Авиастроение всё активнее использует композитные материалы — лёгкие, прочные, устойчивые к коррозии. Один из самых перспективных — углепластик марки ВКУ-39/ВТкУ-2.200, созданный российскими учёными. Однако у него есть уязвимость, которую долгое время недооценивали: вода. Обычная атмосферная влага способна незаметно, но необратимо менять свойства материала, причём не только прочность, но и срок службы.
Исследователи из ВИАМ и СибНИА провели масштабный эксперимент: образцы углепластика выдерживали во влажной среде при 60°C до трёх с половиной месяцев. Результат оказался впечатляющим: материал поглотил чуть больше 1% воды по массе — казалось бы, ничтожная цифра. Однако этого хватило, чтобы температура стеклования, то есть порог, за которым полимерная матрица теряет жёсткость, обрушилась со 195 до 116 градусов. Разница почти в 80 градусов — это как если бы металл вдруг начал плавиться при комнатной температуре.
Механизмы разрушения оказались разными в зависимости от типа нагрузки. При межслойном сдвиге, когда слои материала пытаются сдвинуться друг относительно друга, прочность увлажнённых образцов снизилась всего на 10%. Но долговечность — время, которое материал может выдерживать постоянную нагрузку, — сократилась в десять раз. При циклических нагрузках, когда материал испытывает повторяющиеся сжатия и растяжения, ситуация ещё драматичнее: прочность упала на четверть, а долговечность — более чем в сто раз. Самолётный фюзеляж, крыло или лопасть вертолёта испытывают именно такие…
Уч…