Composite 21 Century № 1 (26) 2014 February by Anastasiya Tishkova

#1 (26) февраль 2014

Залог здоровья

Решить проблему биологической совместимости имплантов удалось лишь в XX веке

/ПРОГРЕСС/

/ТЕХНОЛОГИИ/

/СТИЛЬ/

промышленные горизонты

материал хамелеон

Время взлетать

От редактора

COMPOSITE 21 century

новый облик!

«Номер, который вы держите в руках, - седьмой международной выставке – «Композит-Экспо 2014»

Уважаемые читатели!

Помните известный афоризм: «Встречают по одежке, провожают по уму»? Думаю, он актуален не только по отношению к людям, но и к деловым изданиям. Мы решили сменить дизайн и улучшить наполнение своего журнала, сделав его более стильным, современным и содержательным. Каждый выпуск имеет собственную концепцию и посвящен определенному мероприятию. Например, номер, который вы держите в руках, посвящается седьмой международной выставке «Композит-Экспо 2014». Большая часть тем первого в этом году номера так или иначе связана с разделами данной выставки.

Смысл жизни, на мой взгляд, как раз и состоит в постоянном движении, развитии, поиске нового. Пока мы движемся, у нас есть цель, а значит, и смысл. Перемены не дают застаиваться на месте, заставляют идти вперед и развиваться. И это здорово! Когда есть четкое направление, движение непременно принесет свои плоды. Я уверена, наступивший год готовит нам много приятных сюрпризов на рынке композитных материалов. Мы обязательно будем держать руку на пульсе событий и меняться вместе с отраслью. Насколько удачно у нас получится – судить вам. Встречают по одежке, провожают по уму, не так ли!?

Приятного вам чтения!

C21

Анастасия Тишкова Руководитель ИД

январь 2014

От редактора

COMPOSITE 21 century

Журнал «КОМПОЗИТЫ 21 ВЕК» Издатель: ООО ИД «Композиты 21 век» Генеральный директор: Алина Хованских Руководитель проекта: Анастасия Тишкова tata-lita@yandex.ru Главный редактор: Андреев Владимир Николаевич editor@composite21vek.ru Редакция: Андрей Пугачев, Алеся Крыжановская, Андрей Шабаев, Дарья Щетинина Верстка: Светлана Эннс, Олег Горностаев, Кира Тавс Корректор: Андрей Шабаев Фото: Сергей Николаев, Ольга Андреева По вопросам размещения рекламы и распространения: Тел.: +7 (495) 785-4009 Адрес редакции: 109388, г. Москва, ул. Полбина, д.3 Тел.: +7 (495) 785-4009 info@composite21vek.ru www.composite21vek.ru Все права защищены. Материалы данного издания не могут быть использованы полностью или частично без письменного разрешения редакции. При цитировании ссылка обязательна. Мнение редакции может не совпадать с мнением авторов. Редакция не несет ответственности за содержание рекламных материалов Издание зарегистрированно в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор) ПИ № ФС77—44120 от 9.03.2011 Подписано в печать: 17.02.2014. Бумага мелованная. Печать офсетная. Тираж: 3 000 экз. Цена свободная

Журнал «КОМПОЗИТЫ 21 ВЕК» № 1 (26) февраль 2014

январь 2014

Содержание

COMPOSITE 21 century

стр.

Факты и цифры

Стойкость стеклопластика

Самые актуальные и невероятные открытия и события в мире.

стр.

Углепластик высоких достижений Композиты и материалы в нашей жизни.

стр.

Промышленные горизонты машино-, корабле-, авиастроение, производство космической техники, а также смежные отрасли.

стр.

Материал Хамелеон

январь 2014

стр.

Поставить в строй Вентилируемые фасады в строительстве.

стр.

Пластмассовая кость Необходимость заменять ткани тела искусственными материалами появилась у человека еще в глубокой древности.

русская мощь

Пломбы из композитов, насколько они прочны и долговечны.

Российская инновационная компания, расположенная на базе Центрального аэрогидродинамического института им. проф. Н.Е. Жуковского (ЦАГИ) «Аэрокон», разработала новый аппарат для преодоления препятствий по водной поверхности.

стр.

Композиции против традиций Пластмасса – один из самых распространенных материалов.

стр.

Композиты в истории Сверхпрочные волокна

Темы номеров В этом разделе спешим вам рассказать о темах, на которые мы будем писать в 2014 году.

стр.

Словарь терминов Расшифровку терминов, используемых в журнале.

Факты, цифры, события

январь 2014

COMPOSITE 21 century

1. Гитарный усилитель от Line 6 Компания Line 6 известна в гитарном мире моделирующими гитарами, позволяющими добиться от одного инструмента звука многих знаменитых моделей, а также устройствами для обработки гитарного звука. Теперь этот производитель, по собс т венному з а я в лению, заново изобрел гитарный усилитель и представил на суд публики две модели гитарных комбоусилителей: Amplifi 75 и 150. За громкими заявлениями разработчика скрывается по сути интеграция усилителя с мобильными устройствами, дающая возможность воспроизведения звука через беспроводное Bluetooth-подключение, а так-

же возможность управления всеми настройками усилителя с помощью специальных мобильных приложений. При этом Line 6 предлагает воспользоваться услугами специализированного облачного сервиса, благодаря которому пользователи могут поделиться собственными настройками. Мощность новых усилителей составляет 75 и 150 Вт (в соответствии с цифровыми индексами моделей). Более мощное устройство оборудовано 12-дюймовым динамиком Celestion и четырьмя дополнительными динамиками, тогда как младшая модель имеет 8-дюймовый динамик. Их стоимость составляет 400 и 500 долларов.

2. Рама в 3D Впервые создана велосипедная титановая рама с помощью 3D-печати. Компании Renishaw и Empire Cycles создали пробный экземпляр горного велосипеда MX-6 Evo с титановой рамой. Рама была создана с помощью установки лазерного плавления Renishaw АМ250 путем сплавки частичек порошка титанового сплава. Слои сплавленных частиц накладывались один на другой, в результате чего получались секции рамы. Затем их соединили вместе с помощью адгезива. Получившаяся рама весит 1,4 кг, что на треть меньше массы алюминиевого аналога. При этом по показателю прочности во время испытаний она продемонстрировала результат, в 6 раз превышающий требования

стандарта для горных велосипедов EN 14766. Производство рам с помощью 3D-печати будет безотходным. Более того, благодаря точным настройкам требуется меньше сырья по сравнению с традиционным технологическим процессом. Кроме этого, с помощью одного и того же устройства можно создавать рамы различной конструкции и размеров, а вносить изменения в конструкцию будет заметно проще. Все это, считают инженеры, позволит сделать титановые рамы дешевле.

3. Вечная ручка от Pininfarina На выставке Paperworld во Франкфурте была представлена ручка 4.EVER Pininfarina

Cambiano, которая будет писать вечно. Вместо шарика или пера наконечник этой ручки представляет собой так называемый узел Ethergraph, созданный из специального металлического сплава. Он оставляет след на бумаге, как обычная ручка, но при этом не требует замены чернил или пасты. Корпус ручки выполнен из алюминия и дерева. Стоимость ее не называется, но учитывая, что предыдущие инструменты для письма от Pininfarina стоят от 1300 евро, можно предположить, что и цена 4.EVER Pininfarina Cambiano будет немаленькой. Вместе с ручкой будет выпущен блокнот из каменной бумаги. Этот материал прочнее обычной бумаги, имеет водоотталкивающие свойства и производится без вреда для окружающей среды.

4. Кожаный стиль Для российских потребителей созданы «кожаные» Samsung GALAXY S4 и S4 Mini. Предметы, стилизованные под кожу, пользуются стабильной популярностью среди жителей стран СНГ. В особенности это характерно для представителей старшей возрастной категории, в кругах которых смартфон с дерматиновым чехлом-книжкой – явление повсеместное. Судя по всему, новые черные модели GALAXY S4 и S4 Mini воплощают в себе попытку Samsung угодить этой категории покупателей. Обновленный вариант дизайна, анонсированный на русскоязычном сайте компании, представляет собой не только

новую расцветку. Пожалуй, главной отличительной чертой гаджетов является задняя крышка с текстурой, напоминающей кожу. Стилизация дополняется швом, обрамляющим заднюю панель. В целом, это дизайнерское решение во многом напоминает Galaxy Note III, позиционируемый под лозунгом «твой смартфон должен выглядеть престижно». Расстояние между струнами, также, не должно изменяться.

5. Всегда горячо Термокружка Temperfect поддерживает оптимальную температуру горячего напитка. Любители чая и кофе часто сталкиваются с этой проблемой: как только мы наливаем напиток в кружку, он чересчур горячий, но стоит отвлечься на 10 минут, и он уже слиш-

ком холодный. Большинство термокружек решают эту проблему лишь частично: вначале жидкость все равно остается слишком горячей. Проект Temperfect призван изменить ситуацию к лучшему. Новинка укомплектована прослойкой из материала с обратимым фазовым состоянием. Наполнитель способен переходить из твердого агрегатного состояния в жидкое и обратно. Таким образом, он сначала забирает часть термической энергии напитка, а потом постепенно отдает ее обратно, долго поддерживая температуру содержимого кружки на одном уровне. Кружка емкостью 473 мл выполнена и з нержавеющей ста ли и имеет ваку умную прослойку между стенками для лучшей термоизоляции. Проект бы л выставлен на Kickstarter, многократно превысив ожидаемое финансирование.

Факты, цифры, события

январь 2014

COMPOSITE 21 century

6. Свободное плавание Яхты из композитов стали хитами международных специализированных шоу. В конце января в Германии завершила работу одна из самых крупных выставок катеров, яхт и водных видов спорта «Boot Dusseldorf 2014». По данным организаторов шоу, в 17-ти павильонах выставочного комплекса свою продукцию продемонстрировали 1650 экспонентов из 50 стран мира. Композиты на выставке были представлены во всех сегментах судостроительного рынка. Около 40% участников боатшоу – не резиденты Германии. Крупнейший иностранный участник – Нидерланды – был

представлен экспонатами от 140 верфей и производителей оборудования. За Нидерландами следуют Франция и Италия (по 50 экспонентов), 30 – Великобритания, 26 – Австрия. Более 150 представителей сегмента парусных яхт представили свои новинки. В том числе самую большую яхту – Oyster 825 – производства Великобритании. Свыше двадцати производителей продемонстрировали свои катамараны и тримараны различных классов. В премиум-сегменте было выставлено более 40 больших роскошных яхт, поражающих своими размерами. Не обошлось и без мировых премьер и традиционных премий «Европейской яхты года 2014» – своеобразного яхтенного «Оскара».

Особое внимание специалисты уделили использованию полимерных композиционных материалов в производстве судов. Угле-, стекло- и органопластик представлен во всех сегментах судостроительного рынка как в чистом виде, так и в составе гибридных материалов. Уже никого не удивляют доски для серфинга, легкие разборные байдарки из углепластика. Любой уважающий себя яхтсмен гордится, как минимум, мачтой из настоящего карбона. Производители стараются подчеркнуть применение ПКМ, обязательно указывают это в технических хар а к т ерис т ик а х , де монстрируют сэндвич-панели, их структуру, состав. Современные композиционные материалы открывают широкие возможности для разработчиков и производителей катеров

и яхт. Свойства материалов позволяют уменьшить вес конструкций, снизить центр тяжести, расширить свободное пространство, в полной мере воплотить самые смелые дизайнерские идеи.

