Журнал "Композитный Мир" № 3 (84) 2019 / Composite World magazine # 3 (84) 2019 by Композитный Мир

Колонка редактора

Дорогие друзья! За время издания журнала, казалось бы, не осталось ни одной темы, связанной с применением композитных материалов, которую мы бы не затронули. Однако в начале июня все федеральные издания написали о том, что в Москве началась укладка композитных шпал, а именно — шпал из переработанных пластиковых отходов: «Мусор отольется шпалами», «Шпалы из переработанных бутылок» и т.д. На самом деле, эта тема, можно сказать, витала в воздухе. Коррозионная стойкость, прочность и долговечность, разве эти качества не востребованы на железной дороге? А помноженная на общую протяженность российских железных дорог, входящих первую тройку в мире, эта тема приобретает совсем иное звучание. Особенно на фоне наших проблем с композитным авиастроением. «Быстро лечу я по рельсам чугунным, думаю думу свою», писал Н. А. Некрасов в стихотворении «Железная дорога». 85 500 километров (в СССР 289 000 км, первое место в мире) железнодорожных путей ждут тех, кто сможет придать этим поэтическим строкам самое современное звучание! На первый взгляд эта тема выглядит особенно привлекательной и политически верной, так как решает вопрос с утилизацией полимерных отходов. Но не все так просто. Мы решили разобраться в этом вопросе. В этом номере мы публикуем большой материал о композитных шпалах для железнодорожного транспорта. О том, какие виды композитных шпал существуют. Их достоинства и недостатки. И почему во всем мире отказываются от применения шпал из полимерного мусора!

Читайте с пользой! C уважением, Ольга Гладунова

Композитный мир | #3 (84) 2019

Содержание Научно-популярный журнал

Композитный мир #3 (84) 2019

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» +7 (812) 318-74-01 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 Номер подписан в печать 25.06.2019 Отпечатано в типографии «Премиум Пресс» Тираж 7500 экз. (печатная + электронная версия) Цена свободная Адрес редакции: 190000, Санкт-Петербург ул. Большая Морская, дом 49, литер А помещение 2Н, офис 2 info@kompomir.ru * За содержание рекламных объявлений редакция ответственности не несет. При перепечатке материалов ссылка на журнал «Композитный Мир» обязательна.

Новости

6 14

Российские новости

Мировые новости

Событие

Композит-Экспо — 2019

Отрасль Инновационный подход МИЦ «Композиты России» к подготовке инженеров

Перспективы ветроэнергетикив России

От единичных изделий до крупных объектов

Российский рынок композитной арматуры. Итоги 2018

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

Композитный мир | #3 (84) 2019

22 24 26 28

Содержание

Материалы

30 32

Вакуумная плёнка Вакплен Радиационностойкие композиты

Оборудование Эффективное и экологичное решение для дозирования двухкомпонентных жидкостей

Применение Применение композитов в оборудовании для химических производств. Часть 1

Композиционные материалы с люминесцентными свойствами

Композитные шпалы. Проблемы и перспективы

36 44 48

Наука Однонаправленные стеклопластики стеклопластики Часть 2. Умеренная степень армирования

Композитный мир | #3 (84) 2019

Российские новости

Сергей Чемезов и Рустам Минниханов дали старт строительству авиационного производства в Татарстане Фото: ОНПП «Технология»

