составе полимерной композиции покрытия и применения в качестве основы ткани из волокон СВМ, имеющей высокое значение кислородного индекса [22].

Для определения возможности эксплуатации изделий из материала ВРТ-9 в различных климатических условиях проведены испытания основных характеристик материала после воздействия соответствующих климатических факторов (табл. 3).

Таблица 3

Основные физические и физико-механические свойства тканепленочного материала ВРТ-9 после воздействия климатических испытаний (2–5*)

*1 – в исходном состоянии;
2 – после теплового ресурса в течение 100 ч при 100°С (ОСТ 6-10-422–78);
3 – после теплового ресурса в течение 200 ч при 100°С (ОСТ 6-10-422–78);
4 – после воздействия циклического перепада температур -60D+100°С в течение 8 циклов (ГОСТ 9.707–81);
5 – после испытания в тропической камере в течение 3 мес по режиму: 8 ч при 50°С, φ=98%; 12 ч при 20°С, φ=98%; 4 ч при 20°С, φ=65% (СТП 1-595-20-100–2002).

Таким образом, показано, что материал ВРТ-9, отвечает требованиям технического стандарта TSO-C69c и АП-25 по горючести как в исходном состоянии, так и после воздействия климатических факторов.

Для сравнения изучены свойства зарубежного аналога – тканепленочного материала арт. М-11849-5 фирмы «Air Cruisers Company» (США) и отечественного материала арт. 8-238 Уфимского ЗЭМИК (табл. 4).

Таблица 4

Сравнительные характеристики тканепленочных материалов для надувной оболочки спасательного трапа

В сравнении с применяемым в настоящие время отечественным материалом арт. 8-238 разработанный тканепленочный материал ВРТ-9 с теплоотражающим покрытием в 1,7 раза более легкий, при этом в 2 раза более прочный, кроме того, отвечает требованиям международного стандарта TSO-С69c по стойкости к тепловому потоку мощностью 1,7 Вт/см². Ткань ВРТ-9 в сравнении с зарубежным аналогом – материалом арт. М-11673 фирмы «Air Cruisers Company» (США) – сопоставим по уровню свойств.

Разработанный тканепленочный материал ВРТ-9 соответствует требованиям технического стандарта TSO-C69с, нормам АП-25 по пожаробезопасности и рекомендован к опробованию для изготовления надувной оболочки спасательных трапов пассажирских самолетов.