Plastiks_10_2019

w w w . p l a s t i c s . r u 18 ТЕМА НОМЕРА /НАВСТРЕЧУ ВЫСТАВКЕ К-2019 П Л А С Т И К С № 1 0 ( 1 9 4 ) 2 0 1 9 цилиндров, головку блока, поршни, шатуны и коленвал. Сокращение объема двигателя позволяет уменьшить, правда, нелинейно, и геометри- ческий габарит этих деталей, выиграв в мас- се. Постепенный переход на алюминиевые блоки цилиндров и ГБЦ также позволил су- щественно снизить массу ДВС. Однако ра- дикального прогресса пока не случилось, в первуюочередь из-за высокой температурной и механической напряженности деталей си- стемы. Концепции «полимерных» двигателей представляют больший интерес, демонстри- руя потенциал современных материалов для редукции массы системы. Такие попытки начались еще в 1969 году, когда американский инженер Мэттью Холь- цберг впервые попробовал сделать поршни из пластика, однако головка поршня не вы- держала температурных нагрузок. Тогда он стал создавать поршни из пластика с алюми- ниевыми головками. В 1979 году Хольцберг сделал первый вариант двигателя, который весил всего 69 кг вместо 188 кг своего чугун- ного аналога. Металлическими в нем были гильзыцилиндров, верхняя часть камеры сго- рания, головки поршней, подшипники, кла- паны и коленчатый вал исходного двигателя Ford Pinto объемом 2,3 л 3 . Остальные детали, включая блок, рычаги июбки поршней, были сделаны из армированных стекловолокном полиамидимидных компаундов, изготовлен- ных Amoco Chemicals Company. Вторая версия двигателя весила 76 кг, что вдвое меньше его серийного предшествен- ника. Пластиковые детали включали в себя блок цилиндров, крышку распределитель- ного вала, воздухозаборные трубы, впускные клапаны, поршневые юбки и поршневые пальцы, шатуны, маслосъемные поршневые кольца, толкатели, держатели клапанной пру- жины и шестерни распределительного вала. Двигатель был установлен на шасси и в тече- ние двух сезонов в 1984-1985 годах участвовал в гоночных соревнованиях. В 2011 году Хольцберг (в лице Composite Castings LLC) и TohoTenax объявили о созда- нии двигателя, блок которого был получен по технологии литья под давлением смеси эпок- сидной смолы и рубленого (6 мм) углеволок- на. Пресс-форма перед заливкой заполнялась также необходимыми металлическими (алю- миниевыми) внутренними деталями. В 2015 году Институт химической тех- нологии Фраунгофера (Fraunhofer ICT) и Sumitomo Bakelite Company представили разработку одноцилиндрового исследова- тельского двигателя с корпусом из феноль- ной смолы, армированной стекловолокном (55%стекловолокна и 45%смолы). Двигатель весил примерно на 20%меньше, чем эквива- лентный алюминиевый. Его конструкция ис- пользовала металлические вставки в местах с высокой тепловой имеханическойнагрузкой: например, из сплава (или из алюминия) была сделана гильза цилиндра. Также в 2015 году Solvay объявил еще об одном проекте автомобильного двигателя из полимерных материалов. Компания про- явила интерес к старой концепции Холь- цберга 80-х годов. Проект получил название Polimotor 2. По заявлению Solvay на основе результатов проектирования, масса такого двигателя должна была составить около 65 кг. Весьма характерным является выбор матери- алов для отдельных элементов конструкции: в основном применялись полимеры, которые, согласно общепринятой классификации, от- носятся к классу инженерных, в особенности к классу высокоэффективных конструкцион- ных, причем в наполненных вариантах. В целом ясно, что перечисленные кон- цепции «полимерных» двигателей вряд ли всерьез претендуют на выход в серийное производство. Их роль в том, чтобы проде- монстрировать возможности и ограничения тех или иных подходов. Они же подсвечи- вают общие направления развития научно- технологической мысли. В данном случае совершенно очевиден уклон в сторону наполненных реактопластов (эпоксидные и фенольные смолы) и напол- ненных специальных полимеров с высокими механическими и температурными характе- ристиками. Авиационная промышленность Авиационная промышленность, разумеет- ся, не является в глобальном масштабе круп- ным потребителем полимерных материалов. Однако технологические тенденции, склады- вающиеся в этой индустрии, исключительно важны, поскольку исторически авиакосми- ческая отрасль является чуть ли не основным «полигоном» для отработки тех решений, которые впоследствии перетекают в другие сферы, в частности в рассмотренный ранее автопром. Так, именно в авиакосмической отрасли впервые началось промышленное применение полимерных композитов в ка- честве силовых элементов в отдельных узлах конструкции самолетов. Разумеется, ключевая цель этой все еще продолжающейся трансформации — сни- жение веса летательных аппаратов. Актуаль- ность этой задачи объясняется множеством преимуществ, которыми обладают более легкие самолеты. В качестве основных мож-