Журнал "Композитный Мир" №2 (77) 2018 / Composite World magazine # 2 (77) 2018

Колонка редактора Научно-популярный журнал «КОМПОЗИТНЫЙ МИР» #2 (77) 2018 Дисперсно- и непрерывнонаполненные композиты: стеклокомпозиты, углекомпозиты, искусственный камень, конструкционные пластмассы, пресс-формы, матрицы, оснастка и т. д. — ТЕХНОЛОГИИ, РЕШЕНИЯ, ПРАКТИКА! Регистрационное свидетельство ПИ № ФС 77-35049 Министерства РФ по делам печати, телерадиовещания и средств массовых коммуникаций от 20 января 2009 г.

ISSN — 2222-5439 Учредитель: ООО «Издательский дом «Мир Композитов» www.kompomir.ru Директор: Сергей Гладунов gladunov@kompomir.ru Главный редактор: Ольга Гладунова o.gladunova@kompomir.ru Вёрстка и дизайн: Влад Филиппов По вопросам подписки: podpiska@kompomir.ru По вопросам размещения рекламы: o.gladunova@kompomir.ru Advertising: Maria Melanich maria.melanich@kompomir.ru marketing@kompomir.ru Фото на обложке: пресс-служба АО «АэроКомпозит» Номер подписан в печать 3.05.2018 Отпечатано в типографии «Премиум Пресс» Тираж 3000 экз. Цена свободная Адрес редакции: 190000 г. Санкт-Петербург ул. Большая Морская, дом 49, литер А помещение 2Н, офис 2 info@kompomir.ru Адрес для корреспонденции: 191119, г. Санкт-Петербург, а/я 152 * За содержание рекламных объявлений редакция ответственности не несет. При перепечатке материалов ссылка на журнал «Композитный Мир» обязательна.

www.instagram.com/kompomir www.vk.com/club10345019 www.facebook.com/groups/1707063799531253

Дорогие друзья!

По роду своей деятельности я ежедневно общаюсь с людьми, повседневная работа которых способствует развитию и продвижению российской композитной отрасли. И в связи с этим я хотела бы поделиться с вами такими наблюдениями. С одной стороны, изоляционизм, ставший следствием внешнеполитических факторов, сделал государство главным заказчиком всех более или менее значимых отечественных разработок в области композитов, поскольку таким образом государство пытается сохранить свою независимость в условиях отсутствия доступа к рынкам высоких технологий. Именно поэтому отечественная новостная лента, посвященная композитной теме, почти полностью занята такими «ньюсмейкерами», как СНСЗ и Аэрокомпозит, авиация и флот, области в которых стратегически важна независимость от импорта, особенно в условиях санкций. С другой стороны — частный бизнес, который не слишком заинтересован в отечественных разработках, их сертификации и внедрении, поскольку это длинный и слишком трудоемкий путь. Бизнесу гораздо проще купить и внедрить готовые технологии. Именно передовые технологии дают бизнесу преимущество в конкурентной борьбе за рынки, и тратить время на создание отечественных аналогов того, что на внешних рынках лучше и дешевле он не станет. Однако, при кажущейся разнице в государственном и частном подходах, есть то, что их объединяет. И это — информация. Именно степень информированности, в том и другом случае, является крайне важной, поскольку именно информированность позволяет сделать правильный выбор, определить в каком направлении будет развиваться отрасль и какие тенденции будут наиболее востребованы. Информация — ключ к успеху!

Читайте с пользой!

C уважением, Ольга Гладунова КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

3

Содержание НОВОСТИ

8

ИНТЕРВЬЮ Композитные системы при строительстве тоннелей

18

СОБЫТИЕ JEC World 2018: базальтовые дебюты

20

Композит Экспо 2018

24

Если быть, то быть первыми

28

ОТРАСЛЬ МИЦ «Композиты России» МГТУ имени Баумана улучшают экспортный потенциал композиционных материалов

31

Союз науки и производства в белорусской индустрии композитов

34

МАТЕРИАЛЫ Восстановление отечественного производства эффективного отвердителя «ДИАМЕТ Х» для уретановых и эпоксидных композиций специального назначения

44

Содержание ОБОРУДОВАНИЕ Мембранно-вакуумный формовочный стол

48

Краткий обзор оборудования для неразрушающего контроля, представленного на JEC 2018 в Париже

50

Dolphitech получает одобрение Airbus

52

ТЕХНОЛОГИИ Утилизация композитов: проблемные аспекты и перспективные решения

54

Lantor Soric® Adhesive: улучшает инфузионный процесс на каждом этапе

60

Исследование способа формования изделий из композиционных материалов

64

ПРИМЕНЕНИЕ Себастьян Рубине и Resoltech — длительное полярное приключение

68

Композитная мебель

70

НАУКА Верификация прочностных расчетов надстройки амфибийного пассажирского судна

74

Исследование процессов плавления базальтовых пород при производстве непрерывных волокон

80

Российские новости Отраслевой проект «Композитные материалы» презентовали главе Минпромторга России

Генеральный директор UMATEX Group (входит ГК «Росатом») Александр Тюнин презентовал отраслевой проект «Композитные материалы» министру промышленности и торговли Российской Федерации Денису Мантурову на Федеральном промышленном форуме «Единой России» «Локомотивы роста российской экономики», который состоялся в городе Иваново, 2 марта 2018 года. Всего было отобрано десять наиболее перспективных инновационных проектов в различных отраслях науки и промышленности из восьмидесяти представленных. Они были представлены главе Минпромторга России в ходе проектной сессии. Александр Тюнин в своем выступлении рассказал о планах увеличить к 2025 году потребление композитных материалов на отечественном рынке в десять раз. С этой целью UMATEX Group намерен развивать и масштабировать собственные современные производственные мощности по созданию всей цепочки изготовления композиционных материалов от сырья до готовых изделий. Существенный импульс для развития рынка также в состоянии дать кооперация между компаниями в области композитов и реализация совместных инвестиционных проектов. С этой целью UMATEX Group совместно с Ассоциацией кластеров и технопарков инициировали создание межрегионального промышленного кластера «Композиты без границ» на территории Республики Татарстан, Московской и Саратовской областях. Соглашение о создании кластера было подписано между главами трех регионов на Российском инвестиционном форуме Сочи-2018 15 февраля 2018 г. Вместе с тем Александр Тюнин рассказал о реализации программы импортозамещения. По его словам, в ближайшие годы UMATEX Group сможет обеспечить стратегические отрасли промышленности отечественным углеродным волокном, которое в полной мере будет соответствовать импортным аналогам из Японии, США и Евросоюза. По итогам 2017 года UMATEX Group экспортировал 320 тонн углеродных волокон и обеспечил половину внутреннего рынка. В перспективах — расширение применения композитов в атомной отрасли, газомоторном транспорте и производстве спорттоваров. «Для достижения поставленных целей необходимо сократить сроки сертификации композитов, обеспечить законом обязательное использование российских композитов при условии их конкурентоспособности», — обратился к Денису Мантурову Александр Тюнин. Он добавил, что также нужны меры поддержки для экспортоориентированных проектов и контрактное производство, создание центров технологических компетенций. «Я еще раз дам поручение дополнительно ускорить процедуру сертификации. В части экспорта все инструменты есть, нужно просто правильно применить к вашему проекту», — ответил министр. www.umatex.com

Российские новости В России появилась фабрика проектного финансирования В рамках программы «Фабрика проектного финансирования» будут предоставляться субсидии из бюджета в виде имущественных взносов Российской Федерации во Внешэкономбанк на возмещение расходов в связи с предоставлением кредитов и займов в рамках реализации механизма «фабрики» — субсидии. Основные задачи реализации программы: • обеспечение экономического роста за счет реализации новых инвестпроектов; • повышение доступности проектного финансирования в Российской Федерации; • увеличение объемов кредитования организаций, реализующих инвестпроекты.

• На 2018 год на реализацию программы выделено 828 млн рублей. Под проектным финансированием понимается вид долгосрочного финансирования инвестиционного проекта в форме предоставления кредита на срок не менее 3 лет. При этом источником погашения задолженности являются доходы от использования или реализации имущества, созданного или приобретенного при реализации инвестпроекта. Проект фабрики — инвестпроект, отобранный Внешэкономбанком в порядке, установленном регламентом программы «Фабрика проектного финансирования» и утвержденным Постановлением от 15 февраля 2018 г. № 158. Ключевыми критериями отбора инвестпроектов для участия в настоящей программе являются следующие: • инвестпроект реализуется на основе проектного финансирования;

• полная стоимость инвестпроекта, определяемая как сумма всех затрат на реализацию проекта и составляет не менее 3 млрд. рублей (без учета процентов по кредитам); • не более 80 процентов полной стоимости инвестпроекта финансируется за счет заемных средств, а доля собственных средств — должна быть не менее 20 процентов; • срок финансирования и срок окупаемости не должны превышать 20 лет. В рамках программы «Фабрика проектного финансирования» прежде всего, будут рассматриваться инвестпроекты из обрабатывающей промышленности. К таким производствам относятся: энергетическое машиностроение, станко- и авиапром, космос, производство двигателей и электротехники, медтехника и фармацевтика. Предусмотрено также финансирование на расширение производства высокотехнологичной продукции и создание новых видов инновационной продукции: композитных материалов, редких и редкоземельных металлов, полимеров, а также продукции органического синтеза, робототехники, цифрового производствао, инженерного программного обеспечения. До 1 января 2019 г. отбор инвестпроектов осуществляется Внешэкономбанком в соответствии с указанными критериями. Регламент программы «Фабрика проектного финансирования» – утверждается по согласованию с Минэкономразвития России. www.rosinform.ru

В Алтайском крае утверждена подпрограмма «Развитие производства и внедрения композиционных материалов (композитов) и изделий из них на территории Алтайского края» на 2018–2020 годы Подпрограмма включена Постановлением Правительства Алтайского края от 18.01.2018 N 15 «О внесении изменений в постановление Администрации края от 13.10.2014 N 467» в государственную программу Алтайского края «Экономическое развитие и инновационная экономика». Основной целью подпрограммы «Развитие производства и внедрения композиционных материалов (композитов) и изделий из них на территории Алтайского края» на 2018–2020 годы является создание благоприятных условий для производства и широкого применения современных и эффективных композитов, конструкций и изделий из них для транспортной инфраструктуры, строительства, жилищно-коммунального хозяйства, физкультуры и спорта и других отраслей промышленности и экономики на территории Алтайского края. Задачами подпрограммы являются: увеличение

объемов производства и потребления инновационной продукции композитной отрасли в регионе; разработка и внедрение новых композитных материалов и изделий из них; содействие в продвижении новых композиционных материалов, а также изделий и конструкций из них; обобщение существующих технических документов для эффективности применения в работе. Объем финансирования подпрограммы составил 9000 тыс рублей. Источник: Обзор «Новое в законодательстве Алтайского края» www.jurkomp.ru www.umatex.com КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

9

Российские новости В Волгоградской области реализуется инвестиционный проект по производству пластиковой трубопроводной арматуры и комплектующих к ней из полимерных композиционных материалов

Волгоградская компания ООО «Константа-2» реализует инвестиционный проект по производству пластиковой трубопроводной арматуры и комплектующих к ней из полимерных композиционных материалов, совместный льготный заем на реализацию которого, в размере половины необходимых средств, выдали Федеральный и региональный Фонды развития промышленности. На эти средства компания приобретет необходимое для реализации проекта оборудование. Общая стоимость инвестпроекта составляет 40 млн. рублей.

По словам генерального директора ООО «Константа-2» Константина Зерщикова, специалисты предприятия улучшили характеристики уже выпускаемых ими изделий и теперь их можно применять в средах с практически любой степенью агрессивности. Разработки компании запатентованы, на данную продукцию получены все необходимые сертификаты. Опытные образцы прошли испытания на промышленных предприятиях, в том числе на Волжской ТЭЦ-2 и Волжском водоканале, а также на ряде предприятий нефтегазового комплекса в других регионах России. Продукция, производимая на предприятии «Константа-2» является импортозамещающей. Она применяется на объектах энергетики, в нефтеперерабатывающей и химической промышленности, в сфере ЖКХ, на железнодорожном и судовом транспорте. Однако предприятие также планирует поставлять свою продукцию за рубеж. Отметим, что в рамках реализации инвестиционного проекта на заводе планируется создать 50 дополнительных рабочих мест. Для справки: ООО «Константа-2» — научно-производственное предприятие, основанное в 1993 году, где наряду с производством серийной продукции идет большая работа по разработке и внедрению новых композиционных материалов на основе полимеров и изделий из них. www.volpromex.ru

Композитная арматура с нанотрубками TUBALL позволит увеличить несущую способность конструкций

Одним из ключевых недостатков стальной арматуры является коррозия металла, которая со временем ведет к разрушению несущей железобетонной конструкции. Между тем, перспективным решением является композитная арматура, которая обладает рядом физико-технических преимуществ. Добавление нанотрубок TUBALL (в настоящее время это единственные экономически привлекательные одностенные углеродные нанотрубки, производимые в промышленных масштабах компанией OCSiAl) расширяет границы технических и эксплуатационных характеристик композитных материалов и значительно улучшает модуль упругости. Благодаря своей способности улучшать механические свойства материалов, одностенные углеродные нанотрубки все чаще применяются в различных видах композитных материалов в качестве модифи-

10

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

цирующей добавки. В зависимости от типа смолы, способа производства и ряда других параметров, они способны значительно улучшить характеристики, влияющие на саму полимерную матрицу и на ее адгезию с волокном. В результате повышается усталостная прочность, сопротивление ползучести, прочность на изгиб, прочность при межслоевом сдвиге, сопротивление повреждению и ударным нагрузкам, а также ряд других ключевых характеристик материала. Компания «ПолиКомпозит», один из российских производителей композитных материалов, выводит на рынок арматуру, усиленную одностенными углеродными нанотрубками TUBALL. Для изготовления композитной арматуры диаметром 5 мм «ПолиКомпозит» добавила в смолу 0,05% нанотрубок, используя упрощающий их использование концентрат TUBALL MATRIX. Тестирование полученного образца, при сравнении с контрольным, показало увеличение прочности на разрыв на 32%, а прочности на изгиб — на 29%. www.ocsial.com

Российские новости В Жуковском совершенствуют методику оценки прочности металлокомпозитных соединений Применение композитных материалов, в том числе полимерных, в авиационной промышленности получает все более широкое распространение в производстве воздушных судов. Одновременно повышается значимость прочности летательных аппаратов, прежде всего соединений, являющихся наиболее уязвимыми местами конструкции. Эти вопросы находятся в фокусе внимания ученых ЦАГИ (входит в НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского»). Специалисты российского центра авиационной науки работают над совершенствованием методики оценки прочности металлокомпозитных соединений, сообщила пресс-служба ЦАГИ. Повышенный вес конструкции, трудности в ее обслуживании и обеспечении безопасности, высокая эксплуатационная стоимость — вот примерный перечень проблем, к которым может привести неудачно спроектированное соединение в конструкции летательного аппарата. В этой связи изучение прочностных характеристик приобретает первостепенное значение. В настоящее время в результате проведенных расчетно-экспериментальных исследований специалисты ЦАГИ разработали инновационную методику оценки прочности металлокомпозитных соединений, основанную на точечном методе (речь идет о

критерии Нуизмера, согласно которому разрушение конструкции происходит, если напряжение достигает предела прочности на некотором расстоянии от точки максимального напряжения). В частности, ученые ввели новый расчетный параметр в виде коэффициента, учитывающего неоднородность материала. По словам экспертов института, подобное нововведение позволяет снизить погрешность вычисления прочности соединений почти в три раза. Выполненные исследования уже получили оценку научного сообщества и были номинированы на ежегодную премию ЦАГИ, очередное вручение которой состоится в текущем году. www.tsagi.ru

Российские новости Еще один «Чижик» появился в Санкт-Петербурге на условиях государственно-частного партнерства. Производителем трамвая является белорусское подразделение швейцарской компания — ЗАО «Штадлер Минск». Трамваи для Петербурга сделаны на основе трамвая «Метелицы», уже выпускаемой предприятием для других городов России и Белоруссии. Для Санкт-Петербурга название изменили, заказчик (прим. ред.: Транспортная концессионная компания — «ТКК») назвал его «Чижик». «Чижик» — это трехсекционный трамвайный вагон «Метелица» модификации В85600М с низким уровнем пола, который вмещает 376 пассажиров. Его длина — 33,45 метра, имеются две кабины управления, две площадки для детских колясок и инвалидных кресел. Пять двустворчатых дверей расположены по обеим сторонам. В элементах отделки интерьера и экстерьера трамвая активно используется стеклопластик, благодаря которому удалось, и снизить общий вес транспортного средства, и существенно облегчить воплощение в жизнь смелых идей конструкторов и дизайнеров. ЗАО «Штадлер Минск» является сборочным производством швейцарской компании «Stadler», комплектующие для которого, в том числе и из стеклопластика, как утверждает сам производитель, поставляют не только европейские, но также белорусские и, даже, российские организации. Всего по договору в Петербург будет поставлено 23 таких трамвая. Проект заслуженно интересен, но будем надеяться, что реализация подобных бизнес-коопераций в будущем будет проходить при большем участии отечественных компаний, особенно производителей изделий из композитов.

7 марта 2018 года первый частный трамвай начал свое регулярное движение в Санкт-Петербурге. Это первый в России концессионный проект в сфере общественного транспорта, который реализуется

12

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

По материалам: www.chizhik-lrt.ru www.news.tut.by www.belta.by

Российские новости Построен второй самолет МС-21 для лётных испытаний При производстве нового самолета учтены результаты тестирования первой опытной машины.

25 марта машина переведена из цеха окончательной сборки в летно-испытательное подразделение предприятия. «Завершение сборки второго самолета — важный этап в реализации программы МС-21. Подключение в текущем году к лётным испытаниям новых машин позволит решить ключевые задачи проекта: в установленные сроки завершить сертификацию, развернуть серийное производство и поставить первые лайнеры заказчику», — сообщил министр промышленности и торговли Российской Федерации Денис Мантуров. Всего в летных испытаниях будет задействовано четыре самолета МС-21-300. В настоящее время на Иркутском авиационном заводе собран фюзеляж третьего самолета МС-21-300, ведется сборка отсеков и агрегатов четвертой машины. Идет изготовление деталей и узлов самолета, пред-

назначенного для проведения ресурсных испытаний. Первый МС-21-300 проходит летные испытания на аэродроме Летно-исследовательского института (ЛИИ) им. М.М. Громова в подмосковном Жуковском. Самолет для статических испытаний проходит тестирование в Центральном аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ). www.uacrussia.ru

Четвертый открытый чемпионат рабочих профессий по стандартам WorldSkills ПАО «Воронежское акционерное самолетостроительное общество» прошел 24 марта В этом году соревнования проходили по десяти компетенциям. К таким традиционным для чемпионата профессиональным состязаниям среди токарей и фрезеровщиков, сварщиков и слесарей-сборщиков изделий авиационной техники по инициативе Объединенной авиастроительной корпорации прибавилась новая компетенция — «Изготовление изделий с применением САМ-технологий на станках с ЧПУ». Она предусматривает совместную работу пары специалистов — инженера-технолога, создающего программу в соответствии с заданием, и оператора станка, который должен ее реализовать

в готовой детали. Кроме того, с подачи цеха по производству изделий из полимерно-композиционных материалов впервые в программу заводского чемпионата официально включена компетенция «Сборщик-клейщик конструкций». По итогам соревнований всем победителям присвоено почетное звание «Чемпион ПАО «ВАСО» 2018 года» и обеспечена премия. Теперь им предстоит отстаивать звание лучших на предстоящем чемпионате ОАК. www.vaso.ru

С завода «Тролза» отгружена на экспорт партия из 5 троллейбусов Машины предназначены для столицы Киргизии — города Бишкек. Проект финансируется со стороны Европейского Банка Реконструкции и Развития (ЕБРР). Это первый этап реализации контракта на поставку в Бишкек 37 среднепольных троллейбусов «Тролза». Он был заключен осенью 2017 года. Общая сумма контракта — 4,95 млн евро. За последние годы это уже третий совместный проект Компании «Тролза» и ЕБРР в Киргизии. В 2013 году в город Бишкек были поставлены 44 троллейбуса. В 2017 году завершилась поставка 23 троллейбусов. Также особо отметим, что это первый экспортный договор Компании «Тролза» в рамках реализации государственной программы поддержки промышленного экспорта «Made in Russia». Оператором программы выступает АО «Российский экспортный центр». Огромным преимуществом, отличающим троллей-

бусы компании «Тролза» от других моделей, представленных на рынке России, является увеличенный срок службы кузова благодаря применению основы, выполненной из открытых профилей, а также использованию стеклопластиковых панелей. Троллейбусы «Тролза» эксплуатируются во многих городах России. Из последних заключенных контрактов можно выделить поставку 115 машин в Санкт-Петербург. www.muppt.ru www.trolza.ru КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

13

Российские новости ОАК ведет переговоры о технологическом партнерстве с предприятиями Тульской области

29 и 30 марта делегация Объединенной авиастроительной корпорации посетила ряд высокотехнологичных предприятий Тульской области с целью обсуждения перспективных проектов технологического партнерства. Одним из приоритетов ОАК является сотрудничество с динамично развивающимися российскими предприятиями, использующими современные технологии. В ходе рабочей поездки в Тулу специалисты корпорации ознакомились с технологиями и производством ведущих предприятий региона Конструкторского бюро приборостроения им. академика А.Г. Шипунова, «Туламашзавод», «Полема», «Трансмаш», «Тулаточмаш». В ходе визита состоялась встреча Президента ПАО «ОАК» Юрия Слюсаря и губернатора Тульской области Алексея Дюмина, на которой обсуждали стратегические вопросы партнерства с регионом. «Для ОАК такого рода встречи и поездки открывают новые возможности для партнерства. В рамках внедрения новой индустриальной модели ОАК изучает потенциал и технологические возможности предприятий для формирования пула отечественных поставщиков оборудования и комплектующих для авиационной промышленности. Эффективное и «ум-

ное» импортозамещение важное условие развития конкурентоспособного авиастроения в России», — сказал Президент ОАК Юрий Слюсарь. В свою очередь, губернатор Тульской области Алексей Дюмин сказал: «Сотрудничество с корпорацией открывает для Тульской области новые возможности по производству как оборонной, так и гражданской продукции. У ряда оборонных заводов региона уже есть опыт по разработке и производству изделий для авиационной промышленности, в том числе для «ОАК». Кроме того, в Тульской области создается инновационный научно-технологический центр «Композитная долина», где будет создана научная среда для подготовки кадров композитной отрасли, разработки новых идей по созданию и реализации новых материалов и конструкций. По словам, президента ОАК, композитное производство одно из самых перспективных направлений в самолетостроении, так как доля композитов в конструкции современных лайнеров становится все выше. ОАК заинтересован в технологическом партнёрстве в этой сфере. www.uacrussia.ru

В городе Тулуне (Иркутская обл.) собираются построить завод стеклокомпозитов В конце марта 2018 года на комиссии по инвестиционной деятельности при мэре города Тулуна Денис Шершнев, руководитель группы компаний «БайкалСвязьЭнергоСтрой» и ООО «Тулунский завод стеклокомпозитов», представил членам комиссии по инвестиционной деятельности, а также приглашенным предпринимателям, проект строительства завода. Потребность промышленности на стеклокомпозиты растет и, учитывая ресурсный потенциал города Тулуна (в Тулунском районе находятся запасы сырья — кварцевого песка, которых, по словам разработчиков проекта, достаточно на 30-40 лет работы предприятия), ООО «Тулунский завод стеклокомпозитов» в 2018–2019 годах собирается построить завод по производству стекловолокна, а также изделий из стеклокомпозитов. На первом этапе разработчики проекта

14

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

планируют производить композитную арматуру. Примерные сроки начала строительства — сентябрь 2018 года, запуск первых цехов запланирован на начало 2019 года. Основные производственные мощности завода строить планируется в 2 очереди. Рабочих мест, когда завод достигнет проектной мощности (по плану — 2020 год), будет более 1000. Объём инвестиций в строительство может составить около 1 млрд рублей — это как собственные средства инвестора, так и софинансирование со стороны государства. В ГК «БайкалСвязьЭнергоСтрой» подчеркнули, что проект находится в разработке, поэтому его параметры могут меняться. www.gazetairkutsk.ru

Мировые новости По воде со скоростью 191 км/ч На боут-шоу в Майами, которое прошло с феврале 2018 г., производитель гоночных суперкаров «Mercedes-AMG» и специализирующийся на спидботах судостроитель «Cigarette Racing» впервые показали продукт совместной работы — гоночный катер «515 Project One», вдохновленный гибридным суперкаром с таким же названием. Лодка стоимостью 2 млн. долларов и длиной 15,6 м имеет под капотом ни много ни мало 3100 лошадиных сил и может развивать скорость до 140 миль в час (225 км/ч). У «Cigarette Racing» 11-летняя история партнерства с подразделением «AMG», специализирующимся в концерне «Daimler — Benz» на высокопроизводительных суперкарах. Верфь заимствовала у «AMG» технологии, применяющиеся в болидах «Формулы 1». Решения в области применения композитов, использованные верфью при строительстве «Project One», произведут революцию в индустрии. Для постройки корпуса гоночного катера были использованы и стеклокомпозиты, и углекомпозиты, а также

арамидокомпозиты на основе кевлара. Благодаря применению композитных материалов, новый катер стал на 3 м длиннее предыдущей модели и почти на 2 т легче! В «Cigarette Racing» не собираются останавливаться на достигнутом: в компании уже началась работа над новой моделью, которая будет представлена в следующем году. www.itboat.com

Крыша-оригами для автопроизводителя «Pagani Automobili S.p.A.»

