Жидкости

Самым знаменитым из когда-либо существовавших фанерных самолетов стал бомбардировщик de Havilland Mosquito. Когда во время Второй мировой войны он поступил на вооружение, это был самый быстрый самолет в небе. Его даже не вооружали защитными пулеметами, поскольку он способен был обогнать любой другой самолет. Он и до сего дня остается, возможно, самым красивым изделием из фанеры в истории. Его элегантность объясняется способностью фанеры принимать сложную форму в процессе застывания клея. Именно этому свойству она была обязана своей популярностью у конструкторов, длившейся несколько десятков лет.

Фанерный бомбардировщик de Havilland Mosquito

После войны фанера продолжила триумфальное шествие и произвела революцию еще в одной области — на этот раз в производстве мебели. Два самых изобретательных дизайнера того времени, Чарльз и Рэй Имз, использовали ее, чтобы переосмыслить деревянную мебель. Их конструкции, в первую очередь то, что мы сегодня называем стульями Eames, стали классикой. Их делают и подражают им до сих пор: зайдите в любое кафе или в любой класс, и вы, скорее всего, увидите какую-нибудь вариацию на тему этих стульев. Модные течения в мебели приходят и уходят, но фанера сохраняет свою привлекательность.

Фанерный стул, сконструированный Чарльзом и Рэй Имз. © Steven Depolo

Но если мебель из фанеры прошла проверку временем, то в аэронавтике конструкторской мысли пришлось двинуться дальше. После войны основными материалами в самолетостроении стали различные алюминиевые сплавы — не потому, что при том же весе они обладают большей прочностью или хотя бы большей жесткостью. Нет, алюминий победил потому, что его можно надежнее производить, герметизировать и сертифицировать, особенно с учетом того, что самолеты становились всё крупнее и летали всё выше. Очень трудно добиться того, чтобы фанера не впитывала воду или не высыхала. Фанерный самолет, который проводит значительную часть времени в сухих странах, со временем обязательно придет в негодность; его фанера ссохнется, возникнут дополнительные нагрузки на клееные сочленения. А в случае эксплуатации при повышенной влажности фанера разбухнет (или даже сгниет), что опять же поставит под угрозу безопасность самолета.

Алюминий не имеет таких недостатков; к тому же он невероятно стоек к коррозии и потому стал основой конструкции всех самолетов на следующие полвека. Но и он не идеален — не обладает ни достаточной жесткостью, ни достаточной прочностью для создания по-настоящему легких, эффективных по топливу самолетов. Так что даже в тот момент, когда производство алюминиевых самолетов было на пике, целое поколение инженеров чесало головы в поисках материала, идеального для самолетной обшивки. «Может быть, это какой-нибудь другой металл? — гадали они. — Или что-то совсем другое?» Углеродное волокно выглядело перспективно, поскольку при том же весе оно в десять раз жестче, чем сталь, алюминий или фанера. Но это текстиль, а в то время никто не мог сделать самолетное крыло из ткани.

Ответом стал эпоксидный клей. Такие компаунды — еще один вид двухкомпонентных адгезивных составов, но в их основе всегда лежит единственная молекула из категории так называемых эпоксидов.

В центре молекулы эпоксида есть кольцо, в котором два атома углерода соединены с одним атомом кислорода. Если разрушить эти связи, кольцо раскроется и эпоксид сможет реагировать с другими молекулами, образуя прочное твердое покрытие. Реакция затвердевания не начнется, пока кольцо не будет раскрыто путем разрывания связей «углерод — кислород»; для этого, как правило, в эпоксидную смолу добавляют отвердитель.

Отвердитель раскрывает кольцо молекулы эпоксида, позволяя ей образовать полимерный клей

Одно из главных преимуществ эпоксидных компаундов в том, что скорость реакции затвердевания зависит от температуры; клей можно смешать, и он не начнет схватываться, пока вы этого не захотите. Это принципиально важно при производстве фиброармированных деталей сложной формы, из которых собирается самолетное крыло; они огромны, и на их изготовление уходит не одна неделя. Когда вы наконец готовы превратить клей в прочное твердое вещество, вы помещаете деталь в герметичную печь, нагреваете крыло до нужной температуры — и готово. Такие печи называются автоклавами и могут быть размером с самолет. Перед нагреванием деталей из печи удаляется весь воздух, что позволяет решить еще одну проблему клеев: они часто захватывают воздух в местах соединений, и образуются пузырьки, которые после затвердевания становятся слабыми местами конструкции. Еще одно серьезное преимущество эпоксидов в том, что химически они очень изменчивы. Химики умеют присоединять к эпоксидному кольцу различные компоненты, что позволяет компаунду связываться с разными материалами: металлами, керамикой и… да, углеродным волокном.