7. Трубы из стеклопластика В России появится новый завод по производству стеклопластиковых труб. AMIANTIT International Holding и Холдинговая компания «Композит» подписали комплекс соглашений о создании в России производства стеклопластиковых труб мирового уровня. Согласно достигнутым

соглашениям, в течение ближайших двух лет в России будет построен новый завод «Амитек» по производству стеклопластиковых труб в особой экономической зоне «Алабуга» Республики Татарстан. Общие инвестиции превышают 1 млрд рублей. AMIANTIT International Holding является мировым лидером в производстве стеклопластиковых труб. Данные трубы не подвержены коррозии, их отличает низкий вес и высокие прочностные характеристики. Стеклопластиковые трубы устойчивы к агрессивным средам, что принципиально важно для систем водоснабжения и канализации. Помимо этого монтаж стеклопластиковых трубопроводов требует меньше трудозатрат. Основные

области применения стеклопластиковых труб – это системы водоснабжения питьевой водой, отведение химических, промышленных отходов и сточных вод, а также нефтедобыча. «AMIANTIT International Holding давно искал партнера для создания в Российской Федерации локального производства стеклопластиковых труб, переговоры велись с несколькими крупными российскими предприятиями.

8. Метрополитен из композитов До конца 2014 года в России появится новое предприятие по производству стеклопла-

стиковой арматуры, не уступающей мировым аналогам. В рамках конференции «Композиты без границ» было подписано соглашение между предприятием «Поволжская армат у ра» и ита лья нской компанией ReCC. Документ подт верж дает н а мерени я осуществить трансфер технологий из Италии в Россию для создания в нашей стране совместного производства. Стеклопластиковая арматура имеет ряд преимуществ над металлической благодаря низкому весу, прочности, антикоррозийным свойствам и длительному сроку эксплуатации. Стеклопластиковая арматура во всем мире широко используется при строительстве промышленных и жилых зданий, небоскребов, мостовых сооружений,

портов, дорожного полотна. Этот материал также активно используется при создании подземных сооружений, в частности,в строительстве метро. Стек лоп ласт икова я арматура будет создаваться под брендом POLARM. В течение ближайшего года на предприятии «Поволжская арматура» будет развернуты новые производственные мощности, соответствующие последнему слову техники. Как ожидается, новый завод начнет функционировать в Саратове уже в 2015 году.

Факты, цифры, события

январь 2014

COMPOSITE 21 century

11 10

12 4

9. Нано идет на Урал «Швабе» построит на Урале центр нанотехнологий. Уральский оптико-механический завод при поддержке свердловских властей прист у пи л к строительству в Екатеринбурге научно-лабораторного центра «Наномеханика». Реализация проекта будет способствовать решению системных вопросов отечественной наноиндустрии. В Центре предполагается наличие трех лабораторий по нанооптоэлектронике, наномеханике и нанооптике. На создание лабораторий и закупку современного оборудования до 2015 года будет инвестировано более 3 млрд рублей.

ПО «Уральский оптико-механический завод» имени Яламова» (УОМЗ) – лидер отрасли оптического приборостроения, разрабатывающий и производящий оптико-электронные системы военного и гражданского назначения. Завод основан в 1837 году. Предприятие является разработчиком и производителем оптико-локационных станций и оптико-электронных систем для боевых самолетов, вертолетов, военно-морского флота и сухопутной бронетанковой техники. УОМЗ – одно из ключевых предприятий холдинга «Швабе», который входит в Ростех. Основное производство расположено в Екатеринбурге. Продукция предприятия поставляется в 78 стран мира.

10. Очистят воду «РТ-Химкомпозит» предлагает новое решение в очистке воды. Инновационная технология была представлена на выставке «Чистая вода России». Автоматизированная установка типа «ДХ-100», разработанная предприятием «УНИХИМ с ОЗ» (входит в холдинг «РТХимкомпозит»), позволяет получать высокоэффективный и экономичный комбинированный дезинфектант «Диоксид хлора и хлор». Технология заменяет традиционное хлорирование с использованием жидкого хлора или гипохлоритов натрия и кальция. Применение установки типа «ДХ-100» позволяет очищать и обеззараживать питьевые,

оборотные и сточные воды. Уникальная установка обладает сильным дезодорирующим эффектом и улучшает вкус питьевой воды, оказывает сильное влияние на бактерии и вирусы, а также эффективно окисляет содержащиеся в воде соединения железа и марганца. «ДХ-100» использует отечественное сырье, позволяющее сократить затраты в 1,5-3 раза. При этом обеззараживающее действие пролонгировано на срок более 7 суток. Исключено вторичное загрязнение воды на всей протяженности распределительной водопроводной системы. Эффективные дозы дезинфектанта в 8-20 раз ниже доз хлора и гипохлоритов.

11. Углеродный принтер Создан 3D-принтер для печати из углеродного волокна. Инженер Грегори Марк представил первый в мире 3D-принтер, который в качестве материала для создания объектов использует углеродное волокно. Mark One, по словам создателя, призван удешевить производство объектов из этого материала. Углеродное волокно очень прочное на растяжение, поскольку состоит из нитей, составными частями которых являются выровненные параллельно друг другу кристаллы из атомов углерода. В прошлом материал обычно использовался в космонавтике,

болидах «Формулы-1» и имел другие относительно узкие сферы применения. Помимо углеродного волокна, для создания объектов можно использовать и другие материалы, включая традиционные. Помимо пластика будут предложены расходники на основе нейлона, стекловолокна.

12. Надежная защита Pelican ProGear CE1250 – защита для Galaxy S4. Продукция Pelican пользуется популярностью среди обладателей гаджетов, которые нуждаются в надежной защи-

те. Вот уже несколько лет этот производитель поставляет не только потребительские, но и армейские товары. Недавно Pelican представили новый аксессуар – Pelican ProGear CE1250, предназначенный для Samsung Galaxy S4. Благодаря точному соответствию формы аксессуара и смартфона удается избежать излишней массивности: габариты ProGear CE1250 составляют 14,6 x 7,9 x 1,3 см. Что касается веса, то оболочка добавляет смартфону 51,03 грамма. Выполненный из прочного эластомера, кейс эффективно поглощает кинетическую энергию, защищая Galaxy S4 от па дений с высоты 1,83 метра. Крепления новинки спроектированы таким об-

разом, что ее легко надеть, но непросто снять. Другими словами, продукт рассчитан на долгосрочное постоянное использование. Несмотря на то, что защитный экран для дисплея отсутствует, утолщенные торцевые элементы помогают избежать повреждений. К тому же, новинка совместима с защитными пленками. Аксессуар сертифицирован по армейскому стандарту MILSTD-810G и имеет пожизненную гарантию.

Планета в композициях

COMPOSITE 21 century

январь 2014

Вокруг технологий

январь 2014

COMPOSITE 21 century

Промышленные горизонты Ключевым фактором в программе по сохранению асфальта является нанесение специального композитного материала, который обеспечивает восстановление свойств асфальта, препятствует проникновению влаги, эффективно защищает от масел, бензина, ультрафиолетового излучения и увеличивает продолжительность жизни асфальта в 3 раза.

Композиционные материалы и изделия из них в перспективе будут использоваться во многих сферах промышленного производства: машино-, корабле-, авиастроении, производства космической техники, а также смежных отраслях. Во всяком случае, так считают специалисты. Алеся Крыжановская Shatterstock

В России композитные материалы заняли прочную нишу на промышленном рынке и позиционируются как передовой продукт, составляющий конкуренцию традиционным аналогам. Композитные материалы и изделия из них завоевывают популярность, несмотря на высокую стоимость, в отраслях, где механические свойства должны сочетаться с низким весом и возможностью выдерживать высокие нагрузки. Это, например, авиакосмические детали (хвосты, крылья, фюзеляж, пропеллеры), корпуса судов, кузова автомобилей, велосипедные рамы, удилища. Однако приоритет в развитии рынка производства композитных материалов отдается массовым сферам, которые способны генерировать большие денежные потоки для запуска инвестиционных проектов.

В защитных целях Россия имеет богатый опыт разработки и внедрения изделий из композитов в оборонно-промышленном комплексе промышленности. Оборонная промышленность – одна из самых наукоемких отраслей. Большое количество передовых технологий и изобретений появляются именно в этой области. Разработка и анализ технических характеристик изобретения из композиционных материалов для создания современной конкурентоспособной техники также не стало исключением. Благодаря своим уникальным свойствам композиты позволяют достичь снижения веса конструкций, повышения прочностных характеристик и защиты от агрессивной среды.

Так, в качестве примера, можно привести пермское предприятие НПО «Искра», которое выпускает раздвижные сопла для твердотопливных ракетных двигателей. При их производстве используются углеродные композиционные материалы. Композит – отличный материал для защиты. В новом российском танке Т-95 вместо толстой стальной брони будут использованы композиционные материалы и электромагнитное поле. Такая защита способна выдержать взрыв всего боекомплекта. Для современной ракетно-космической техники характерно активное использование новых материалов, технологий и перспективных конструкций. Мировая конкуренция за заказы на доставку грузов на орбиту заставляют разработчиков ракетно-космической техники активно применять композиты для оптимизации энергомассовых характеристик ракет-носителей, увеличению объема полезного груза. Из композитов изготавливают: оболочки головных обтекателей, обтекатели ступеней, приборные рамы и воздуховоды ракет-носителей; оболочки, трубы, силовые профили для космических телескопов и спутников; тепловые панели систем терморегулирования космических аппаратов; теплозащитные покрытия для космических аппаратов… В свою очередь от металлов к композитам активно переходит мировая авиастроительная отрасль. Ключевые авиастроительные компании (Airbus, Boeing) заменяют

Вокруг технологий

январь 2014

COMPOSITE 21 century

Брюс Спрингстин на фестивале Rock in Rio 2013

70% территории России не имеет центрального энергоснабжения из-за большого расстояния между населенными пунктами

алюминий и другие материалы при производстве деталей самолетов (фюзеляжей, крыльев, закрылок, килей, стабилизаторов, люков и дверей, окантовок иллюминаторов, элементов интерьера) на высокоэффективные композиты низкой плотности для снижения массы своих машин. Это приводит к сокращению эксплуатационных расходов для авиаперевозчиков и создает конкурентные преимущества для производителей. Экономия на эксплуатационных расходах происходит за счет более низких затрат на топливо и меньшей потребности в материально-техническом обслуживании, необходимость которого возникает при использовании металлов из-за их «усталости» и коррозии.

Композиты-гидрофобы Помимо хороших прочностных характеристик, композиты обладают высокой коррозионной стойкостью и гидрофобностью. Как следствие – активно используются в судостроении. Применение композитов позволяет снизить вес конструкций, в результате чего уменьшается расход топлива и увеличивается маневренность судов. А, например, при создании судов, предназначенных для спасения людей при пожаре на воде, используют композиты с высокой тепло- и огнестойкостью. Один из самых больших кораблей из стеклопластика – английский минный тральщик «Гильтон», длина которого составляет 46,7 м. Здесь используется еще одно уникальное свойство композита – радиопрозрачность. В основном же стекло и углепластики исполь-

зуются для строительства прогулочных и гоночных яхт, рыболовецких траулеров длиной 15-30 м, катеров, яликов, шлюпок, водных велосипедов и гидроциклов. Кроме этого, стеклопластики все чаще используются для вспомогательного оборудования и надстроек: рубки, резервуаров для питьевой воды, трубопроводов вентиляции, наружных крышек люков, перегородок, обтекателей антенн…

Легкие машины Композиты широко используются при производстве деталей и узлов в автомобилестроении и сельскохозяйственном машиностроении. Основные достоинства композитов в этих отраслях промышленности: коррозионная стойкость, повышенная стойкость к повреждениям, звукопоглощение, малый вес, экономичность. Благодаря использованию облегченных композитов снижается общий вес автомобильной и сельскохозяйственной техники, а значит, экономится топливо при ее эксплуатации. Мало- и среднегабаритные детали и изделия для автомобильной и сельскохозяйственной техники из композитов изготавливаются крупными сериями. Современные композиты используются при производстве подвижных железнодорожных вагонов – как пассажирских, так и грузовых. В итоге вагоны получаются легкими, долговечными, а затраты на эксплуатацию – ниже. Весовые показатели особенно важны для высокоскоростного движения на существующих железнодоржных линиях.