Компания «Pagani Automobili S.p.A.» в сотрудничестве с производителем защитной экипировки «Dainese» разработала инновационную мягкую крышу, которая может складываться как оригами. Она состоит из модульного углепластикового каркаса и технической ткани под названием «Pagani Fabric». Материал, состоящий из нескольких слоев с во-

доотталкивающей пропиткой, имеет специальные зоны деформации, которые позволяют ему складываться вместе с каркасом. Такое решение улучшает прочность конструкции и уменьшает количество места, необходимого для хранения сложенной крыши. www.motor.ru

Мировые новости «Композитный металл» в центре Лондона

Компания «Norco Composites» завершила строительство трех сложно архитектурных навесов, изготовленных с использованием уникального «композитного металла», которые будут установлены на новом жилом комплексе One Blackfriars в центре Лондона.

По проекту навесы должны иметь вид отполированных металлических элементов, каждый из которых стоял бы лишь на одной опоре, располагающейся в центре навеса, без других механизмов поддержки или стабилизации. Также навесы должны были быть легкими и достаточно прочными, чтобы выдерживать суровые условия окружающей среды. Для производства навесов компания «Norco Composites» использовала технологию инфузии. Навесы изготовлены из стеклопластикового ламината с внутренним слоем из вспененного материала. Для создания эффекта металлической конструкции, компания использовала специальный напыляемый вольфрамокарбидный «композитный металл», на 95% состоящий из порошка металла и на 5% из связующей смолы. Комплекс One Blackfriars состоит из 52-этажной башни максимальной высотой 170 м и двух небольших зданий шести и четырех этажей соответственно. Он включает в себя жилые квартиры, отель и торговые точки. Строительство началось в 2013 году и завершится в этом году. Из трех навесов, изготовленных «Norco Composites», один уже на месте, а другие должны быть установлены в ближайшее время. www.norco.co.uk

Компания «Hexcel» открыла завод в Касабланке Производитель современных композитных материалов — компания «Hexcel» открыла 21 марта 2018 года новый завод, расположенный в зоне свободной торговли MidParc в Касабланке (Марокко). На новом объекте, стоимостью 20 миллионов долларов США, компания «Hexcel» изготавливает из легких сотовых материалов элементы и детали аэрокосмического назначения, применяемые для производства авиационных конструкций, мотогондол и

вертолетных лопастей. Ожидается, что к 2020 году на производстве будет занято более 200 человек. Марокканский завод является частью инвестиционной программы, запущенной компанией «Hexcel» по всему миру в целях создания цепочки удовлетворения растущего спроса клиентов аэрокосмической отрасли на такие сотовые структурные материалы. www.hexcel.com

Новый ультратонкий препрег для совместной разработки компаний «Richard Mille» и «McLaren Automotive» – часов Flyback RM 11-03 McLaren

Компания «North Thin Ply Technology» (NTPT) изготовила новые ультратонкие и легкие препреги для изготовления ограниченной серии часов Flyback RM

16

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

11-03 McLaren — нового хронографа, разработанного компаниями «Richard Mille» и «McLaren Automotive». Компания NTPT разрабатывает тонкие материалы для часов Richard Mille с 2013 года, главным образом это жесткие и легкие углекомпозиты. В новом проекте использовался же тонкий оранжевый кварцевый препрег (52 гр/м2), обладающий стойкостью к УФ-излучению и однородностью цвета, а также являющийся гипоаллегенным. Препрег произведен из кварцевых волокон Quartzel® от компании «Saint Gobain», а также изготовленных на заказ смол Polylite HS® компании «Reichhold Polynt». www.thinplytechnology.com

Интервью На вопросы журнала Композитный мир отвечает заведующий кафедрой «Тоннели и метрополитены» ПГУПСа, доктор технических наук, профессор, заслуженный работник высшей школы России Александр Петрович Ледяев.

www.pgups.ru

Композитные системы при строительстве тоннелей Александр Петрович, расскажите нашим читателям об истории создания кафедры «Тоннели и метрополитены» Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I. 14 июня 1930 года постановлением Комитета по высшему образованию при ЦИК СССР в Ленинградском институте инженеров путей сообщения (ЛИИПС) была организована первая в нашей стране кафедра тоннелей, которая с 1967 года стала называться кафедрой тоннелей и метрополитенов. Кафедра была создана в связи с возникшей необходимостью подготовки инженерных кадров по тоннельной специальности, так как предстояло начать строительство первой очереди Московского метрополитена, а также резко увеличился объем работ по строительству и реконструкции существующих железнодорожных тоннелей. На протяжении многих лет этот же союз ученых, проектировщиков и строителей успешно решает задачи по реализации крупнейшего инфраструктурного проекта — строительство метрополитена в Санкт-Петербурге. Вместе мы прошли все этапы возведения этого уникального объекта, разделяли ответственность за ввод новых станций, внедрение уникальных технологий, многие из которых были разработаны в стенах ВУЗа. Какие задачи стоят перед кафедрой сегодня? Какие направления научной деятельности развиваются наиболее активно? Основное направление научной школы кафедры — экспериментально-теоретические исследования работы конструкций транспортных тоннелей и подземных сооружений метрополитена с разработкой новых конструкторско-технологических решений, обеспечивающих эксплуатационную надежность сооружений в процессе их длительной эксплуатации. В настоящее время кафедра тоннелей и метрополитенов является одним из ведущих научных центров в области исследований, проектирования

18

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

и строительства подземных сооружений в стране. На кафедре выполняется широкий диапазон научно-исследовательских работ, обновляется материальная и техническая база лаборатории моделирования тоннелей, создаются новые стенды, оснащенные современной электронно-вычислительной техникой, совершенствуется учебный процесс. Наша кафедра признана в научном сообществе ведущей в стране, активно участвует в работе Тоннельной ассоциации России, является ее активным членом. Александр Петрович, кто он, современный инженер кафедры «Тоннели и метрополитены»? Где работает и насколько востребован? Кто из выпускников вашей кафедры вызывает особую гордость? Инженерный состав ОАО «Метрострой» и проектных организаций, например, ОАО Ленметрогипротранс» на 50–60% укомплектован выпускниками нашей кафедры. Питомцами нашей кафедры являются люди, внесшие значительный вклад в освоение подземного пространства не только в Санкт-Петербурге, но и во всей России — это почетный гражданин Санкт-Петербурга Александров Вадим Николаевич, генеральный директор ОАО «Метрострой» Александров Николай Вадимович, главный инженер ОАО «Метрострой» Старков Алексей Юрьевич и многие другие. Например, в лице династии Александровых мы ясно видим пример преемственности поколений, которая определяет будущее подземного строительства. Полимерные композитные материалы в последнее время находят все большее применение в различных отраслях, в том числе и в строительстве специальных сооружений. Какую роль отводят у вас на кафедре современным композитным материалам? Естественно, сотрудники кафедры как истинные ученые, постоянно участвуют в разработке новых материалов и технологий. Все большую роль в этом занимают и полимерные композитные материа-

Интервью лы (ПКА). В настоящее время сотрудники кафедры совместно с ООО «Композит Групп» проводят три инициативных НИР, в которых рассматриваются возможности применения ПКА, в том числе огнестойких, при строительстве метро и тоннелей. С 2017 года сотрудники нашей кафедры совместно с ООО «Композит Групп» провели ряд факультативных занятий со студентами старших курсов по опыту проектирования, производства и эксплуатации серийных композитных систем на объектах транспортной инфраструктуры. Отрадно видеть, что этот пилотный курс вызвал у будущих метростроевцев неподдельный интерес. Какими характеристиками должны обладать материалы, используемые при строительстве тоннелей? И могут ли в этом случае помочь композитные материалы? Строительство тоннелей ведется в сложных инженерно-геологических условиях, при разной степени водонасыщенности грунта, наличии неустойчивых мягких слоев, повышенных механических нагрузках. Возведение и эксплуатация подземных сооружений усложняется еще и расположением вблизи сетей подземных коммуникаций, фундаментов зданий, автомобильных дорог. Чтобы перечисленные выше факторы не влияли на эксплуатационные качества бетонной конструкции, не приводили к деформациям даже по истечению длительного времени, рекомендуется использовать материалы, которые не подвергаются воздействию коррозии и отличаются повышенной прочностью. Уже несколько десятилетий для строительства тоннелей, шахт, метро и других подземных сооружений используется композитная стеклопластиковая арматура с высокими техническими, механическими и антикоррозионными свойствами. Преимущества этого материала: стойкость к воздействию подземных вод, грунта, химически опасных агрессивных сред, длительный срок эксплуатации конструкции даже при повышенных нагрузках, высокие показатели прочности композитного материала за счет уникальной структуры внешнего и внутреннего слоев. Преимущества использования стеклопластиковой арматуры доказаны на практике во многих странах. Они продолжают тщательно изучаться и совершенствоваться ведущими институтами и исследовательскими центрами США, Канады, Японии, Германии, России.

27–28 сентября 2018 года в Санкт-Петербурге состоится конференция «Композитные системы на объектах подземного и гражданского строительства». Знаковое событие, призванное обобщить мировой и российский опыт применения композитов в этой области, сформировать спрос на композитные материалы. Вы возглавите секцию «Композитные системы при строительстве тоннелей и метрополитенов». Какие вопросы Вы хотели бы затронуть в первую очередь?

Хотелось бы послушать конкретные примеры применения композитных материалов в подземном строительстве как в России, так и за рубежом. Строительство тоннелей и других подземных сооружений при эксплуатации в сейсмоопасных зонах. Особенности строительства и эксплуатации тоннелей в различных климатических зонах. КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

19

Событие Карпесьо Ирина главный редактор портала Сидоренко Полина внештатный корреспондент Basalt.Today

JEC World 2018: базальтовые дебюты

20

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

Событие В Париже прошло грандиозное композитное событие — 53-я выставка JEC World, на которой базальтовые композиты и волокно были представлены шире, чем год назад.

JEC World собрала под своей крышей всех, кто имеет отношение к композитной отрасли: производителей оборудования, сырья, компонентов для создания композитов и готовых изделий, проектные институты, мировые научно-исследовательские центры, поставщиков технологий и продукции, международные информационные издания. Свои экспозиции развернули свыше 1300 участников. Выставку посетили 42 445 профессионалов более чем из 115 стран. В этом году организаторами были инициированы новые программы, например Composite Challenge, позволяющая молодым ученым презентовать свои исследовательские работы представителям индустрии. Ярким акцентом на инновациях стали крупнейший конкурс стартапов в композитном секторе Start Up Booster и премия Innovation Award, в финал которой вышли 30 креативных решений. Одним из финалистов этой престижнейшей премии в номинации «Устойчивость» стала экояхта из базальтового волокна от компании GS4C srl, официальным информационным партнером которой является портал Basalt.Today. Проект был номинирован на JEC Innovation Awards наравне с корпорациями Audi, BMW и Airbus. Отраслевые пространства, называемые «Планетами», уже закрепились в структуре выставки, и наряду с прошлогодними Aero Planet, Auto Planet и Construction Planet появилась Make it Real Planet (Сделай это реальностью). Это была площадка, полностью отданная во власть футуристических проектов, воплотить которые в жизнь во власти лишь композиционным материалам. Иллюстрацией безграничных и бесконечных возможностей композитов охарактеризовали её организаторы шоу. Корреспонденты Basalt.Today, посетившие выставку, отметили, что в этом году базальтового волокна на стендах мероприятия стало больше, хотя традиционно преобладали материалы и композиты на основе стеклянных и углеродных волокон. Кроме того, производители оборудования и полуфабрикатов для композитной отрасли чаще стали указывать базальтовое волокно, как один из материалов, с которыми они работают. Казалось бы, незначительное упоминание, но говорит оно о многом: базальтовое волокно ведущие производители композитов рассматривают как перспективный материал, в котором заинтересованы конечные потребители. Достаточно заметить, что в рамках Building Planet единый спонсор площадки — компания Olin Epoxy демонстрировала базальтокомпозитную арматуру, созданную в партнёрстве с No Rust Rebar Inc. Имея сильнейшие позиции в ветроэнергетике, Olin рассматривает строительную отрасль и инфраструктурные приложения как недооценённые КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

21

Событие

направления применения базальтопластиков, обладающих высокой щёлочестойкостью, лёгкостью, коррозионной устойчивостью. Россия была представлена на выставке коллективным стендом, организованным Российским экспортным центром при поддержке Минпромторга и Союза производителей композитов. Стенд объединил ведущих российских производителей сырья и композитной продукции. В их числе Челябинский «Русский базальт» привез продукцию собственной торговой марки «MeltRock» — базальтовый ровинг, который служит компонентом для создания базальтокомпозитов рядом российских и зарубежных предприятий. Завод «Композитор», входящий в Группу компаний «Базальтовые проекты», представил на международной арене инновационные продукты собственного производства под брендом «RedArmo»: рублёную базальтовую фибру, базальтопластиковую арматуру и миниарматуру. Непрерывное базальтовое волокно и продукция на его основе были представлены на стендах ещё ряда компаний. Экспонировались образцы ровинга, фибры и базальтокомпозитной продукции ирландского производства компании Mafic, которая в настоящий момент реализует проект по выпуску непрерывного

22

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

базальтового волокна в США. Стенды представителей Бельгии: компаний Basaltex и Isomatex — были наполнены широчайшим спектром базальтовой продукции. Они презентовали и волокно, и ткани, и образцы композитных решений с базальтовым волокном. К слову, компания Isomatex в этом году выступала не только как экспонент, но и как официальный партнер компании GS4C srl, предоставив обогащённое базальтовое волокно Filava для создания парусной яхты Loop650, номинированной на премию JEC Innovation Awards. Китайский производитель Zhejiang GBF Basalt Fiber Co. представлял базальтовое волокно, текстиль, сетки и другие продукты. Нужно заметить, что ежегодно всё больше мест на выставке занимают компании, применяющие базальтовое волокно для создания композитных изделий для различных отраслей. Это явная заявка на заполнение ниши материалов с параметрами, близкими к углеродному волокну, но по более низкой стоимости. Так, сетчатые конструкции из базальтового волокна для облегчения корпусов велосипедов, создания переходных отсеков ракетных комплексов и прочих несущих систем, а также плетёные базальтоволоконные рукава представила американская компания Highland Composites.

Событие Французкая Groupe Depestele уже традиционно привезла гибридные ткани ТМ Lincore, соответствующие концепции экологичности и безопасности, в состав которых входит 50% базальтового и 50% льняного волокна. Один из лидеров рынка оборудования для производства волоконноармированных композитов, Roth Composite Machinery, представила свой инженерно-технический опыт в процессах намотки волокон, а также производстве препрегов. Новое технологическое оборудование Rothawin позволяет ускорить процесс намотки волокон для производства резервуаров в крупномасштабном производстве в пять-десять раз. При этом допускается использование различных видов волокон, включая базальтовое. Также повышенным интересом пользовалась новинка компании для небольших производств — стандартизированная версия устройства для намотки нитей портального типа «Эко». «Выставка была безусловным успехом. Наши новые продукты вызвали большой интерес со стороны специалистов», — заявил Бернд Фишер, директор по продажам Roth Composite Machinery. Компания Rossignol, обладающая мировой известностью в сфере спортивной экипировки, продемонстрировала обновленную модель горных лыж Rossignol Experience 84 HD, в конструкции которых использована базальтовая ткань Diagotex. В данной модели по-прежнему используется карбон, который обеспечивает лыжам необходимые параметры жёсткости и чёткость передачи импульса при низком удельном весе, однако применение базальта позволяет добиться отличных параметров виброгашения и гарантировать стабильный ход лыжи. На выставочном стенде Bayern Innovativ посетители познакомились с разработкой компании CG TEC — кабельной продукцией с использованием многослойного защитного покрытия из высококачественного базальтового волокна. За счет уникальных свойств базальтоволокна он устойчив к воздействию высоких температур, снижает уровень потерь в линии и обладает небольшим провисанием. В портфолио компании также есть кабель из гибридного базальто-стекловолоконного материала с рабочим диапазоном температур от -30 до +100°C. Новые решения для производства лент и композитных полуфабрикатов из базальтовых, углеродных, арамидных и стеклянных волокон показало подразделение Composite Systems компании Lindauer DORNIER. Подробности о разработках с использованием базальтового волокна, представленных на JEC World, можно узнать из материалов, размещённых на страницах Basalt.Today. В целом, по результатам выставки напрашивается вывод, что мировой композитный рынок от заинтересованности базальтокомпозитами перешёл в фазу создания комфортных условий для их применения — стандартов, оборудования, технологий. КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

23

Событие

Пресс-релиз выставки www.composite-expo.ru

Композит Экспо 2018 Одиннадцатая международная специализированная выставка «Композит-Экспо», организованная Выставочной Компанией «Мир-Экспо» совместно с Союзом производителей композитов, прошла с 27 февраля по 1 марта 2018 года в павильоне 8 ЦВК «Экспоцентр» в Москве. Возросший интерес к композитным материалам объясняется тем, что в особо жестких условиях эксплуатации незаменимость композитов обеспечивается сочетанием высокой механической прочности, теплостойкости, коррозионной стойкости и малой плотности. Основными преимуществами композитов, по отношению к традиционным материалам, являются «бесстружечная» обработка (литье, прессование, экструзия) с получением изделий любой формы, что существенно снижает производственные затраты. Многообразие комбинаций различных исходных материалов и их компонентов, технологий их переработки в композитные материалы и изделия практически бесконечны и ограничены только уровнем развития науки и техники. Во всем мире специалисты различных отраслей уже по достоинству оценили высокую эффективность, а также коммерческую выгоду при эксплуатации композитов. Российский рынок композиционных материалов пока находится на этапе становления, впереди долгий рост и поэтому мы наблюдаем постоянно растущий спрос на участие

24

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

в «Композит-Экспо». На сегодняшний день выставка является ведущим мероприятием композитной отрасли в России, на котором широко представлен полный спектр производителей сырья, оборудования и готовых изделий из композитных материалов. Выставка «Композит-Экспо» удостоена Знака UFI (Всемирной ассоциации выставочной индустрии). Знак UFI считается одним из высших достижений в выставочном бизнесе и свидетельствует о высоком уровне качества подготовки и проведения мероприятий в соответствии с международными стандартами выставочной индустрии. В 2018 году по количеству занимаемых площадей выставка выросла на 6%, привлекла на 5% больше посетителей — более 9 000 специалистов, чем годом ранее. В выставке приняли участие 138 компаний из 17 стран мира (Австрия, Бельгия, Великобритания, Германия, Италия, КНР, Люксембург, Македония, Нидерланды, Польша, Республика Беларусь, Россия, Словацкая Республика, Турция, Финляндия, Франция, Чешская Республика). Среди постоянных экспонентов выставки: Курча-

Событие товский институт НИЦ, ФГУП ЦНИИ конструкционных материалов «Прометей», «ЕТС» группа компаний, «ДУГАЛАК», «СТЕВИК CAC», «Акзонобель Спешиалти Кемикалс», «Банг и Бонсомер», «Джуши групп», «МИКРОСАМ А.Д.», «Ларчфилд Лтд.», «Эйртех Юроп Сарл», БауТекс, ОАО «П-Д Татнефть-Алабуга Стекловолокно», ООО «Эвоник Химия», ООО «КОРСИЛ ТРЕЙД», ПАО «Электроизолит», АО «ОСВ Стекловолокно», «Крыловский государственный научный центр», «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов», ОАО «СветлогорскХимволокно», ООО «ИНТРЕЙ Химическая Продукция», ОАО «КАМТЭКС-ПОЛИЭФИРЫ», ООО «Полимерпром», ЗАО «Авиационный Консалтинг-ТЕХНО», ООО «СКМ Полимер», «Завод герметизирующих материалов», «Лавесан Срл», «БМП Технолоджи», «Мелитэк», «Шандонг Файбергласс Групп Корп», «Хоффманн Профессиональный Инструмент», и другие. Впервые приняли участие в выставке: АО НПК «Химпроминжиниринг», «Авиатех» ООО, БРЕТОН СПА, «Препрег-СКМ» АО, «Научно-Исследовательский Институт Космических и Авиационных Материалов» (НИИКАМ), БИК-Хеми ГбмХ, «Фторэластомеры» ООО, «Еврохим-1 Функциональные добавки» ООО, «Изотекс» ООО, «Интелтест» ООО, КАМИ Ассоциация станкоторговых компаний, Коимпекс С.р.л., «Лазерные компоненты» ООО, «М-Карбо» ООО, «Макромер имени В.С. Лебедева» НПП ООО, «Махачкалинский завод стекловолокна» ООО, «МЕТАКЛЭЙ Исследования и Разработки» ООО, «НЕО Кемикал» ООО, Palizh и др. Полный список участников выставки можно найти далее на этой странице. Ряд участников представил новые технологии и образцы продукции: Группа компаний «Остек» — дистрибьютор лидирующих мировых производителей полиуретановых, эпоксидных и силиконовых материалов — представила новейшие разработки эпоксидных составов, полиуретанов и силиконов. Современный научный центр, располагающий внушительным количеством установок и машин для проведения широкого спектра научных и измерительных работ — ООО «Метаклэй Исследования и Разработки» (МИиР) — представил на выставке безгалогенные материалы для нг-HF и нг-FRHF, а также продемонстрировал текущий ассортимент кабельной изоляции и проект пероксидносшиваемой композиции КОМПАУНД СПЭ для силовых кабелей среднего напряжения. На стенде UMATEX Group были представлены новейшие разработки в области производства современных углеродных волокон, а также ткани на основе углеродного волокна и препреги. Особой популярностью у гостей стенда пользовались профессиональные хоккейные клюшки, изготовленные из углеродного волокна UMATEX Group на предприятии «ЗаРяд». На выставке «Композит-Экспо 2018» компания «Интелтест» впервые продемонстрировала линейку оснастки для испытания ПКМ собственного производства: оснастка на сжатие, оснастка на сжатие после удара, оснастка при комбинированной сжимающей нагрузки, оснастка на сдвиг образцов с

V-образным надрезом, оснастка на сдвиг методом перекашивания, современный экстензометр производства английской компании для высокоточного, бесконтактного измерения деформации образца, оснастка на адгезию сотовых панелей. АО «Препрег-СКМ» представила на стенде широкий спектр однонаправленных и двунаправленных тканей, препрегов и эпоксидных связующих, а также новые разработки гибридных мультиаксиальных тканей на основе углеродного волокна для судостроения. Компания TECHNOS, a.s. — одно из известных проектных и снабженческих предприятий в Словакии и Европе — представила на выставке технологическую линию прямой рубки стекловолокна и базальтового волокна (мокрый и сухой процессы), технологическую линию по производству cтекломата, а так же технологию переработки отходов стекловолокна и базальтового волокна. Компания Бретон представила свою линейку высокоскоростных обрабатывающих центров для обработки композитов: станки, сконструированные специально для мехобработки композиционных материалов. Одновременно с «Композит-Экспо» прошла 10-я международная специализированная выставка «Полиуретанэкс», что обеспечило ознакомление широкого круга посетителей-специалистов с инновацион-

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

25

Событие рынка в использовании современных инновационных материалов и технологий в различных отраслях промышленности. Двенадцатая международная специализированная выставка «Композит-Экспо 2019» пройдет с 23 по 25 апреля 2019 года в павильоне 1, ЦВК «Экспоцентр», одновременно с «Композит-Экспо» пройдет Одиннадцатая международная специализированная выставка «Полиуретанэкс 2019».

