以尖端研究員Alexey V. Kepman為首的羅蒙諾索夫莫斯科國家大學的科研團隊正在開發結構性聚合物復合材料以用于車輛部件及航空航天工業的結構性零件的生產。此類零部件對材料要求更加嚴格,需要高性能聚合物復合材料。研究人員已經在雜志《應用聚合物科學》上發布了他們的項目成果。材料結構以聚合物為基質,并包含一種獨立的其他加強材料(填料)。舉例來說,在碳纖維增強復合材料中(CFRP),碳纖維是作為一種加強材料存在的,而聚酯或環氧樹脂,雙馬來酰亞胺,聚酰亞胺等其他聚合物構成基質。
一架現代飛機,比如“夢幻飛機”波音787包含50%的聚合物復合材料。一架戰斗機,比如歐洲臺風戰斗機包含70%的聚合物復合材料。開發中的耐高溫聚合物復合材料有朝一日將取代現有發動機里的金屬部件(如低壓噴氣式壓縮機葉片)或超音速飛行器的外殼。
化學家在以二肽腈單質為啟始材料的聚合物材料分子設計中采用了一種新方法,他們創造新材料的同時也改進了制備方式,這種方法不同于大多數現行的肽腈法,可被用于以注射法更經濟的生產CFRP。此法可以最少的零部件組裝數量生產高強度復雜外形的CFRP。
鈦合金或鋁合金的單克價格遠低于同樣重量的這種復合材料。不過,據研究員Boris Bulgakov介紹,生產和維護大型復雜外形的聚合物復合材料部件則要遠遠便宜于合金。這種性價比優勢產生于大幅下降的組裝工序人工成本,以及碳纖維結構的高強度水平。
Boris Bulgakov解釋說“比如,一張聚合物復合材料機翼是由10塊部件固定在一起,那么同樣的金屬機翼就需要100塊零件,這意味著金屬機翼的生產成本更高。而且CFRP的強度是鋁合金的6到8倍,而密度則比鋁合金輕1.5倍。”
聚合物復合材料正被廣泛應用于高檔汽車、F1方程式賽車、飛機和航天飛船的生產。飛機重量減輕可使燃油消耗減少,有效負重加大。因此聚合物復合材料的高生產成本由低油耗及高載重所補償。而且因為耐腐蝕,聚合物復合材料維護成本低于金屬。