Снижение массы - определяющий критерий при обеспечении оптимального расположения центра тяжести кузовов вагонов. Это очень важно для наклона кузова при движении в кривых с высокой скоростью. Оптимизация массовых показателей обеспечивается с помощью многослойных конструкций из композитов в элементах оснащения вагонов. Очень актуально применение композитов при производстве грузовогоподвижного состава, предназначенного для транспортировки агрессивных сред (вагоны и цистерны).

«Гражданские» материалы В гражданском строительстве композиты применяются в качестве материалов различного назначения, готовых изделий для благоустройства прилегающих к зданиям и сооружениям территорий, а также в жилищно-коммунальной сфере. Использование композитов способствует сокращению общих расходов на строительство и последующую эксплуатацию, повышению производительности, cнижению веса конструкций и изделий, устойчивости конструкций к

коррозии и их долговечности, а также решает проблему изношенности трубопроводных систем. Из композитов изготавливают: сэндвич-панели, соединительные элементы для трехслойных ограждающих конструкций, арматуру для армирования бетона, свето-прозрачную кровлю, профили для окон, внешние трубопроводные системы для водоснабжения и канализации… В промышленном строительстве композиты используются при создании систем вентиляции и дымоотведения, водоснабжения, канализации и отвода сточных вод, шлакоудаления. Также композиты активно применяются на предприятиях горно-обогатительной, химической и нефтехимической, целлюлозно-бумажной промышленности, цветной металлургии.

товары для спорта

Шлем Nolan Tehnology

Тенисная ракетка HEAD

46,7м

длина английского минного тральщика «Гильтон», одного из самых больших кораблей из стеклопластика

Безопасная альтернатива Одна из важных отраслей российской промышленности – атомная энергетика. Атомная промышленность потребляет около трети выпускаемого в России углеволокна. Одна из областей применения данного материала – производство газовых центрифуг. Ранее их

Кроссовки BONT

Вокруг технологий

COMPOSITE 21 century

Безопасность превыше всего

январь 2014

Airbus A320 (Эрбас А320) разработан европейским самолётостроительным концерном Airbus в середине 1980-х годов. В конструкцию лайнера было заложено множество технических новинок. A320 стал первым в мире пассажирским самолётом с электродистанционной системой управления (кабина экипажа оснащена боковыми рукоятками управления вместо привычных штурвалов). Также в конструкции самолёта впервые были широко применены композитные материалы.

Основный принцип на всех дорогах мира – обеспечение безопасности движения. Установка пешеходных мостов через автомобильные и железные дороги, а также столбов освещения, информационных щитов и остановок общественного транспорта обеспечивает соблюдение этого принципа. Применение современных композитов не только позволяет быстро смонтировать такие конструкции, не прерывая основное движение, но и обеспечивает необходимый уровень безопасности.

производили из сплавов алюминия. Но теперь существует композиционный материал, идеально отвечающий критериям прочности и легкости. Особое внимание в отрасли уделяется вопросам обеспечения безопасности.

ных деталей, в том числе с твердыми металлическими вставками. Наибольший эффект получается при длине лопастей свыше 40 метров – такие лопасти изготавливаются только из углепластиков.

При строительстве атомных станций создается несколько уровней защиты – контейнмент. Защитная оболочка предназначена для предотвращения утечек радиоактивных веществ наружу и позволяет выдержать все возможные внешние экстремальные воздействия. После сильнейшего землетрясения в Японии выстояли и получили меньше всего разрушений те здания, которые были укреплены с помощью углепластиковой арматуры. Следовательно, применение углеволокна для укрепления контеймента в атомной энергетике крайне перспективно.

Множество конструкций подвергается воздействию агрессивных сред в химической промышленности. Например, емкости для хранения химикатов, трубы, различные профили. Длительное воздействие химикатов на материал за короткий срок приводит металл в негодность. Кроме того, необходимо учитывать расходы на обслуживание. Эти факторы вынуждают предприятия химической промышленности искать новые пути развития, и использование композиционных материалов является идеальным решением.

Второе рождение переживает сейчас ветроэнергетика. Конечно, только за счет энергии ветра покрыть все потребности в электричестве не удастся. Но перспективы развития отрасли крайне велики. В России 70% территории не имеет центрального энергоснабжения из-за большого расстояния между населенными пунктами, поэтому применение автономных электростанций оправданно. На большей территории России средняя скорость ветра не превышает 5 м/с. Использование на таких скоростях привычных ветрогенераторов неэффективно. Было найдено решение – придание лопастям аэроэластичности. Композиционные материалы обеспечивают более легкий вес конструкции, повышают прочность и долговечность эксплуатации. Кроме того, существует возможность проектирования технологий для крупногабаритных и слож-

Полученные в итоге конструкции имеют широкий диапазон эксплуатационных температур и повышенный, по сравнению с металлом, срок службы. Кроме того, они обладают небольшим весом, который позволяет экономить на транспортных расходах, устойчивы к коррозии и гниению. Таким образом, использование композитных материалов и изделий из них в различных отраслях промышленности способно повысить эффективность этих отраслей и значительно снизить издержки. C21

Вокруг технологий

январь 2014

COMPOSITE 21 century

Материал хамелеон Пластмасса – один из самых распространенных материалов, объемы производства которого достигают сотни миллионов тонн в год. Этот материал так или иначе используется практически во всех отраслях. Столь широкому распространению он обязан своей универсальности: пластмасса может быть легкой или тяжелой, прочной или хрупкой, плотной или пористой – все зависит от того, какие наполнители и модификаторы при этом использовались. Андрей Шабаев Shatterstock

Наполнитель имеет значение В качестве наполнителя для пластмассы, по мнению экспертов, может подойти практически любое вещество. Концентрация наполнителя в композите различна: на его долю может приходиться от 5 до 80% общей массы. В случае с наполнением пластика, например, отходами дерева содержание полимерного связующего может не превышать 10-15%. При этом получаемые на выходе плиты из деревопластика к своим «деревянным» качествам получают такие плюсы как влаго- и износоустойчивость и, главное, низкую цену, доходящую до 0,4-0,5 долларов за килограмм. Неудивительно, что мировое производство деревопластика ежегодно растет на 20% в год. Еще ниже концентрация связующего полимера в так называемых супернаполненных пластмассах или СНП, основу которых составляют минеральные вещества: мел, тальк и другие. Главное применение СНП – производство всевозможных строительных материалов, отличающихся негорючестью и низкой стоимостью, которая на 30-40% меньше цены оригинальной пластмассы. Правда, прочностные характеристики изделий из данного композита оставляют желать лучшего.

Если кто-то сочтет и СНП слишком дорогими, ему можно предложить еще более бюджетный наполнитель – воздух. Пенопласты уже давно зарекомендовали себя как хороший теплоизолятор и эффективная упаковочная тара, а в скором времени могут «попробовать» себя и в других сферах. Впрочем, случится это лишь в том случае если инженеры из государственного университета Огайо во главе с Джеймсом Ли доведут до ума свои эксперименты по добавлению в пенопласт наночастиц глины. Благодаря этой присадке размер пузырьков внутри материала снижается с нескольких сотен до 5 микрометров, а прочность пенопласта вырастет в 100 раз и сравнивается по этому показателю с лучшими сортами технической пластмассы.

Совершенству нет предела Впрочем, наноглина – далеко не единственная присадка, используемая при создании более совершенных полимеров. На сегодня промышленности известны десятки и даже сотни модификаторов, которые в концентрации от 0,2 до 2% оказывают определяющее

Вокруг технологий

5 до 80% от общей массы композита может составлять концентрация наполнителя влияние на качества конечного продукта. К примеру, добавление органических пероксидов, в зависимости от концентрации, повышает или понижает вязкость полимерной матрицы, за счет чего можно добиться полного перемешивания пластичной массы с наполнителем и абсолютно однородно консистенции композита. При использовании «начинки» из металла будет не лишним добавка модификаторов (3-4% от основной массы), увеличивающих адгезию. Если пластмассе необходимо придать магнитные свойства, в нее добавляют немного ферритов. Поскольку при реализации товара не последнюю роль играет его внешний вид, при выпуске отделочной пластмассы предприятия часто используют модификаторы блеска и запаха. Примешанные частицы белой глины размером 2-3 мкм существенно облегчают окрашивание композита, делают цвета более яркими и стойкими к агрессивным средам. Единственна задача, которая модификаторам пока не

январь 2014

COMPOSITE 21 century

под силу – это улучшение температурной выносливости полимеров. А она пока оставляет желать лучшего: даже наиболее выносливый к жаре и холоду полиимид может выдерживать температуру до 280°C. У пластмасс «попроще» этот порог выносливости колеблется в диапазоне от - 30 до + 90 градусов, чего нередко бывает недостаточно даже в бытовых условиях. Чтобы повысить «толерантность» пластика к холоду, технологи предложили добавлять в него заключенные в полимерную оболочку гранулы каучука, существенно улучшающего упругость и морозостойкость композита. Есть перспективные разработки и в области жаростойких пластмасс. Одна из них принадлежит ученым японского Института передовой науки и техники, придумавшим добавлять в расплав выведенный ими растительный полифенол. В результате введения растительной добавки полученная пластмасса выдерживает нагрев до 310 градусов по Цельсию. Несомненно, прогресс. Однако для реальной конкуренции с другими жаростойкими материалами – прежде всего, металлами – этого явно недостаточно. По части твердости и прочности успехи модифицированных пластмасс куда существеннее. За последние годы специалистами был разработан ряд присадок, предающим полимерной матрице нужные свойства.

Так, например, добавление в ПВХ небольшого количества дисульфата молибдена придает поверхности пластмассы твердость, сопоставимую с твердостью заклеенной стали.

Прочность – всему голова Однако по настоящему прочной пластмассу может сделать лишь грамотно подобранные армирующие. Особенно хорошо в этом плане зарекомендовали себя наполнители листообразной формы. В случае использования подобного наполнителя из стеклотекстолита предел растяжения на прочность улучшенной пластмассы возрастает до 2800 килограмм на квадратный сантиметр (у прокатной стали марки Ст. 3 3800 этот показатель равняется 4500 кг/кв.см). Еще лучшие прочностные характеристики демонстрируют пластики, усиленные непрерывным или рубленным стекловолокном. Наиболее распространенным является последний вариант: для усиления пластмассы используются частицы длинной 0,3-0,65 и диаметром 10-15 микрометров. Если концентрация стекловолокна достигает 40-50%, то свойства пластмассы принципиально меняются: прочность на растяжение достигает 200 и

даже 300 МПа, увеличивается твердость и ударная вя кость. При этом тенденция к короблению и ползучести (изменение формы под воздействием высоких температур), напротив, заметно уменьшается. Изготовленные из стеклопластика детали имеют стабильную форму, малый вес и отличаются повышенной износоустойчивостью. Единственным минусом данной технологии является высокая степень износа экструзионного оборудования, на рабочие органы которого стекловолокно воздействует как наждачная бумага. Однако полезные свойства композита несомненно перевешивают этот фактор, поэтому будущее стеклопластика в машиностроении выглядят весьма перспективным. Пожалуй, самым убедительным аргументом в пользу этого является судьба его близкого родственника – углепластика – уже нашедшего широкое применение при создании велосипедных рам, автомобильных кузовов и даже фюзеляжей самолетов Боинг. Впрочем, это уже совсем другая история. C21

Вокруг технологий

COMPOSITE 21 century По настоящему прочной пластмассу делают грамотно подобранные армирующие. Особенно хорошо зарекомендовали себя наполнители листообразной формы

Добавление в поливинилхлорид небольшого количества дисульфата молибдена придает поверхности пластмассы твердость, сопоставимую с твердостью заклеенной стали

январь 2014

Инновации в массы

Cтиль превыше всего Постоянное совершенствование материалов, развитие технологий, модернизация оборудования для производства сантехники сделало предметы бытового использования высокотехнологичными и экономичными изделиями, а главное – простыми в эксплуатации. Потребительские предпочтения все больше завоевывает сантехника, сделанная из композитных материалов. Алеся Крыжановская

январь 2014

COMPOSITE 21 century

Иван Иванов

Фаянс Стру кт у ра фа янса, в отличие от фарфора, мелкопористая и обладает высокой водопроницаемостью. Для устранения эффекта водопоглощения изделия их фаянса покрывают специальной глазурью. Для получения фаянса используют те же составляющие, что и для фарфора. Отличие состоит в технологии обжига. При однократном обжиге ингредиенты фаянсовой массы спекаются, глазурь плавится и образует промежуточный слой, который отделяет сам пористый материал от стеклянной глазури.