Отзывы экспонентов выставки 2018 года

ными технологиями и образцами готовой продукции полиуретановых материалов и изделий из них для различных отраслей, а также отрасли производителей и потребителей клеевых и герметизирующих материалов. В 2018 году выставке приняли участие 63 экспонента из 9 стран (Великобритания, Нидерланды, Германия, Италия, КНР, Польша, Республика Беларусь, Россия, Турция). Среди постоянных экспонентов выставки: «Ковестро», «Дау Изолан», «Хантсман», «ТЕНТОНН», «Каннон Евразия», «R.M.P.A. Srl», «Бистерфельд Рус», Chem-Trend GmbH, «Уником-Сервиc НПП» ООО, «Владипур НВП» ООО, «Хеннеке ГмбХ», «Импьянти ОМС СПА», «Моментив Перфоманс Материалс Рус», «H&S Anlagentechnik GmbH», «НИИ полимеров» ФГУП, «С.А.И.П. С.ю.р.л.», «С.П.Б. НПФ» ООО, «КрауссМаффай Технолоджис ГмбХ» ООО, «ППУ 21 ВЕК» ООО, «Вальтер Хеми» ООО, «Айгенманн и Веронелли-Руссо», «Полимер-Комплекс» ПК и др. В 2018 году на выставках «Композит-Экспо» и «Полиуретанэкс», на площади около 6700 кв.м., разместился 201 экспонент из 21 страны мира, из них — 120 отечественных и 81 зарубежных. Выставки посетило более 15 500 посетителей, в их числе 93% специалистов различных отраслей промышленности. Это свидетельствует о возросших потребностях российского

Куприн Д. Б. первый заместитель генерального директора, ЗАО «Авиационный консалтинг — ТЕХНО» «Выставка Композит-Экспо 2018 в очередной раз подтвердила звание ключевой выставки в области композиционных материалов и их переработки в Российской Федерации. Размещение выставки в новом павильоне несомненно положительно сказалось на повышении её статуса и представительности, а также на комфорте экспонентов и посетителей. Хочется пожелать организатором выставки успехов в дальнейшем развитии, а экспонентам новых встреч и интересных переговоров. До встречи на Композит-Экспо 2019!» Ерзунов Михаил Леонидович менеджер по работе с ключевым клиентом ООО «Лойко Рус» «Компания ООО «Лойко Рус» не первый год участвует в выставке «Композит-Экспо». В этом году за весь период выставки зафиксировано 82 перспективных контакта и достигнуто несколько предварительных договоренностей. Интерес у специалистов вызвал практически весь спектр твердосплавного, алмазного абразивного и алмазного лезвийного осевого режущего инструмент для обработки композиционных материалов: пилы, сверла, фрезы кольцевые, фрезы насадные, зенковки, бор-фрезы и т.д. Понравилось правктически ВСЁ! Пожелание — поменьше бюрократии при оформлении заезда — это к Экспоцентру.» Гореликов И.И. заместитель генерального директора ООО НПП «АпАТэК» «За период работы выставки стенд ГК «АпАТэК» посетили более 100 представителей отечественных и зарубежных компаний, из них около 60 человек проявили реальный интерес к представленной на стенде продукции. Состав участников выставки был достаточно разнообразным как с точки зрения потенциальных покупателей, так и поставщиков сырья и материалов для собственного производства. Особенно хочется отметить хорошую организацию мероприятия и помощь на подготовительных этапах. Учитывая количество посетителей стенда и число проведенных переговоров можно говорить о высокой результативности мероприятия.»

26

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

Событие Духанина Александра Олеговна менеджер проектов ООО «Базальт Ивентс» «Организация выставки на высоком уровне, и сотрудники управляющей компании, и сотрудники Экспоцентра показывали высокий уровень профессионализма, все вопросы оперативно и качественно решались, было очень приятно работать в такой обстановке. И среди гостей и среди экспонентов можно было встретить большое число профессионалов, заинтересованных в развитии отрасли и готовых к сотрудничеству, в ходе подобных встреч можно выстраивать долгосрочные продуктивные отношения. Представители более 60 компаний посетили наш стенд, в том числе и таких компаний как Saurer, Cannon, «Красцветмет», «Гален», Cubacon, Prochema, ВПО «Точнаш», ГК «Автотехника», «Эмбер», Avis, НТО «Альвис», CBC Group, «Винета», InjectTrade, НИИ ВСУ «ИнтерТЭК», Baltcomerc, «Заряд», ОКБ «Волга», ETiMADEN, «СТЕКЛОНиТ», Фонд развития моногородов и др. В целом мероприятие прошло весьма результативно, спасибо за приверженность делу и профессионализм.» Беляев Андрей cотрудник отдела развития ООО «Нева Технолоджи» «Более 100 представителей крупнейших предприятий в области судостроения, авиастроения и космостроения посетили стенд ООО «Нева Технолоджи» во время работы выставки. Наибольший интерес вызвало оборудование по раскрою композиционных материалов и их выкладке. С каждым годом выставка становится все продуктивнее и привлекает все больше и больше представителей предприятий, так или иначе связанных с композитами, при этом география охвата становится все шире. Обязательно будем участвовать в выставке в следующем году и постараемся представить на стенде оборудование, которое не было нами продемонстрировано. Благодарим организаторов выставки за профессиональную работу!» Дмитрий Щедриков руководитель технологического отдела ООО «Композит-Изделия» «В этом году мы продемонстрировали основные наши наработки и новинки. Например, презентовали линейку жертвенных и разделительных тканей, а также их модификации. Большинство ключевых клиентов аэрокосмической области проявили интерес к данной продукции, и уже в ближайшее время будут проведены испытания на производственных площадках у клиентов. Помимо линейки вспомогательных материалов, на стенде можно было ознакомиться с презентацией тренинг центра по работе с композиционными материалами. На стенде был показан мастер-класс по сборке технологического пакета под вакуумную инфузию и формование препрега». КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

27

Событие

www.aerocomposit.ru

Если быть, то быть первыми

Углеродная лента шириной четверть дюйма»

В начале марта в Париже российская компания АэроКомпозит завоевала престижную награду JEC Innovation Awards в области применения композиционных материалов и конструкций из них. В номинации Aerospace-Application отечественные специалисты предложили международному жюри оценить уникальную разработку в области авиастроения — инфузионную технологию, которая позволила создать крыло пассажирского самолета МС-21-300 с новыми аэродинамическими характеристиками. Оценила проект и мировая общественность, которой в этом году представилась возможность выразить свое отношение к инновациям, представленным на JEC World 2018. Технология АэроКомпозита победила дважды. Инфузионная технология приковала к себе внимание десять лет назад, когда компания АэроКомпозит стала центром компетенций Объединенной авиастроительной корпорации, занялась инновационными разработками, а также изготовлением элементов конструкций из полимерных композиционных материалов для воздушных судов. Коллектив во главе с генеральным директором Анатолием Гайданским приступил к работе по созданию крыла МС-21, были изучены большие объемы научно-технической литературы, существующие на тот момент полимерные композиционные материалы и основные методы изготовления неметаллических конструкций, практическое подтверждение которых коллектив АэроКомпозита воплотил в прототипе будущего композитного крыла. На базе полученного опыта было решено делать основные силовые элементы консолей МС-21-300 (панели, лонжероны, дренажные короба и панели центроплана) по принципиально новой технологии. Ее особенностью стало создание элементов конструкции из сухого углеродного наполнителя в

28

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

виде углеродной ленты со специальным составом. После выкладки детали происходит ее контролируемая пропитка полимерным связующим в вакууме, в специальном термоинфузионном центре под давлением в одну атмосферу. Ни для кого не секрет, что ведущие авиастроительные предприятия мира работают по технологии с использованием препрега — изначально пропитанного углеродного наполнителя. Работая в совершенно новом направлении, российские специалисты выявили для себя ряд существенных преимуществ. В первую очередь, сухой материал оказался более «жизнеспособным» по сравнению с препрегом, который сохраняет свои свойства при комнатной температуре строго ограниченный интервал времени — от семи до двадцати суток. Именно в течение этого времени необходимо успеть реализовать технологический процесс — автоматически или вручную выложить сложную конструкцию крыльевой панели или лонжерона. Сухой же углеродный наполнитель может храниться практически бесконечно. Дабы исключить ограничения

Событие временем жизнеспособности основного материала, специалисты АэроКомпозита сделали выбор в пользу инфузии. Еще одним преимуществом технологии можно назвать меньшую цену и большую безопасность процесса. Тепловое оборудование — инфузионные установки дешевле автоклавов, используемых при препреговой технологии. Автоклавы создают повышенное давление (6–8 атмосфер) и высокую температуру, и потому объективно относятся к взрывоопасному оборудованию. Третье преимущество — чрезвычайно высокие требования к качеству деталей и точности конструкций в связи с автоматизацией технологического процесса. Основным достоинством российской технологии стала возможность создания интегральных конструкций, которые работают как цельная структура. На сегодняшний день никто в мире не создает силовые конструкции крыла методом вакуумной инфузии. Конструкции, изготавливаемые специалистами АэроКомпозита, отличаются от препреговых сборных конструкций, изготавливаемых Airbus и Boeing. Так, в конструкциях Airbus и Boeing стрингеры собираются с обшивкой, используя специальные клеевые прослойки. При инфузионной же технологии берутся сухие стрингеры, кладутся на сухую обшивку, все это пропитывается связующим за один цикл, и после разогрева в тепловой установке получается фигурный монолит. Испытания, проводимые АэроКомпозитом в ФГУП ЦАГИ, подтвердили монолитность конструкции. Еще одно достоинство отечественного метода заключается в том, что он позволяет более гибко планировать производство.

Автоматическая установка выкладывает сухой углеродный наполнитель, готовая преформа упаковывается в герметичный мешок, где может храниться сколько угодно. Этот подход позволяет делать очень качественные изделия. Стоит отметить, что деятельность АэроКомпозита повлекла за собой создание в мире ряда инновационных производств. Во многом благодаря специфике компании, широкое распространение на рынке начали получать термоинфузионные автоматизированные центры (ТИАЦ). Они состоят из трех элементов: теплового модуля («печь»), инфузионного модуля (в который заливается и подается связующее для пропитки конструкции) и центра управления. Он связывает воедино системы печи (контроль и распределение температуры) и инфузионную установку (контроль температуры связующего, контроль скорости подачи связующего, контроль давления внутри инфузионной установки и внутри мешка). Помимо разработки технологии изготовления конструкций специалисты АэроКомпозита реализовали инновационный подход к сборке консолей и центроплана — так называемую модульную сборку отъемной части крыла. Подобного сборочного производства в России нет. В мире присутствуют только отдельные элементы подобного производства. На заводе АэроКомпозит-Ульяновск конструкция собирается в отдельных станциях (модулях): вначале передняя часть крыла, задняя часть крыла, затем монтируется целиком кессон вместе с модулями сборочной оснастки, то есть сборочный стапель кессона состоит из сборочных модулей передней и задней

Париж. Команда АэроКомпозита с партнерами компании Solvay».

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

29

Событие

Консоль крыла самолета МС-21 с деталями из ПКМ в стапеле окончательной сборки. Завод «АэроКомпозит-Ульяновск».

частей, бортовой нервюры. Позиционирование деталей происходит таким образом, что обеспечивается повторяемость конструкций — все крылья похожи, как две капли. Инновационность технологии сборки, разработанной специалистами АэроКомпозита, позволила реализовать предварительную стыковку крыла и центроплана, еще до сборки фюзеляжа, обеспечив оптимальную ориентацию центроплана относительно консолей. Таким образом, пытаясь выставить крыло не относительно уже готового фюзеляжа, а в наилучшее аэродинамическое положение (внутри фюзеляжа центроплан несет только силовую нагрузку), получают наиболее оптимальное положение крыла относительно всей конструкции, что положительно скажется на уровне расхода топлива и качестве самолета в целом. Говоря о преимуществах полимерных композиционных материалов, нужно отметить возможность, позволившую создать относительно тонкое, с большим удлинением крыло новой машины. Это значительно повышает летные характеристики и качество крыла. Подобную металлическую конструкцию создавать не имеет смысла, поскольку она получится слишком тяжелой. Усовершенствованная аэродинамическая форма крыла МС-21-300 позволит экономить в полете примерно 6–8% топлива. Кроме того, композиционные материалы, как показывают исследования, повышают ресурс конструкции. На металлических деталях развиваются усталостные трещины, зависящие от характеристик самих металлов. В композиционном же крыле основные требования предъявляются к статической прочности конструкции. Ресурсные характеристики все еще исследуются, и на сегодняшний день ограничения по ресурсу композитного крыла находятся в стадии определения. Заявленные эксплуатационные характеристики композитного крыла лучше, следовательно, и межремонтный его осмотр может проводиться минимум в два раза реже, чем у его металлического аналога. Налицо — уменьшение эксплуатационных затрат. Что касается вопроса защиты композиционного

30

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

материала от воздействия топлива, по сути, консоль крыла можно назвать топливным баком лайнера, то тут производители материалов проводят большую работу, чтобы эпоксидная матрица содержала компоненты, предотвращающие насыщение топливом. Ведется постоянная работа по усовершенствованию специальных грунтовок и лакокрасочных покрытий. Они должны быть как топливоустойчивы, так и обладать хорошим сцеплением с композитом. Существуют определенные требования к технике нанесения этих материалов. Необходимо отметить, что все эти технологии надежны, они были апробированы при производстве элементов конструкций и образцов из ПКМ для крыла самолета МС-21. Производство силовых конструкций консолей крыла МС-21-300 реализуется на заводе АэроКомпозит-Ульяновск. Благодаря специальным крупногабаритным термоинфузионным центрам (22 метра в длину и 6 метров в ширину) специалисты завода могут изготовить любые детали длиной до 20 метров и 4 метра в ширину. На сегодняшний день первый МС-21-300 проходит летные испытания на аэродроме ЛИИ им. М.М. Громова (г. Жуковский). На Иркутском авиационном заводе — филиале ПАО «Корпорация «Иркут» (в составе ОАК) завершена постройка второго опытного самолета МС-21-300, предназначенного для проведения летных испытаний. При производстве нового самолета учтены результаты тестирования первой опытной машины. 25 марта машина переведена из цеха окончательной сборки в летно-испытательное подразделение предприятия. По словам министра промышленности и торговли Российской Федерации Дениса Мантурова завершение сборки второго самолета – важный этап в реализации программы МС-21. «Подключение в текущем году к летным испытаниям новых машин позволит решить ключевые задачи проекта: в установленные сроки завершить сертификацию МС-21, развернуть серийное производство и поставить первые лайнеры заказчику», — сообщил министр.

Отрасль

МИЦ «Композиты России» МГТУ имени Баумана улучшают экспортный потенциал композиционных материалов

Директор Межотраслевого инжинирингового центра «Композиты России» МГТУ имени Н. Э. Баумана Владимир Нелюб рассказал о работе центра по популяризации композиционных материалов и новых проектах.

МИЦ «Композиты России» занимается расширением производства непрерывного базальтового волокна, в частности созданием завода «МОСБАЗАЛЬТ». В 2018 году намечен запуск производства и старт продаж. На данный момент идет процесс заключения договоров с потенциальными заказчиками. «Завод «МОСБАЗАЛЬТ» — это инновационное предприятие, которое будет заниматься производством базальтокомпозитной сетки», — говорит Владимир Нелюб, директор «Композиты России». — Продукция будет использоваться в гражданском и промышленном строительстве и подразделяться на несколько видов: строительная сетка из базальтового волокна для армирования фасадных систем, различных стя-

жек, наливных полов и автодорожная базальтоволокнистая сетка для армирования асфальтобетона и основания дорожных одежд. Она полностью заменит стальную сетку». Вместе с партнерами «Композиты России» занимаются усовершенствованием действующей технологии производства непрерывного базальтового волокна и увеличением производственной мощности. Внедрение высокопроизводительного технологического оборудования собственной разработки, оптимизация состава отечественного сырья и замасливателей, повышение энергоэффективности процесса позволит создать продукцию, превосходящую по качеству и себестоимости аналоги конкурентов. КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

31

Отрасль «Новое волокно, по сравнению с выпускаемым сегодня, будет обладать более высокими физико-механическими свойствами, улучшенной технологичностью при переработке волокна в композиционные материалы, меньшей себестоимостью, — говорит Нелюб.

— Это расширит сферы его применения, одновременно повысив в несколько раз объемы сбыта. Пока это пилотный проект Московского композитного кластера, осуществляемый при поддержке Правительства Москвы и Департамента науки, промышленной политики и предпринимательства города Москвы». Разработчики уверены, что использование сетки гораздо эффективнее, безопаснее для окружающей среды, а также решает проблему с импортозамещением. Ведь для производства сетки используется сырье российского разработчика — мирового лидера в производстве непрерывного базальтового волокна. Для этого специалистами МИЦ «Композиты России» было модернизировано оборудование на заводе «Каменный век». Все эти инновации позволяют, используя готовый продукт, повысить несущую способность стен при сжатии и изгибе, монолитность кладки, ее трещиностойкость, даже в сейсмоопасных регионах, при землетрясениях интенсивностью 7–9 баллов по шкале сейсмической интенсивности MSK64, когда происходит частичное или полное разрушение зданий. Данная сетка может применяться для соединения наружного и внутреннего слоев стен без установки анкерных элементов для двухслойных стен. Сетка обеспечивает восприятие отрицательного направления ветровой нагрузки за счёт работы двух слоев кладки. Позаботились специалисты «Композиты России» и об экологической безопасности. Отходы непропитанной сетки вторично используются в производстве, а от пропитанной — вывозятся на полигоны для утилизации. Создана специальная комиссия, осуществляющая контроль над выбросом загрязняющих веществ в атмосферу, который не превышает допустимую норму. «Кроме технических и экологических показателей производства мы позаботились о безопасности на строительных объектах. Ведь при проведении строительных работ необходимо возведение ограждающих конструкций, — говорит Нелюб. — Для этого мы разработали комбинированную сетку из базальта и полиэфира. Эта сетка подходит для защитных, страховочных, сигнальных, внутренних и наружных ограждений, а также опорных и навесных типов ограждений». Данная ограждающая конструкция обеспечивает достаточную прочность — устойчивость к внешним механическим воздействиям, климатическим и метеорологическим, ее можно использовать в разных геологических условиях. Сетка монтируется без особых усилий, она легкая и гибкая, а для ее резки используются хозяйственные ножницы. Установку также облегчает то, что прочность ровингов по направлениям как «основа», так и «уток» — одинакова. В связи с этим требования к контролю направления укладки сетки отсутствуют.

32

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

Быстро растущая отрасль производства композиционных материалов для строительной индустрии, авиационной, космической, военной промышленности и других отраслей нуждается в высокотехнологичной и качественной продукции. Для развития этого сегмента рынка необходимо сохранять технологическое лидерство в области производства базальтового волокна и создавать технологический разрыв по отношению ко всему миру. Мы создаем производство, которое способно конкурировать и лидировать на мировом уровне. Эта продукция будет востребована не только на внутреннем рынке, она имеет колоссальный экспортный потенциал. «Композиты России» уверены, что композиционные материалы — это инновационные материалы, обладающие важнейшей отличительной чертой: они создаются под конкретные цели, с определенной плотностью, жесткостью, прочностью и износостойкостью. В то время как другие материалы уже имеют свои физико-технологические и химические характеристики.

«Композиты России» МГТУ имени Баумана готовят лучших специалистов в своей отрасли При участии МИЦ «Композиты России» композиционная отрасль развивается не только в бизнес-сегменте, но и в научном направлении. Центр занимается подготовкой высококвалифицированных кадров, начиная со школьной скамьи. «Мы первые в стране, кто создал курсы для детей по композиционным материалам, — говорит директор МИЦ «Композиты России». — У нас образовательная сеть и технопарк «Инжинириум», где проходит полный цикл подготовки будущих инженеров. В дальнейшем мы надеемся, что они придут учиться в МГТУ имени Баумана, а лучшие из лучших пойдут в магистратуру, аспирантуру и станут звездами сферы новых материалов. Кроме того, мы первый центр, который создал свое направление подготовки магистров — «Материаловедение и технологии материалов». Наши преподаватели постоянно участвуют в профессиональных соревнованиях, занимают первые места и помогают школьникам, студентам стать лучшими в композиционной отрасли, а специалистам улучшить свои навыки». «Композиты России» приложили немало усилий, чтобы в основную соревновательную часть WorldSkills Russia вошла компетенция «Технологии композитов». Сейчас идет работа над тем, чтобы с 2019 года компетенция вышла на мировой уровень. А с 2015 года центр как соорганизатор проводит Composite Battle World Cup. Чемпионат отличается от WorldSkills Russia ориентированием на неподготовленного зрителя и более выраженной интеллектуальной составляющей в ряде конкурсов. «Помимо дополнительного школьного и вузовского образования у нас есть центр повышения квалификации, в частности, для сотрудников организаций и предприятий, работающих в сфере композиционных

Отрасль материалов, — рассказывает Нелюб. — Это и инженеры, и топ-менеджеры бизнес-компаний, сотрудники органов государственной власти страны (субъекта), например, Департамента строительства города Москвы, Департамента транспорта и развития дорожно-транспортной инфраструктуры города Москвы, Департамента жилищно-коммунального хозяйства и благоустройства, ресурсоснабжающих организаций субъектов, например, Мосводоканала, Мосэнергосбыта, директора и инженеры заводов и так далее». Курс по композиционным материалам и нанотехнологиям состоит из нескольких направлений, включающих в себя введение в отрасль, методы проектирования и создания материалов, оснастки, разработку новых технологических процессов изготовления изделий, создание технической документации на новые типы изделий, а также основы конечно-элементного моделирования в специализированном расчетном программном комплексе MSC Patran/Nastran. По завершении курсов повышения квалификации слушателям выдают сертификат установленного образца на русском языке с дублированием информации на английском языке, в котором будет указано полное наименование программы и количество часов обучения или удостоверение о повышении квалификации на русском языке. Эта плодотворная научно-образовательная работа ведется коллективом «Композиты России», в котором трудятся более 150 сотрудников, из них — два академика РАН, девять докторов наук, три кандидата наук и семь профессоров, также представители компаний бизнес-партнеров — лидеров композиционной отрасли. Ведущие инженеры и технологи МИЦ «Композиты России» регулярно занимают призовые места в соревнованиях профессионального мастерства WorldSkills Russia, Composite Battle World Cup и другие. «В декабре наши преподаватели сети «Инжинириум» победили в финале Первого Национального межвузовского чемпионата WorldSkills Russia, — говорит Нелюб. — Они готовили команду школьников для участия в чемпионате WorldSkills Russia Juniors, проходившем в феврале. Наши школьники впервые участвовали в подобных соревнованиях. В отборочном этапе чемпионата они заняли 1-е место, а финале — 3-е». Новейшие разработки, диссертации, статьи, патенты, а также постоянное повышение уровня квалификации и профессионализма сотрудников композиционной сферы и нанотехнологий обеспечат центру «Композиты России» намерение двигаться только вперед к новым ключевым научным открытиям в композитной отрасли. Подробнее про обучение в образовательном центре можно узнать на сайте: www.edu.bmstu.ru или по телефону +7 (495) 120-99-76 про сеть «Инжинириум»: www.inginirium.ru и по телефону +7 (495) 120-99-75. Подробнее о Межотраслевом инжиниринговом центре «Композиты России»: www.emtc.ru КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

33

Отрасль М. Ощепков к.т.н., ведущий специалист по композиционным материалам ОАО «Полоцк-Стекловолокно» oschepkov@psv.by

Союз науки и производства в белорусской индустрии композитов В Беларуси прошедший 2017 год, объявленный Годом науки, принёс богатый урожай инновационных идей, родившихся благодаря союзу университетов, академических и отраслевых НИИ с промышленностью, строительством, сельским хозяйством. Особенно отчётливо жизненная необходимость укрепления такого союза проявилась в энергично развивающейся индустрии композиционных материалов. Конкурирующим предприятиям разных форм собственности без освоения прогрессивных технологий невозможно удержаться на рынке. Они одинаково нуждаются в крепкой научной поддержке, в новых материалах и отладке процессов их переработки, в моделировании и оптимизации структуры изделий, в достоверных испытаниях образцов и квалифицированной разработке нормативов, в проведении сертификации продукции и, конечно, в обучении и переподготовке специалистов. Актуальность задачи подтверждается тем, что в 2017 году состоялись два значимых для белорусской индустрии композитов форума: конференция в концерне «Белнефтехим» и семинар в ОАО «Полоцк-Стекловолокно». Каждый доклад, представленный на этих деловых собраниях, заслуживает отдельной публикации, поэтому ниже приведены лишь отдельные показательные примеры решительного наступления белорусской науки по всем направлениям композитного фронта.

34

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #1 (2018)

Отрасль 0,5% раствор NaCl

вода

6 5

40

4

30

3

20

2 10

1 0

без УНМ

УНМ1

УНМ2.1

УНМ2.2

0

без УНМ

УНМ1

УНМ2.1

УНМ2.2

Рисунок 1. Стойкость модифицированных углеродными наноматериалами покрытий к воздействию сред (сутки).