Генеральный директор Госкорпорации «Ростех» Сергей Чемезов и президент Республики Татарстан Рустам Минниханов 22 мая в рамках конференции «Цифровая индустрия промышленной России» (ЦИПР2019) дали старт проекту строительства сборочного авиационного производства и аэродрома экспериментальной авиации в Татарстане. Строительство начнется в 2020 году, а ввод объекта в эксплуатацию запланирован на 2022 год. Новое предприятие будет осуществлять сборку воздушных судов Т-500 и других самолетов на базе этой модели, в том числе двухместного и беспилотного вариантов. Аэродром экспериментальной авиации позволит проводить облеты и испытательные полеты производимой техники в непосредственной близости от производственных цехов. «Создание современных производств и конкурентоспособной гражданской продукции — одна из ключевых задач Госкорпорации «Ростех». Для выпуска многофункциональных современных самолетов Т-500 будет открыто высокотехнологичное производство мощностью до 100 воздушных судов в год, а общий объем инвестиций составит около 2,5 млрд. рублей. Сфера применения Т-500 очень широка: это и авиахимработы, и мониторинг объектов, и лесоохрана. Уверен, что машина будет востребована не только в России, но и за рубежом — в странах Латинской Америки, Африки, Европы и СНГ», — сказал Сергей Чемезов. «Решение о создании в республике сборочного производства и аэродрома экспериментальной авиации станет серьезным импульсом к дальнейшему развитию авиастроительной̆ отрасли», — отметил Рустам Минниханов. Проект реализуется Госкорпорацией «Ростех» совместно с Республикой Татарстан в рамках соглашения о создании и внедрении на территории республики всероссийской системы авиахимработ, которое было подписано на «МАКС-2017». Участок земли под строительство объекта выделен правительством Республики Татарстан. Территория предприятия войдет в состав особой экономической зоны «Иннополис», что даст возможность получения соответствующих преференций, в том числе налоговых льгот. Ключевые элементы конструкции планера из отечественных композиционных материалов будет производить Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А. Г. Ромашина Госкорпорации «Ростех». Управлять проектом будет дочернее предприятие ОНПП «Технология» — ООО «Аэропрактика». В проекте также примут участие резиденты ОЭЗ «Иннополис», которые займутся разработкой программных продуктов для проекта создания всероссийской системы авиахимработ. rostec.ru technologiya.ru

Российские новости

В Санкт-Петербурге разработаны подшипники из композитов для судовых винтов Специалисты компании «Рада Индастриз» — участника рынка MariNet Национальной технологической инициативы создали композитные материалы на основе углепластика для производства самосмазывающихся подшипников. Изобретение позволит судостроителям полностью отказаться от использования минеральных смазочных материалов и сократить загрязнение водоемов при утечке масла, сообщил руководитель компании «Рада Индастриз» Артем Маланюк. Передачу крутящего момента от судового двигателя на гребной винт обеспечивает комплекс валопровода. Сегодня в валопроводах большинства винтовых судов используются бронзовые подшипники, нуждающиеся в постоянной смазке. Герметичность систем подачи масла часто нарушается, что приводит к утечке и загрязнению водной среды. Эксперты полагают, что в среднем потери масла одного судна могут достигать 7 л в день, а в мировом масштабе загрязнение рек, морей и океанов выражается в сотнях тонн разлитого масла ежегодно. Российские исследователи смогли разработать углепластик с несколькими добавками, которые позволяют изготавливать самосмазывающиеся подшипники. «Модифицированные антифрикционные углепластики мы дополнили добавками, которые действуют, в том числе на молекулярном уровне, кроме этого применена уникальная система гибридного армирования. Добавки позволяют создать на поверхности подшипника активный слой со смазывающими свойствами, который при этом остается твердым», — пояснил представитель компании-разработчика. «Наша разработка превосходит зарубежные аналоги

по целому ряду параметров — износостойкости, по коэффициенту трения, прочности, ударостойкости, химической стойкости к соленой воде и легкости. При этом стоимость российских подшипников на основе углепластика будет как минимум в два раза ниже», — подчеркнул Артем Маланюк. Авторы разработки уже создали опытные образцы, которые сейчас проходят испытания в лабораториях Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого. «Новые материалы для инновационного судостроения — одно из перспективных направлений рынка «Маринет». Данный проект одобрен рабочей группой «Маринет» и в настоящее время принимает участие в конкурсе Фонда содействия инновациям «Развитие-НТИ», заявочная кампания которого завершилась в конце мая. Победители получат финансовую поддержку проведения НИОКР в размере до 20 млн. рублей», — отметил заместитель руководителя рабочей группы MariNet НТИ Александр Пинский. ntinews.ru