чугун Железоуглеродистый сплав (с содержание 2% углерода) – это и есть чугун. Он обладает низкой пластичностью, но, в тоже время, высокой прочностью по сравнению со сталью. Благодаря подходящим литейным свойствам и относительно низкой цене чугун стал популярен при изготовлении сантехнических изделий. В основном из чугуна отливают поддоны и ванны

47мм 160 10бар 3дня 21 600 диаметр корпуса

деталей в механизме

водонепроницаемость

запас хода часов

полуколебаний в час

сантехника, проверенная временем Сегодняшнее разнообразие материалов для изготовления сантехники поистине поражает: металл, мрамор, стекло, дерево, бронза, серебро и даже золото. Но, конечно же, традиционно для изготовления раковин, пьедесталов и унитазов применяют сантехнический фарфор.

фарфор Изделия из фарфора (тонкая керамика) обычно имеют белый цвет или прозрачны при малой толщине стенки. Структура материала не пористая и непроницаема для газа и воды. У сантехники из фарфора высокая стойкость к механическим и химическим повреждениям,кроме того материалу присущи хорошая термостойкость и электроизоляционные свойства. В состав фарфора входят следующие компоненты: пластичная глина, кварц, полевой шпат и смесь каолина. Перечисленные выше составляющие обжигают при очень высоких температурах (порядка 1400 °С). Для изготовления сантехники используется так называемый твердый фарфор. В его составе высокое содержание глинозема. Недостатком фарфора является большой вес и хрупкость. Поэтому монтаж раковин, пьедесталов или унитазов связан с определенными трудностями.

Для выплавки чугуна используют вагранки, доменные и электропечи. Однако большой вес, а также ограниченная эластичность этот материала не позволяют изготавливать угловые или круглые ванны, заставляя все чаще отказываться от чугуна как производителей, так и покупателей.

композиты переходят в наступление Сравнительно недавно в изготовлении сантехники стали использоваться композитные материалы. Изделия из них имеют необычайную стойкость к механическому воздействию и агрессивным средам. К тому же, за ними легко ухаживать, а срок службы намного дольше, чем у сантехники из традиционных материалов. Сантехника из композитов имеет

явные преимущества перед фарфоровыми и фаянсовыми изделиями. Первые гораздо прочнее, надежней, долговечней, а самое главное – имеют гораздо меньший вес. Это свойство сантехники из композитных материалов существенно облегчает процесс монтажа. Правда стоят такие раковины или унитазы значительно дороже.

акриловый камень кориан Этот пластичный композитный материал на основе минерального наполнителя, красителя и акриловой смолы в качестве связующего звена. За счет своих уникальных характеристик Кориан быстро завоевал всеобщее признание и теперь активно используется в производстве сантехники. Из него изготавливаются унитазы, раковины и пьедесталы. За свою прочность и устойчивость к внешним повреждениям искусственный камень вполне заслуженно считается «вечным». А благодаря разнообразию цветовой гаммы изделия из Кориана прекрасно вписываются в любой интерьер.

поликарбонат Еще одним популярным полимерным материалом для изготовления сантехники является поликарбонат. Изделия из него обладают определенным уровнем шумопоглощения и выдерживают высокие температуры до 150 ˚С. Ударопрочность, практичность, экологическая чистота, широкая гамма цветов, износостойкость и элегантность искусственного камня – все это позволяет использовать композиты для производства жаростойких столешниц, раковин и моек различной формы, умывальников.

стеклопластик Изделия из стек лопластика прочны, красивы, успешно выдерживают воздействие влаги и повышенных температур, износостойки и, что немаловажно, не очень дороги. Тра-

Сантехника, изготовленная из акрила Плюсы: - равномерное окрашивание; - Долго сохраняется цвет и первоначальный вид ванны; - не т ребует серьезного ухода; - большое ра знообра зие форм и размеров; - небольшой вес; - от носительно простой монтаж; - электроизоляция.

Минусы: - низкая сопротивляемость механическим повреждениям; - подверженность воздействию агрессивных сред; - склонность к появлению трещин в материале.

Инновации в массы

январь 2014

COMPOSITE 21 century

Обработка композитов

Инструменты для обработки композиционных материалов CoroDrill® 854/856 и сверла PCD

Сверление на станках ЧПУ

CoroDrill® 452

Сверление, зенкование отверстий в ПКМ, алюминии и титане ручными дрелями

CoroMill® 329 Обрезка

диционные материалы, такие как металл и дерево, со временем портятся (дерево гниет и рассыхается, а металл ржавеет). Стеклопластик же лишен всех этих недостатков, а срок его службы гораздо дольше. Стеклопластик успешно используется в производстве акриловых ванн, душевых поддонов, гидромассажных установок, а также современных бассейнов различного дизайна и сфер применения.

оргстекло или акрил В последнее время в изготовлении ванн все чаще стало использоваться оргстекло (акрил). Этот материал полу чают пу тем полимеризации метилметакрилата. В результате процесса получают полиметилметакрилат (ПММА). Оргстекло классифицируется на два вида по способу получения: – экструзионное (получают в процессе экструзии жидкой массы ПММА); – литьевое (блочное). ММА заливается между двумя стеклами и происходит полимеризация мономера. Производителям удалось совместить свойства стали и акрила в техноло-

гии, благодаря которой появились сталь-акриловые ванны. Все очень просто: в стальную оболочку ванны вставляется акриловый корпус, за счет чего изделие имеет прочность стали, а уровень шумопоглощения и теплоизоляции как у акрила. Не менее прочны и квариловые ванны. Они надежны, обладают сравнительно небольшим весом, а благодаря эластичности материалатакие изделия отличаются огромным разнообразием всевозможных форм. Самые эстетичные и самые надежные ванны изготавливаются из акрилового камня. Такие ванны могут быть однотонными или имитировать изделия из натурального камня, как то: мрамор, гранит, оникс, яшма, малахит. Искусственный камень необычайно прочный и экологически чистый материал, а легкость его обработки позволяет изготавливать сантехнику самых различных конфигураций. Недостаток – довольно высокая цена, но для тех, кто в первую очередь ценит эстетичность, надежность и комфорт, этот факт не является решающим аргументом.C21

Сверла PCD

Обработка отверстий с использованием СМАП

CoroMill® 590

Фрезерование плоскостей

CoroMill Plura® / CoroMill® 390 Обработка кромок

ООО «Сандвик» 127018, Москва, ул. Полковая, 1 тел.: (495) 916-71-91, 956-50-80 доб. 1111 факс: (495) 689-71-24 coromant.ru@sandvik.com

www.sandvik.coromant.com/composite

Композитыввстрой Поставить истории

COMPOSITE 21 century

Навесить как следует

За последние 10 лет проблема теплосбережения стала одной из самых актуальных при проведении реконструкции старых зданий. Традиционные строительные материалы не способны в однослойной ограждающей конструкции обеспечить требуемое значение термического сопротивления. Решение было найдено. Навесная фасадная система и крепления, состоящие из композитных материалов, создают высокоэффективную термо- и шумоизоляцию. Алеся Крыжановская

Shutterstock

январь 2014

Поставить в строй

Композитная система Навесная фасадная система (проще говоря, вентилируемый фасад) представляет собой конструкцию, состоящую из облицовки, воздушного зазора (между облицовкой и слоем теплоизоляции), слоя теплоизоляции и подоблицовочной конструкции. К самым распространенным композитным материалам для облицовки фасадов относятся: плиты керамогранита, алюминиевые композитные панели или композитные фасадные кассеты. Рассмотрим эти материалы подробнее. Керамогранит можно рекомендовать как альтернативную замену натурального камня. Являясь более дешевым материалом, он обладает техническими характеристиками, превосходящими натуральный камень. К тому же, в керамограните отсутствует радиационный фон. Еще одна отличительная характеристика керамогранита в сравнении с натуральным камнем – низкое водопоглощение, что и определяет его свойства: морозостойкость, прочность, стойкость к образованию пятен. Керамогранит также характеризуется высокими показателями твердости и традиционной для керамики химической стойкостью к агрессивным средам. Керамогранитные плиты выполняют и важную эстетическую функцию. Выбор цветовой гаммы керамогранита широк и разнообразен, коллекции отличаются друг от друга типом поверхности (неполированная, полированная, лощеная, рельефная) и технологией изготовления рисунка. Алюминиевый композит ‒ долговечный, прочный, устойчивый к температурным перепадам и воздействию ультрафиолета материал. А люминиевая композитная панель представляют собой своеобразный «бутерброд» из двух слоев тонкого (от 0,15 до 0,5 мм) листового алюминия и полимерного, либо минерального наполнителя между ними. Сочетание жестких панелей на поверхности листа с относительно мягким и эластичным наполнителем в его середине придают материалу особенные свойства. Он легкий, жесткий и гибкий одновременно. Является хорошим звуко- и виброизолятором, выпускается в большом ассортименте цветовых решений.

январь 2014

COMPOSITE 21 century

Вентилируемый фасад

Композитные фасадные кассеты представляют собой высокотехнологичный облицовочный материал, хорошо зарекомендовавший себя на отечественном рынке. Изготовленные из многослойного материала (между двумя листами тонкого алюминия проложен полимерный утеплитель), композитные кассеты полностью готовы к использованию и не требуют никакой дополнительной обработки. В качестве композитного материала для изготовления таких кассет чаще всего используется Alucobond, Dibond, Alpolic, Reynobond и другие аналогичные материалы. Термоизолирующая негорючая плита (минеральная вата) применяется в навесной фасадной системе в качестве утеплителя (группа НГ по ГОСТ 30244-94). Она производится из сырьевой смеси на основе горных пород базальтовой группы и из сырьевой смеси на основе стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем. В свою очередь главное предназначение подоблицовочных конструкций (несущего каркаса) – надежно закрепить плиты облицовки и теплоизоляции к стене таким образом, чтобы между теплоизоляцией и отделочной панелью осталась вентилируемая воздушная прослойка. Несущий каркас монтируется на наружную сторону основной стены здания.

под облицовкой Подоблицовочная конструкция состоит из кронштейнов, которые крепятся непосредственно к стене и несущих профилей, устанавливаемых на кронштейны, к которым с помощью специальных элементов прикрепляются плиты облицовки. Кронштейны должны быть изготовлены из тонколистовой холоднокатаной коррозионностойкой стали. Несущие профили, устанавливаемые на кронштейны – состоять из прессованных алюминиевых сплавов. Для сборки элементов конструкции, крепления оконных отливов и откосов должны использоваться заклепки вытяжные

Поставить в строй

из короззионно-стойкой стали А2 или алюминиевые с сердечником из короззионно-стойкой стали (применение конкретного вида заклепок в соответствии с условиями технического свидетельства на систему). Кляммеры для крепления облицовочных плит к направляющим должны быть изготовлены из тонколистовой холоднокатаной коррозионностойкой стали марки 12Х18Н10Т (или эквивалент). Подоблицовочная конструкция должна обладать высокой степенью устойчивости к воздействию ветровых нагрузок, достаточной прочностью при действии нагрузки от веса облицовки, антикоррозийной устойчивостью, определенной подвижностью узлов для выдерживания статических (собственный вес конструкции включая вес панелей облицовки и утеплителя) и динамических (ветер, температурные перепады) нагрузок, возможностью выравнивания стен, легкостью и высокой скоростью монтажа.

