Композитный материал - это стратегическое сочетание нескольких материалов, в результате чего получается материал с лучшими свойствами, чем его отдельные компоненты. Другими словами, комбинируя несколько материалов, композитные материалы позволяют исправить слабое место в одном материале с помощью прочности в другом.
Композитные материалы существуют уже несколько десятилетий, но технологические прорывы в машиностроении, материаловедении и производстве привели к значительному росту их использования за последние 20 лет. В настоящее время композитные материалы можно найти в аэрокосмической промышленности, коммерческих и гоночных автомобилях, морских судах, спортивных товарах и во многих других отраслях.
Композиционные материалы обычно состоят из двух основных компонентов: волокон (обеспечивающих большую прочность при растяжении и жесткость при изгибе) и "матрицы", удерживающей волокна вместе (обеспечивающей прочность при сжатии и контролирующей общую форму).
Комбинация "углеродное волокно + ПЭЭК (кристаллический полимер)", которая является биоматериальным композитом, используемым в спинномозговых имплантатах.
Композитные материалы, как правило, приводят к материалам с повышенной прочностью, вязкостью и жесткостью. По сравнению с металлами они обеспечивают лучшее соотношение прочности и жесткости к весу, лучшие коррозионные свойства и лучшую усталостную прочность.
В аэрокосмической отрасли это приводит к тому, что самолеты работают дольше и требуют меньшего объема работ по техобслуживанию - об этом на прошлой неделе говорил генеральный директор Qantas Алан Джойс.
Композитные материалы также означают более легкие самолеты, что приводит к более низкому расходу топлива и уменьшению углеродного следа.
Но есть и недостатки. Для начала, композитные материалы не дешевы. Затраты и на материалы, и на оборудование высоки и представляют собой значительные инвестиции (до нескольких миллионов долларов за одну установку).
Тем не менее, за последнее десятилетие цены в целом снизились, что делает композиционные материалы более доступными и пригодными для крупномасштабных проектов, например, в аэрокосмической отрасли.
Кроме того, для надлежащего обращения с композитными материалами требуются специальные навыки. Действительно, производственный процесс является трудоемким, и требуются высокие знания в области инженерных материалов. Начинают появляться новые учебные курсы по композитам, которые помогают предприятиям адекватно обучать своих сотрудников, но они дорого стоят
Наконец, существует серьезная озабоченность по поводу опасности для здоровья работников, работающих с композитными материалами. Проблемы со здоровьем включают в себя осложнения при вдыхании волокон и воздействие предполагаемых канцерогенов. Действительно, некоторые компоненты композитных материалов классифицируются как опасные.
Компании Boeing и Airbus с годами все чаще используют композитные конструкции, особенно в своих новейших моделях самолетов. Как на Boeing 787, так и на Airbus A350 более 50% композитных материалов (по весу) - самое большое количество, когда-либо использовавшееся на коммерческих самолетах.
Авиакомпании, такие как японская ANA, в настоящее время используют Boeing 787, в то время как Airbus все еще работает над A350 с возможной датой выпуска около 2013-14 гг.
Процесс коммерциализации не обходится без ряда проблем, так как самолет должен пройти жестко регламентированный процесс сертификации, прежде чем он будет запущен в серийное производство.
В октябре прошлого года американское Управление государственной подотчетности (GAO) выпустило доклад, в котором были выявлены проблемы, связанные с ограниченной информацией о поведении этих новых воздушных судов, изготовленных из композитных конструкций, а также технические вопросы, касающиеся уникальных свойств композитных материалов.
Австралийское бюро транспортной безопасности ATSB (Австралийское бюро транспортной безопасности) также изучило проблемы, связанные с использованием композитных материалов, и в 2008 году выпустило доклад, в котором обсуждались возможности и безопасность композитных материалов.
В августе прошлого года Boeing, наконец, добился успеха, когда 787-я модель была сертифицирована как FAA, так и EASA. Это было долгое время - Boeing отставал от графика почти на три года и превышал бюджет на миллиарды долларов. Однако, с отставанием в более чем 800 заказов, очевидно, что на 787 существует большой спрос.