В конструкции и салоне новых самолетов все чаще используют полимерные композиты: они снижают вес авиалайнера, повышают его прочность и безопасность эксплуатации, так как не поддерживают распространение огня в случае пожара. Однако в России производство таких материалов пока находится в зачаточном состоянии. Одна из причин – отсутствие отечественных мономеров и полимеров. Ученые Российского химико-технологического университета (РХТУ) им. Д.И.Менделеева разработали технологию получения бензоксазиновых мономеров – основного компонента композитов для авиастроения. Ее особенность состоит в использовании катализатора, который ускоряет процесс полимеризации бензоксазиновых мономеров и понижает горючесть композитов, получаемых из таких полимеров. Новый материал уже проходит промышленные испытания и в дальнейшем будет применяться при производстве композитных изделий, таких как сотовые панели пола самолета МС-21. Результаты работы опубликованы в журнале Polymers.
С использованием композитов построены новые модели самолетов крупнейших авиакомпаний мира, в том числе и лайнер МС-21 российской корпорации «Иркут». До 2019 года большинство этих материалов поставлялось в Россию из США и Японии, однако с введением санкций эти пути перекрылись, и теперь в России ищут способы производить композиты внутри страны. Это непростая задача: композиты, подобно сэнвдичу, состоят из нескольких ингредиентов, точное совмещение которых придает конечному продукту нужные свойства, и разработка этих ингредиентов требует длительных исследований и опытно-конструкторских работ. Если для материалов крыла ее удалось решить, то в салоне материалы пока все еще импортные.
Бензоксазины, технологию изготовления которых разработали ученые РХТУ, существенно понижают горючесть материалов, а также безопасны для человека: напольное покрытие или другие элементы внутренней отделки салона авиалайнера из композита на основе бензоксазинов при пожаре практически не будут выделять вредных веществ в окружающую среду.
Сырьем для производства бензоксанзинов служат амин, фенол и формальдегид, которые производятся в России. Синтез этих веществ проводят в специально изготовленном для этих целей в РХТУ стометровом реакторе. На выходе получается тягучая смесь мономеров, которую для создания полимерного композита необходимо перевести в твердое состояние – полимеризовать.
“Бензоксазины могут полимеризоваться и сами, но для этого нужны высокая температура (180 градусов) и более 10 часов времени, что экономически невыгодно. Поэтому возникла потребность в катализаторе, его разработке и посвящена данная работа, – рассказал один из авторов исследования, декан факультета нефтегазохимии и полимерных материалов РХТУ Игорь Сиротин. – Мы использовали соединения на основе фосфазена (так называют молекулы с двойными связями между атомами фосфора и азота, к которым «пришили» определенные молекулярные группировки). Теоретически эти соединения должны были катализировать полимеризацию бензоксазинов. Нам удалось показать экспериментально, что так и происходит.
Синтезированное соединение относится к классу аминофосфазенов”.
Благодаря этому время полимеризации бензоксазинов сократилось в 4 раза. Кроме того, аминосфазен выполняет еще и роль антипирена – с ним горючесть полимеров на основе бензоксазинов понижается еще сильнее, более чем в 10 раз. При этом в отличие от других добавок, снижающих горючесть, аминосфофазен не ухудшает прочностные и механические свойства готового изделия.
“Раньше фосфазены никто не рассматривал в качестве катализаторов для полимеризации бензоксазинов, – отмечает Сиротин. – Мы добились очень неплохого результата: за 8 часов реализуется полный цикл получения бензоксазиновых мономеров, и теперь мы умеем быстро и экономично превращать их в полимер. На данный момент отрабатываем технологию производства, и уже сейчас понятно, что она хорошо масштабируется”.
В качестве одного из компонентов связующего материала в составе композита будет использована эпоксидная смола: она обеспечит липкость до отвержения смеси, чтобы потом можно было сделать заготовку требуемой формы. По словам Сиротина, в состав конечного изделия войдут и другие компоненты, но пока авторы не готовы их раскрывать. Составы всех композиций описаны в поданной заявке на патент.
Индустриальный партнер РХТУ им Д.И.Менделеева в данном проекте компания UMATEX (входит в структуру ГК «Росатом») собирается изготавливать композиты и испытывать их непосредственно в изделиях. Далее, предположительно уже в этом году, будет создано опытное производство бензоксазиновых мономеров и их связующих – мощностью до 200 тонн в год. Это позволит локализовать в России основные этапы производства ключевых элементов самолета МС-21. Помимо авиации бензоксазины могут широко применяться в транспорте и электронике.
Отдел научной коммуникации РХТУ им. Д.И.Менделеева 