январь 2014

COMPOSITE 21 century

Анкерные крепления – один из основных элементов, которые обеспечивают механическое крепление кронштейнов подоблицовочной конструкции к стене. Применяемые анкерные элементы должны соответствовать следующим требованиям: - анкерная гильза должна быть выполнена из полиамида в соответствии с технической документацией (ТО, СтО) на продукцию; - распорный элемент должен быть выполнен из коррозионностойкой стали А2 или А4; - обязательно соответствие области применения анкера по назначению; - глубина анкеровки не менее 100 мм; - диаметр дюбеля не менее 10 мм;

Вентилируемый фасад представляет собой конструкцию, состоящую из облицовки, воздушного зазора, слоя теплоизоляции и подоблицовочной конструкции - прочность заделки анкеров в стенах из различных материалов при действии продольных и поперечных относительно оси анкера сил; - долговечность, сохранение физических свойств в условиях высоких или очень низких температур. Диаметры анкеров (дюбелей и шурупов), а также глубина их заделки подбираются в зависимости от усилий, действующих на кронштейн крепления конструкции к стене, а также от величины усилий, направленных вдоль и перпендикулярно оси анкера, материала сте-

ны, в которую устанавливается данный тип анкера. Утеплитель фиксируется на наружной поверхности стены с помощью дюбелей, специальных профилей (дюбели с тарельчатой головкой). Используемые тарельчатые дюбели должны иметь распорный элемент из стали с цинковым покрытием и тарельчатый элемент (гильзу с тарельчатым держателем), изготовленный из блок-сополимера на основе высокомолекулярного полиэтилена. Распорный элемент должен иметь головку из малотеплопроводного материала с размером в направлении оси элемента не менее 15 мм.

украшать и защищать В качестве утеплителя в вентилируемых фасадах используются жесткие плиты, изготовленные из влагостойкой и водоотталкивающей минеральной или стеклянной ваты, которые являются неблагоприятной средой для образования плесневых и других грибков,

Поставить в строй

В качестве утеплителя в вентилируемых фасадах используются жесткие плиты, изготовленные из влагостойкой и водоотталкивающей минеральной или стеклянной ваты и как любой другой пористый материал являются шумопоглощающим материалом. Утеплитель, используемый для вентилируемых фасадов должен: - быть долговечным, устойчивым к старению материалом; - быть биологически стойким;

январь 2014

COMPOSITE 21 century

- иметь разрешение органов пожарного надзора на применение в вентилируемых фасадах;

полезная информация

- иметь стабильную форму, монтироваться сплошным слоем, исключая возникновение «мостов холода»; - обладать высокими теплоизолирующими характеристиками; - позволять водяному пару и влаге попадать в воздушную прослойку, предотвращая образование и скопление в конструкциях конденсата; - быть устойчивой к ветровому потоку; - быть неагрессивным к металлу подоблицовочной конструкции.

Облицовочные материалы в конструкции вентилируемого фасада выполняют защитно-декоративную функцию. Они предохраняют утеплитель, подоблицовочную конструкцию и стену здания от повреждений и атмосферных воздействий Облицовочные материалы в конструкции вентилируемого фасада выполняют защитно-декоративную функцию. Они защищают у теплитель, подоблицовочную конструкцию и стену здания от повреждений и атмосферных воздействий. В то же время облицовочные панели являются внешней оболочкой здания, формируют его эстетический облик, являются своеобразной визитной карточкой. В целях пожарной безопасности проектом не предусмотрено применение в составе навесной фасадной системы ветрогидрозащитной паропроницаемой мембраны. C21

Преимущества

навесной фасадной системы: • • • • • • •

длительный безремонтный срок службы (не менее 50 лет); высокоэффективная термоизоляция (внутренняя жилищная среда комфортна для проживания); защита от воздействия влаги (защищает от переувлажнения и разрушения несущих стен); звуко- и шумоизоляция (может быть улучшена на 15 Дб); экономия энергии (потребность здания в энергии снижается на 30%, экономия затрат на отопление); пожарная безопасность (благодаря трудносгораемым и несгораемым материалам); возможность проведения фасадных работв любое время года.

Недостатки

навесной фасадной системы: •

•

неприятный акустический эффект (при сильном ветре вентиляционные фасадные системы издают свист и гудение, причинами которых являются большая длина кронштейнов, фиксирующих навесные элементы фасада); малая жесткость используемого утеплителя (подвержена сильной вибрации).

Быстрее, выше, сильнее

январь 2014

COMPOSITE 21 century

В докарбоновую эру человечества следы углерода на одежде и снаряжении указывали на низкое социальное положение владельца. В современном мире ситуация изменилась кардинальным образом – углерод носят напоказ: его наличие определяет статус хозяина, является маркером успешности и профессионализма. И спортивное снаряжение - не исключение.

Эпоха углепластика началась в конце 19 века, когда изобретатель Томас Эдисон изготовил и запатентовал углеродное волокно, – сверхпрочный материал, получаемый методом высокотемпературной обработки органических волокон. Изготовление углеродных композиционных материалов – сложный процесс. После окончательного застывания и графитизации количество чистого углерода в волокне может доходить до 99%. Дороговизна карбона вызвана, прежде всего, сложной технологией производства и высокой стоимостью производных материалов. Например, для проклейки слоев используются более дорогие и качественные смолы, чем при работе со стеклонитью, а для производства деталей требуется дорогое оборудование (например, автоклав). По сравнению с традиционными материалами углеродное волокно более легкое и прочное, что позволяет ему превосходно заменять практически любые пластики и металлы. Углепластики позволяют уменьшить вес конструкции на 15–45%. Высокая стойкость к коррозии и различным деформациям, возможность создания изделий высокой сложности склоняют производителей к использованию именно этого материала в качестве основного при изготовлении устройств, испытывающих интенсивные нагрузки.

УГЛЕПЛАСТИК ВЫСОКИХ ДОСТИЖЕНИЙ Дарья Щетинина Иван Иванов

Быстрее, выше, сильнее

январь 2014

COMPOSITE 21 century

Член Канадской сборной Киган Гранди (Keegan Grady) копил на карбоновый каяк всю зиму, а по окончании сезона прокомментировал свое приобретение так: «На сегодняшний день это лучшее мое вложение в катание». Что делает карбоновую лодку выгодным вложением? Большая жесткость и меньший вес

Выбор в пользу углепластика сделали такие сферы промышленности, как: – судостроение (корабли, яхты); – автомобилестроение (углепластик присутствует в спортивных автомобилях и их комплектующих: бамперах, порогах, дверях, крышках капотов; мотоциклах; в прототипах MotoGP; болидах «Формулы 1»; в тюнинге салона); – самолетостроение; – ракетостроение. Инновационные технологии применения карбона получили широкое распространение при изготовлении топовых спортивных изделий. За счет каких уникальных свойств углепластик стал материалом для чемпионов, какие рекордные качества выдвинули его на первое место среди остальных компонентов для изготовления спортинвентаря? Остановимся подробнее на использовании углепластика.

ХОККЕЙНАЯ ЖЕСТКОСТЬ Углепластик – самый популярный материал для клюшек, используемых в хоккейных лигах разных стран, а также хоккеистамилюбителями. В хоккее важную роль играет вес клюшки и угол загиба крюка: чем он больше, тем сильнее получается бросок, в то время как вес определяет скорость

реакции и удара. Важно сделать игровой инструмент как можно более легким. Применение композитного сплава обеспечивает достаточную прочность, легкий вес инструмента и высокую степень ударопоглощения, а производственный процесс позволяет добавлять любое число компонентов, которые могут резко изменить свойства клюшки (например, силиконовые добавки, которые увеличивают чувство контроля над шайбой).

В современном процессе моделирования и изготовления продукции для спорта все продумано до мелочей и несет в себе определенный функционал. Хоккей – стремительный вид спорта. Шайба может разгоняться до скорости 160 км/ч, а звезды-профессионалы, использующие высокотехнологичные клюшки, умеют запускать снаряд и до 200 км/ч. Снаряд становится очень опасным. Поэтому форма хоккеистов подразумевает несколько слоев различных легких, но прочных и упругих материалов, которые гасят удары, не допуская серьезных повреждений и сохраняя высокую маневренность игрока. В дело идет специальный углеродный материал, который не разрывается даже после контакта с лезвием конька на скорости. Однако главный объект для защиты – это голова. В современных шлемах используются подвижные карбоновые

вставки, которые принимают основной удар на себя, защищая голову спортсменов от серьезных повреждений.

БЕГУЩИЕ ПО ВОЛНАМ Гоночная лодка должна эффективно скользить по воде, оставляя соперников позади, и при этом быть легкой. Поэтому она изготавливается из углеволокна, которое значительно легче древесины. Множество листов карбона соединяют вместе, затем листы покрывают клеем – это придает прочность гоночной лодке. Для укрепления каркаса судна используются переборки из углеволокна. А экстремально прочные карбоновые модели выпускают практически все уважающие себя производители каяков для бурной воды. Приблизительно на каждые 1,5 км приходится около 1000 гребков веслом, а обычная двухчасовая прогулка на байдарке – это где-то 5-7 км – обходится спортсменам в 4000 гребков! Поэтому гребцы выбирают карбоновые весла, которые выигрывают за счет малого веса, большей жесткости и повышенных показателей прочности: трещиностойкость, прочность при межслоевом сдвиге, высокий уровень прочностных свойств под воздействием различных климатических факторов.

ПОД ПАРУСОМ Главное в хождении под парусом – это легкость. Хорошим примером служит мачта из углеволокна. Она вдвое легче аналога из дерева или алюминия, что позволяет судну двигаться быстрее.

При этом такая мачта без проблем удерживает полностью поднятый парус. Мачта готовится из листа углеродного волокна, который оборачивают вокруг формы. В зависимости от размера наносится от 20 до 100 слоев.

ИДЕАЛЬНЫЙ ВЕЛОСИПЕД Углеродное волокно по нраву лучшим велосипедистам мира. Эти тонкие нити втрое прочнее и вчетверо легче стали. Из карбона изготовляют рамы, шатуны, вилки, подседельные штыри, велосипедные седла и выносы руля. Велосипедная рама из углепластика имеет идеально гладкую поверхность и превосходную аэродинамику. Карбон делает раму максимально прочной и при этом легкой, что обеспечивает первоклассные характеристики велосипеда, будь то гоночная модель, модель для фристайла или для горного спорта.

ГОРНОЛЫЖНОЕ ЦАРСТВО Не смогли обойтись без углепластика и при производстве горных лыж. Редкая крупная лыжная фирма сегодня не вставляет карбон в свои премиум-модели: полосы, вилки и ребра из углепластика. Углеволокно почти в 15 раз меньше растягивается при нагрузке, чем стекловолокно, поэтому такие лыжи практически не меняют форму весового прогиба ни после активного катания, ни после длительного хранения, и не скручиваются в пропеллер как некоторые дерево-стеклопластиковые модели. Но на снегу карбон можно увидеть не только в лыжах. В 80-х годах 20 века бывший член сборной

Быстрее, выше, сильнее

Канадский экстрим-каякер Дейв Ньевениус (Dave Nieuwenhuis): «Хотя полиэтиленовая лодка может показаться более жесткой на воде, деформация пластикового корпуса неизбежна. Это просто природа материала. Корпус карбоновых лодок не деформируется, результатом будет невероятная жесткость на воде, которая дает истинное ощущение серфинга, как ничто другое».