«Белнефтехим» привлекает исследователей Научно-практическая конференция «Направления развития композиционных материалов в Республике Беларусь» прошла в мае 2017 года под эгидой концерна «Белнефтехим» и объединила опытных специалистов предприятий концерна с ведущими исследователями, изучающими свойства и технологии производства композитов. Член-корреспондент НАН Беларуси, профессор Белорусского государственного технологического университета Н. Р. Прокопчук представил обширный обзор работ БГТУ в области полимерных нанокомпозитов с эластомерными, олигомерными и термопластичными матрицами. Опыты по наномодификации эластомеров принесли многообещающие результаты: введение высокодисперсных добавок алмазосодержащей шихты и углеродных наноматериалов заметно повысило долговечность и механические показатели резин различного назначения. Произведённые в Беларуси многослойные углеродные нанотрубы существенно улучшили также показатели алкидных грунтовок, например, в десятки раз возросла стойкость покрытий к воде и солевым растворам (рисунок 1). Диспергирование склонных к агломерации нанотруб и получение их гомогенных суспензий в вязких расплавах полимеров представляет непростую технологическую задачу, решение которой было найдено в БГТУ. Посредством распределения наночастиц в мономере стирола с последующим синтезом и измельчением получившихся гранул получили компаунд (рисунок 2), из которого на двухшнековом экструдере приготовили образцы. Наномодифицированный полистирол показал заметное приращение ударной вязкости и изгибной прочности. Член-корреспондент НАН РБ С. С. Песецкий изложил основные результаты многолетних исследований термопластичных композитов технического назначения, которые ведёт Гомельский институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого (ИММС). Разработанный метод компактибилизации смесей несовместимых полимеров путём прививки мономера позволяет получать композиты с особыми

свойствами: ударопрочные, огнестойкие, трекингостойкие, теплопроводные, износостойкие (включая антифрикционные с фторопластовой матрицей), что являет блестящий пример практической ценности фундаментального научного знания. В частности, несомненный интерес представляет изучение механических свойств и морфологии полиамида ПА-6, упрочненного угле- и стекловолокном с добавками наноглины. Получены композиционные материалы, по механическим показателям многократно превосходящие базовый полимер (таблица 1). Изделия из различных армированных термопластов, разработанных ИММС, применяются в электротехнике и машиностроении, в автомобильной технике и транспортном хозяйстве. Так, например, объём поставок композитных прокладок-амортизаторов под железнодорожные рельсы превысил полмиллиона, планируется их применение на Казахской железной дороге (рисунок 3). При институте создан центр многофункциональных полимеров и композитов с годовым выпуском новых композиционных материалов до 2 тысяч тонн. Над схожими проблемами трудится также Гродненский государственный университет, где разработаны составы конструкционных и триботехнических материалов на основе полиамидов и следующих наноразмерных дисперсных модификаторов:

Рисунок 2. Компаунд полистирола с 0,5% многослойных углеродных нанотруб.

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

35

Отрасль Таблица 1. Механические свойства ПА-6 с добавками стеклянного (СВ) и углеродного (УВ) волокна и наноглины. Растяжение Материал

Предел прочности σр, МПа

Изгиб

Модуль упругости Ер, МПа

Модуль упругости Еи, МПа

Ударная вязкость по Изоду с надрезом, Дж/м

Чистый ПА-6

51,8

1073

68,5

769

—

ПА-6 / глина

73,7

2843

113,8

3278

338,1

ПА-6 / СВ-30%

96,2

4321

143

3589

313,7

ПА-6 / СВ-30% / глина

106,7

6145

157,4

6498

243,7

ПА-6 / УВ-30%

135,5

8942

214,4

9048

139,34

ПА-6 / УВ-30% / глина

146,7

11946

221,3

14159

145,1

Рисунок 3. Композитные прокладки-амортизаторы.

• коллоидно-графитовый препарат С-1 (ОДО «Белтехнолит»); • шихта детонационного синтеза баллистических порохов (НП ЗАО «Синта»); • углеродные нанотрубы (ГНУ «Институт тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова НАН Беларуси»); • формиат меди. Введение в полиамиды наночастиц в количестве до 0,1% привело к повышению предела прочности в 1,5–2,0 раза сравнительно с базовыми полимерами. Серийный выпуск модифицированных полиамидов перспективен для ОАО «Гродно Азот». НИИ физико-химических проблем Белорусского государственного университета совместно с тремя партнёрами представил результаты освоения в ОАО «СветлогорскХимволокно» опытно-промышленного производства нового самозатухающего волокна на основе композиции целлюлозы и хитозана. Технология является ресурсосберегающей: объём водо-

36

Предел прочности σи, МПа

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

потребления оказывается в сотни раз меньше, чем расходуется при выпуске вискозного волокна. При содержании хитозана 30% кислородный индекс нового материала превышает данный показатель для большинства серийно выпускаемых самозатухающих волокон, а при введении в состав материала 0,1-1% углеродных нанотруб появляется альтернатива вискозному углеродному волокну. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники разрабатывает многослойные градиентные материалы для скрытия объектов в радиолокационном диапазоне длин электромагнитных волн, а также для защиты электронного оборудования от мощных электромагнитных импульсов. Подобные материалы имеют сложную объёмную структуру и могут быть получены, в частности, на основе нетканого иглопробивного полиэфирного полотна с добавками углеродного волокна. Низкомодульное углеродное волокно на базе вискозы, вполне пригодное для радиопоглощающих композитов, выпускается в Светлогорске. В докладе ОАО «СветлогорскХимволокно» были приведены разнообразные примеры использования продукции предприятия в композиционных теплозащитных и антифрикционных материалах (рисунок 4). Сотрудники Полоцкого государственного университета, который заключил договор о сотрудничестве с ОАО «Полоцк-Стекловолокно», рассказали об интересных возможностях применения в композитах отхода нефтехимического производства — низкомо-

Рисунок 4. Углепластиковые изделия из светлогорского волокна.

Отрасль

Конструкционные материалы (нити, ровинги, рубленое волокно, ткани CMS)

Стеклопластиковые изделия

30%

2%

Строительные и теплоизоляционные материалы (ткани, сетки, нетканые материалы)

25%

Электроизоляционные материалы

23%

Высокотемпературные кремнеземные (волокно, нити, ткани, сетки, противопожарные полотнища) и базальтовые материалы

20%

Рисунок 5. Структура продукции ОАО «Полоцк-Стекловолокно».

лекулярного полиэтилена (НМПЭ). Это воскоподобное вещество с температурой плавления 65–120°С используется как добавка, увеличивающая эластичность битумов. Для дисперсного армирования битумов и асфальтобетонов предложено применять композитные гранулы, содержащие рубленое базальтовое волокно и НМПЭ-связующее. Такая композитная фибра послужит «транспортным контейнером» для равномерного распределения в вязком расплаве битума армирующего волокна и растворимой добавки НМПЭ с целью повышения трещиностойкости и ударостойкости битумных материалов при низких температурах. Данная идея живо заинтересовала «Полоцк-Стекловолокно», где активно осваивается выпуск базальтопластиковой фибры. Доклад полочан был посвящён развитию производства композиционных материалов на базе продукции предприятия, таких как рулонные строительные сетки и стеклопластики, коррозионностойкие пултрузионные профили, арматура, упомянутая фибра, полуфабрикаты для различных технологий формования машиностроительных изделий, трубы и оборудование из химостойких композитов для концерна «Белнефтехим». На предприятии утверждена программа развития производства композиционных материалов на 2017–2020 год, включающая пять инновационных направлений. Многие участники конференции указывали на препоны, препятствующие широкому освоению наукоёмкой композитной продукции. Это инерционность многих отраслей, неповоротливость промышленных гигантов, несовершенство инвестиционных механизмов, высокая стоимость материалов на этапе внедрения, неполнота и противоречивость нормативной базы, проблемы сертификации продукции, наконец, неуважение к интеллектуальной собственности. Конференция в «Белнефтехиме» отчётливо выявила следующее противоречие: при крупных достижениях белорусской науки в создании новых, нередко уникальных, имеющих ценные эксплуатационные свойства, композиционных материалов их массовое применение в конечных изделиях

сдерживается, а широкий рыночный успех научных разработок являет редкое исключение. Следующее собрание профессионалов композитной отрасли, проведённое в Полоцке, решительно предложило это противоречие преодолеть.

«Полоцк-Стекловолокно» — фундамент белорусской композитной промышленности 10 ноября 2017 года в Полоцке состоялся научно-практический семинар, посвящённый развитию производства композиционных материалов на базе продукции открытого акционерного общества «Полоцк-Стекловолокно». Он собрал около сотни участников из Беларуси, России, Молдовы, Казахстана и Германии. Пленарный доклад генерального директора предприятия-организатора А. Н. Бунакова обрисовал впечатляющую картину развития завода с 60-летней историей, который сейчас выпускает в год более 50 тысяч тонн разнообразных стекловолоконных материалов и является крупным участником их мирового рынка. Хотя доля собственно композитных изделий в общем объёме производства невелика, значительная часть продукции предприятия служит именно для создания строительных, электротехнических, машиностроительных композитов (рисунок 5). С целью разработки и внедрения новых видов материалов и технологий на предприятии действует научно-практический центр. Доля инновационной продукции в общем объёме производства составляет около 30%, причём выпуск новых видов материалов быстро растёт (таблица 2). Запланированные в развитие предприятия инвестиции до 2020 года превышают 43 млн $, что на 45% больше, чем в предыдущем пятилетии. Это убедительно показывает, что «Полоцк-Стекловолокно» служит прочным фундаментом белорусской индустрии композитов. Гулом одобрения встретили собравшиеся сообщение концерна «Белнефтехим» об усовершенствованном порядке получения субсидий для приобретения уникального научного оборудования и КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

37

Отрасль Таблица 2. Рост объемов производства новых материалов. Материалы базальтовые нити резаное базальтовое волокно конструкционные базальтовые ткани

9 месяцев 2017 год

0,2 т

13,7 т

0,9 т

87,8 т

24,1 тыс. м

137,7 тыс. м

сетки базальтовые

2,7 тыс. м

21,5 тыс. м

ткани пропитанные окрашенные

6,9 тыс. м

201,3 тыс. м

ткани кремнеземные PS

26,6 тыс. м

41,4 тыс. м

ткани строительного назначения

30,1 млн. м

50,5 млн. м

сетки строительные

86 тыс. м

1,3 млн. м

конструкционные стекломаты

1,4 тыс. т

2,3 тыс. т

проведения инновационных разработок. Профессор Полоцкого университета В.К. Липский в своём выступлении горячо поддержал конструктивную инициативу концерна. Доклад Е. Н. Меркушова из Белорусского дорожного НИИ был посвящён исследованию композитных конструкций для мостового и дорожного строительства. Институтом испытаны ограждения из композитных профилей и предложена улучшенная конструкция их крепления, экспериментально изучается механика бетонных плит с предварительно напряжённой композитной арматурой, а также с наружным армированием углепластиковыми лентами. БелДорНИИ давно ведёт важную работу по выпуску национальных нормативов, регулирующих применение композиционных материалов в конструкциях мостов и в дорожном полотне. Заведующая кафедрой строительного производства

Рисунок 6. Рубленая на 20-мм отрезки кромки штукатурной сетки и продукты гидратации цемента на её волокнах при увеличении 200×.

38

Объемы производства и реализации 2015 год

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

Полоцкого университета Л. М. Парфёнова представила любопытные результаты опытов по дисперсному армированию пенобетонов и цементов рубленой кромкой щелочестойкой штукатурной сетки (рисунок 6). Данный отход производства полоцкий завод сегодня вынужден утилизировать, поэтому изучение возможностей переработки обрезков кромки в стройматериалах является весьма актуальным. Испытания армированных рубленой кромкой цементных плит показали существенное возрастание их стойкости к продавливанию на упругом основании, что указывает на перспективность применения обрезков в структуре дорожных одежд и цементобетонных покрытий. Доклад доцента Белорусского государственного университета К.М. Лапко был посвящён термостойким текстолитам на неорганических связующих, где полоцкие кремнезёмные материалы давно доказали бесспорную надёжность. Данные аэрокосмические композиты БГУ разрабатывал ещё по легендарной программе «Буран», а ныне изучает возможность их применения для широкого круга «земных» задач, включая строительные материалы и теплозащитные покрытия. В завершение строительной части семинара был показан присланный из Украины фильм технологической группы «Экипаж», демонстрирующий прогрессивный метод укладки арматурных дорожных сеток, благодаря которому удалось резко ускорить ремонт центральной площади города Харькова. Раздел семинара по применению композитов в машиностроении открылся обширным обзором заведующего кафедрой механики и конструирования БГТУ А. В. Спиглазова на тему регулирования свойств композиционных материалов в изделиях. Доцент этой кафедры А. Л. Наркевич выступила с двумя яркими информативными докладами. В первом рассказывалось о технологии получения высокопрочных композитов с термопластичной матрицей, армированных ровингом и тканями полоцкого производства. Данные композиты производятся по методу пултрузии с подачей из экструдера расплавов полимеров — таких, как полипропилен, полибутилентерефталат, полиамид-6 или полиэтилентерефталат. Технология позволяет получать длинномерные конструкционные профили, ленты

Отрасль

Рисунок 7. Пултрузионная установка БГТУ и образцы композитов с термопластичной матрицей.

для формования тел вращения намоткой или стержни, которые после рубки на гранулы превращаются в сырьё для длинноволокнистых композитов. БГТУ располагает экспериментальной установкой (рисунок 7), а промышленная технология, защищённая множеством патентов, успешно внедрена на заводе корейской компании Hanwha L&C Ltd Co. Другой доклад этого автора осветил важную проблему вторичной переработки промышленных и бытовых полимерных отходов в композиты, причём нередко армированные таким же вторсырьём — волокнистыми отходами стеклопластика, кострой льна, обрезками текстиля или термопластами с более высокой температурой плавления по сравнению с основным полимером. Данную нетрадиционную задачу БГТУ успешно решил и довёл разработку до практического внедрения на Осиповичском заводе автомобильных агрегатов. В выступлении ОАО «Полоцк-Стекловолокно» были приведены примеры различных электротехнических композитов, в которых применяется продукция предприятия — от лакотканей, рулонных стеклопластиков и стеклотекстолитов до стержней композитных изоляторов, фасонных профилей и прессованных препрегов SMC. Особо была отмечена важность поддержания у выпускаемых стекломатериалов стабильности жёстких технических показателей, поскольку их соблюдение служит залогом надёжности сверхответственных электротехнических изделий, нередко работающих на пределе возможностей полимерных композитов и подверженных специфическим видам коррозии под воздействием сильных электромагнитных полей. Также были представлены некоторые собственные технологии (пултрузия, накатка препрега) и работы по освоению новой продукции, такие как намотка резьбовых изоляционных труб (рисунок 8) или композитных опор освещения, оптимизация структуры которых выполнена посредством численного моделирования. Машиностроительный раздел семинара завершился выступлением технического консультанта германской компании BYK Н. Петрушки, который представил богатые возможности аддитивов BYK для улучшения свойств и повышения механических характеристик стеклопластиков с полиэфирной и эпоксидной матрицей, для обеспечения технологичности полимербетонов, трансформаторных

Рисунок 8. Электротехнические трубы ОАО «Полоцк-Стекловолокно».

заливочных компаундов и иных полимерных материалов, содержащих дисперсные функциональные наполнители. Темой следующего заседания явилось применение композитов в химической технике и трубопроводном транспорте. Доцент Полоцкого университета А. Г. Кульбей заострил вопрос, сконцентрировавшись на проблемах, этому применению препятствующих – в первую очередь на несовершенстве нормативной базы. Представитель компании Victaulic в СНГ Б. Адайбеков поделился ценным опытом эксплуатации бугельных муфт на стеклопластиковых трубопроводах (рисунок 9). Бугели с канавкой получили распространение в ответственных трубопроводных системах, так как имеют ряд существенных преимуществ перед фланцевыми и резьбовыми соединениями. Для композитных труб их применение особенно перспективно, поскольку благодаря несложной прочной конструкции с широкими полями допусков существенно упрощается технология обработки и сокращается материалоёмкость соединительного узла (что, кстати, подтверждено изготовлением в ОАО «Полоцк-Стекловолокно» опытных образцов стеклопластиковых труб с бугелями Victaulic 296A). К тому же устраняется риск потери герметичности уплотнения вследствие перекосов, температурных деформаций, вибраций, сейсмических сотрясений. Не менее перспективной задачей является освоение производства корпусов подобных бугелей из коррозионностойких высокопрочных композиционных материалов. Более подробные сведения о разъёмных соединениях композитных труб можно найти в КМ №5, за 2016 год. Новосибирская фирма OCSiAl представила убедительные данные о выгодности применения одКОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

39

Отрасль солигорской фирмы «Нива-Сервис», электротехнические изделия из SMC лидского предприятия «Липласт-СПб», разнообразная композитная продукция ОАО «Полоцк-Стекловолокно», конструкционные смолы и клеи минской фирмы «Адгезия», разделительные компоненты «Ветросайнт», новые смолы «Дугалак» и «Полипол», аддитивы BYK. Неподдельный интерес у инженеров-практиков вызвала возможность осмотреть и сравнить высокопроизводительные технологические установки MVP и BÜFA. Изюминкой встречи оказалась экскурсия по предприятию, на которой участники увидели все этапы производства — вытяжку тончайших стеклянных волокон из раскалённого расплава, их многостадийное превращение в прочные стеклянные нити, огромные ткацкие цеха, где из нитей рождаются тысячи километров разнообразных тканей, новейшую линию по производству конструкционного стекломата. Экскурсия завершилась мастер-классом, на котором опытные мастера из нижегородской фирмы «Полимерпром» умело отформовали деталь автомобиля методом инжекции под вакуумом (рисунок 10). Уместно добавить, что вскоре после полоцкого семинара в Минске состоялась презентация фирмы «Дугалак», где был представлен широкий ряд выпускаемых ярославским заводом полиэфирных продуктов, а также технологичные DCPD-смолы и винилэфиры с повышенной ударной прочностью, стойкостью к огню и к коррозии. То, что крупнейший российский производитель связующих, гелькоутов и пигментных паст открыл отделение в Беларуси, ясно указывает на притягательность белорусского рынка композитов. Рисунок 9. Монтаж соединения Victaulic на стеклопластиковом трубопроводе.

нослойных углеродных нанотруб TUBALL, годовой выпуск которых достиг 10 тонн. При затратах на модификацию матричного материала не более 0,25 USD/кг обеспечиваются антистатические свойства композитных наливных полов, намотанных емкостей и труб, прессованных из SMC корпусов, пултрузионных профилей, литых решётчатых настилов. Немаловажно, что благодаря чрезвычайно низкой концентрации нанотруб, при которой достигается перколяция и возникает проводящая структура, их добавка не меняет цвет электропроводных композитных покрытий. Повышение механических показателей изделий требует более высоких концентраций и пока обходится дороже (от 1,6 USD/кг), но поскольку OCSiAl наращивает производство, наномодификация композитов обещает стать доступной для крупносерийного машиностроения. Особенностью семинара явилось проведение выставки оборудования и материалов, где обсуждались тонкости производства армированных пластиков, завязывались деловые знакомства. На выставке были представлены композитные детали Осиповичского завода автомобильных агрегатов, химостойкие конструкционные профили и настилы

40

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

Игра с ненулевой суммой Участники полоцкого семинара и в докладах, и особенно в кулуарах обсуждали необходимость объединить к взаимной выгоде усилия, чтобы преодолеть препоны, тормозящие внедрение научных разработок и освоение новой продукции, чтобы поднять применение композитов в центре Европы до среднеевропейского уровня. Оба прошедших в 2017 году форума помогли определить ключевую проблему роста национальной композитной индустрии – слабое развитие горизонтальных связей между десятками игроков рынка композитов. Хотя на белорусском композитном рынке объективно присутствует естественная конкуренция и между поставщиками сырья, и между производителями изделий, и между научными школами и коллаборациями, их целесообразное сотрудничество не только реально, но остро необходимо. В математике стратегия, при которой возможен общий выигрыш, известна как игра с ненулевой суммой. А мировая экономическая практика, включая позитивный опыт российских коллег, подсказывает способ организации правил такой игры в современном высокотехнологичном мире — это кластер. На полоцком семинаре был сделан первый важный шаг по созданию горизонтального некоммер-

Отрасль

Рисунок 10. Мастер-класс фирмы «Полимерпром».

ческого объединения учёных, инженеров и бизнесменов. В заключительном слове генеральный директор ОАО «Полоцк-Стекловолокно» А. Н. Бунаков предложил концерну «Белнефтехим» инициировать создание белорусского композитного кластера, определить «Полоцк-Стекловолокно» базовым предприятием по обеспечению кластера армирующими материалами и полуфабрикатами, сформировать группу по разработке структуры внутрикластерной кооперации и организационных механизмов, обеспечивающих эффективное и взаимовыгодное взаимодействие партнёров. Верим, что на следующем профессиональном собрании будет объявлено о создании белорусского композитного кластера!

Материалы Л. М. Лелькова В. Г. Барышев В. Н. Аверкин ОАО «НИИХИМПОЛИМЕР» 392000, Тамбов, ул. Монтажников, 3 В. А. Сытов В. В. Сытов М. А. Алексеев ООО «НПК «СТЭП» 198095, Санкт-Петербург, ул. Калинина, 13 npkstep@mail.ru

Восстановление отечественного производства эффективного отвердителя «ДИАМЕТ Х» для уретановых и эпоксидных композиций специального назначения

Список литературы 1. Князев В. К. // Эпоксидные конструкционные материалы в машиностроении // В. К. Князев. —М. : Машиностроение, 1977. —183 с.

2. Гуль В. Е. // Основы переработки пластмасс // В. Е. Гуль, М. С. Акутин. —М. : Химия, 1985. —400 с.

3. Пакен А. М. // Эпоксидные соединения и эпоксидные смолы // А. М. Пакен; пер. П. М. Валецкий [и др.]; под ред. Л. С. Эфроса. —Л. : Госхимиздат, 1962. —963 с.

4. Cumiai Chemical Industry CO., LTD., Corporate History. —Режим доступа: https://www.kumiai-chem.co.jp/english/company/history.html

44

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

Материалы Введение

NH2

Ароматические диамины в качестве сшивающих агентов для термореактивных смол являются перспективными материалами в своей нише: отвердители данного химического класса позволяют получать композиции с повышенной технологической жизнеспособностью, что обусловлено, в первую очередь, меньшей основностью, чем у алифатических аминов, и стерическими затруднениями, вызванными присутствием одного или нескольких ароматических колец. Композиции с использованием ароматических диаминов обладают большей теплостойкостью, физико-механическими свойствами, повышенной радиационной и химической стойкостью, что также обусловлено их химическим строением, в частности наличием ароматического кольца, плотной упаковкой фениленовых групп при симметричном строении отвердителя, а также зачастую отсутствием активных метиленовых групп. [1–3]. «ДИАМЕТ Х» (3,3`-дихлор-4,4`-диаминодифенилметан) широко используется в качестве отвердителя для углепластиков и стеклопластиков с высокой химической стойкостью и физико-механическими показателями. Учитывая его широкое применение для нужд ОПК, космической и судостроительной отраслей, обеспеченность данным материалом в нужном объеме и стабильного качества является важным элементом промышленной безопасности нашей страны. Однако с 2010 года производство 3,3`-дихлор-4,4`-диаминодифенилметан в России было полностью прекращено.

Cl

Рисунок 1. Формула 3,3`-дихлор-4,4`-диаминодифенилметана («ДИАМЕТ Х»).

NH2 Cl производства на Березниковском химическом заводе. Метод получения был основан на конденсации ортохлоранилина с формалином в присутствии соляной кислоты в среде вода-хлорбензол, с последующей перегруппировкой образующегося метилендихлордифениламида при нагревании. Производство «ДИАМЕТ Х» на Березниковском химзаводе (ОАО «Бератон») было организовано в 1972 году, которое, к сожалению, оказалось полностью прекращено по ряду причин: Сокращение производства Предприятие ОАО «Бератон» в Березниках закрыто по причине банкротства в 2008 году, производство остановлено, имущество распродано. Ликвидация производства ортохлоранилина в России Одним из основных материалов сырьевой базы для производства «ДИАМЕТ Х» является ортохлоранилин. В СССР ортохлоранилин производился на ОАО «Заволжском химическом заводе им. М. В. Фрунзе» (Ивановская область), далее по тексту «ЗХЗ». Основной объем ортохлоранилина шел на собственные нужды «ЗХЗ», на Тамбовский завод «Пигмент» в производство красителей, а также на Березниковский химзавод в производство «ДИАМЕТ Х». Ликвидация производства ортохлоранилина произошла после развала СССР из-за резкого сокращения производства красителей в России, связанного с общим уменьшением объемов производства и потребления в стране, а также с переходом российских предприятий на импортные материалы. Сложное крупнотоннажное производство ортохлоранилина в прежнем объеме оказалось невостребованным, не выдержало конкуренции, и было закрыто.

