В витринах спортивных магазинов бамбуковые удилища все чаще уступают место стеклопластиковым. Искусственный материал оказался прочнее, и легче лучшего из естественных. Казалось бы, что здесь удивительного? А вот, что. Во-первых, ни стекловата, ни полимерная смола, из которых делается стеклопластик, отнюдь не эталоны прочности. Во-вторых, превзойти соперников из древесного, и животного мира стеклопластику позволило то, что он буквально копирует их структуру. Бамбук (см. рисунок, на котором изображен его поперечный срез) - это «тело» из мягкой целлюлозы с прочным «скелетом» из окиси кремния. Кости животных - это каркас из нитей твердого, хрупкого апатита, залитый мягким коллагеном. Волокнистая арматура из хрупкого стекла в мягкой толще полимерной смолы - это стеклопластик. Если вспомнить о саманных кирпичах - кирпичах из глины, смешанной с соломой, о клееных лыжах, о текстолите, можно сказать, что человек давно оценил достоинства материалов с подобной структурой. Но лишь в последние годы эти материалы очутились в центре внимания инженерной науки, получили широкое распространение в технике, и обрели свое имя - композиционные материалы (иногда их еще называют композитными материалами или композитами).
Каждый из них - это сетка прочных, и жестких волокон или частиц (наполнитель), погруженных в пластичное связующее вещество (матрица). Деформируясь от нагрузок, связующее вещество передает их армирующим волокнам посредством касательных напряжений. При таком распределении нагрузок их могут выдержать даже редкие и тонкие волокна из достаточно прочного вещества (мягкая, упругая матрица не позволит хрупким волокнам резко изгибаться, и ломаться). Если удельный вес связующего вещества невелик, мы получаем в результате столь трудно достижимое сочетание двух важных свойств - прочности и легкости. Разумный подбор компонентов придаст композиционному материалу еще, и тугоплавкость, и нужную электропроводность, и т. д.
Надо сказать, что композиционным материалам вообще присущи такие свойства, которыми отдельные составляющие обладают в значительно меньшей мере или не обладают вовсе. Секрет этого «чуда» еще не понят до конца; например, повышенное сопротивление композиционных материалов хрупкому разрушению объясняют тем, что в неоднородной среде микротрещины - первопричина разрушений - могут встретить существенные помехи своему распространению, которых нет в среде однородной.
Жесткие, легкие, прочные на разрыв - даже при высоких температурах - такими зарекомендовали себя композиционные материалы в самолетостроении, где они впервые нашли широкое применение. Сегодня их можно встретить в самых разнообразных отраслях техники, где предъявляются повышенные требования к материалам. Алюминий, армированный стекловолокном, - это топливные элементы атомных реакторов; медь, армированная вольфрамовым волокном, - это сопла ракет; свинец, армированный стальной проволокой, - это подшипники; эпоксидная смола, армированная волокнами бора, - это лопасти вертолетов; алюминий, армированный борсиком - борным волокном с покрытием из карбида кремния, - это лопатки компрессоров и хвостовое оперение сверхзвуковых истребителей.
Технологи продолжают искать наиболее удачные структуры композиционных материалов (некоторые из них показаны на рисунках), пополняют перечень перспективных композиций. Еще недавно волокна бора считались лучшими наполнителями для пластиков, потом это звание перешло к угольным, и графитным волокнам; изучаются волокна из окиси алюминия (хорошо известна ее разновидность - сапфир), карбида кремния. Совершенствуется методика изготовления волокон известно, например, что нитевидные кристаллы обладают идеальной кристаллической структурой и, как следствие, сверхвысокой прочностью. Заработав добрую славу в технике, композиционные материалы понемногу проникают в быт удилища из стеклопластика, с которых начался наш рассказ, теннисные ракетки из углепластика - это лишь первые ласточки, за которыми вскоре последуют и другие - по мере удешевления композиционных материалов уже освоенных промышленностью.
