Для декорирования деталей интерьера пассажирских самолетов (панелей перегородок, потолочных панелей) в Российской Федерации широко применяли поливинилхлоридную пленку ПДОАЗм-23, за рубежом – пленки Aerfilm LHR и Теdlar фирмы DU PONT. Однако с середины 80-х г. XX века требованиями FAR‑25 [1], JAR‑25 (в настоящее время CS‑25 [2]) и отечественными авиационными правилами АП‑25 [3] для конструктивных элементов данного назначения были установлены повышенные требования по пожаробезопасности. Основными критериями оценки пожаробезопасности материалов, применяемых для декорирования деталей интерьера пассажирских самолетов и вертолетов являются следующие характеристики [4, 5]:

– горючесть (АП-25 приложение F, часть I, продолжительность экспозиции образцов в пламени газовой горелки 60 с) – продолжительность остаточного самостоятельного горения не более 15 с, длина прогорания не более 152 мм, продолжительность горения падающих капель не более 3 с;

– тепловыделение (АП-25 приложение F, часть IV) – максимальная интенсивность выделения тепла не более 65 кВт/м², общее количество выделившегося тепла за первые 2 мин не более 65 кВт∙мин/м²;

– дымообразование (АП-25 приложение F, часть V – ГОСТ 24632–81) –удельная оптическая плотность дыма за 4 мин не более 200.

Проведенные испытания трехслойных сотовых панелей, декорированных пленкой ПДОАЗм-23 показали, что они не отвечают требованиям по тепловыделению и в дальнейшем выпуск пленки прекратился, поэтому для декорирования деталей интерьера на российских пассажирских самолетах стали применять зарубежные пленки Aerfilm LHR (США) или Tedlar, отвечающие требованиям FAR‑25 и CS‑25.

Необходимость повышения характеристик пожарной безопасности материалов и элементов конструкций для авиационной техники отмечается как в отечественных, так и зарубежных работах [6–8].

Таким образом, разработка отечественного материала для декорирования деталей интерьера пассажирских самолетов, отвечающего требованиям АП-25 по пожаробезопасности, представляется весьма актуальной задачей.

Идеальными материалами, применяемыми для декорирования деталей интерьера, являются пленки, легко облегающие поверхности сложной конфигурации. Однако Россия не располагает технологией и оборудованием для изготовления декоративных пленок, отвечающих требованиям по пожаробезопасности.

Целью данной работы являлась разработка декоративного облицовочного тканепленочного материала, отвечающего требованиям по пожаробезопасности как в свободном виде, так и в составе стеклопластиков и трехслойных сотовых панелей. Для обеспечения требований по пожаробезопасности могут быть реализованы различные подходы: использование антипиренов, веществ имеющих высокую термостойкость и низкую теплоту сгорания; учет создаваемой структуры композиционного материала [9, 10]. Поэтому одними из наиболее перспективных с точки зрения пожаробезопасности являются фторполимерные материалы [11, 12].

Согласно техническому заданию материал должен представлять собой эластичный композиционный материал, состоящий из тканевой основы и одностороннего эластомерного покрытия.

В качестве тканевой основы были опробованы:

– полиэфирная ткань арт. 850701;

– полиамидная ткань арт. 56003;

– стеклоткань Э-4-46;

– термопленка ПКС-171.

Свойств данных материалов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Физико-механические свойства технических тканей

* Согласно принятой в авиации классификации материалы по горючести при вертикальном методе испытаний относятся к классу «трудносгорающий» при продолжительности остаточного горения 0 с и длине прогорания не более 150 мм, «самозатухающий» – при продолжительности горения от 1 до 15 с и длине прогорания не более 152 мм, или «сгорающий» – при несоответствии хотя бы одному из требований.

В качестве полимерной матрицы разработано наполненное фторполимерное покрытие. Известно, что фторполимеры обладают комплексом уникальных свойств: высокой термостойкостью, исключительной стойкостью к химическому воздействию, великолепными механическими, антиадгезионными и другими свойствами, а также способностью сохранять эти свойства в широком диапазоне рабочих температур и давлений. Применение фторопластов в изделиях обеспечивает увеличение срока службы изделий, повышает их надежность.

В лабораторных условиях изготовлены опытные образцы облицовочного эластомерно-тканевого материала. Технологический процесс приготовления эластомерной фторполимерной композиции состоит из следующих этапов:

– взвешивание исходных компонентов;

– смешение компонентов путем вальцевания;

– нарезка вальцованной смеси и растворение ее в органическом растворителе.