Утверждены программы развития пяти территориальных кластеров Санкт-Петербурга на 2019–2021 годы 22 мая 2019 года временно исполняющий обязанности Губернатора Санкт-Петербурга Александр Беглов подписал распоряжение Правительства Санкт-Петербурга, утверждающее программы развития пяти территориальных кластеров Санкт-Петербурга на 2019–2021 годы, сформированных в медико-фармацевтической, станкоинструментальной, энергетической, инфотелекоммуникационной и композитной отраслях промышленности. Принятые программы задают показатели развития соответствующих кластерных образований, в том числе количество участников, достигаемую участниками выручку, долю инновационных разработок и НИОКР и другие. Деятельность данных кластеров на территории города координирует Центр кластерного развития (ЦКР), являющийся структурным подразделением АО «Технопарк Санкт-Петербурга». В настоящее время ЦКР курирует работу 12 территориальных кластеров Санкт-Петербурга из таких отраслей промышленности, как: фармацевтика, IT-технологии и радиоэлектроника, энергетика и

чистые технологии, композитная, автомобильная отрасли, в числе которых более 600 организаций. Из них 466 — это субъекты малого и среднего предпринимательства. Также поддержку в виде ежегодных субсидий территориальным кластерам Санкт-Петербурга оказывает и Минэкономразвития России. Так, например, в 2019 году за счет такого механизма такого взаимодействия из федерального бюджета будет привлечено 26 млн. рублей. www.gov.spb.ru

Композитный мир | #3 (84) 2019

Российские новости

На Средне-Невском судостроительном заводе состоялась торжественная церемония спуска на воду корабля противоминной обороны

30 мая 2019 года на Средне-Невском судостроительном заводе (СНСЗ входит в Объединённую судостроительную корпорацию) состоялась торжественная церемония спуска на воду корабля противоминной обороны (ПМО) «Владимир Емельянов» проект 12700. В праздничном мероприятии приняли участие работники и ветераны АО «СНСЗ», представители Центрального морского конструкторского бюро «Алмаз», администрации Санкт-Петербурга, а также военные моряки, в том числе экипаж будущего тральщика. Своё имя корабль получил в честь выдающегося судостроителя, Героя Социалистического труда, легендарного директора Средне-Невского судостроительного завода Владимира Александровича Емельянова. 25 лет своей жизни он отдал работе на

предприятии, сделав очень многое для развития завода и посёлка Понтонный, на территории которого располагается верфь. Закладка корабля «Владимир Емельянов» состоялась в апреле 2017 года. Работы по формированию композитного корпуса и надстройки, насыщению их различными системами и механизмами были завершены к марту 2019 года. После этого заказ был выведен из эллинга для достроечных работ, в ходе которых был осуществлён монтаж башенно-мачтовых конструкций, антенного оборудования и общекорабельных систем. После спуска на воду корабль был ошвартован у набережной предприятия. В ближайшее время корабелы СНСЗ завершат достроечные работы, за которыми последует серия швартовных испытаний заказа. Первый выход «Владимира Емельянова» на большую воду для прохождения программы заводских ходовых испытаний намечен на август. Передать корабль ВМФ предприятие планирует в конце 2019 года. «Владимир Емельянов» — это третий корабль проекта 12700, построенный Средне-Невским судостроительным заводом. На темпе и качестве работ положительно сказался опыт, приобретённый верфью при строительстве «Александра Обухова» — головного корабля проекта, который был передан ВМФ РФ в 2016 году, и «Ивана Антонова» — первого серийного корабля этого проекта, переданного ВМФ в январе 2019 года. В настоящее время в эллингах Средне-Невского судостроительного завода строятся еще три корпуса — «Георгий Курбатов», «Яков Баляев» и «Пётр Ильичёв». Ожидается, что в текущем году на СНСЗ состоится закладка седьмого корабля проекта 12700, которому приказом Главнокомандующего ВМФ присвоено действующее наименование «Анатолий Шлемов». При строительстве данных кораблей на Средне-Невском судостроительном заводе применяются новейшие российские технологии, не имеющие аналогов в мировом судостроении. Корабли этого проекта имеют уникальный, самый большой в мире корпус из монолитного стеклопластика, сформованного методом вакуумной инфузии. Масса такого корпуса ниже металлического, при этом значительно увеличивается его прочность. Такому корпусу совершенно не страшна коррозия, а срок службы, при соблюдении норм эксплуатации, практически неограничен. Проект 12700 разработан Центральным морским конструкторским бюро «Алмаз» в интересах ВМФ. Эти корабли предназначены для борьбы с современными морскими минами, обнаруживать которые они могут как в воде морских акваторий, так и в морском грунте. При этом корабль может не входить в опасную зону — поиск, идентификация и уничтожение опасных объектов осуществляется дистанционно. snsz.ru

