Перспективный путь развития машиностроения – использование конструкционных полимерных композиционных материалов (ПКМ). Важнейшей частью ПКМ является полимерная матрица, обеспечивающая многие характеристики материала: теплостойкость, механические свойства, стойкость к воздействию климатических факторов и агрессивных сред и другие [1,2]. Современные материалы требуют высококачественных связующих, обеспечивающих самые высокие характеристики при снижении затрат на производство изделия и соблюдении требований экологических стандартов и принципов «Зеленой химии». ФГУП «ВИАМ» создавая программу стратегических направлений, учитывало растущий интерес к этому виду материалов, поэтому проблема создания современных связующих для ПКМ выделено в отдельное направление [3,4]. Один из принципов используемых при разработке связующих – это отказ от использования органических растворителей в связующих и переход на расплавные технологии. Такой подход требует использования специализированого оборудования при изготовлении связующих и производстве полуфабрикатов из них, что позволяет получать связующие с большим содержанием термопластичных компонентов, увеличивающих стойкость к ударным воздействиям, а также минимизировать работу с опасными растворителями в процессе производства связующих и препрегов.

Созданные ФГУП «ВИАМ» связующие охватывают все используемые и перспективные технологии получения композиционных материалов: автоклавное формование, вакуумное формование препрегов, пропитка под давлением (RTM, Resin transfer molding), вакуумно-инфузионный метод (VaRTM, Vacuum assisted resin injection) и пропитка с использованием пленочного связующего(RFI, Resin film infusion) [5-7]. Полимерные основы для разработанных связующих включают классы эпоксидных, кремнийорганических, фенольных, поликарбосилановых, цианэфирных и тетранитрильных олигомеров и мономеров. Использование такого широкого класса полимерных систем позволяет создавать материалы различного назначения от радиотехнических до материалов интерьера самолетов. Рабочие температуры конструкционных материалов на основе этих связующих достигают 350°С при длительной эксплуатации и 800°С при кратковременном воздействии. Композиционные материалы на основе керамообразующих полимеров реализуют температуру эксплуатации до 1200°С [8-10]. Отличительной особенностью эпоксидных связующих для высоконагруженных композиционных материалов, разработанных ФГУП «ВИАМ», является высокая сдвиговая прочность и значения прочности сжатия после удара углепластика выше 220 МПа.

Разработка современных полимерных связующих и композиционных материалов требует привлечения значительного количества методов исследований и испытаний. Создание связующих требует исследований химических свойств исходных компонентов, процессов их взаимодействия, структурообразования на различных масштабных уровнях. Для этого привлекаются методы аналитической химии, хроматографии, термического анализа, ИК-спектроскопии, различных видов микроскопии, механические испытания. Удовлетворение технологических требований обеспечивается реологическими исследованиями, исследованиями процессов гелеобразования и опробованием экспериментальных составов на образцах композиционных материалов. Таким образом, всесторонняя оценка материала не только в части связующего но и в составе композиционного материала позволяет разрабатывать ПКМ, перерабатываемые по перспективным технологиям с уникальным набором характеристик.

Дальнейшее развитие полимерных связующих для конструкционных материалов требует снижения издержек при производстве материалов и получения материалов с дополнительными функциями. Путями снижения затрат на изготовление изделий из ПКМ может являться: снижение температур полимеризации без потери теплостойкости и механических характеристик, использование альтернативных способов отверждения, создание связующих для безавтоклавных технологий. Важным направлением регулирования свойств полимерных матриц является использование наночастиц в качестве микроармирующих компонентов и агентов структурирующих полимерную матрицу [11]. Одним из направлений функционального развития полимерных матриц является приданием им способности к самозалечиванию [12-14]. Перспективные работы необходимо проводить во взаимосвязи с фундаментальными работами институтов Российской академии наук, а также в непосредственном контакте с разработчиками изделий из композиционных материалов. Такой подход позволит связать воедино научные подходы и требования конечного пользователя, что обеспечит создание востребованных материалов и технологий.