США по горнолыжному спорту Дэйв Гуд придумал, запатентовал и наладил выпуск углепластиковых палок, которые стали называть «палки-карандаши». В отличие от сужающихся алюминиевых палок они имеют небольшую толщину и постоянный диаметр по всей длине. Они удобные, легкие, и их практически невозможно сломать. То же самое можно сказать и о палках для треккинга. В ХХI веке карбон стал применяться и в конструкции горнолыжных ботинок. Во внешнем слое такой обуви есть вставки из термопласта, усиленного рубленным углеволокном, а также ребра из углепластика. Углеволокно обладает серьезными достоинствами, которые важны для профессиональных спортсменов: это малая

январь 2014

COMPOSITE 21 century

масса и термостабильность. Жесткость углепластика мало зависит от температуры окружающей среды, поэтому такие ботинки одинаково хороши и при теплой, и при холодной погоде.

ЛУКИ И СТРЕЛЫ Времена Робина Гуда давно прошли, однако поклонников классического деревянного лука во всем мире немало. Но профессиональные спортсмены выбирают современные технологии. Например, лук из углеволокна в два раза легче своего деревянного собрата, начальная скорость стрелы составляет 105 метров в секунду, прицельная дальность – 100 метров. Стрелы из карбона легче и аэродинамичнее, а главное – дешевле своих деревянных коллег.

Победитель международного соревнования по каякингу «Level six capital cup 2011» Адам Шаппел Adam Chappell: «Мне потребовалось некоторое время, чтобы привыкнуть выполнять элементы в карбоновой лодке, поскольку лодка оказалась очень быстрой на воде. Однако сейчас я думаю, что никогда не смогу снова сесть в полиэтилен».

НАШ ПОСТРЕЛ ВЕЗДЕ ПОСПЕЛ Армированные углеволокном лыжные крепления - более жесткие и легкие. Передовым материалом в области создания ракеток ля тенниса является карбон. Рукоятка клюшки зачастую изготовлена из стали или карбона. Из карбона также изготавливаются рамы роликовых коньков высокой жесткости для прорайдеров, ракетки для настольного тенниса, износостойкие части гоночных автомобилей – одним словом, все снаряды, сочетающие легкость и гибкость с высочайшей прочностью. Но не стоит забывать об эстетической ценности любого высококлассного товара. Интересное определение необ-

ходимости углепластика в спортивной экипировке дал в неофициальной беседе один из специалистов крупнейших лыжных компаний: «Возьмите обычные стальные часы. Теперь наклейте на циферблат небольшой пятачок ткани из углеволокна – и вот уже часы стали эксклюзивными и «спортивными». Людям нравится карбон – это красиво, благородно и богато». Даже платежная система VISA отдает дань уважения карбону — из него изготовлена одна из самых престижных линеек банковских карт VISA Black Card, призванных подчеркнуть статус владельца. C21

Залог здоровья

январь 2014

COMPOSITE 21 century

Международная группа специалистов разработала биоруку, которая способна чувствовать.

идеал для имплантации Несмотря на довольно примитивный уровень технологий в древние времена, наши предки проявляли поистине чудеса находчивости и изобретательности, имплантируя в человеческий организм искусственные материалы. Особенно ярко эти качества проявились в имплантации зубов – какие только материалы не пускались в ход для их изготовления! Помимо традиционных железа, золота и слоновой кости умельцы ухитрялись использовать дерево, раковины морских мидий, а также зубы других людей и животных. У всех применяемых материалов был один общий недостаток – несовместимость с тканями человеческого тела. И если при креплении проволокой это не особенно сказывалось, то попытки внедрить искусственные образования в мягкую ткань нередко имели самые печальные последствия. По-настоящему решить проблему биологической совместимости удалось лишь в XX веке, когда ученые открыли ряд инертных к человеческому организму материалов. Пожалуй, основным из них следует считать титан и его сплавы. Этот выбор вполне обоснован: этот металл достаточно легок, очень прочен и нейтрален по отношению к живым клеткам. Однако даже при своей инертности титан не лишен недостатков: его излишняя твердость и отсутствие пластичности часто негативно сказываются на окружающих тканях, в которых под действием избыточного давления начинается некроз.

700-1500$ составляет стоимость грудного силиконового протеза

Пластмассовая кость Необходимость заменять ткани тела искусственными материалами появилась у человека еще в глубокой древности. В современной медицине роль таких материалов играют композиты. Андрей Шабаев foto.yandex.ru

Решить проблему биологической совместимости имплантов удалось лишь в XX веке, когда ученые открыли ряд инертных к человеческому организму материалов.

По мнению специалистов, решить проблему оптимального для имплантов материала помогут композиты. В частности, композитные материалы (КМ) сегодня находят широкое применение в сложном процессе сращивания позвоночника. Наряду с накладками из упомянутого выше титана хирурги все чаще используют для восстановления поврежденных позвонков композиты на основе костного цемента. В частности, в питерском ННП «Феникс» был разработан КМ на основе костного цемента (полиметилметакрилат) и микрочастиц губчатой кости. Проведенные клинические исследования показали, что частицы кости не только снизили негативное влияние це-

Залог здоровья

январь 2014

COMPOSITE 21 century

просматривалась на снимке.

титановая прочность

Дин Камен представил свою новую разработку - роботизированный протез руки

мента на организм, но и значительно ускорили процесс регенерации костной ткани. Это означает, что в композит начали внедряться костные клетки: постепенно разрастаясь, они вытесняют из тела позвонка инородное вещество. Таким образом, прежняя структура композита дополняется живой тканью. Благодаря использованию данной технологии время ремиссии многократно сокращается, а у врачей появляется возможность отказаться от металлических вставок. Оборотная сторона – высокая стоимость костного цемента и его составляющих: необходимая для одной операции «порция» весом в 40 грамм может обойтись в сумму до 50 тысяч рублей.

как живые Вполне естественно, что используемый для имплантации материал будет приживаться тем лучше, чем больше он похож по составу на живую ткань. Это в полной мере учли разработчики, создавшие композитный материал коллапан на основе гидроксиапатита (основа кости и эмали зуба) и коллагена – белка, являющегося основой соединительной ткани в любом организме. Чтобы обезопасить оперируемого от возможных осложнений, в состав импланта включены антимикробные добавки, в результате чего коллапан имеет практически стопроцентную приживаемость. Однако заплатить за толерантный материал придется немало: стоимость препарата составляет от одной до двух тысяч рублей за грамм. Основой любой жизни является углерод, поэтому трудно представить вещество, более подходящее для имплантации. Соответственно, в хирургии все большее применение находят композиты на основе углерода. Один из них – синтактическая углеродная пена, представляющая собой пористый материал с плотностью 1,5 г/куб.см. Ключевым здесь является слово «пористый»: именно сквозь поры происходит врастание в имплант соединительной ткани и сосудов. Кроме того, углеродная пена способна сращиваться с костной тканью, что может быть очень полезным для пожилых людей – использование

КМ дает возможность увеличить резко атрофированные альвеолярные гребни челюстей, что дает более широкие возможности для их протезирования. Отличительной чертой другого композитного материала – углеродного войлока – является мягкость и пластичность, что позволяет использовать его во время операций на мягких тканях. Низкая плотность (0,2-0,5 г/куб.см) и волокнистая структура приводят к тому, что углеродный войлок в самое короткое время «прорастает» живыми клетками, превращаясь с ними в одно целое.

В современной хирургии все большее применение находят композиты на основе углерода. Один из них – синтактическая углеродная пена, представляющая собой пористый материал с плотностью 1,5 г/куб. см

Весьма перспективно выглядит композит, предлагаемый компанией «Остек» и представляющий собой чередование углеродной ткани ТГН-2М (65% массы) и полиамидной пленки 12/10. Этот КМ обладает хорошей прочностью и биологической совместимостью, что делает его эффективным при устранении дефекта костей. Минусом остека специалисты считают его ренгенопрозрачность, затрудняющую послеоперационный контроль за имплантом. Решить эту проблему позволяет добавление в состав порошка бора (от 2 до 20%), однако в больших количествах металл может оказывать на организм негативное воздействие. Учитывая это, один из отечественных изобретателей предложил заместить опасный бор нейтральным титаном. Концентрации порошкового титана в количестве 2,5-7,5% оказывается достаточно, чтобы композитная вставка прекрасно

Производные титана используются и в другой перспективной разработке – имплантах PEEK. Правда, основу композита составляет не углеродное волокно, а полимерная матрица из термопластика. При ее нагревании образуется пластичная масса, в которую добавляется оксид титана и бета-трикальций фосфат (по 10% соответственно). В результате, полученный на выходе материал имеет 98 мегапаскалей прочности на разрыв и прочность на изгиб порядка 16 Мпа, что очень близко к прочностным показателям натуральной кости. К этому следует добавить, что материал охотно принимается организмом – уже в первые сутки после внедрения PEEK начинает обрастать остеобластами или молодыми костными клетками. Благодаря этому материал считается биосовместимым по нормам ISO 10993 и широко используется при изготовлении искуственых зубов. Практика использующих PEEK стоматологических клиник показывает, что успешность внедрения имплантов из этого композита достигает 96%. Сейчас сдобренный титаном термопластик становится все более популярным при изготовлении пластин, используемых для скрепления костей.

красота силикона

Было бы странно, если бы композиты не нашли применение в индустрии красоты. Речь идет о пользующейся огромной популярностью среди женщин операции по увеличению груди. Суть операции проста – через небольшой разрез в грудь вставляется имплант, состоящий из упругой оболочки и наполнителя. И если оболочка традиционно изготовляется из прочного силикона, то с оптимальным наполнителем пока еще до конца не определились. В первых образцах имплантов грудной дренаж наполнялся соляным раствором, близким по составу к плазме крови. В случае прорыва оболочки жидкость без всяких проблем усваивалась организмом. Сегодня силиконовая оболочка чаще заполняется силиконовым же гелем, который в случае «аварии» остается на положенном ему месте. Технология вполне надежна и выдержала уже 5 «переизданий», однако стоимость одного протеза без учета операции составляет от 700 до 1500 долларов. По мнению ряда специалистов, существенно снизить цену импланта позволит замена силиконового наполнителя аналогом, выполненным из композитных материалов. В качестве основы заменителя специалисты предлагают полипропилен или даже соевый гель. Таким образом, использование композитных материалов в медицинской сфере весьма перспективно, и в дальнейшем это направление, по мнению экспертов, будет активно развиваться. C21

Время взлетать

январь 2014

COMPOSITE 21 century

самолетов представляет собой долгий процесс, на который требуются месяцы и годы дорогостоящих испытаний безопасности. Для того чтобы значительно повысить конкурентоспособность пластмассовых композитов, производители разрабатывают технологии низко затратного производства, которое менее трудоемко и более компьютеризировано, чем традиционные методы.

конструкционные композиты

Легче в воздухе Многие компоненты современных воздушных судов производятся из композитных материалов. Композиты используются практически всюду: от обтекателей и спойлеров до закрылков и рулей высоты. Внедряя вместо алюминия высокоэффективные композиты низкой плотности, создатели самолетов надеются снизить массу воздушных судов. В перспективе может снизиться плата за топливо и как следствие – стоимость перелета для авиапассажиров.