Причины кризиса производства в России История производства 3,3`-дихлор-4,4`-диаминодифенилметана в нашей стране началась в 1968 году в Тамбовском научно-исследовательском институте химикатов для полимерных материалов (далее — НИИХИМПОЛИМЕР). Там был разработан лабораторный регламент получения данного продукта под маркой «ДИАМЕТ Х» по усовершенствованной технологии, позволившей упростить процесс получения продукта за счет исключения отдельных стадий. В этом же году лабораторный регламент был отработан на опытной производственной установке и начался выпуск опытных партий продукта. В 1971 году в НИИХИМПОЛИМЕР был разработан и выдан технологический регламент получения порошкообразного «ДИАМЕТ Х» для промышленного проектирования, который затем был положен в основу

Таблица 1. Результаты прочностных испытаний на растяжение связующего СКУ-ПФЛ-100, отвержденного 3,3`-дихлор-4,4`-диаминодифенилметаном различных марок. Параметр

СКУ-ПФЛ-100 + «Куралон»

СКУ-ПФЛ-100 + «Диамет Х»

Напряжение [σр], кг/см

459

485

Деформация [εр], %

390

410

Остаточное удлинение [δ], %

4

4

Показатель твердости по Шору А, сек

96

95

2

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

45

Материалы Таблица 2. Результаты испытаний «Диамет Х» на соответствие ТУ. Требования к параметрам по ТУ 2491-030-35785061-2010

Данные испытаний

Порошок от желтого до желто-серого цвета

Соотв.

Температура начала плавления, не ниже, °C

103

104

Массовая доля нерастворимых в ацетоне примесей, н/б, %

0,1

0,008

Массовая доля воды, н/б, %

0,35

0,082

Массовая доля суммы диазотирующих веществ, н/м, %

98,5

99,74

Цветность

0,2

0,13

Параметр

Внешний вид

Отсутствие государственного протекционизма в химической отрасли в кризисные годы Отсутствие защиты отечественного рынка химикатов привело к невозможности конкуренции «ЗХЗ» в ценовой политике с азиатскими производителями. Все предприятия, в том числе и сам «ЗХЗ», резко сократили производство и перешли на закупки импортного ортохлоранилина в полном объеме, что в случае с производством «ДИАМЕТ Х» привело к ощутимому увеличению стоимости производства, и, соответственно, удорожанию производимого продукта. Сложившаяся в химической промышленности России ситуация обусловила доминирование на рынке продукции общегражданского назначения более дешевых импортных аналогов «ДИАМЕТ Х» — марок «CUAMINE M» (Япония), «MOCA-CK» (Китай), «CURALON M» (Япония), что спустя непродолжительное время привело к полному прекращению отечественного производства 3,3`-дихлор-4,4`-диаминодифенилметана. Особое сожаление вызывает тот факт, что производство отечественного «ДИАМЕТ Х» началось в одно время с японским аналогом. Старт начала продаж «CUAMINE M» («IHARACUAMINE®-M») компанией Ihara Chemical Industry (в 2017 году объединилась с Kumiai Chemical Industry) — 1968 год [4]. В этом же году в НИИХИМПОЛИМЕР разработана технология получения «ДИАМЕТ Х», а в 1972-ом запущено производство. Причем, по свойствам композитов на основе продукта российский отвердитель превосходил, и превосходит до сих пор зарубежный (таблица 1).

Восстановление производства в России Геополитический и экономический кризис 2014 года по понятным причинам привел к установлению во многих отраслях российской промышленности курса на импортозамещение. Научно-производственная компания «СТЭП», совместно с ОАО «НИИХИМПОЛИМЕР», в целях снижения импортозависимости отечественной промышленности, а

46

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

также в рамках содействия достижению целей Государственной программы №328 «Развитие промышленности и повышение её конкурентоспособности» от 15.04.2014, предприняло необходимые меры по восстановлению промышленного производства отечественного отвердителя «ДИАМЕТ Х»: • В 2014 году между ООО «НПК «СТЭП» и ОАО «НИИХИМПОЛИМЕР» был заключен договор о совместной деятельности по организации производства и реализации продукта 3,3-дихлор-4,4-диаминодифенилметан, по условиям которого расходы по организации производства «ДИАМЕТ Х» взял на себя НПК «СТЭП», после чего наши предприятия смогли деятельно приступить к возрождению производства.

• После успешных испытаний лабораторных партий «ДИАМЕТ Х» были проведены необходимые работы по монтажу и вводу в эксплуатацию опытной установки мощностью 20 т/год. Производственная схема совместного предприятия была запущена в феврале 2015 года, и после отработки технологического процесса на нескольких опытных партиях начался серийный выпуск продукта «ДИАМЕТ Х».

• Качество выпускаемого отвердителя, а также соответствие как самого структурирующего агента, так и продукции на его основе требованиям нормативно-технической документации проверено и подтверждено АО «Пермский завод «Машиностроитель», ФГУП «ФЦДТ «Союз» (таблица 2) ФГУП «ЦНИИ конструкционных материалов «Прометей» (таблица 3) и другими организациями. На данный момент «ДИАМЕТ Х» совместного с НПК «СТЭП» производства закупается некоторыми из указанных предприятий серийно для изготовления изделий специального назначения на его основе, в том числе связующих, углепластиков и стеклопластиков. На сегодняшний день единственной проблемой, не позволяющей отечественному «ДИАМЕТ Х» внедрится не только на производства стратегических отраслей экономики, но и на рынок продукции об-

Материалы Таблица 3. Физико-механические характеристики углепластика «УГЭТ», изготовленного с использованием отвердителя «ДИАМЕТ Х» Наименование параметра

Данные испытаний

Значение по ТУ

Плотность [ρ], кг/м3

1394

1430 ± 50

Разрушающее напряжение при изгибе [σи], Мпа

370

250

Разрушающее напряжение при сжатии [σс], Мпа

395

250

щегражданского назначения, является высокая стоимость импортного ортохлоранилина — важного сырьевого компонента «ДИАМЕТ Х». В настоящее время на «ЗХЗ» производство ортохлоранилина полностью демонтировано и не подлежит восстановлению без больших инвестиций в строительство современного производства. Технологический процесс производства ортохлоранилина основан на методе (с незначительными разновидностями в средах растворителей и катализаторах) гидрирования нитрохлорбензола в присутствии катализатора. Данная технология в общемировой практике подразумевает с экономической точки зрения только многотоннажное производство. При организации такого нового многотоннажного производства ортохлоранилина в России слабым местом, помимо конкурентной цены и отсутствия сбыта в необходимых объемах, так же будет являться и отсутствие сырьевой базы. В дополнение придется организовывать производство полупродукта нитрохлорбензола, так как ранее его перерабатывали на ныне не существующем химическом заводе в городе Горловка, Донецкой области (Украина). Окупаемость крупных инвестиций в такое производство будет маловероятной. Тем не менее, возможность организации производства «ДИАМЕТ Х» полного цикла прорабатывалась, и может быть реализована без существенного удорожания конечного продукта в случае многократного роста объема производства. И возможности для этого имеются. В течение всего шести месяцев с момента принятия соответствующего решения возможно организовать промышленное производство эпоксидной смолы марки «ЭХД» на основе «ДИАМЕТ Х» собственного производства. В настоящее время разработан лабораторный технологический регламент синтеза смолы ЭХД, выпущены технические условия, имеется опытная производственная установка, наработаны лабораторные образцы и опытно-промышленные партии данной смолы.

Заключение На сегодняшний день совместными трудами ООО «НПК «СТЭП» и ОАО «НИИХИМПОЛИМЕР» восстановлено отечественное производство продукта «ДИАМЕТ Х» в промышленных масштабах. Путь от форми-

рования проекта создания производства до реально работающего промышленного комплекса занял менее одного года. Все работы по восстановлению и вводу в эксплуатацию производственных мощностей, а также внедрению продукта на заинтересованные предприятия проводились исключительно за счет собственных средств, без привлечения государственного финансирования. На начало 2018-ого года производственная мощность для выпуска «ДИАМЕТ Х» составляет 40 т/год. Выпуск материала осуществляется по ТУ 2491-03035785061-2010 (взамен ТУ 6-14-980-84 с изм. 5.) и ТУ 2491-529-04872688-2017. В случае заинтересованности предприятий в расширении производства, объем выпуска «ДИАМЕТ Х» может быть увеличен до 200 т/год. Также может быть организовано производство специальной эпоксидной смолы марки «ЭХД» объемом до 300 т/год полностью за счет собственных средств в течение нескольких месяцев с момента принятия соответствующего решения. В заключение стоит отметить, что в случае массового разворота отечественных предприятий в сторону российских материалов, станет возможно расширять производственные мощности, обновлять технологическую базу и выпускать материалы, не только сопоставимые по цене и качеству импортным аналогам, но и имеющие технико-экономическое превосходство и экспортный потенциал. Таким образом, ответственность бизнеса перед своей страной вкупе с экономической целесообразностью делают импортозамещение реальным и выгодным, даже без государственных инвестиций.

Список литературы 1. Князев В. К. Эпоксидные конструкционные материалы в машиностроении. В. К. Князев. —М. : Машиностроение, 1977. —183 с.

2. Гуль В. Е. Основы переработки пластмасс. В. Е. Гуль, М. С. Акутин. —М. : Химия, 1985. —400 с.

3. Пакен А. М. Эпоксидные соединения и эпоксидные смолы. А. М. Пакен; пер. П. М. Валецкий [и др.]; под ред. Л. С. Эфроса. —Л. : Госхимиздат, 1962. —963 с.

4. Cumiai Chemical Industry CO., LTD., Corporate History. —Режим доступа: www.kumiai-chem.co.jp/english/company/history.html КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

47

Оборудование

Мембранновакуумный формовочный стол Компания «Перспективные исследования композитов» занимается научными исследованиями в области полимерных композиционных материалов и их гибридных соединений. Деятельность компании направлена на изучение и выявление наиболее перспективных свойств композитов, а также на разработку инновационных технологий их производства для дальнейшего применения в различных отраслях промышленности. Одним из основных направлений работы компании является реализация проектов по интеграции технологического оборудования для ПКМ собственной разработки и выведение данных разработок на международный рынок. Задача по разработке мембранно-вакуумного формовочного стола изначально возникла по запросу заказчика из аэрокосмического сектора. Необходимость индивидуальной разработки была обусловлена ограниченным рыночным предложением соответствующего оборудования. На сегодняшний день на рынке практически отсутствуют предложения мембранно-вакуумных формовочных столов для переработки композиционных материалов, отвечающих конкретным производственным задачам, с возможностью

48

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

www.newcomposite.ru

кастомизации. Превалирующая часть предложений на рынке нацелена на мебельный сектор. Процесс применения мембранно-вакуумных формовочных столов представляет собой следующее: из герметичной полости, находящейся между композитной заготовкой с формообразующей технологической оснасткой и специальной мембраной, откачивают воздух. За счет образующегося вакуума эластичная мембрана равномерно давит на заготовку и оснастку, вследствие чего происходит формование изделия, уплотнение материала и дегазация. Формовочные столы можно использовать как для процессов приформовки перед автоклавным формованием, так и для получения готовых деталей из ПКМ. Благодаря регулируемому нагреву, контролю равномерности температуры в зоне формования и комбинированной схеме нагревателей с использованием ИК излучения, происходит качественное отверждение или приформовка выложенной заготовки. Подобные методы формования с эластичной мембраной под давлением эффективны при получении различных панелей и сложных криволинейных изделий в авиастроении, вертолетостроении и специальном машиностроении.

Оборудование

Преимущества • Производство под заказ с учетом требований заказчика; • Наличие собственной сервисной службы; • Сертификация и техническая документация в соответствии с действующим законодательством РФ; • Комплектующие от ведущих производителей.

Технические характеристики 1. Износостойкий стол с опорными ножками и плитой для установки и нагрева оснастки: • Тип рабочего стола: подвижный (система перемещения — пневматическая) или стационарный; • Материал столешницы: фрезерованная плита из сплава алюминия для максимально равномерного распределения температуры; • Размеры рабочего стола (рабочая зона действия вакуума): не ограничены, по запросу заказчика; • Максимальная температура нагрева поверхности стола до 250°С (электрический нагрев); • Интегрированные порты и каналы вакуума и вытяжки.

2. Рама крепления силиконовой мембраны: • Материал: сталь; • Крепление к несущей основе стола: стальные шарниры; • Система подъёма рамки (купола) — автоматическая (пневматическая)/ручная; • Высококачественная силиконовая мембрана.

3. Пресс оснащен вакуумной станцией, состоящей из вакуумного насоса Busch и вакуумного ресивера. Вакуумная станция

обеспечивает максимальное вакуумметрическое давление прессования — 0,95 кг/см² 4. Система нагрева нагревательного купола: • Тип нагревательных элементов — ИК галогенные термоизлучатели; • Точность поддержания температуры - ±1°С; • Подключения для мобильных термопар измерения температуры оснастки — количество под запрос заказчика.

5. Приборы контроля/измерения: • Вакуумный датчик; • Вакуумный манометр; • Термопары для измерения температуры стола — количество определяется в зависимости от размеров стола; • Мобильные термопары для измерения температуры оснастки — количество под запрос заказчика; • Инфракрасный датчик безопасности.

6. Система управления: • Современная система управления на базе промышленного контроллера Omron с сенсорной панелью обеспечивает полную автоматизацию технологического процесса с возможностью перехода на ручное управление, простоту программирования, файлообмена, настройки и наладки оборудования; • Специальное программное обеспечение позволяет настраивать режимы нагрева, охлаждения, поддержание заданного уровня вакуума; • Полнофункциональная система контроля и отчетности по выполненным режимам.

7. Максимальные размеры оснастки • Под запрос (не ограничены). КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

49

Оборудование

Петрова О. А. ООО «ЛОКУС» www.locus.spb.ru

Краткий обзор оборудования для неразрушающего контроля, представленного на JEC 2018 в Париже C 6 по 8 марта 2018 года в Париже, в выставочном центре Paris-Nord Villepinte состоялась ежегодная международная выставка JEC 2018 по композитным материалам. На выставке были представлены как компании — производители различных композитных материалов и изделий из них, так и оборудование для производства композитов. Все больший интерес вызывает оборудование для неразрушающего контроля композитов. Ежегодный участник выставки JEC, мировой лидер в контроле композитных материалов — компания Tecnatom S.A. (Испания) представила на выставке хорошо зарекомендовавшие себя роботизированные комплексы для контроля сложных композитных деталей на основе одного или двух роботов с использованием эхо-импульсного и теневого методов, а также оборудование для полуавтоматического и ручного контроля. Компанией Tecnatom поставлено более десятка таких роботизированных комплексов по всему миру, в том числе и в Россию (Аэрокомпозит Ульяновск и КАПО–Композит). Непосредственно на стенде демонстрировалась WiiPA-3D — беспроводная интегрированная ультразвуковая система сбора и

50

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

оценки данных, основанная на определении положения УЗ-преобразователя с помощью инфракрасных камер на штативе. Система предназначена для измерений в ручном режиме преобразователем с применением фазированных решеток (эхо-импульсным методом) и имеет схожие достоинства с более сложными, дорогими портальными и роботизированными УЗ-системами. Позволяет достигать высокой производительности, записи УЗ данных в реальном времени, в формате C-скан, возможности контроля объемных, в том числе криволинейных деталей. Компания Dantec Dynamics GmbH (Германия) представила оборудование шерографии для контроля

Оборудование композитов в аэрокосмической промышленности, а также судостроения, ветровых генераторов и других отраслей, где используются композиты. На выставке демонстрировалась портативная система лазерной шерографии Flow Explorer. Система состоит из сенсорного блока, управляющего компьютера и программного обеспечения. Оборудование предназначено для контроля композитов и металлов. Flow Explorer позволяет контролировать такие дефекты в композитных материалах, как несплошности — расслоения, трещины, повреждения при ударе, попадание влаги, замятия наполнителя и многие другие. Компания Profactor (Австрия) представила портативные лазерные сканеры для контроля поверхности композитных материалов — L-scan. Системы предназначены для авиационной промышленности при специальных требованиях, при автоматическом размещении волокна. Сканер способен полностью контролировать нити композитных волокон во время процесса производства. Также представлены сканеры серии F-scan — измерение ориентации волокон в композитных материалах. Область применения — анализ композитного волокна на различных стадиях производственного процесса. Profactor также предлагает сканеры для контроля качества внутренней поверхности отверстий в композитных деталях и сканеры для контроля максимально глянцевых поверхностей. Отделение Fraunhofer IZFP по неразрушающему контролю представило на выставке свои новые разработки в области контроля композитных материалов, в том числе новую электронику для проведения ультразвукового контроля через воздушный зазор — LUPUS с широким диапазоном частот от 50кГц до 10МГц. Данная электроника предназначена для проведения неразрушающего контроля без использования контактной жидкости, с возможностью определения очень маленьких дефектов. Также была представлена новая многоканальная электроника OPTUS для ультразвукового контроля в промышленности.

Компания Ultrasonic Sciences (Великобритания) представила различные системы ультразвукового контроля (портальные иммерсионные, роботизированную с одним роботом и системы под заказ) для контроля композитных материалов. Компания Rxsolutions (Франция) представила системы рентгеноскопии и 3D компьютерной томографии, в том числе с функциями внутренних и внешних измерений размеров, метрологии и контроля качества, возможности исследования дефектов или трещин, анализа волокон, анализа пористости, контроля толщины стенки и других.

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

51

Оборудование www.locus.spb.ru

Dolphitech получает одобрение Airbus Контроль ультразвуковой камерой DolphiCam (производитель компания Dolphitech, Норвегия) получил одобрение Airbus и был включен в руководство по неразрушающему контролю самолетов Airbus A350, выполненных из композиционных материалов. Процедура контроля описана в руководстве и включает общие требования к проведению неразрушающего контроля конструкций из монолитного углепластика с целью обнаружения случайных повреждений с использованием компактных систем. Проверке подлежат локальные зоны и зоны вокруг мест с видимыми признаками ударов или повреждений, а также большие площади из углепластика на

предмет возможных случайных повреждений. «Мы очень гордимся тем, что наша ультразвуковая камера вошла в руководство по неразрушающему контролю Airbus. Dolphitech считает, что компактные и простые в использовании системы визуализации НК — это будущее, — говорит Томас Берг де Хосе, директор по продажам Dolphitech. — Одобрение Airbus еще раз доказывает, что наша технология и линейка продуктов соответствуют даже самым строгим отраслевым стандартам. Принимая во внимание уже имеющееся одобрение для Boeing 787 Dreamliner, операторы авиакомпаний и сервисные организации теперь могут действительно извлечь выгоду из инвестиций в наши решения».

Технологии Сидоренко П.Д. руководитель направления КМ ГК Базальтовые проекты Карпесьо И. Я. главный редактор отраслевого портала basalt.today

Развитие отрасли производства композитных материалов с 2013 года относится к приоритетному направлению развития промышленности РФ. Реализация этой программы приносит свои плоды. За последние годы наблюдается уверенный рост объёмов производства и потребления ПКМ различного типа, создаются стандарты и своды правил по их применению в ведущих отраслях (строительстве, авиации, специальном и транспортном машиностроении, производстве товаров народного потребления и так далее), расширяется объём научных и экспериментальных исследований в области композитов.

Утилизация композитов: проблемные аспекты и перспективные решения

54

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

Технологии

По оценкам экспертов, общий объём производства изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ) в России к 2020 году достигнет 120 тысяч тонн. Но даже такой объем займет незначительную долю от мирового композитного рынка, на котором доминирует Китай (28%), США (22%), ЕС (14%) [1]. Увеличение производства и потребления ПКМ неизменно влечёт за собой рост отходов, возникающих как на этапе производства, так и по окончании срока службы изделий. В связи с этим вопрос утилизации и/или переработки ПКМ с каждым днём становится все более острым. Ряд стран и международных организаций настаивают на рассмотрении в качестве стратегического направления развитие безотходных технологий, производств замкнутого цикла. Такой подход не требует отсутствия отходов как таковых, но предполагает минимизацию их количества, предусматривает их использование в сопутствующих продуктах или возможность повторного применения с параллельной разработкой наиболее рациональных программ рециклинга. Согласно европейскому законодательству (Директива Европейского Парламента и Совета Европейского Союза 2008/98/ЕС) существует приоритетность методов управления отходами, исходя из которой способ складирования по приоритету ниже сжигания. Наиболее приемлемым вариантом утилизации ПКМ с сопутствующим повышением энергоэффективности композитного производства является их переработка с целью повторного использования полученных при этом продуктов. Такая иерархия целесообразна не только с точки зрения охраны окружающей среды, но и при рассмотрении вопросов экономии ресурсов: складирование отходов не позволяет получать экономическую выгоду от материалов, характеризующихся относительно высокой стоимостью и энергозатратностью производства исходных компонентов. Полимерные композиты позволяют создавать уникальные комбинации полезных свойств, востребованных для каждого конкретного приложения: высокая прочность, химическая и биологическая стойкость удачно сочетаются с низким удельным весом конечных изделий, их долговечностью и низ-

кими затратами на эксплуатацию. Малая подверженность композитов к разрушению под действием факторов окружающей среды является неоспоримым преимуществом при рассмотрении аспектов эксплуатации и обслуживания. Но при этом проблема утилизации отработанных изделий из ПКМ на фоне ежегодно растущего производства становится всё более актуальной. Складированные на полигонах отходы композитных материалов разлагаются крайне медленно и оказываются фактором, загрязняющим окружающую среду. Из всего разнообразия композитных материалов в данной статье рассматриваются, в первую очередь, армированные непрерывными либо дисперсными волокнами композиции на основе термореактивных либо термопластичных связующих. Среди волокон наиболее широко используются углеродные, базальтовые, стеклянные, реже — арамидные, органические, борные и так далее. Рассматривая наиболее распространенные волокна, следует отметить сложную технологию производства и потребность в большом количестве химических реагентов для получения заданного качества волокна в случае со стекло- и углеволокном (в отличие от базальтовых волокон). Попадание отходов стекло- и углеволоконной промышленности в окружающую среду негативно сказывается на ее состоянии, а высокая энергозатратность производственного процесса стимулирует повышенный интерес к развитию способов вторичного использования отработанных волокон в качестве основного/дополнительного армирующего материала в менее нагруженных изделиях. Среди термореактивных смол наибольшее распространение получили эпоксидные, полиэфирные, фенолформальдегидные, винилэфирные, кремнийорганические составы. Данный тип связующих характеризуется прочной структурой и трудно поддается переработке, однако современные исследования показывают, что деполимеризованное связующее может быть повторно использовано в синтезе смол. К термопластам относятся хорошо изученные и сравнительно легко перерабатываемые полиэтилеКОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

55

Технологии

ны, полиамиды, полиуретаны, поливинилхлориды и другие соединения. Способность этих материалов к многократному размягчению под воздействием относительно невысоких температур способствует их широкому применению в качестве вторичного сырья. Однако перечисленное относится только к исходным компонентам композитов либо чистым отходам производства, в то время как для решения задачи утилизации отработавших срок изделий должны быть одновременно учтены свойства и особенности каждого компонента — как связующего, так и наполнителя. Анализ европейского опыта в области рециклинга отходов позволяет выделить 3 основных группы методов по утилизации ПКМ: 1. основанные на физических способах переработки полимеров; 2. основанные на химическом разложении связующего с частичным/полным сохранением волокон; 3. основанные на термическом полном/ частичном разложении полимеров и волокон. Физические способы переработки могут быть

56

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

применимы практически к любым типам композитов, а также характеризуются минимальным воздействием на окружающую среду. Относящийся к этой группе механический метод основан на измельчении ПКМ, при этом получаемые при измельчении фракции могут быть разной крупности в зависимости от способа дальнейшего применения. Отходы на основе реактопластов, переработанные таким методом, пригодны для использования в качестве наполнителя для создания новых изделий и материалов. Измельченные волоконно-армированные термопласты могут добавляться в небольшом количестве наравне с первичным сырьем при формовке термопластичных композитов. Механический метод характеризуется сравнительной простотой, отсутствием выбросов и, как следствие, негативного воздействия на окружающую среду. Кроме того, он универсален: этим способом можно перерабатывать практически любые композиции. Однако стоит учитывать энергоёмкость процесса измельчения ПКМ, армированных высокопрочными волокнами. Радиационные методы основаны на разрушении полимера при помощи высокоэнергетического излуче-