Российские новости

Автобусы от «КАМАЗа» для Москвы В конце апреля в рамках контракта с «Мосгортрансом» «КАМАЗ» поставил в Москву крупную партию низкопольных автобусов НЕФАЗ. На городские маршруты вышли первые двенадцать автобусов. Всего, согласно договору, заключённому между ПАО «КАМАЗ» и ГУП «Мосгортранс», автобусный парк российской столицы пополнят 655 НЕФАЗов. В Москву поставлены одна из последних разработок компании в этом направлении — низкопольные автобусы НЕФАЗ-5299-40-52, оснащённые в соответствии со всеми современными мировыми требованиями, включая доступность для лиц с ограниченными возможностями. Салон автобуса и место водителя изготовлены с применением экологически чистых материалов. Сотрудниками Научно-технического центра «КАМАЗа» и ПАО «НЕФАЗ» разработана новая конструкция кузова. Крыша автобуса выполнена из цельной сэндвич-панели, а наружная обшивка кузова отличается высокой устойчивостью к коррозии, так как выполнена из композитных материалов, изначально окрашенных

в массе. Благодаря применению новых технологий значительно снизилась снаряжённая масса автобуса, в результате общая пассажировместимость увеличилась со 105 до 111 человек. В ходе опросов пассажиров со стороны департамента пассажирского транспорта ПАО «КАМАЗ», отмечено, что новинка заметно отличается от привычных автобусов по уровню комфорта. Пресс-служба ПАО «КАМАЗ» kamaz.ru

Инженеры АО «ЦНИИТОЧМАШ» разработали технологию получения суперпрочного полимерного материала На АО «ЦНИИТОЧМАШ» (входит в Госкорпорацию «Ростех») разработана технология получения высокопрочного полимерного материала, который по основным показателям превосходит полимерные материалы, используемые в настоящее время. «Инженеры «ЦНИИТОЧМАШ» совместно с коллегами из НПП «Полипластик» разработали технологию получения высокопрочного полимерного материала Армамид ПА СВ 40-1МУП, — сказал начальник научно-производственного объединения — начальник отдела АО «ЦНИИТОЧМАШ» Владимир Ляпишев. — Физико-механические показатели у него на 15–20% выше, чем у полимерных материалов, используемых в настоящее время, а стойкость к циклическим нагрузкам по основным показателям в два-три раза выше, чем у других материалов». В качестве сырья для изготовления пластмассовых

деталей стрелкового оружия применяются гранулированные высокопрочные полимерные материалы, перерабатываемые в готовые изделия методом литья под давлением на термопластавтоматах. Современные высокопрочные полимерные материалы представляют собой довольно узкую группу, их отличия заключаются в основном в марках полиамида, используемого в качестве основы композиции, количестве и типу добавок. Армирующим компонентом высокопрочных полимерных материалов является стекловолокно или углеродное волокно. АО «ЦНИИТОЧМАШ» в течение последних 40 лет является ведущим предприятием по применению полимерных материалов в образцах стрелкового оружия. cniitm.ru

На М-3 «Украина» для жителей Обнинска построят два надземных пешеходных перехода Госкомпания «Автодор» приступила к возведению двух надземных пешеходных переходов на 102-м и 103-м километрах федеральной автодороги М-3 «Украина», на подъездах к городу Обнинску в Калужской области. Строительство пешеходных переходов осуществляется в рамках реконструкции дороги на участке 65–124 км. Двухпролетные переходы будут радовать всех, кто проезжает по трассе, — проект предусматривает установку красивых арочных конструкций. Основными

материалами для пролетов станет композит, а также дерево, которые сделают переходы более прочными и долговечными. На пандусы и лестничные сходы положат специальное противоскользящее покрытие, что увеличит безопасность пешеходов и комфорт в зимнее время. Чтобы помочь людям с ограниченными возможностями здоровья ориентироваться и чувствовать себя безопасно, на переходе будет уложена тактильная плитка. russianhighways.ru