завоевывают рынок Пластиковые композиты составляют от 15 до 50% от структурной массы современного гражданского самолета. Они изготовлены преимущественно из углеродной пластмассы, армиро-

Пластиковые композиты составляют от 15 до 50% от структурной массы современного гражданского самолета. ванной волокном. В запускаемом в настоящее время в производство новом поколении самолетов будет использовано до 50% конструкционных композитов. Детали самолетов, изготовленные из композитов, на 15-20% легче, чем алюминиевые

аналоги. Экономию на эксплуатационных расходах за счет уменьшения массы самолетов эксперты оценивают в сумму от 100 до 1000 евро, в зависимости от области применения на килограмм сэкономленной массы. Такая экономия образуется за счет более низких затрат на топливо и меньшей потребности в материальнотехническом обслуживании, которое при использовании металлов возникает из-за их усталости и коррозии. Несмотря на свои явные п люсы, пластмассовые композиты все еще встречают препятствия при продвижении на авиационно-космический рынок. Они зачастую дороже, чем сопоставимые металлические материалы. Сертификация пластмассовых композитов для использования при производстве несущих конструкций

Для производства конструкционных пластмассовых композитов чаще всего применяется технология насыщения тканых материалов из углеродного волокна матрицей из невулканизированной смолы – для формирования предварительно пропитанной конструкции. В ходе следующего этапа, который называется наслаивание, специалисты помещают предварительно пропитанную деталь в пресс-форму, располагая поверх сотоподобную структуру, затем основная часть покрывается дополнительными слоями предварительно пропитанных листов. Потом детали вулканизируют в автоклаве под воздействием высокой температуры и давления (технология соединения внешних слоев с внутренней основной частью). Далее получаемую композитную панель подгоняют по размеру. Наслаивание с предварительной пропиткой представляет собой метод производства, используемый для создания крыльев для нового реактивного самолета Boeing 787, который на 50% состоит из композитов. На сегодняшний день это самая большая доля композитов, используемая при производстве самолетов коммерческой авиации.

автоматизация процессов Для сокращения эксплуатационных расходов некоторые методы производства авиационных композитов, включающие процесс предварительного пропитывания, могут быть автоматизированы. Одна из таких технологий – нанесение пленки. В ходе этого процесса предварительно пропитанная пленка из углеродного волокна и смолы наматывается на стержень. Намотанная пленка затем вулканизируется в автоклаве, стержень удаляется, а форма композита сохраняется. Когда форма сложная, наматывание пленки может производиться машиной, поэтому пленка надежно прилегает по всем сложным контурам формы. С технологией автоматизированного нанесения пленки тесно связана технология формования намоткой

Сочетание высоких топливных затрат и конкурентная борьба между авиакомпаниями стимулирует внедрение мер по сокращению издержек в авиационно-космической промышленности волокон, при которой установка наматывает волокна углерода или другого армирующего материала на вращающийся стержень. Головка держателя волокна двигается туда и обратно в то время, как стержень вращается, и пучки волокон наматываются единообразно. Как правило, волокна окунают в ванну со смолой непосредственно перед наматыванием, хотя без ванны можно обойтись, если использовать предварительную подготовку нити (непрерывную нить, предварительно пропитанную смолой). После вулканизации в автоклаве стержень удаляют. Формование намоткой нити в настоящее время используется для производства целых фюзеляжей реактивных самолетов на несколько пассажиров.

технологии на выбор При использовании технологии трансферного формования пластмасс (RTM) жидкая смола и катализатор помещаются в закрытую форму, в которую перед этим поместили предварительно отформованную заготовку с волоконной основой. Вулканизация смолы происходит в форме с применением повышенных температур. Готовая деталь затем извлекается. Стоимость оборудования для этой технологии сравнительно невелика, поскольку не требуется дорогостоящего автоклава. Другим плюсом технологии RTM является возможность соединения крупногабаритных деталей. RTM используется для производства манипуляторов дверных петель нового Airbus A380. Детали производят из тканого материала с углеволокном и эпоксидной смолой. Вливание пленки на основе смолы (RFI) – технология, основанная на использовании вакуума. При ее использовании полутвердые пленки на основе смолы переплетаются с сухими тканевыми материалами в односторонней форме. Затем на установку надевают эластичный мешок для вакуумного формования и откачивают воздух, оказывая давление на многослойную структуру и вытесняя любой вовлеченный воздух. При применении высоких температур пленка расплавляется и пропитывает тканевый материал жидкой смолой, которая со временем отвердевает. Подобно ряду других усовершенствованных технологий, RFI не требует наC21

Время взлетать

COMPOSITE 21 century

Для сокращения эксплуатационных расходов некоторые методы производства авиационных композитов, включающие процесс предварительного пропитывания, могут быть автоматизированы личия автоклава. Произведенные на ее основе детали, как правило, не имеют пустот. Технология RFI используется для создания различных конструктивных узлов для крыльев новейших самолетов.

снижая расходы Сочетание высоких топливных затрат и конкурентная борьба между авиакомпаниями стимулирует внедрение мер по сокращению издержек в авиационно-космической промышленности. Опорные конструкции из пластмассовых композитов, с их небольшой массой, высокой прочностью и устойчивостью к усталости и коррозии, позволяют авиакомпаниям экономить. Сложной задачей, стоящей перед производителями композитных

материалов, является разработка технологий производства с более низкими затратами, которые сделали бы композиты конкурентоспособными по отношению к легким сплавам металлов и металлокомпозитам, тоже участвующим в борьбе за ведущую роль в производстве будущих самолетов. Новые композитные технологии, которые исключают дорогостоящее автоклавное оборудование, представляют собой один из способов решения этой задачи отраслью, занимающейся переработкой пластмасс.

январь 2014

Композиты в истории

январь 2014

COMPOSITE 21 century

Плотность карбона, используемого для создания велосипедных рам, в 2,5 раза меньше плотности титана и почти в 4 раза – стали. При этом предел прочности «велосипедного» углепластика составляет 1500 мегапаскалей: один квадратный сантиметр материала может выдержать нагрузку до 15 тонн. У титана аналогичный показатель составляет порядка 800 мегапаскалей, у стали этот показатель в два раза меньше, а у алюминия он равняется всего 60 мегапаскалям. Прочность углеродного композита обусловлена его конструкцией, включающей в себя два основных элемента: составляющие каркас углеродные волокна и связывающая их в единое целое полимерная матрица. Поскольку производство как первого, так и второго является сложным технологическим процессом, их изготовлением занимаются ведущие корпорации индустрии high-tech.

Сверхпрочные волокна Композитные материалы на основе углерода сегодня используются практически во всех высокотехнологичных сферах и все больше проникают в повседневный быт. Причина популярности углепластика очевидна – он превосходит по прочности традиционные сплавы. Андрей Шабаев Иван Иванов

углеродные цепочки Материал, открытый еще в 19 веке гениальным Томасом Эдисоном, долгое время прозябал на задворках инженерно-технической мысли. Сам метод получения углеволокна, по сути, очень прост. Органическое волокно (например, вискозное) в несколько этапов подвергается пиролизу или воздействию высоких температур. Говоря более простым языком, из него поэтапно испаряются все лишние вещества с постепенным увеличением концентрации углерода, достигающей в конечном продукте 99%. Одновременно с этим между атомами возникают прочные связи, в результате чего образуются углеродные цепочки, придающие материалу необходимую прочность и твердость. Главная сложность производства заключается в большой длительности цикла (до нескольких суток) и необходимости все это время поддерживать необходимую температуру – во время завершающего процесса графитизации она достигает 3000 °C. Поэтому разработать эффективный способ получения углеродного волокна в промышленных

масштабах, долгое время не удавалось.

Чтобы защитить углеволокно от ударных нагрузок и связать отдельные волокна в единое целое, используется полимерная матрица в мировом масштабе Ситуация стала меняться лишь после Второй Мировой войны: начавшаяся между США и СССР гонка ракетных вооружений требовала сверхпрочных и жаростойких материалов. Как следствие, в 1958 году одна из американских корпораций запатентовала технологию создания углеродных волокон из вискозы, используемую до сих пор. В результате двухэтапной термообработки (900 и 2500 °C) полученный на выходе продукт имел прочность порядка 1030 мегапаскалей. Вполне естественно, что советские специалисты не желали отставать и в конце 1950-х синтезировали углеродные цепочки из полиакрилонитрильных (ПАН) волокон. Немногим позже, в 1961 году, этот же способ освоили японцы. Поначалу получаемое данным способом углеродное волокно имело довольно посредственные характеристики, однако за счет постепенного улучшения технологии оно сравнялось по качеству с американскими образцами. Сегодня большая часть мирового сырья для углепластиков создается по ПАН-технологии. Однако, как и многие другие передовые разработки, в СССР углеволокно использовалось, в основном, при разработке вооружений без сколько-нибудь массового внедрения в «гражданку». А вот в США и Японии отдали должное потребительским качествам нового материала. В результате к 2002 году на долю этих стран приходились 31% и 47% мирового производства соответственно, остальные 22% приходились на Южную Корею, Тайвань и страны Западной Европы. Начиная с 2000-х, темпы

Композиты в истории

январь 2014

COMPOSITE 21 century

300 000тонн 50миллионов тонн или 100 килограмм

таков прогнозируемый объем мирового производства углеволокна к 2020 году

500 тонн

углепластика было произведено в России в 2009 году. Объемы выпуска остаются на советском уровне

на одного человека составляет ежегодное потребление термопластов в Европе

производства быстро росли как в количественном, так и в финансовом выражении. Если в 2002 году мировое потребление волокнистого углерода оценивалось в сумму немногим более одного миллиарда долларов, то уже в 2007-м эта цифра составила 14 миллиардов или 27 000 тонн углеволокна в натуральном выражении. В 2010 году мировое производство составляло уже 80 000 тонн, а к 2020 году может достигнуть 300 000 тонн в год. Одним из главных потребителей перспективного материала сегодня выступает авиакосмическая промышленность. К примеру, корпорация Boeing при создании фюзеляжа самолета использует до 30 тонн углеродного волокна. И дело тут не только в стремлении к внедрению новых технологий, сколько в простом экономическом расчете – облегчение конструкции самолета даже на несколько десятков килограмм позволяет ежегодно экономить тонны постоянно дорожающего авиатоплива. Традиционно большие объемы углеродного волокна ежегодно используют производители спортивного инвентаря: в Западной Европе на них приходится до 2/3 углеродного сырья. Все больший интерес к его использованию проявляют и предприятия автопрома. Однако главным камнем преткновения остается высокая цена углеродных волокон, превышающая стоимость стали в 20 раз. Поэтому дальше единичных спорткаров с карбоновым корпусом ни одному из производителей пока зайти не удалось. Впрочем, в ближайшие годы ситуация может измениться. Если еще в 2009 году

карбоновые изделия шли по средней цене 100 долларов за килограмм, то сегодня наиболее бюджетные образцы доступны по цене 20 и даже 15 долларов. А разработчики БМВ через несколько лет грозятся довести цену углеродной рамы автомобиля до уровня алюминиевой. В России, к сожалению, объемы выпуска углеволокна пока остаются на советском уровне – в 2009 году было произведено

В СССР углеволокно использовалось, в основном, при разработке вооружений лишь около 500 тонн ценного сырья, чего было явно недостаточно для удовлетворения нужд отечественных предприятий. В какой-то мере исправить эту ситуацию призвана реализация проекта по строительству завода в ОЭЗ Алабуга (Татарстан) мощностью 1,5 тонн углеродного волокна в год. В проект, инициированный холдинговой компанией «Композит», будет вложено порядка 3,3 миллиарда долларов.

На связи Несмотря на все описанные выше преимущества, углеволокно малоприменимо в чистом виде из-за своей хрупкости. Чтобы защитить его от ударных нагрузок и связать отдельные волокна в единое целое, используется полимерная матрица. Для ее формирования сейчас используются два основных типа веществ: термопласты и термореактопласты.