Нанесение и формирование покрытия на тканевых основах осуществлялось по растворной технологии прямым способом с промежуточной сушкой каждого слоя. Оптимальный привес от покрытия за один проход составлял 10–15 г/м², температура сушки образцов 90–130°С. Причем на сгорающие основы (ткани из полиэфирных и полиамидных волокон) покрытие наносили с двух сторон. Сначала на изнаночную сторону, а затем на лицевую. Привес покрытия с изнаночной стороны составлял 60–80 г/м², с лицевой стороны – покрытие наносилось до получения декоративного внешнего вида. Следует отметить, что при нанесении покрытия термопленка ПКС-171 вытягивалась и коробилась.

Исследование на горючесть (продолжительность экспозиции в пламени газовой горелки 60 с) показало, что образцы с двухсторонним покрытием на основе полиэфирной ткани арт. 850701 и полиамидной ткани арт. 56003 являются самозатухающими, образцы на основе термопленки ПКС-171 – сгорающими, так как прогорают со стороны пленки.

Испытание изготовленных образцов на тепловыделение проводили на металлических пластинах из алюминиевого сплава Д16 толщиной 1,5 мм. Результаты испытаний образцов приведены в табл. 2.

Таблица 2

Результаты испытания образцов на тепловыделение

Видно, что все образцы отвечают требованиям по тепловыделению.

Испытание образцов на дымообразование показали, что все образцы имеют низкие значения оптической плотности дыма, что существенно лучше максимально допустимых требований. Результаты испытаний приведены в табл. 3.

Таблица 3

Результаты испытания образцов на дымообразование

Изготовлены образцы, имитирующие конструктивный элемент внутренней отделки пассажирского салона. Для этого производили соединение облицовочного материала с двухслойной обшивкой из полимерного композиционного материала КТМС-1, изготовленного на основе стеклоткани Т-15(П)-76 и полисульфоновой пленки методом прессования. Для чего на изнаночную сторону образцов облицовочного материала (кроме термопленки ПКС-171) по растворной технологии наносили термопластичный однокомпонентный клей АТК-10 (ТУ 2252-004-51248380–01). Ранее при отработке технологии было установлено, что оптимальный привес клея составляет 20–25 г/м². Данный привес обеспечивает прочное соединение облицовочного материала с обшивкой, что подтвердили испытания образцов на отслаивание – расслаивания между облицовочным материалом и обшивкой КТМС не происходит.

После нанесения на изнаночную сторону клея образцы облицовочных материалов переходят в класс сгорающих, так как происходит выгорание клея по всей длине образца. Однако при изготовлении конструктивных элементов горючий клей находится внутри конструкции и не оказывает на характеристики горючести такого пагубного влияния.

Результаты испытания на горючесть образцов облицовочных материалов с обшивкой приведены в табл. 4.

Таблица 4

Результаты определения горючести облицовочных материалов с обшивкой КТМС

Видно, что образцы облицовочных материалов, спрессованные с обшивкой КТМС, являются самозатухающими.

В результате проведенных испытаний в качестве оптимальных вариантов для дальнейших работ выбраны образцы, изготовленные на основе стеклоткани и полиамидной ткани.

На производственном оборудовании изготовлены образцы облицовочных материалов на основе электроизоляционных стеклотканей марок Э-4-46 и Э-1/1-100 и капровой ткани арт. 56003 с наполненным фторполимерным покрытием. Нанесение и формирование покрытия на лицевой стороне текстильных основ проводили послойно раклевым способом с последующей сушкой.

Содержание связующего оказывает существенное влияние на характеристики пожарной опасности [13]. Поэтому проведены исследования при различных наносах полимера: соотношение между текстильной основой и полимерным покрытием изготовленных материалов составляло соответственно 1:2,3; 1:2 и 1:0,8.

На изнаночную сторону материала наносили термопластичный однокомпонентный клей АТК-10 и соединяли облицовочный материал с обшивкой КТМС в прессе. Режим прессования образцов:

– закладка образцов в нагретый пресс до температуры 130°С;

– прогрев в течение 10 мин при удельном давлении 0,1–0,3 МПа;

– подъем давления до 0,5 МПа и выдержка в течение 10–20 мин;

– охлаждение водой до 25°С.