Технологии ния и так же применимы практически для любых ПКМ. Суть методов заключается в разрушении полимерной матрицы, при этом природа армирующего материала практически не имеет значения. В случае с композитами, армированными углеродным волокном, волокно может быть частично или полностью сохранено без ущерба для его физико-механических характеристик. Группа химических методов рециклинга является часто встречающейся за рубежом и характеризуется высокой энергетической эффективностью. Химическое воздействие, подобранное непосредственно для конкретной комбинации волокна и матрицы, позволяет получить на выходе максимально возможное количество продукта, пригодного для повторного использования в различных целях, с минимальными затратами времени и ресурсов. В группе термокаталитических методов выделяются методы сольволиза и окисления в псевдоожиженном слое как наиболее перспективные направления, получившие распространение в странах со значительным объёмом производства полимеров. Сольволиз применим для полимерных композитов на основе реактопластов (в частности, эпоксидных смол). Рециклинг методом сольволиза позволяет получить на выходе не только очищенное от полимера волокно с приемлемыми характеристиками прочности, но и продукты разложения связующего, пригодные для использования при синтезе эпоксидов. Процесс окисления ПКМ в псевдоожиженном слое проходит посредством подачи горячего газа через слой дисперсного наполнителя (например, кварца) в закрытую камеру, в которую помещён подлежащий утилизации материал. Такой способ позволяет окислить полимерное связующее, нарушив химическую связь поверхности волокна с его частицами, после чего поток горячего газа уносит окисленные частицы связующего, защитных покрытий, красок и так далее, оставляя в камере очищенное волокно. Переработка гидролизом применима для термопластов (в частности, полиуретанов). В качестве полезного продукта при использовании этого метода может быть получен высокомолекулярный спирт, практически не уступающий по качеству первично-

му, в дальнейшем используемый как компонент для синтеза эластичных пен. Группа термических методов включает в себя три ключевых направления, отличающихся друг от друга требованиями к содержанию кислорода в атмосфере камеры. Пиролиз, проходящий в бескислородной среде, на сегодняшний день является самым распространенным способом утилизации армированных композитов. Метод позволяет не только получить очищенное от полимера волокно с приемлемыми для последующего использования характеристиками, но и использовать тепловую энергию, получаемую при деструкции полимера, а также некоторые полезные компоненты его распада. К особенности метода относится требование по термостойкости волокон: пиролиз осуществляется при повышенной температуре (от 300 до 1500°С в зависимости от разновидности), следовательно, применим для термостойких базальтовых, стеклянных и углеволокон. Получаемые на выходе армирующие материалы чаще всего представляют собой измельченные волокна и пригодны для повторного использования в задачах армирования малонагруженных термопластов, бетонов, в качестве сырья для теплоизоляционных материалов и армирующей добавки для композитов различного назначения на основе реактопластичной матрицы. Газификация протекает при дефиците кислорода и представляет собой способ разложения полимерных композитов с получением газов, используемых для производства тепло- и электроэнергии. Применение этого метода исключает возможность сохранения волокон и не исключает вероятность попадания газообразных продуктов разложения в атмосферу. Сжигание композитов проводят при содержании кислорода, превышающем стехиометрическое соотношение. Согласно директиве 2008/98/EC этот метод применим только к тем компонентам, к которым невозможно применить другие, более предпочтительные методы утилизации. В действительности полезным продуктом сжигания в большинстве случаев является только образующаяся

Методы утилизации ПКМ

Физические

Химические

Термические

Механический

Термокатализ

Сжигание

Радиационный

Гидролиз

Газификация

Пиролиз

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

57

Технологии

тепловая энергия, в то время как сам материал полностью разрушается. Однако существующие исследования в области сжигания ПКМ позволяют говорить о возможности сохранения армирующего компонента, представленного в виде термостойких волокон. Исследования технологического университета Вены (Австрия) показывают перспективность травления поверхности волокон, способного ликвидировать последствия воздействия высоких температур и вернуть волокно, прошедшее процедуру сжигания, в производство композитов [2]. Данные выводы были сделаны на основании экспериментальных исследований, при которых волокна, предварительно прошедшие термическую обработку, подвергли травлению. Большинство исследованных волокон продемонстрировало потерю прочности почти в 2 раза, однако показатели прочности двух образцов, включая базальтовое волокно, после травления достигли значений, составляющих более 80% от исходной прочности. Дальнейшее изучение такого подхода может увеличить выход полезного продукта при утилизации ПКМ методами сжигания. При рассмотрении проблемы утилизации ПКМ необходимо не только разрабатывать методы переработки композитов, но и изначально закладывать возможность рециклинга в изделия. Существующие наработки в области синтеза биосмол, пригодных для повторного использования, а также специфика армирующих материалов природного происхождения (базальтовые, льняные, конопляные и другие волокна) открывают широкие возможности для создания Яхта Loop650

58

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

изделий с нужными механическими характеристиками при заранее решенной проблеме переработки. Примером такого проекта является разработка итальянской компании GS4C srl — парусная экояхта из обогащенного базальтового волокна торговой марки Filava и биосмолы, полностью подлежащей вторичной переработке [3]. Уникальная система производства была оценена экспертами международной выставки JEC World 2018 — проект стал финалистом премии JEC Innovation Awards [4]. Исходя из результатов, полученных компанией, среди множества вариантов восстановления чистого волокна из отверждённого ПКМ именно обогащённое базальтовое волокно может быть полностью переплавлено для получения нового волокна с такими же физико-механическими свойствами. Отходы производства (обрезки, остатки ткани) компания измельчает и перерабатывает в маты, в дальнейшем используемые при создании малонагруженных композитных изделий методом прессования.

Список использованных источников 1. Подпрограмма «Применение композиционных материалов и изделий из них в Калужской области» государственной программы Калужской области «Экономическое развитие в Калужской области», стр.2 2. basalt.today/ru/2016/10/7697/ 3. basalt.today/ru/2017/03/9679/ 4. basalt.today/ru/2018/01/14594/

Технологии

Уорд Штайн Технический менеджер по композитному направлению, Lantor BV

Lantor Soric® Adhesive: улучшает инфузионный процесс на каждом этапе

60

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

Технологии С помощью Soric (линейка гибких и устойчивых к сжатию материалов-сердцевин), Lantor предлагает уникальные запатентованные продукты, которые могут использоваться в закрытых процессах формования. Soric состоит из уникальной комбинации полимерных волокон и микросфер, устойчивых к сжатию. Во время процесса инфузии, гибкая сердцевина, в роли которой выступает Soric, работает как проводящий слой, обеспечивая полноценную пропитку внутренних слоев ламината. После окончания процесса, пропитанный Soric представляет собой сердцевину, обеспечивающую снижение веса и стоимости изделия, при высоких прочностных показателях.

Soric TF — идеальный продукт для самых требовательных к качеству поверхности задач. Поскольку он предназначен для использования в качестве защиты от копир-эффекта, эта разновидность Soric не имеет сотовой структуры. Soric TF подходит для вакуумной инфузии и формования препрегов.

Soric TF Adhesive является новейшей разработкой в линейке Soric. Теперь, защищающий от копир-эффекта Soric TF доступен со вспомогательным адгезионным слоем. Благодаря данному клеевому слою, новый Soric TF можно уложить с высокой точностью без дополнительного использования спрея-адгезива для временной фиксации. Это способствует высокому качеству конечного продукта и существенно экономит рабочее время. Клей представляет собой бута-стирольный каучук, который имеет несколько позитивных аспектов в использовании при процессе вакуумной инфузии. Данный адгезив будет полностью растворяться в полиэфирных и винилэфирных смолах. Клеевая прослойка имеет точно заданную минимальную пропорцию по отношению к смоле, которой будет пропитываться материал. Это гарантирует полное отсутствие адгезива в конечном продукте, и то, что межслоевое сцепление будет иметь высокую прочность! Клей не реактивен; поэтому он сохраняет свою липкость более года, при условии нормального хранения.

Простота в использовании Чтобы оптимизировать влияние Soric на процесс формования и на конечный продукт, необходимо учитывать его размещение. Выкладка без складок максимизирует поток смолы и гарантирует лучшее качество поверхности. Обеспечение этого начинается еще при производстве самого материала, где Soric раскатывается и раскраивается с учетом заданных параметров на оборудовании, исключающем человеческий фактор. Это гарантирует то, что материал будет поставлен на производства без каких-либо складок. Благодаря стойкому адгезионному слою, Soric Adhesive можно повторно применять, при этом не используя дополнительных спреев для временной фиксации. Клей остается липким, при нормальном хранении, без каких бы то ни было дополнительных условий. Адгезивный слой может фиксироваться на выложенных в матрицу армирующих материалах целые выходные, или даже в течение небольшого отпуска, что КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

61

Технологии дает полную свободу в планировании производства.

Soric TF с защитным слоем от копир-эффекта будет одним из первых слоев в сухой укладке. Важно, чтобы этот слой оставался на месте во время выкладки последующих слоев, без смещения положения. Однако при необходимости слой может быть перемещен. Soric Adhesive позволяет проделывать это, так как адгезивный слой рассчитан для данных задач. Во время инфузии полиэфирных или винилэфирных смол, адгезивный слой полностью растворяется. Это гарантирует отсутствие дефектных участков в готовом продукте, а в процессе производства — отсутствие препятствий межслоевому потоку связующего. Правильное использование Soric Adhesive не повлечет никаких негативных последствий, связанных со здоровьем. Адгезивный слой не содержит летучих веществ и не разбрызгивается при снятии защитной пленки. Это означает, что при использовании Soric Adhesive, не требуется защита органов дыхания и глаз.

Сокращение времени цикла Применение Soric Adhesive позволит вам сэкономить время на каждом этапе процесса вакуумной инфузии. Это заметно уже на этапе выкладки слоев.

Soric доступен в нескольких толщинах от 1,5 мм до 6 мм. Таким образом, один слой Soric заменит множество слоев стекломатериалов. Количество клея в адгезионном слое Soric постоянное, поэтому риск образования сухих пятен (локальной непропитки) в ламинате из-за избытка клея, исключен. Формовщики могут работать непосредственно с самим материалом, не тратя времени на нанесение спрея адгезива. Как правило, с течением времени, при применении спрея для временной фиксации, начинают отклеиваться углы и края армирующих материалов. Но используя Soric Adhesive, вы не столкнетесь с этим, так как фиксация будет равномерной по всей площади. На адгезивную прочность Soric не повлияют ни транспортировка, ни хранение, ни раскрой. Применяя Soric XF, XXF, LRC или SF, вам не обязательно использовать проводящую сетку, что существенно экономит время при подготовке к процессу инфузии.

Повышение качества Производственный процесс становится более экологичным и безопасным за счет исключения аэрозолей для временной фиксации. Применение Soric значительно улучшает процесс инфузии, позволяя смоле беспрепятственно протекать по всем слоям армирующих материалов, сокращая при этом количество вредных летучих соединений. Применение Soric TF значительно улучшит качество поверхности готового изделия, за счет отсутствия копир-эффекта.

Рынки Soric Adhesive разработан, в том числе, для крупных матриц с большими вертикальными секциями

62

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

и сложной геометрией. Такие матрицы широко известны в судостроении, транспортной отрасли и ветроэнергетике. Простое применение и сокращение времени обработки, предлагаемое Soric Adhesive, делают его идеальным решением для любого типа изделий и производственной сферы. Soric Adhesive, в сочетании с адгезивным слоем, может полностью устранить потребность в использовании аэрозоля для временной фиксации, и как следствие, — ограничить испарения в цеху. Продукты из линейки Soric успешно применяются уже более десяти лет: • Судостроение: корпуса, палубы и элементы лодок и яхт; • Пассажирский транспорт: интерьер и экстерьер поездов, легкорельсового транспорта и автобусов, части и панели автомобилей, прицепов, грузовиков и автомобилей; • Товары для спорта и отдыха: байдарки, доски для серфинга, бассейны и ванны; • Промышленные изделия: облицовочные панели, вентиляторы, контейнеры и резервуары; • Ветрогенератор: гондолы, кожухи и обтекатели • Автотранспорт: детали и панели автомобилей, прицепов, грузовиков и домов на колесах.

Soric TF широко известен, как материал с лучшей защитой от копир-эффекта. Soric XF, XXF и SF и LRC используются для единовременной инфузии (за один цикл) корпусов и палуб, монолитных или комбинированных с твердой структурной сердцевиной.

Soric также позволяет легко приформовывать ребра жесткости лезвия лопастей и другие предварительно отвержденные или металлические вставки.

Soric TF Grey используется в сочетании с углеродным волокном для создания тонких панелей кузова класса А, которые выглядят как изделия, выполненные полностью из углеткани.

Soric TF Adhesive является новейшей разработкой.

Soric TF, являющийся лучшей защитой от копир-эффекта, теперь доступен в вариации с адгезионным слоем. Чтобы оптимизировать эффект Soric на процесс формования и на конечный продукт, необходимо учитывать его размещение. Выкладка без складок улучшает поток смолы и гарантируют отличное качество поверхности. Soric TF должен быть одним из первых слоев в сухой выкладке заготовки будущего ламината, в качестве защиты от копир-эффекта. Важно, чтобы этот слой был точно позиционирован во время выкладки последующих слоев, без смещения положения. Применение Soric Adhesive позволит вам сэкономить время на каждом этапе процесса инфузии. Избегая использование аэрозолей для временной фиксации, значительно повышается экологичность процесса. Soric Adhesive разработан, в том числе, для использования на больших матрицах.

Технологии

И. А. Волегжанин ООО СКБ «Мысль» (Екатеринбург)

Исследование способа формования изделий из композиционных материалов В статье рассмотрен новый способ формования изделий из композиционных материалов. Описана технология формования с помощью матрицы и пуансона. Предложенный способ получения изделий из стеклопластика отличается возможностью изготавливать объемные изделия сложной геометрической формы без технологических оснасток, что экономически целесообразно. Разработаны и обоснованы варианты приводов позиционеров.

Список литературы 1. Таугер В. М., Холодников Ю. В. Альшиц Л. И. // Прогрессивные технологии производства композитных изделий // LAP LAMBERT Academic Publishing, Германия. 2014. cтр. 110.

2. Грановский В. А., Сирая Т. Н. // Методы обработки экспериментальных данных. // Л. Энергоатомиздат, 1990, cтр. 288 3. Холодников Ю. В., Таугер В. М. // Исследования процессов формования композитов на матрице переменной формы // Композитный мир. № 6, 2013 г. cтр. 60–64 4. Справочник по композиционным материалам: в 2 кн. // под ред. Дж. Любина, М.: Машиностроение, 1988, cтр. 584 5. Егоров О. Д., Подураев Ю. В. // Мехатронные модули. Расчет и конструирование: учеб. пособие. // М.: МГТУ «СТАНКИН», 2004, стр. 386.

6. Таугер В. М. // Конструирование мехатронных модулей: учеб. пособие. // Екатеринбург: УрГУПС, 2009, стр. 336.

7. Патент RU 2513405 приор. Опубл. 20.04.2014. БИ №11.

64

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

Технологии Недостатком широко применяемых для получения композитных деталей способов, таких как ручная выкладка, напыление с прикаткой и штамповка, является необходимость в технологической оснастке в виде формы или пары матрица — пуансон. Изготовление формообразующей оснастки экономически целесообразно далеко не всегда, а лишь при массовом производстве однотипных изделий, как правило, малых и средних размеров. Задача упрощения технологии изготовления композитных изделий посредством матрицы и пуансона решена путем разработки специальной формообразующей конструкции — матрицы переменной кривизны (МПК) [1, 7]. Технологическая система для формования на МПК (рисунок 1–а) содержит пуансон (1) в виде баллона из эластичного материала, матрицу, образованную позиционерами (2), неподвижно установленными в несколько рядов на основании (на рисунке 2 показан один ряд), упруго-деформируемую прокладку (3), привод позиционеров (5) и управляющее устройство (6), например персональный компьютер (ПК). Армирующий материал (4) композита расположен между пуансоном (1) и прокладкой (3). ПК связан линиями (7) с исполнительными блоками системы управления позиционерами. На рисунке (1) приведен вариант исполнения позиционеров в виде гидроцилиндров, соответственно и привод (5) представляет собой объемный гидропривод. Воздействие пуансона на формуемый слой (4) обеспечивается избыточным давлением воздуха в баллоне, которое контролируется манометром (8). Оно создается либо подачей сжатого воздуха в баллон от компрессора, либо, как показано на рисунке 1–а, действием нажимной плиты (9) на герметично закрытый баллон при ее опускании. Технологическая система функционирует следующим образом.

Концевые точки на головках штоков позиционеров принадлежат одной поверхности (рисунок 2). Пусть номер ряда, в котором расположен позиционер, i = 1…n, а номер позиционера в ряду j = 1…k, тогда совокупность точек объемом n × k определит топологию поверхности. На рисунке 2 точка Bij соответствует концевой точке головки произвольно взятого позиционера и принадлежит поверхности М. Смысл координат точки Bij: пара (xij, yij) есть «привязка» позиционера к основанию; zij — высота над некоторой нулевой плоскостью хОу. Если в качестве нулевой принята плоскость расположения концевых точек полностью вдвинутых штоков, то zij — перемещение, которое должен отработать позиционер номер (i, j). Одинаковые для всех позиционеров значения координаты z означают, что будет отформована плоскость, как это показано на рисунке 1–а. Для формования изделия со сложной поверхностью ее математическое описание закладывается в ПК. Описание по своей сути представляет собой совокупность значений координат zij, каждое из которых принадлежит конкретному позиционеру. В исходном положении штоки позиционеров полностью вдвинуты, армирующий слой пропитан связующим, силовое воздействие плиты (9) на пуансон отсутствует (давление воздуха в баллоне практически равно атмосферному). Включается привод позиционеров, начинается выдвижение их штоков. Текущее значение координаты z каждого позиционера контролируется системой управления. По достижении координатой величины, заданной математическим описанием поверхности, ПК по линии (7) отдает сигнал на исполнительный блок соответствующего позиционера, отключающий данный позиционер от привода, в результате чего его шток останавливается. В момент реализации заданной совокупности z будут остановлены все позиционеры, и прокладка (3) примет

а

б 9

8

1 6

4

3 2

7

5 Рисунок 1. Схема установки для объемного формования на матрице переменной кривизны.

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

65

Технологии форму поверхности, заложенной в ПК (рисунок 1–б) В ходе работы над установкой были изучены различные виды исполнения МПК. Простейший из них представляет собой плиту с отверстиями, расположенными по координатной сетке, число которых равно числу позиционеров. Поверхность плиты, таким образом, является плоскостью хОу. Роль позиционеров играют длинные винты со сферическими головками, устанавливаемые в отверстия и фиксируемые относительно плиты гайками. Расстояние от головки винта до поверхности плиты есть координата z точки внутренней поверхности упруго-деформируемой прокладки. Заданная конфигурация детали обеспечивается выставлением координат zij всех винтов вручную. Наряду с такими достоинствами, как простота и дешевизна, данному варианту МПК присущи весьма существенные недостатки: • большая трудоемкость работ по настройке матрицы; • невозможность формирования заготовки поверхности в автоматическом режиме. Указанные недостатки не могут служить основанием для безусловной отбраковки варианта, и в целом ряде случаев такая конструкция МПК вполне приемлема. В то же время на современном уровне развития техники ручные технологии большого интереса не представляют. Поэтому далее рассмотрены более сложные, но зато приемлемые для автоматизации и компьютерного управления варианты с электромеханическим, гидравлическим и пневматическим приводами. Высокое качество изготовления детали предполагает использование МПК с достаточно большим количеством позиционеров на единицу площади. По-видимому, существует оптимальный шаг t по критерию

Z

Y

Bij

zij

yij X

Рисунок 2. Концевая точка головки штока — как точка формуемой поверхности.

66

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

минимума числа позиционеров при допустимых размерах дефектов формы поверхности. Вопрос об оптимуме t требует специальных исследований. На текущий момент данные экспериментов позволяют рекомендовать величину t = 12…50 мм. Ход головки, который должен обеспечивать позиционер, задается конфигурацией поверхности детали, имеющей наибольший перепад координат (zmax − zmin) из номенклатуры изделий, для изготовления которых данная МПК проектируется. Для большинства изделий можно ожидать zmax − zmin ~ 100 мм. Очевидно, что универсальность проектируемой МПК ограничивается соображениями целесообразности. Так, при запланированном выпуске комплекса деталей, наибольшая из которых имеет размеры в плане 500 × 500 мм, а сложнейшая по конфигурации — перепад zmax − zmin = 120 мм, нет смысла изготавливать МПК площадью 1 м2 с позиционерами, имеющими ход 250 мм. Позиционер с пневматическим приводом выполняет функцию исполнительного модуля автоматизированной системы управления (АСУ). Точность позиционирования и компенсацию погрешности, обусловленной сжимаемостью газа, в его конструкции обеспечивают фрикционные стопорные элементы. В задачи пневмопозиционера АСУ не входит восприятие сколько-нибудь значимых нагрузок, поэтому для МПК он не пригоден. Важный недостаток пневмопривода состоит в том, что он реагирует на изменение нагрузки перемещением рабочего органа, и возникает необходимость включения в состав исполнительного модуля дополнительных, как правило, механических фиксаторов, которые неминуемо усложняют конструкцию и снижают ее надежность. Гидравлический привод способен создавать многократно бόльшие усилия, управляющая аппаратура обеспечивает практическую герметичность силовых узлов, модуль упругости рабочего тела превышает 103 МПа [57Энг]. Для двигателей поступательного движения – гидроцилиндров — характерны простота и малые габариты. В первую очередь это относится к плунжерным гидроцилиндрам, о которых уже говорилось в описании технологии. Следует подчеркнуть, что гидроцилиндр в таком исполнении не нуждается в собственном корпусе (гильзе). Роль гильзы играют стенки полости. В состав силового узла позиционера с электромеханическим приводом естественно включить самотормозящуюся пару винт-гайка скольжения (ВГС). Достоинства и недостатки этого преобразователя движения, так же как и самого электромеханического привода, широко известны из технической литературы. Здесь достаточно констатировать, что среди недостатков нет факторов, запрещающих выполнение позиционера МПК в виде ВГС с электрическим приводом. Таким образом, гидравлический и электромеханический приводы вполне приемлемы для позиционеров МПК. Описанная система и осуществляемый с ее помощью способ формования предназначены для изготовления композитных деталей различного назначения без дорогостоящих форм и штамповой оснастки.

Применение

www.resoltech.com/en/ www.intrey.com

Себастьян Рубине и Resoltech — длительное полярное приключение Родившийся на юге Франции, в Севенне, Себастьян прославился тем, что в возрасте 14 лет пересек Атлантический океан. Ежегодно он проводил более 300 дней в море. Сначала в качестве профессионального грузоперевозчика, а затем как океанский гонщик на борту самодельного «Mini 6,50, Adrenaline». В 2004 году он занял должность второго капитана на борту судна полярной экспедиции Тара, которое совершило плавание на западное побережье Гренландии. Опыт навигации во льдах настолько впечатлил его, что Себастьян решил вернуться, но с гораздо меньшей, легкой и более простой лодкой — своего рода гибридом ледокола и катамарана. В том же году, в партнерстве с Resoltech, судно «Babouche» успешно пройдет по северо-западному пути, от Тихого океана до Атлантического. Корпус ледокола был спроектирован для скольжения по льду, как на санях, а в воде он представлял собой парусный катамаран, с композитным корпусом на основе волокна Kevlar и эпоксидного связующего «Resoltech 1020». Изначально созданная для древесных композитов, эпоксидная смола «1020» имеет хорошие показатели гибкости и удлинения, которые, в итоге, помогли корпусу судна справиться с сильными ударами. Успех экспедиции подтвердил эту концепцию, но Себастьян пришел к выводу, что корабль слишком большой (5 на 7,5 м), слишком жесткий и тяжелый. «Babouche», безусловно, был бы более эффективным, если бы обладал меньшей жесткостью, меньшими размерами и весом. Первый прототип (длиной 5 м) был опробован в заливе Джеймс, чтобы оценить его поплавки и оборудование

68

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

Применение

для управления парусом. Это помогло разработать второй опытный образец (длиной 5,5 м), протестированный на Аляске в течение 45 дней в 2011 году. Надувные части корпуса были ламинированы гибридной тканью Innegra, стеклотканью и связующим «Resoltech 1020», которые обеспечили очень высокие показатели упругости и удлинения композитного материала. Третий прототип «Babouchka» (длиной 6 м), стал большим шагом вперед. Для его создания использовали базальтовые волокна, ткань Innegra и эластичную эпоксидную систему «Resoltech R1600/1606», которые обеспечили конечный вес 149,6 кг! В 2013 году Себастьян провел два тяжелых месяца в экспедиции в Северном Ледовитом океане, но он приобрел ценный опыт, который помог выжить в суровых условиях, и это помогло разработать «Babouchka 2». Экипаж состоял из 3 человек, а судно имело следующие параметры: длина 6,8 м, ширина 2,2 м, площадь паруса 43 м² по ветру и 84 м² с подветренной стороны.