Термопластами называют полимеры, способные под воздействием высоких температур приобретать высокую текучесть и пластичность. Заливая расплавленной массой термопласта углеродный каркас, можно придать конечному изделию из углепластика практически любую форму. Происходящие при этом в матрице химические процессы не являются необратимыми, что позволяет перерабатывать материал для повторного использования. Кроме того, данная группа веществ инертна к большинству химических сред и не подвержена коррозии. Благодаря этим свойствам термопласты являются одним из самых распространенных материалов в мире – их ежегодное производство достигает 245 миллионов тонн, а сфера использования охватывает решительно все сферы жизни, начиная от конструирования космических аппаратов и заканчивая штамповкой пластиковых бутылок и пакетов. Ежегодное потребление термопластов в Европе составляет около 50 миллионов тонн или 100 килограмм на одного человека. Однако термопласты имеют и свои недостатки, главным из которых является низкая температурная устойчивость. Большинство пластмасс становятся хрупкими на холоде, а терять твердость начинают уже при температурах 80-120 °С. Для широко используемых в создании углепластиков полиимидной матрицы СП-97 и полиамидоимидной ПАИС-104 верхняя планка составляет 250 °С. Термореактопласты переносят высокие температуры значительно лучше. Их наиболее типичный представитель – эпоксидные смолы – сохраняет форму и химическую устойчивость в пределах 450 градусов и даже выше. Основой эпоксидной смолы (ЭС) является эпихлоргидрин. В нормальных условиях это вещество представляет собой бесцветную жидкость с резким запахом и температурой кипения 116°С. При заливании им углеволокна эпихлоргидрин остается жидкостью – до тех пор, пока в него не добавят еще одно вещество под названием отвердитель. Сразу после этого раствор начинает

густеть, а полное затвердевание требует от нескольких часов до суток. Образовавшаяся при этом матрица обладает двумя ценными свойствами – прочностью и способностью связываться на молекулярном уровне с

Одним из главных потребителей материалов из углеволокна сегодня выступают компании авиакосмической промышленности. Например, корпорация Boeing покрытой смолой поверхностью. Эти свойства сделали ЭС незаменимыми в лакокрасочной промышленности (поглощает до 80% эпоксидных смол отечественного производства) и строительно-ремонтной сфере. Сегодня единственным фактором, сдерживающим более широкое применение эпоксидных смол, является их относительно высокая стоимость, в зависимости от марки смолы составляющая от 6 до 20 долларов за килограмм. Потребность промышленности в ЭС постоянно растет – уже в 1998 году мировой спрос перевалил за миллион тонн в год. Сегодня этот объем поглощают предприятия одного только Китая. Первенство в производстве эпоксидных смол также принадлежит странам Азии – это Южная Корея и Тайвань, а с недавнего времени к ним примкнул и Таиланд, открывший несколько лет назад завод мощностью 80 тысяч тонн в год. Россию к числу лидирующих производителей пока отнести нельзя. В основном наши предприятия выпускают уже несколько устаревшую смолу ЭД-20, да и то в недостаточных количествах. При этом ежегодный импорт эпоксидных смол в нашу страну составляет до 25-30 тысяч тонн. Поэтому сейчас перспективы отечественной ЭС-индустрии выглядят весьма неопределенными.

C21

Словарь терминов

Автоклав — аппарат для проведения различных процессов при нагреве и под давлением выше атмосферного. В этих условиях достигается ускорение реакции и увеличение выхода продукта. даже фюзеляжей самолетов Боинг. Впрочем, это уже совсем другая история.

Адгезия — возникновение связи между поверхностными слоями двух разнородных (твердых или жидких) тел (фаз), приведенных в соприкосновение. Является результатом межмолекулярного взаимодействия, ионной или металлических связей.

Адгезив — вещество, способное соединять материалы путем поверхностного сцепления. Адгезивы бывают природными и синтетическими. Скрепляющее действие адгезива основано на создании молекулярных связей между ним и поверхностями соединяемых материалов.

Адсорбция — увеличение концентрации растворенного вещества у поверхности раздела двух фаз (твердая фаза – жидкость, конденсированная фаза – газ) вследствие нескомпенсированности сил межмолекулярного взаимодействия на разделе фаз

Анкер

— крепежный элемент, предназначенный для фиксации строительных конструкций и оборудования.

Анкерная гильза — крепежный элемент, состоящий из трех или четырехсегментной гильзы с крепежным элементом (шпилькой, болтом, крюком, кольцом), предназначенный для монтажа различных тяжеловесного оборудования, оборудования, которое подвергается динамическим нагрузкам.

Антифракционный материал — это группа материалов, обладающих низким коэффициентом трения, или материалы способные уменьшить коэффициент трения других материалов. Твердые антифрикционные материалы обладают повышенной устойчивостью к износу при продолжительном трении. Используется для покрытия трущихся поверхностей (например, в подшипниках скольжения).

Аэросани — самоходные сани, снабженные двигателем внутреннего сгорания с толкающим воздушным винтом (пропеллером). Предназначено для передвижения по снегу и льду.

январь 2014

COMPOSITE 21 century

Блок-сополимер

— линейный сополимер, макромолекула которого состоит из регулярно или статистически чередующихся гомополимерных блоков, различающихся по составу или строению. Полимеры, полученные из одного мономера и содержащие чередующиеся блоки различной пространственной структуры (например, изо- и синдиотактические конфигурации), называются стереоблок-сополимерами.

Ветрогенератор — устройство для преобразования кинетической энергии ветрового потока в механическую энергию вращения ротора с последующим ее преобразованием в электрическую энергию.

Вагранка

— топливная печь шахтного типа (вертикальная), служащая для переплавки чугуна.

Винто-кольцевой движитель

— двигатель, состоящий из кольца со спицами, в котором располагается винт, отклоняющий воздушный поток гибких лопаток, силовой конструкции и тяг крепления винто-кольцевой движителя к корпусу оборудования.

Графитизация — образование (выделение) графита в железных, никелевых, кобальтовых и других металлических сплавах, в которых углерод содержится в виде нестойких химических соединений — карбидов. При повышенных температурах карбид полностью заменяется графитом.

Д Дисульфат молибдена

— неорганическое бинарное химическое соединение четырехвалентного молибдена с двухвалентной серой. Сульфид молибдена

(IV) представляет собой серо-голубой или черный кристаллический порошок, жирный на ощупь (как графит), твердость 1—1,5 по шкале Мооса (оставляет черный след на бумаге).

Дюбель

— крепежное изделие, которое совместно с другим крепежным изделием различными способами закрепляется в несущем основании и удерживает какую-либо конструкцию.

Имплант (нем. Implantat) — класс изделий медицинского назначения, используемых для вживления в организм либо в роли протезов (заменителей отсутствующих органов человека), либо в качестве идентификатора.

Керамогранит — это искусственно созданный материал для облицовки стен, полов, применения в дизайне или интерьере помещения. Керамогранит изготавливается из натуральных, природных компонентов на полностью автоматизированном оборудовании, что позволяет ему приобретать особые свойства – высокая прочность, низкая влагопоглощаемость, полная экологичность и другие.

действия внутренних напряжений, вызванных неравномерным нагревом или охлаждением, деформацией или фазовыми превращениями металла.

Наноглина

— это общепринятый термин для обозначения глинистого минерала с филлосиликатной или листовой структурой, толщина листов которой имеет порядок величины 1 нм, а линейные размеры поверхности составляют 50–150 нм. Минеральная основа может быть, как натуральной, так и синтетической, и она является гидрофильной. Поверхность глин можно модифицировать с помощью различных химикалий, чтобы придать им органофильные свойства и, тем самым, сделать совместимыми с органическими полимерами. Площади поверхности наноглин очень велики, примерно 750 м2∙г–1. Когда их небольшие количества добавляются в полимерную матрицу, то получившийся материал получает название «нанокомпозит».

Облицовка — покрытие поверхностей конструктивных элементов зданий исооружений, выполненное из природных или искусственных материалов, которыеобычно отличаются высокими защитными и декоратив-

Кляммер

ными качествами.

Коллапан — на основе гидроксиапатита (основа кости

Пиролиз — термическое разложение органических и

— приспособление для прикрепления к потолочной обшивке вагона железных листов крыши без пробивания их гвоздями, что нарушало бы их герметичность. Кляммер представляет собой полоску кровельного железа 115 х 35 мм, прибиваемую с одного конца двумя гвоздями к потолку и отгибаемую кверху.

и эмали зуба) — биоактивный материал, применяемый для восстановления костной ткани и предупреждения гнойных осложнений.

Контейнмент — пассивная система безопасности

многих неорганических соединений. В узком смысле, разложение органических природных соединений при недостатке кислорода (древесины, нефтепродуктов и прочего). В более широком смысле — разложение любых соединений на составляющие менее тяжёлые молекулы,

энергетических ядерных реакторов, главной функцией которой является предотвращение выхода радиоактивных веществ в окружающую среду при тяжёлых авариях. (гермооболочка).

или элементы под действием повышения температуры.

Коробление — искажение формы изделия вследствие

заменителями — протезами.

Протезирование

— замена утраченных или необратимо повреждённых частей тела искусственными

Словарь терминов

COMPOSITE 21 century

толщиной в 1 км пропускать энергию электромагнитных колебаний в направлении их распространения. Чем меньше рассеивание и поглощение радиоволн, тем больше радиопрозрачность среды.

лова тралом рыбы и нерыбных объектов и их первичной обработки. Траулеры оснащаются холодильными установками для заморозки и сохранения продукции в трюмах.

Радиопрозрачность — способность слоя атмосферы

Редуктор

— механизм, передающий и преобразующий крутящий момент с одной или более механическими передачами.

Рессора (фр. ressort — пружина) — упругий элемент подвески транспортного средства. Рессора передает нагрузку от рамы или кузова на ходовую часть (колеса, опорные катки гусеницы) и смягчает удары и толчки при прохождении по неровностям пути.

Спорткар — это условное и обобщенное название класса небольших двухместных (в отдельных случаях – четырехместных) спортивных автомобилей, имеющих заниженную посадку кузова, увеличенную мощность мотора и повышенные скоростные качества.

Сэндвич-панели — универсальный строительный

материал, который выполняет как облицовочную, так и конструкционную функцию. Практика показывает, что облицовочные и конструкционные панели имеют определенные отличия: например, заметная разница будет в толщине теплозащитного слоя. Изготавливаться они могут из металла, фанеры, сверхпрочного пластика, специальных структурно-ориентированных плит.

Траулер — промысловое судно, предназначенное для

Фасад (фр. façade — передний, лицевая сторона здания) — наружная, лицевая сторона здания.

Феррит (от лат, ferrum – железо) — структурная составляющая сплавов железа, представляющая собой твердый раствор углерода и легирующих элементов в a-железе. Кристаллическая решетка – объемно-центрированный куб (ОЦК).

Экструзия (от позднелат. extrusio — выталкивание) — технология получения изделий путем продавливания расплава материала через формующее отверстие. Обычно используется в производстве полимерных (резиновых смесей, пластмасс, крахмалсодержащих и белоксодержащих смесей), ферритовых изделий (сердечники), а также в пищевой промышленности (макароны, лапша), путем продавливания расплава материала через формующее отверстие экструдера.

Журнал «КОМПОЗИТЫ 21 ВЕК» Оформить подписку вы сможете в режиме On-Line на сайте www.composite21vek.ru 6 мес. – 1500 руб. / 12мес. – 3000 руб. Отдел подписки: Россия, 109388, г. Москва, ул. Полбина, д.3 Тел.: (495) 785-40-09

Сентябрь

9 8 Август

Рынок композитов в странах СНГ

Авиационная промышленность

6 12 4 11 5 7 3 10

Темы номеров журнала Composite 21 century в 2014 году

Июнь

Декабрь

Ноябрь

Апрель

Индустрия автомобилей. Все о тюнинге автомобилей

Итоги 2014 года на композиционном рынке.

Май

Бассейны, аквапарки, искусственный камень

Промышленное оборудование. Станки

Июль

Производство труб из композитных материалов

Октябрь

Дорожная индустрия

Композиты в нефтехимической промышленности

Март

Строительный рынок. Производство стройматериалов