Марк Медовник - Жидкости [оптимизированы иллюстрации]

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.

Вы, возможно, удивляетесь, почему эпоксидные компаунды из хозяйственных магазинов не нужно нагревать в автоклаве, когда вы хотите починить с их помощью разбитую вазу или приклеить ручку к металлической крышке соковыжималки. В них в качестве отвердителей используются другие химические вещества, нежели в тех, что применяются в производстве самолетов; они будут реагировать с эпоксидной молекулой при комнатной температуре. Такой клей продается в двух емкостях, и перед использованием вам нужно смешать его компоненты: саму смолу и отвердитель – и различные ускорители, которые влияют на время реакции и позволяют клею затвердевать быстрее. Бытовые эпоксидные составы не так прочны, как их аэрокосмические варианты, но это тем не менее тоже очень мощное средство.

Возможно, всё это звучит просто, но на разработку фундаментальных принципов и технологий производства композитных структур до состояния, когда все готовы доверять самолетам из углеродного волокна и летать на них, ушел не один десяток лет. Сначала композитные материалы были испытаны на земле в гоночных машинах, где показали себя очень хорошо. Теперь у гоночных машин углеродные детали есть даже в двигателях – и да, вы правильно догадались, ученые разработали эпоксидные компаунды, которые можно использовать в такой высокотемпературной среде. После гоночных машин углеродные материалы нашли применение в изготовлении протезов – огромный шаг вперед, поскольку они обладают более высокой жесткостью и прочностью по сравнению со многими металлами и к тому же значительно легче их. Те штуки, на которых бегают спортсмены-инвалиды, сделаны из углеродных композитов. Этот же материал используется при изготовлении велосипедов, и до сего дня лучшие велосипеды в мире делаются из углеродных композитов, склеенных при помощи эпоксидных составов. И, конечно, новейшие коммерческие пассажирские самолеты от Boeing и Airbus тоже сделаны из углеродных композитов – включая тот, что нес меня через Атлантику.

Точно так же, как болты и заклепки уступили место клеям и связующим составам в протезировании и аэрокосмической промышленности, вероятно, винты и нитки уступят место клеям и в больницах. Когда я недавно рассек себе голову, играя в американский футбол, я зажал рану платком и отправился в отделение травматологии и неотложной помощи, где просидел с окровавленным платком на голове два часа в приемном покое. В конце концов, когда меня вызвали к врачу, он промыл мне рану, а затем вынул тубу цианоакрилатного клея. Он выдавил состав на обе стороны раны, а затем свел их вместе и удерживал в течение десяти секунд. После этого меня отпустили домой. И это не был какой-то врач-сумасброд, который пытался так сэкономить свое время; такая процедура уже стала в больницах стандартной.

Так молекула воды раскрывает молекулу цианоакрилата с образованием полимерного клея