«Babouchka 2» скользила на композитных полозьях, изготовленных из углеткани, гибридной ткани Innegra, базальтовой ткани и связующего 1020 и с «HD1000» под каждым надувным элементом. Корпус из базальтового волокна и гибридной ткани Innegra был ламинирован эпоксидной системой «Resoltech 1600/1606». Эластичность, достигнутая без пластификаторов, чувствительных к старению и ненадежных с течением времени, позволила создать композитный материал, выдерживающий нагрузки в таких суровых северных условиях (ветер, вода, лед, низкие температуры). Механические свойства композита достигались при комнатной температуре (холодное отверждение), чтобы упростить процесс ламини-

рования. Другие конструктивные элементы, такие как платформа, кабина и мачта, были произведены с использованием углеродных препрегов в сочетании с адгезивом «3350», который обладает высокой устойчивостью к сдвигу и прочностью на разрыв. Его консистенция и тиксотропия делали применение легким, без риска провисания или стекания. В этом году Себастьян, Эрик Андре, Винсент Коллиард отправятся на Северный полюс на «Babouchka 2», чтобы преодолеть 1620 морских миль от Аляски до Шпицбергена без посторонней помощи.

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

69

Применение

В конце 2017 года в Москве стартовал новый проект MODELONI, специализирующийся на изготовлении мебели из композитных материалов. Компания осуществляет полный цикл работ, начиная с разработки эскизов и заканчивая сборкой готовых изделий.

www.modeloni.ru

Композитная мебель

70

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

Применение Идея проекта появилась еще в 2015 году, когда основатели компании столкнулись с крайне ограниченным выбором современной дизайнерской мебели в России. Предметы интерьера в стиле хай-тек и премиум-сегмент на тот момент были представлены в основном импортными производителями. При этом почти все изделия были изготовлены из ограниченного спектра классических для мебели материалов и выполнены по стандартным технологиям. У основателя проекта Александра Баклунова идея о разработке собственной линейки мебели появилась, когда он оценил ситуацию на рынке. Имея за спиной 20-летний опыт практической работы с композитными материалами, опытный коллектив, производственные мощности и хорошие партнерские отношения с итальянскими производителями, было решено начать совместную работу по разработке дизайна первых моделей. Пилотным проектом стал углепластиковый стол, получивший название EYRON. Была поставлена задача изготовить композитный стол, который отвечал бы принципам эргономики, функциональности, имел современный дизайн, но при этом был бы применим для ежедневного бытового использования. Работа началась с тщательной проработки эскизов, которые отрисовывались вручную. После окончательного утверждения дизайна, в специализированных программах были созданы 3D-модели каждой детали стола. После этого, модели визуализировали с точным наложением заранее подобранной текстуры углеткани. Было учтено направление рисунка ткани, что позволило заранее просчитать расход и подготовить правильную раскройку. Затем с помощью станков с ЧПУ, на основе 3D-моделей были отфрезерованы все детали будущего изделия в натуральную величину. В качестве материала для фрезеровки были выбраны модельные плиты. Следующим этапом было изготовление технологической оснастки для возможности тиражирования изделий. Формы было

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

71

Применение

решено делать из стеклопластика на основе полиэфирной смолы, в связи с возможностью относительно быстрого их изготовления методом ручного формования, при высоком качестве конечного продукта. Для изготовления оснастки мы использовали стекломатериалы, матричный гелькоут POLYCOR, безусадочную матричную смолу OPTIMOLD II от Polynt. Для минимизации копир-эффекта и защиты основного слоя матрицы первый слой оснастки был изготовлен из изофталевой смолы H44281 (POLYNT), имеющей улучшенные физико-механические характеристики и устойчивость к воздействию агрессивных веществ. После изготовления все матрицы прошли ступенчатое температурное постотверждение для достижения максимальных характеристик. В результате была изготовлена оснастка, позволяющая осуществлять

72

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

производство изделий по различным технологиям, в частности инфузией, ручным формованием и с применением низкотемпературных препрегов. В качестве антиадгезионного слоя был выбран разделительный воск HONEY WAX+. Так как при укладке слоев углеткани используется аэрозольный клей, остаток которого после каждого съема изделий необходимо смывать, применение полупостоянных разделителей посчитали нецелесообразным. Основным армирующим материалом для будущего стола была выбрана углеткань с плетением твилл 4×4, 280 гр/м2, в связи с тем, что данная ткань помимо отличных технических характеристик имеет красивую текстуру. Для производства изделий было решено применять технологию вакуумной инфузии. В качестве связующего была выбрана итальянская инфузионная смола ELANTAS, которая обладает низкой вязкостью в сочетании с высокой прозрачностью и хорошими физико-механическими характеристиками. Самой пропитке предшествует процесс ручной укладки слоев углеткани — это довольно продолжительный и трудоемкий этап, требующий высокой аккуратности и опыта. Вслед за вакуумной пропиткой и отверждением все детали прошли термическую обработку. После выемки из форм изделия были тщательно отшлифованы и покрыты специальным лаком, благодаря которому у пластика появляется дополнительная оптическая

Применение глубина и начинает играть текстура углеткани. Аналогичным образом, для проявления красоты рисунка, лаком покрываются редкие породы дерева. После пост-обработки детали были собраны в готовое изделие. В качестве столешницы применено закаленное стекло толщиной 10 мм, тонированное в массе, в качестве вставок — шлифованный алюминий, подчеркивающий технологичный стиль стола EYRON. В результате было получено первое готовое изделие от MODELONI в стиле хай-тек, которое может отлично вписаться во многие домашние и офисные пространства. Сочетание черной фактуры карбона с металлом и стеклом хорошо сочетаются как с современной кухонной техникой, так и с интерьерами в стиле лофт. На данном этапе помимо стола EYRON запущено производство мебельного комплекта SPHERR из стеклопластика, в который входят стол и 4 стула. В сдвинутом состоянии предметы мебели образуют форму шара. Большим преимуществом композитной мебели производитель считает возможность на одной и той же оснастке делать изделия из разных материалов, экспериментируя с фактурами армирующих, цветными гелькоутами и декором. Это дает большую гибкость при изготовлении изделий на заказ. К примеру, тот же стол EYRON, о котором шла речь выше, технически возможно изготовить одноцветным, применяя гамму цветных гелькоутов. Сейчас идет разработка кухонного стула из углепластика. Выпуск планируется начать в 2018 году.

MODELONI собирается и дальше расширять ассортимент мебели из композитов, внедряя новые технологии, внимательнейшим образом изучая и тестируя современные материалы.

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

73

Наука Францев М. Э. к.т.н. Инжиниринговая компания «Нептун-Судомонтаж» gepard629@yandex.ru Проценко В. В. Судостроительная компания «Нептун» hovercraft@mail.ru

Верификация прочностных расчетов надстройки амфибийного пассажирского судна

Для современного пассажирского амфибийного судна на воздушной подушке (АСВП) наилучшим является сочетание легких сплавов для корпуса и композитов для надстройки. В настоящее время не существует полноценной теории проектирования надстроек из композитов АСВП, поэтому при проектировании АСВП «Нептун-23» использовались проектные методики расчетов прочности, предназначенные для судов других типов. Выполнена верификация этих методик методами неразрушающего контроля.

Наука Введение

Постановка задачи

Выполненные исследования [1–3 9, 10] показывают, что наиболее предпочтительным для современного пассажирского амфибийного судна на воздушной подушке (далее АСВП) является сочетание легких сплавов для конструкций корпуса и композиционных материалов для конструкций надстройки. Теоретически использование полимерных композитов для изготовления надстройки пассажирского АСВП позволяет обеспечить аэродинамическое совершенство формы надводной части судна в сочетании с необходимой экономией веса конструкции. У отечественных судостроителей есть определенный опыт создания пассажирских АСВП, имеющих надстройки из композитов. В качестве примеров можно привести АСВП проектов 18801, 18802, 18803 «Пума», проектов 15060 и 15053 «Ирбис», проектов МАРС-2000 и МАРС-3000, проектов АРКТИКА, а также ряд других судов (рисунок 1). В то же время не существует детально разработанной теории проектирования надстроек из композитов для данного типа судов. Отсутствие такой теории, в ряде случаев, приводит к избыточному весу надстройки из композитов, что, в свою очередь, ведет к снижению полезной нагрузки АСВП или ухудшению его амфибийных качеств, а часто и тому, и другому. Неправильные технологические решения при проектировании влекут за собой преждевременное разрушение композитных конструкций надстроек АСВП и другие проблемы.

Проектирование крупного элемента судовой корпусной конструкции из композитов по критерию весовой эффективности представляет собой триединую задачу. Это проектирование собственно конструкции, проектирование технологии изготовления ее основных элементов, а также проектирование композиционного материала для конструкции на базе определенных исходных материалов, выбор которых определяется экономической целесообразностью. Проектирование судовых корпусных конструкций из композитов только на основе учета действующих на них эксплуатационных нагрузок позволяет существенно снизить их массу. Например, теоретически конструкция из композитов на основе углеродного волокна на 45–50% легче по отношению к аналогу из легких сплавов. При этом одновременно происходит снижение расходов в течение жизненного цикла конструкции, как минимум, на 25%, что может повлечь за собой существенное снижение срока окупаемости затрат на строительство судна. Пока углеродное волокно дорого. Но по сообщениям в специализированных периодических изданиях к 2020 году ожидается снижение цен на него до 10 $ за кг, что сделает конструкции из композитов на основе углеродного волокна вполне конкурентоспособными. При использовании в конструкции пассажирского АСВП надстройки из композитов, спроектированной по критерию весовой эффективности, образовав-

1

2

3

4

5

6

Рисунок 1. Амфибийные суда на воздушной подушке, имеющие корпус из легких сплавов и надстройку из композитов: 1 — АСВП «Ирбис», 2 — «Пума», 3 —МАРС 2000, 4 — МАРС 3000, 5 — АРКТИКА 4, 6 — АРКТИКА 4Д.

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

75

Наука

Рисунок 2. Амфибийное судно на воздушной подушке проекта «Нептун-23».

шаяся экономия массы частично может быть направлена на повышение полезной нагрузки судна и улучшение других его эксплуатационных характеристик, включая повышение амфибийных качеств и дальности действия. [2] Проектирование надстройки из композитов пассажирского АСВП по критерию весовой эффективности с позиций обеспечения характеристик ее долговечности представляет собой взаимосвязанную последовательность принятия проектных решений, опирающихся на специально разработанные методы и технологии. Оно увязано с общей схемой оптимизации проектных характеристик АСВП. Появляется возможность обеспечить пассажирскому судну, имеющему в конструкции крупный элемент из композитов в виде надстройки, необходимые эксплуатационные качества, включая обеспечение технико-экономических требований. Требование весовой эффективности надстройки из композитов обусловливает ограничение ее толщины и связанные с этим повышенные требования к ее прочности и устойчивости в течение всего жизненного цикла. Надстройка пассажирского амфибийного судна на воздушной подушке представляет собой многослойную оболочку обтекаемой формы, изготовленную из полимерных композитов. Надстройка крепится по периметру к металлическому корпусу судна, изготовленному из алюминиевых сплавов, с помощью соединений, технология изготовления которых достаточно отработана. Необходимые эксплуатационные характеристики такого крупного элемента из композитов, как надстройка АСВП, могут обеспечить только эффективные оптимальные судовые корпусные конструкции, имеющие минимальное ухудшение прочностных характеристик в течение жизненного цикла. Под оптимальной конструкцией из композита понимается конструкция, работающая наилучшим образом при эксплуатационных нагрузках и удовлетворяющая заданному критерию оптимальности. Под эффективностью конструкции также понимается степень интеграции её элементов в единую (не сборную) конструкцию, обладающую необходимыми характеристиками долговечности. Поэтому эффективность конструкций, а также технологий их создания и сопровождения приобретают особую актуальность. Одним из центральных вопросов обеспечения весовой

76

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

эффективности и характеристик долговечности оптимальной подсистемы «Надстройка АСВП из композитов» при проектировании является обеспечение характеристик ее прочности в течение экономически обоснованного жизненного цикла. Для проектирования и изготовления эффективных оптимальных судовых корпусных конструкций из композитов предпочтительны технологии формообразования, способные изменять параметры оптимизации конструкций в широких пределах. При этом функциональные возможности технологий проектирования и осуществления процессов формообразования должны быть согласованы для работы в установленных диапазонах изменения параметров оптимизации. При разработке таких согласованных технологий возникает новый класс задач, которые требуют согласованных решений, как на техническом уровне, так и на уровне исследований. К согласованным задачам относятся также задачи конструкторского и технологического проектирования. Известно, что оптимальные анизотропные конструкции несут нагрузки различной физической природы (силовые, тепловые, световые, избыточная влажность, низкие температуры и др.), которые вызывают существенные механические напряжения в материале. Их нужно армировать в соответствии с совокупностью (схемой) направлений (траекторий) распространения напряжений (деформаций) внутри тела конструкции. При этом армирующие материалы должны располагаться в теле судовой корпусной конструкции из композита установленным при оптимизации образом. Это эквивалентно построению модели процесса формообразования, использующей найденные значения параметров оптимизации, найденные эквивалентные реализуемые траектории и очерёдность укладки армирующих материалов на изменяющуюся поверхность выкладки, а также ограничению исполнительной системы формообразования. В результате такого проектирования можно получить виртуальную пространственную модель армированной анизотропной конструкции, которую можно подвергнуть анализу. Несколько итераций подобного анализа и синтеза приведёт к технологически реализуемой оптимальной конструкции. Связной задачей является задача обеспечения качества композита при ограниченной производительности исполнительной системы формообразо-

Наука вания и ограниченном времени жизни связующего материала, которая сводится к задаче синтеза соответствующих схем армирования и одновременной пропитки их связующим. В настоящее время существуют возможности создания конкурентоспособных технологий и обеспечивающей их инфраструктуры, позволяющих обеспечить высокие эксплуатационные качества крупных элементов скоростных судов из полимерных композитов за счет создания эффективных оптимальных судовых корпусных конструкций из этих материалов. Известно, что использование различных технологий изготовления судовых корпусных конструкций из композита сопровождается появлением технологических дефектов типа расслоение (непроклей), которые влекут за собой снижение характеристик прочности. В дальнейшем под влиянием доминирующих факторов эксплуатации возможен рост внутренних дефектов типа расслоение технологической природы, а также возникновение и последующий рост внутренних дефектов типа расслоение эксплуатационной природы. Это обстоятельство требует от проектанта выполнения при оценке прочности судовой корпусной конструкции из композитов специального расчета, направленного на учет влияния внутренних дефектов технологической и эксплуатационной природы на прочность элемента конструкции. Принципы проектирования крупного элемента корпуса скоростного судна из композитов по условиям его весовой эффективности и обеспечения жизненного цикла изложены в [4]. Оценка характеристик долговечности судовой корпусной конструкции из композита, при условии существования в ней внутренних дефектов технологической, а впоследствии и эксплуатационной природы, тесно переплетается с проблемой прогнозирования динамики их развития и связанного с этим снижения прочности конструкции и повышения вероятности ее разрушения. Оценка изменения характеристик долговечности представляет собой сопоставление прочностных свойств целой и расслоившейся конструкции в начальный и конечный моменты эксплуатации, рассчитанных в соответствии с действующими нормами проектирования. Вопросы изменения характеристик долговечности тесно связаны с вопросами оценки технического состояния судовой корпусной конструкции из композита, а также методами определения степени утраты прочностных свойств и оценкой возможности разрушения судовой корпусной конструкции из композита в зоне развития дефекта типа расслоение технологической и эксплуатационной природы. Подробно все эти вопросы рассматриваются в работе [5].

Решение Как было сказано выше, в настоящее время не существует полноценной теории проектирования надстроек из композитов АСВП. Поэтому при создании надстройки АСВП проекта «Нептун-23», которая была

разработана только на основе учета действующих на нее эксплуатационных нагрузок, и при сертификации проекта по Правилам Российского Речного Регистра (далее РРР), перед проектантом и экспертом РРР, рассматривавшим данный проект, в роли которого выступал один из авторов этой статьи, встал ряд вопросов по обоснованию некоторых проектных методик, в первую очередь, в области расчетов прочности. В результате для выполнения прочностных расчетов надстройки АСВП проекта «Нептун-23» был выбран ряд методик из области проектирования судов на подводных крыльях (далее СПК) с корпусами и надстройками, изготовленными из легких сплавов. Далее эти методики были адаптированы для надстройки из полимерного многослойного композита. Год спустя под руководством одного из авторов статьи в МГТУ имени Баумана в рамках одной из Федеральных целевых программ была разработана методика проектирования надстройки из композитов пассажирского СПК, включающая проектные обоснования расчетов прочности. Но при сертификации проекта АСВП «Нептун-23» по Правилам РРР эти методики еще не были разработаны. Определение исходных матричной и армирующей фаз композита и схем армирования, а также обоснование выбора материалов, схем и способов закрепления закладных деталей при проектировании надстройки АСВП проекта «Нептун-23» было произведено с учетом предполагаемых технологий ее изготовления. Для обеспечения необходимых экономических параметров изделия при изготовлении его малой серией было применено контактное формование. В качестве основных матричных и армирующих материалов для изготовления надстройки были применены стеклосетка, стеклоткани и полиэфирная смола. В качестве материала легкого среднего слоя надстройки из композитов были использованы пенопласты. Для верификации прочностных расчетов надстройки из композитов пассажирского АСВП «Нептун-23» было принято решение производить ее исследования методами неразрушающего контроля в процессе эксплуатации судов этого проекта на их жизненном цикле. Одним из наиболее удобных мест для выполнения данной работы было Самарское речное пассажирское предприятие (город Самара), в эксплуатации которого на протяжении ряда лет находятся три АСВП проекта «Нептун-23», введенные в эксплуатацию с разницей в один год. Эти АСВП эксплуатируются в основных расчетных режимах: при движении на открытой воде, при движении по битому льду, при движении по целому льду, по торосам и прочим. При исследовании АСВП «Нептун-4», «Нептун-7», «Нептун-8» находились на стапель-тумбах на территории причальной стенки Речного вокзала города Самары. Доступ ко всем судовым корпусным конструкциям из композитов был обеспечен, в основном, с наружной стороны в связи с тем, что внутренние поверхности конструкций из композитов в пассажирских помещениях и в ходовых рубках закрыты зашивками и изоля-

Наука

Рисунок 3. Обобщенная схема расположения внутренних дефектов типа расслоение (выделено серым цветом) на надстройке АСВП проекта «Нептун-23», полученная по результатам дефектоскопии.

цией. Поэтому внешний осмотр и исследование методами неразрушающего контроля производились при одностороннем доступе. Внешнему осмотру и исследованиям методами неразрушающего контроля подвергались наружные поверхности ходовой рубки, наружные поверхности надстройки в районе пассажирского салона, район воздухозаборников нагнетателей. Только внешнему осмотру подвергались двери и крышки люков, а также кольцевые насадки воздушных винтов правого и левого бортов, в связи с тем, что доступ к их внутренним поверхностям был невозможен без демонтажа ограждений насадок, а доступ к их наружным поверхностям был невозможен без демонтажа облицовок насадок. В качестве инструмента неразрушающего контроля использовался акустический дефектоскоп ДАМИ-С, реализующий импедансный метод и метод свободных колебаний. В качестве основного метода неразрушающего контроля в приборе реализован импедансный амплитудно-фазовый метод звукового и ультразвукового контроля в частотном диапазоне 1…40 kHz с применением сухого точечного контакта при одностороннем доступе. Учитывая многообразие сочетаний конструктивных элементов, схем армирования и расположения подкреплений в надстройке АСВП из композитов, обнаружение внутренних дефектов типа расслоение (непроклей) опиралось на сочетание различных методов неразрушающего контроля, реализуемых дефектоскопом, в сочетании с различными преобразователями. Выбор метода контроля и типа преобразователя определялся экспериментально для каждого элемента конструкции. При контроле элементов конструкций с внутренними элементами, обладающими газонаполненной структурой (пенопластами), контролю подвергались слои, расположенные до газонаполненной структуры. При этом наибольшее внимание было уделено наиболее нагруженным связям, расположенным в верхнем поясе эквивалентного бруса, имеющим наибольшее влияние на обеспечение общей прочности АСВП. Подробнее такого рода исследования описаны в [6-7]. Исследование методами неразрушающего контроля производилось со следующими целями:

• определение качества проектирования и изготовления конструкции, а также адекватности применения проектных методик расчета прочности, разработанных конструктивных схем изделия, технологий его изготовления и исходных материалов для формования композита; • выявление мест расположения внутренних дефектов типа расслоение технологической природы для последующего определения степени влияния этих дефектов на прочностные характеристики элементов конструкции, а также корректировки технологических процессов изготовления; • соотнесение этих мест с известными из анализа опыта эксплуатации АСВП местами вероятного возникновения различных дефектов эксплуатационной природы для последующей оценки возможности дальнейшего развития внутренних дефектов типа расслоение в процессе эксплуатации. При записи результатов дефектоскопии указывалась площадь дефектов, координаты их месторасположения, метод дефектоскопии, марка и номер дефектоскопа, марка и номер преобразователя, а также размеры выявляемых дефектов. Сохранение полученных данных о размерах дефектов и координатах мест их расположения в протоколе контроля, с указанием координат от базовых плоскостей и осей изделия позволяет дискретно, через определенные промежутки времени наблюдать за изменением размеров дефектов в течение всего жизненного цикла судна. Результаты нескольких последовательно проведенных исследований позволят получить динамику изменения размеров дефектов, пригодную для оценки методами регрессионного анализа.

Выводы По результатам исследований надстроек АСВП проекта «Нептун-23» методами неразрушающего контроля по каждому из объектов исследования составлена карта расположения внутренних дефектов типа расслоение, позволяющая в дальнейшем следить за их развитием в процессе эксплуатации судна. На основе анализа карт была составлена обобщенная схема расположения внутренних дефектов типа расслоение на надстройках АСВП проекта «Неп-

Наука тун-23» (рисунок 3). В результате выполненных исследований установлено, что, в основном, в надстройках имеются внутренние дефекты типа расслоение (непроклей) технологической природы. Их размеры, количество и места расположения подтверждают, что, в целом, качество изготовления надстроек АСВП проекта «Нептун-23» соответствует требованиям технических условий и нормативных документов [8]. Внутренние дефекты типа расслоение (непроклей) технологической природы имеют малую площадь, признаваемую нормативными документами допустимой, поэтому дополнительные расчеты прочности надстройки, учитывающие наличие в элементах надстройки дефектов, не потребовались. Хотя, безусловно, эти дефекты являются концентраторами напряжений. В то же время, в местах вероятного возникновения максимальных нагрузок, определенных расчетами прочности, внутренних дефектов типа расслоение эксплуатационной природы обнаружено, в основном, не было. Это подтверждает тот факт, что композит надстройки пока воспринимает эксплуатационные нагрузки без разрушения. Выполненная верификация прочностных расчетов надстройки из композитов пассажирского АСВП путем ее исследования методами неразрушающего контроля в процессе эксплуатации подтвердила адекватность примененных проектных методик расчетов прочности надстройки АСВП «Нептун-23», что позволяет в дальнейшем использовать данные методики при проектировании других судов этого типа. По результатам исследований были сформулированы рекомендации по доработке технологических процессов изготовления надстроек, а также дополнительные проектные обоснования по применению исходных материалов для композита надстройки. Верификация прочностных расчетов надстройки из композитов пассажирского АСВП путем ее исследования методами неразрушающего контроля в процессе эксплуатации позволяет использовать эти расчеты в качестве базы при сертификации других судов этого типа по Правилам РРР. Дальнейшие исследования надстроек АСВП проекта «Нептун-23» методами неразрушающего контроля на жизненном цикле позволят рассмотреть вопросы изменения прочности композита, связанные с его старением под влиянием неблагоприятных эксплуатационных факторов: таких как солнечная радиация, низкие температуры и ряд других. Необходимо отметить, что проектирование надстроек АСВП проекта «Нептун-23» из композитов только на основе учета действующих на них эксплуатационных нагрузок, наряду с другими проектными решениями, позволило обеспечить судну эксплуатационные характеристики, существенно превышающие аналогичные характеристики судов-конкурентов. Так, например, АСВП проекта «Нептун-23» имеет коэффициент утилизации по полезной нагрузке на 13,7% больший, чем у АСВП проекта АРКТИКА-4Д, при расходе топлива на 1 пасс-км более чем в 4,2 раза меньшем, чем у этого АСВП, при одинаковой пасса-

жировместимости. Это преимущество обеспечено, в том числе, за счет проектирования надстройки из композитов по принципам весовой эффективности и с позиций обеспечения характеристик долговечности. Авторы статьи выражают благодарность главному инженеру Самарского речного пассажирского предприятия М. Н. Кирбенёву за содействие в проведении исследований.

Список литературы 1. Андреев Г. Е., Кудрявцев А. С., Проценко В. В., Рубинов А. В., По воде и по суше (Очерки о разработке и применении судов-амфибий) – М. ИНИЦ Роспатента, 2002. – 272 с.

2. Францев М. Э. Проектное обоснование повышения полезной нагрузки амфибийного судна на воздушной подушке за счет применения в его конструкции композиционных материалов. Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева, № 1, 2015 197–202 с.