Изготовленные образцы испытаны на горючесть, дымообразование и тепловыделение. Результаты испытаний представлены в табл. 5.

Таблица 5

Результаты испытания стеклопластика КТМС с декоративными материалами, изготовленными на производственном оборудовании

Видно, что все изготовленные образцы отвечают требованиям по пожаробезопасности, однако образец на капроновой ткани арт. 56003 имеет более высокое значение показателей по тепловыделению, что может отрицательно сказаться на значениях показателей тепловыделения при применении данного материала в составе трехслойной панели.

В результате проведенных испытаний в качестве оптимального варианта выбран облицовочный материал, изготовленный на основе стеклоткани марки Э-1/1-100.

Для проведения расширенных исследований изготовлены две производственные партии облицовочного материала на основе стеклоткани марки Э-1/1-100 с наполненным фторполимерным покрытием голубого и светло-серого цветов. Для придания материалу голубого цвета использовали краситель – пигмент фталоцианиновый голубой, а серого цвета – углерод технический П-308. Разработанному материалу присвоена марка «Полиплекс».

Материал имеет массу 1 м²: 220±25 г, разрывную нагрузку полоски (25×1000 мм) по основе/утку: (540–610)/(370–530) Н, прочность при отслаивании (проводили на полоске пластика, состоящей из материала «Полиплекс», термопластичного клея АТК-10 и двухслойного стеклопластика КТМС-1): 13–16 Н/см – обрыв по материалу «Полиплекс».

Проведены исследования пожаробезопасных свойств материала «Полиплекс», нанесенного на обшивки [14, 15] и трехслойную сотовую панель, на соответствие требованиям АП-25. Результаты испытаний приведены в табл. 6.

Таблица 6

Пожаробезопасные свойства материала «Полиплекс» с обшивками и трехслойными сотовыми панелями

Сравнительные свойства материала «Полиплекс» и пленок представлены в табл. 7.

Таблица 7

Сравнительные свойства облицовочных материалов

Видно, что пленка ПДОАЗм-23 отвечает требованиям АП-25 по горючести (самозатухающая (2)) и дымообразованию (среднедымящая (3)). Однако показатель тепловыделения как в свободном виде, так и в составе трехслойной панели превышает допустимую норму.

По пожаробезопасным свойствам материал «Полиплекс» полностью соответствуют требованиям АП-25, FAR-25 и CS-25: по показателям горючести является трудносгорающим (1), по дымообразованию – слабодымящим (2), показатели по тепловыделению не превышают допустимую норму.

Исследование физико-механических свойств (разрывной нагрузки, прочности при отслаивании от стеклопластика КТМС) материала «Полиплекс» после воздействия теплового старения при температурах +60 и +80°С, тепловлажностного старения, имитирующего тропические условия, после 9 лет складского хранения в условиях отапливаемого склада [16] показало, что величина исследуемых показателей соответствует требованиям ТУ.

Исследование грибостойкости материала «Полиплекс» показало, что материал после 3 мес испытаний является грибостойким – балл обрастания грибами 1–2 в соответствии с шестибальной шкалой ГОСТ 9.048.

Испытания на коррозионную активность показали, что материал «Полиплекс» может применяться в контакте с алюминиевыми сплавами с анодно-оксидными покрытиями и защищенными в соответствии с отраслевой документацией.

В качестве клеевого слоя при креплении материала использовался клей АТК-10 (привес 30 г/м²). Прочность клеевого соединения составляла 330 Н (обрыв по «Полиплексу»).

На материал «Полиплекс» оформлены дополнение к паспорту, ТУ 8729-022-003003311–2003 с Изменением №1, продлевающим срок гарантийного хранения материала до 5 лет. Материал выпускается в одноцветном исполнении, гладкой фактуры.

Разработанный многослойный защитно-декоративный материал марки «Полиплекс» отвечает требованиям АП-25, АП-23 и FAR 25 (ИКАО) по пожаробезопасным свойствам (горючесть, дымообразование и тепловыделение) и рекомендуется для декорирования стен, потолков, багажных отсеков и других деталей, изготовленных из стекло-, органопластиков и трехслойных сотовых панелей в салонах самолетов и вертолетов, а также в качестве ремонтного варианта. Предприятия ОАО «ТАНТК им. Г.М. Бериева» и ОАО «Научно-производственная корпорация „Иркутˮ» применяют материал «Полиплекс» в качестве шторок.