3. Францев М. Э. Использование параметрических методов на ранних этапах разработки проекта амфибийных судов на воздушной подушке, полностью или частично изготовленных из композитов. Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р. Е. Алексеева, № 1, 2014 стр. 172–179 4. Францев М. Э. Принципы проектирования корпуса скоростного судна из композитов по условиям его весовой эффективности и обеспечения жизненного цикла. Известия Калининградского государственного технического университета, 2016. № 41 стр. 196–208.

5. Францев М. Э. Определение степени потери прочностных свойств и оценка возможности разрушения судовой корпусной конструкции из композиционного материала в зоне развития эксплуатационного дефекта типа расслоение. Конструкции из композиционных материалов, № 1, 2016, стр. 67–73 6. Францев М. Э. Дефектоскопия корпусов судов из композиционных материалов, находящихся в эксплуатации, акустическими методами неразрушающего контроля. Дефектоскопия, 2013, № 1, стр. 3–11 7. Францев М. Э. Исследование надстройки из композитов пассажирского судна на подводных крыльях акустическими методами неразрушающего контроля. В мире НК, № 4, 2016, стр. 13–17 8. ОСТ5.9102-87 «Стеклопластики конструкционные для судостроения. Методы неразрушающего контроля», Л., ЦНИИТС, 1987, 36 с.

9. Greene E. Marine composites. Second Edition.

Eric Greene Associates, Inc., Annapolis, 1999, p. 377 10. Yun L., Bliault A., Theory Design Air Cushion Craft.

Arnold a member of the Hodder Headline Group, London, 2000, p. 631 КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

79

Наука

Оснос М. С., д.т.н. Оснос С. П.

«Basalt Fiber Materials Technology Development ltd» www.basaltm.com

Исследование процессов плавления базальтовых пород при производстве непрерывных волокон

Список литературы 1. Оснос М. С., Оснос С. П. «Базальтовое непрерывное волокно — вчера, сегодня и завтра. Развитие технологий и оборудования, промышленных производств и сбыта».

2. «Композитный мир» №2. 2015. с. 24–29.

3. Аппен А. А. Химия стекла. –Л.: Химия, 1974. –352 с.

4. Оснос М. С., Оснос С. П. Проведение исследований и выбор месторождений базальтовых пород для производства непрерывных волокон. «Композитный мир» №1, 2018. с. 56–62.

5. Дубровский В. А., Махова А. Ф., Рычко В. А. и др. «Свойства расплавов основных магматических горных пород Украины и волокон на их основе». Сб. статей «Волокнистые материалы из базальтов Украины». Киев, –1971 г.

80

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

Наука Введение В настоящее время в мире существует значительный интерес к производству и применению базальтовых непрерывных волокон (БНВ) и материалов на их основе. БНВ обладают достаточно высокой прочностью, стойкостью к воздействию агрессивных сред, долговечностью, электроизоляционными свойствами. Производство базальтовых волокон имеет практически неограниченную и доступную сырьевую базу. Базальтовые породы — это готовое магматическое сырье, энергетические затраты на подготовку которого выполнены природой. Однако производство и широкое применение БНВ сдерживается относительной сложностью технологий их производства. Поэтому особую актуальность представляют научные работы по исследованию процессов и технологий производства базальтовых волокон. В настоящей статье приведены результаты исследований процессов плавления базальтов, проведенных специалистами «BASALT FIBER MATERIALS TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Limited» («BFM TD») на опытно-промышленных и промышленных установках по производству БНВ на Украине, России и в КНР. Разработки последних лет компании «BFM TD» в области технологий и оборудования производства базальтового непрерывного волокна (БНВ) позволили создать крупные промышленные производства, существенно снизить себестоимость производства, обеспечить высокие характеристики БНВ [1]. Проведены исследования технологических процессов производства БНВ от выбора базальтового сырья, процессов плавления базальтов, гомогенизации расплавов, до вытяжки первичных волокон. Особое внимание уделено исследованию процессов плавления базальтов, так как это наиболее энергоемкие процессы, а от качества и характеристик, полученных в результате плавления расплавов, зависят выработка, характеристики волокон и себестоимость их производства. Целью данных исследований является определение основных закономерностей и характеристик процессов плавления базальтовых пород, отработка технологий плавления базальтов и гомогенизации расплавов, совершенствование конструкции камнеплавильных печей для производства БНВ. Результаты исследований представляют теоретический интерес и носят сугубо практический характер. На основе проведенных научно-исследовательских работ разработаны конструкции модульных камнеплавильных печей нового поколения с пониженным потреблением энергоносителей — газа и электроэнергии. Кратко технологический процесс производства БНВ можно представить в виде следующей последовательности технологических операций: • нагрев базальта до точки плавления; • плавление и получение однородного по структуре и составу аморфного расплава; • перегрев расплава базальтов для получения требуемой степени аморфности и плавления более высокотемпературных включений

в базальтовую породу (мелких кристаллов кварцев, магнезитов и других), удаления пузырьков газов из расплава; • получение гомогенизированного расплава требуемой вязкости перед выработкой; • вытяжка непрерывных волокон из расплава через фильеры фильерного питателя (bushing). Технологии производства БНВ имеют ряд принципиальных особенностей, которые связаны с природной структурой и химическим составом базальтов. Основные энергозатраты на подготовку базальтового сырья выполнены природой. Обогащение, плавление и гомогенизация базальтов произошли в результате древней магматической деятельности, поэтому они являются готовым однокомпонентным сырьем. В природных условиях расплавы базальтов в процессе остывания магмы, в основном, перешли в энергетически более устойчивое состояние — кристаллическое. В камнеплавильных печах, в результате плавления нужно вернуть базальты в исходное состояние расплава — магму. На дробленый базальт, загруженный в плавильную печь, воздействует тепловая энергия от расплава ванны печи, от пламени газовой горелки и радиационное (тепловое лучистое) излучение от свода и стен плавильной печи. В плавильной печи базальт нагревается до температур начала размягчения, затем до температур плавления кристаллических структур базальтовых пород и перехода базальта в расплавленное аморфное состояние. Для гарантированного плавления кристаллов в расплаве требуется повышение температуры расплава, что способствует получению гомогенного (однородного) аморфного расплава. При повышении температуры расплава его вязкость снижается. В процессе выработки расплава через фильеры в первичных волокнах идет его резкое остывание — замораживание расплава в волокнах. Известны проведенные А. А. Аппен исследования изменения энтальпии (теплосодержания) и объема расплава, кристаллических и аморфных минералов в зависимости от температуры (рисунок 1) [2]. Нагрев базальтов в плавильной печи осущест-

Рисунок 1. Зависимость энтальпии и объема расплава от температуры.

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

81

Наука Таблица 1. Месторождение

SiO2

Al2O3

Янова долина Хайна Хорак Комсомольское Селецкое Тальное Sichuan Heilongjiang Jiangsu Hebei

50.5 45.6 47.30 49.37 47.42 53.66 52.0 50.27 54

15.3 15.25 16.20 17.62 17.43 13.32 13.5 15.19 14.5

FeO Fe2O3 15.5 16.55 13.5 11.78 14.51 10.91 8.6 11.6 13.5

TiО2

CaO

1.6 0.55 0.9 0.60 1.46 3.72 2.3 2.1 2.2

9.0 13.05 13.40 10.52 9.49 5.09 11 7.72 11

MgO MnO2 5.1 5.6 5.3 5.35 5.12 4.01 6 7.35 5.62

Na2O K2O 3.0 3.4 3.1 4.76 4.57 5.52 8.7 6.27 5.0

*Температура Твпк, °С 1250 1215 1230 1278 1250 1272 1257 1251 1279

* Температура верхнего предела застывания (Твп) расплава базальта исследуемых месторождений находится в пределах от 1230 до 1280°С.

вляется до температур Tх — полной кристаллизации расплава, Th — начала исчезновения хрупкости, Tf — начало текучести и Ts — температуры плавления кристаллов и проходит по кривой О–N–Е–В. Для получения требуемой степени аморфности и полного плавления высокотемпературных включений в базальтовое сырье осуществляется перегрев расплава до точки А. Процесс плавления базальтового сырья в плавильной печи производится по кривой N–E–B–A. Энтальпия Н (теплосодержание) и объем V расплавов базальтов увеличивается почти линейно с подъемом температуры. В целом процесс плавления базальта и перегрева расплава должны обеспечивать получение пригодного к выработке непрерывных волокон аморфного гомогенизированного расплава. Только аморфный гомогенизированный расплав требуемого диапазона вязкости позволяет обеспечить процесс безобрывности вытяжки первичных непрерывных волокон и их прочностные характеристики. Наличие непроплавленных кристаллов в расплаве приводит к обрывности волокон при их вытяжке через фильеры фильерного питателя, а кристаллы в волокнах будут являться точками обрыва и снижать их прочность. Для обеспечения требуемой производительности плавильной печи необходимо интенсифицировать процессы плавления и получения расплава. Расплав базальта при быстром остывании — замерзании переходит в застывшее аморфное состояние, а медленное затяжное остывание расплава приводит к его кристаллизации. В процессе производства БНВ базальты расплавят и переведут в аморфное состояние по пути А–В–Е–F–G в требуемые интервалы времени. При этом нужно исключить переход расплава в кристаллическое состояние энергетически более низкого L–D–N уровня. Исследования процессов плавления базальтов и волокнообразования расплава были проведены на основе базальтов месторождений Украины и Китая [3]. Химический состав базальтов и их температура верхнего предела застывания расплава представлены в таблице 1. Анализ базальтов, пригодных для производства волокон — длинных базальтов, показывает, что они в своем составе имеют от 65 до 80% волокнообразующих оксидов SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiО2, MnO2. В расплавах базальтов и составе непрерывных волокон образуются связи кремния с двумя атомами кисло-

82

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

рода (O–Si–O), титана (О–Ti–О), марганца O–Mn–O, алюминия с тремя атомами кислорода (O–Al–O–Al–O), трехвалентного железа Fe2O3, которые способствуют процессу волокнообразования и вытяжке волокон из расплава, а в непрерывных волокнах, в основном, обеспечивают их прочностные характеристики. Оксиды с одним атомом кислорода CaO, FeO, MgO, K2O, Na2O выполняют функцию заполнителей связующих между волокнообразующими оксидами. Оксиды K2O, Na2O способствуют снижению температуры плавления и вязкости расплава. Однако излишнее количество CaO, FeO, MgO, K2O, Na2O способствует процессу кристаллизации расплава при его остывании. Наличие кристаллов в составе непрерывных волокон способствует хрупкости, ломкости волокон. Первоначальные исследования характеристик плавления и расплавов базальтов проводились в лабораторных тигельных печах. В тигельной печи создают рабочий диапазон температур от 1200°С до 18000С для плавления базальтов и повышенный диапазон от 1800 до 2100°С для плавления высокотемпературных включений в базальты: андезитов, кварца и других минералов [3]. Исследования процессов плавления базальтов проводились на опытно-промышленных модульных установках БНВ-1 и BCF-1C, BCF-1GM. Опытно-промышленные установки с ванными камнеплавильными печами применяются для отработки технологий производства БНВ, исследования процессов плавления и волокнообразования базальтов. Диапазон температур в пламенном пространстве опытно-промышленной плавильной печи до 1600°С. Температуры в локальной зоне действия газовой горелки — зоне плавления базальтов могут достигать 1800°С. Такие температуры вполне достаточны для плавления основных базальтовых пород, а также примесей — включений мелких кристаллов кварца. В процессе исследований плавления базальтов определяют температуры начала размягчения образцов базальтов Th, диапазон температур плавления (Tf — Ts), температуры требуемого перегрева расплава (Т точки А), а также Твп в процессе остывания расплава. В диапазоне температур от плавления кристаллов Ts до температур перегрева расплава в точке А определяют вязкость расплава, наличие в расплаве непроплавленных частиц и кристаллов, степень гомогенизации (аморфности) расплава.

Наука

Рисунок 2. Плавление базальта при температурах расплава 1320–1360°С.

Рисунок 3. Плавление базальта при температурах расплава 1320–1360°С.

На порцию базальта, загруженную в плавильную газовую печь, одновременно воздействуют энергия от расплава, радиационное (тепловое) излучение от свода и стен печи, конвекционные тепловые потоки от газовой горелки. Базальт активно нагревается до температур размягчения 1200–1300°С. При повышении температуры до 1300–1400°С происходит плавление базальта и образование расплава. На фото 1, 2, 3 представлены расплавы базальтов в зоне действия пламени газовой горелки при различных температурах. При загрузке новой порции базальта в высокотемпературную зону плавления происходит его активная плавка, при этом наблюдается явление выделения газов из расплава — «закипание» (рисунок 2 и 3). Образование и выделение газов обусловлено наличием в базальтах связанной молекулярной воды (удаляется при температурах около 600°С) и выделения углекислого газа из кальцитов (разложение СаСО3 = СаО + СО2 при температурах 850–900°С), другими термохимическими реакциями. Для снижения обрывности производства непрерывных волокон пузырьки газов из расплавов базальтов необходимо удалять — провести дегазацию расплава. Также нужно обеспечить плавление высокотемпературных включений в базальты, например, кристаллов кварца SiO2. Это достигается путем повышения температуры расплава в ванне печи при снижении вязкости расплавов (рисунок 4), а также за счет термохимической эвтектики. Проведены исследования плавления под газовыми горелками при различной длине пламени горелки и давлении газовоздушной смеси и результатов термохимических реакций в зоне плавления. Иссле-

Рисунок 4. Плавление базальта при температурах расплава 1320–1360°С.

дования и опыт производства БНВ показывают, что плавление базальтовых пород в камнеплавильной печи необходимо производить в температурном интервале, на 150–320°С превышающем температуру верхнего предела кристаллизации базальтовой породы. Температуры плавления Тп = Твп + (150–320°С) обеспечивают устойчивое плавление базальтов и получение гомогенизированного расплава. Наличие окиси и закиси железа (Fe2O3 , FeO) в составе базальтов во многом определяют особенности процессов плавления базальтов и характеристики базальтовых волокон. В значительной мере из-за наличия окиси и закиси железа базальты имеют черный или черно-серый цвет, а расплавы базальтов непрозрачны для теплового радиационного излучения. При нагреве базальтов до 700–800°С происходят окислительные процессы - преобразование закиси и окиси железа. Даже внешне базальты меняют свой цвет до цвета ржавого железа (рисунок 5). При длительном нагреве базальтовых волокон до 700–750°С волокна приобретают цвет ржавчины, происходит рекристаллизация аморфных волокон, они теряют прочность, становятся хрупкими. Исследованиями установлено влияние окислительно-восстановительных реакций на процесс выработки БНВ, на работу и ресурс фильерных питателей. При производстве БНВ необходимо управлять термохимическими реакциями и атмосферой печи в процессе плавления базальтовых пород. Нельзя допускать восстановления железа из оксидов, так как железо в составе расплава базальта разрушает платинородиевые фильерные питатели. Рисунок 5. Образцы исходного базальтового сырья, базальтов после их нагрева, первичных волокон и аморфного застывшего расплава. Образцы базальтов серого цвета с зеленоватым оттенком (на фото вверху). Образцы базальта цвета ржавчины после их нагрева до 750–760°С ( фото в центре). Образцы базальта с включениями крупных кристаллов кварцев. Образцы первичных волокон диаметрами 25–40 микрон. Образцы застывшего аморфного расплава. На фото в застывшем расплаве видны белые кристаллы кварцев SiO2.

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

83

Наука 200

h(m, n)

150

100

50

0

T, C 1100

1200

1300

1400

1500

Рисунок 6. Зависимость распределения температур расплава базальта в зависимости от уровня расплава в ванне плавильной печи.

Расплавы базальтов непрозрачны для теплового излучения. Это одна из основных особенностей расплавов базальтов, отличающих их от расплавов стекла. Поэтому даже при внешней схожести процессов плавления стекла и базальтов при температурах до 1600°С конструкции стекловаренных печей существенно отличаются от печей для плавления базальтов. Стекловаренные печи имеют глубокие ванны и, за счет прозрачности расплава стекла для теплового радиационного излучения, прогреваются до самого дна ванны, а также до дна фидеров подачи расплава к фильерным питателям. Стекловаренные печи состоят из нескольких участков (зон) — загрузки шихты, участка плавления шихты и варки расплава, зоны осветления расплава стекла, зоны остужения расплава, что определяет значительные размеры печей. В отличие от стекла базальт — это готовое сырье. Камнеплавильная печь состоит из совмещенных зон — загрузки и плавления базальтов, зоны гомогенизации и подготовки расплава к выработке. Поэтому габариты и вес плавильных базальтовых печей намного меньше стекловаренных. Эффект непрозрачности расплава базальта для тепловых лучей существенно влияет на конструкцию плавильных печей. Плавление основных базальтов в печах происходит при температурах 1450–1600°С. При таких температурах основной нагрев (96%) происходит за счет теплового радиационного излучения. Поскольку расплав базальта непрозрачен

для тепловых лучей, то прогреть толщу базальта довольно сложно. Тепловая энергия от поверхностного слоя расплава передается в нижние слои только за счет теплопередачи. Проведены исследования температуры расплава базальта в ванных плавильных печах. На рисунке 6 представлено распределение температур в толще расплава базальтов (два типа) в ванной плавильной печи. Из представленной зависимости видно, что при температуре в пламенном пространстве печи 1500°С, на дне ванны печи при толщине расплава в 120–150 мм температура близка к температуре верхнего предела застывания Твп 1230–1280°С (таблица 1). Расплав базальтов замерзает на дне ванны печи. Следовательно, ванны печей для плавления базальтов и фидеры не могут быть глубокими. Такая особенность расплавов базальтов во многом определяет конструкции камнеплавильных печей. По мере погружения в расплав базальта его температура снижается, а вязкость расплава существенно возрастает. Ранее были проведены опыты по определению скорости охлаждения расплава базальта термопарой, погруженной в расплав базальта на глубину от 1–1.5 мм до 17–19 мм [4]. Базальтовые расплавы остывают в 1.5–2 раза медленнее, чем расплав стекла. Это явление вызвано образованием на поверхности расплава слоя, который плохо пропускает тепловые лучи. В тоже время показания термопар, погруженных в расплавы на 1–1.5 мм свидетельствуют о том, что падение температуры поверхностного слоя базальтового расплава значительно больше, чем у расплава стекла. Поверхностный слой расплава базальта активно охлаждается. Это является одной из причин, что расплавы базальтов имеют узкий температурный диапазон вытяжки непрерывных волокон. Вполне очевидно, что эти особенности плавления и расплавов базальтов должны быть учтены при разработке плавильных печей. Одним из основных условий достижения стабильности процесса вытяжки и производства прочных непрерывных волокон является полное разрушение кристаллической структуры, плавление инородных включений в базальтах и получение аморфного го-

Таблица 2. Температура расплава, °С Степень аморфности, %

1300 25.3

1350 26.5

1400 35.0

1450 50.0

1500 80.0

1550 92.0

1600 96.0

Таблица 3. Температура расплава, °С 1300 1350 1400 1450 1500 1550 1600 1600 (длительно)

84

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

Степень аморфности расплава, % 40.0 45.6 55.0 71.5 85.0 96.6 98.8 99.7

Диаметр первичных волокон, мкм 22–19 18–16 15–14 14–13 13+−1 12–13 12–13 12+−1

Предел прочности при растяжении, МРа — 1640–1700 1870–1900 2160–2200 2700–2800 3100–3200 3450–3500 3700–3800

Наука Таблица 4. Основные технические характеристики Производительность линии Количество узлов выработки первичного БНВ Расход газа, м3/час Расход пр. газа на производство 1 тонны БНВ Потребляемая мощность (220/380, 50Гц) Суммарное потребление электроэнергии на пр-во 1 тонны БНВ Режим работы, непрерывный, круглогодичный

Единицы измерения тонн/год шт. м3/час м3/тона кВА кВт сут/год

TE BCF 2000 2000–2500 14 130–140 400–450 350 980 355–360

могенизированного расплава. При проведении исследований режимов плавления базальтовых пород в камнеплавильных печах производилась оценка степени аморфности расплавов и прочности непрерывных волокон. Степень аморфности базальтовых волокон определяли методом ИК спектроскопии в области 0.4– 4.0 м-1 по полосам поглощения, микрофотографическим методом. В таблице 2 приведены данные по степени аморфности расплавов андезитобазальтов Селецкого месторождения при различных температурах плавления. Анализ данных таблицы 2 показывает: • с повышением температуры расплава увеличивается степень аморфности; • существенное увеличение степени аморфности и показателей прочности волокон отмечается при получении расплава в интервале температур 1500–1600°С.

• нагрев базальтового сырья до температур начала плавления, удаление связанной молекулярной воды, разложение кальцитов CаСО3, плавление базальта (разрушение кристаллической структуры) и получение аморфного расплава; • перегрев расплава базальта для удаления мелких пузырьков газов и получения требуемой степени аморфности, плавление более высокотемпературных включений в базальтовую породу (мелких включений, кристаллов кварцитов, магнезитов и других).

• получение гомогенизированного полностью аморфного расплава; • подготовка расплава к выработке — получение расплава требуемой вязкости для вытяжки непрерывных волокон.

При разработке технологического регламента производства БНВ на заводах «Hengdian Group Shanghai Russia Gold Basalt Fiber» и «GBF — Gold Basalt Fiber» были проведены работы по исследованию степени аморфности расплавов из базальтов месторождения Ninbo, находящемся в провинции Jiangsu КНР. Исследования аморфности расплавов базальтов и прочности непрерывных волокон проводились в опытно-промышленной установке BCF-1G. Контроль степени аморфности расплавов базальтов проводится также по степени обрывности первичных волокон при выработке расплава и количеству включений непроплавленных кристаллов в первичных волокнах. В таблице 3 представлены данные по температуре расплава, степени аморфности расплава и прочности первичных волокон, полученных при различных температурах пламенного пространства плавильной печи. Температурный интервал плавления 1500–1600°С обеспечивает более полный переход базальта из кристаллического состояния в аморфное со степенью аморфности расплава до 99% и производство достаточно прочного БНВ с диаметрами элементарных волокон 12–13 микрон. Таким образом, процессы плавления базальтов, гомогенизации и подготовки расплавов к вытяжке волокон являются основой процесса производства — обеспечивают стабильность выработки и качество производимого БНВ. В процессе плавления решаются следующие технологические задачи:

На основе проведенных исследований были разработаны и успешно эксплуатируются камнеплавильные печи усовершенствованных конструкций зон плавления, ванны, фидера и выработочной частей печи. В печах серии BCF-1GM, BCF-2GМ для обеспечения процесса плавления применены специальные горелки и созданы зоны плавления с повышенными температурами. Это позволило добиться интенсивного плавления базальтов и получение гомогенизированных, качественных расплавов базальтов при существенном снижении потребления энергоносителя (природного газа, сжиженного нефтяного газа (LPG), возможно применение попутного нефтяного газа, коксового газа, биогаза) в технологической линии ТЕ BCF 2000.

Практические результаты

Заключение Процессы плавления базальтовых пород при производстве БНВ являются наиболее важными и энергоемкими, имеют ряд особенностей, определяющих температурные диапазоны плавления и гомогенизации. Плавление базальтов и гомогенизация их расплавов, непрозрачных для радиационного теплового излучения, определяет ряд особенностей конструкции камнеплавильных печей. Соблюдение требуемых температурных режимов плавления базальтовых пород способствует стабильности выработки первичных волокон, обеспечению производительности процесса производства и прочностных характеристик БНВ. КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)

85

Реклама в номере

Название компании

86

Род деятельности

Сайт

Стр

Airtech Advanced Materials Group

Производитель вспомогательных материалов

www.airtechonline.com

41

Ashland

Производитель сырья

www.derakane.com www.ashland.com

2

Bang&Bonsomer

Поставщик сырья и оборудования

www.bangbonsomer.com

17

Carbo Carbo

Поставщик сырья

www.carbocarbo.ru

8

Carbon Studio

Поставщик сырья, оборудования

www.carbonstudio.ru

59

Lantor

Производитель сырья

www.intrey.ru

63

LORD

Производитель сырья

www.intrey.ru

42–43

Mikrosam

Производитель оборудования

www.mikrosam.com

11

ГК Композит

Поставщик сырья и оборудования

www.composite.ru

15

ЕТС

Поставщик сырья, оборудования

www. utsrus.com

88

ИНТРЕЙ Полимерные Системы

Поставщик сырья, оборудования

www.intrey.ru

4-5

Композит Изделия

Производитель сырья

www.compositeproducts-vm.ru

5

Локус

Поставщик оборудования

www.locus.spb.ru

52

Полимерпром

Поставщик сырья, оборудования

www.polymerprom-nn.ru

87

Сампол

Поставщик сырья, оборудования

www.sampol.ru

7

Химснаб Композит

Поставщик сырья

www.igc-market.com

12

КОМПОЗИТНЫЙ МИР #2 (2018)