Композитный мир | #3 (84) 2019

Российские новости

Игрокам гала-матча по хоккею на ПМЭФ-2019 вручили композитные клюшки

Первый день Петербургского Международного Экономического Форума 2019 (ПМЭФ-2019) завершился гала-матчем по хоккею с шайбой между сборными ПМЭФ и Правительства Санкт-Петербурга. UMATEX (Росатом) совместно с компанией «ЗаряД» выступили спонсором соревнований. В пятерку UMATEX, игравшую за сборную ПМЭФ на гала-матче в Санкт-Петербурге, входили прославленный российский хоккеист Данис Зарипов, основатель компании по производству композитных клюшек «ЗаряД», генеральный директор UMATEX Александр Тюнин и именитые хоккеисты, завершившие спортивную карьеру, генеральный директор компании «ЗаряД» Иван Савин и Илья Горохов. Капитаном пятерки выступила ректор РГГУ Наталья Починок. По окончании матча Александр Тюнин и Данис Зарипов вручили всем 50 участникам турнира профессиональные композитные клюшки «ЗаряД». «Спортивная индустрия — одна из отраслей, где

наиболее активно внедряются композитные материалы. Несколько лет назад было основано первое предприятие по производству композитных хоккейных клюшек «ЗаряД», в изготовлении которых используется отечественное углеродное волокно UMATEX. Уверен, что уже в ближайшее время линейка спортивных товаров, изготовленных с применением композитов, расширится. Для нас большая честь участвовать в гала-матче по хоккею с шайбой в рамках ПМЭФ-2019 и вручить всем участникам композитные клюшки. Желаю участникам матча новых достижений и побед с композитными клюшками», — прокомментировал Александр Тюнин. «В производстве клюшек «ЗаряД» мы используем отечественное углеродное волокно. Мы проводим очень серьезную работу над постоянным совершенствованием нашей клюшки. Применение углеродного волокна российского производства позволило снизить стоимость изделия без потери качества. Одновременно Научно-исследовательский центр UMATEX разработал для нас специальное защитное усиление, чтобы клинок не вибрировал во время передачи шайбы и хоккеисты могли показывать более высокие результаты во время игры. Уверен, что наши клюшки помогут участникам гала-матча играть в более быстрый комбинационный хоккей», — рассказал Данис Зарипов. umatex.com

Российские новости

Многоцелевой самолет МАИ-411 получил сертификат летной годности Многоцелевой четырехместный самолет МАИ-411 Кизлярского электромеханического завода (КЭМЗ) Госкорпорации «Ростех» после испытаний получил сертификат летной годности. Самолет разработан совместно КЭМЗ и конструкторским бюро Московского авиационного института и построен на базе кизлярского предприятия. Самолет МАИ-411 — аналог европейского CS-23 и американского FAR-23. Машина имеет прочную алюминиевую конструкцию, обшитую сверхлегким композитным материалом. Самолет может применяться в авиаперевозках, воздушном патрулировании, аэросъемке, инструментальном мониторинге, авиатуризме. Рассчитан на использование недорогих горюче-смазочных материалов. Реализация проекта по созданию самолета МАИ-411 началась около трех лет назад, общий объем инвестиций составил порядка 200 млн. рублей. В 2017 году МАИ-411 был представлен на авиасалоне «МАКС», где КЭМЗ получил несколько предварительных заказов на его изготовление. Взлетная масса самолета составляет 1250 кг, он может совершать полет на крейсерской высоте до 3000 м на расстояние 1500 км с максимальной нагрузкой. Его первый полет состоялся в День космонавтики, 12 апреля 2018 года. Невысокая по сравнению с конкурентами цена летательного аппарата и расходные характеристики, сравнимые с автомобильными, дают возможность конкурировать и в России, и за ее пределами.

Напомним, на прошедшем недавно Петербургском международном экономическом форуме Госкорпорация Ростех и Республика Дагестан заключили соглашение о сотрудничестве в целях совместного развития промышленного потенциала региона. Одним из таких проектов является легкий самолет МАИ-411. rostec.ru

Российские новости

Новейшие композитные трубы испытывают военнослужащие ЗВО Военнослужащие трубопроводного батальона бригады материально-технического обеспечения Западного военного округа в Нижегородской области приступили к войсковым испытаниям сборно-разборного трубопровода нового поколения. В ходе испытаний военнослужащие проверят заявленные разработчиками технические характеристики, изучат особенности эксплуатации новых труб, а также проведут сборку линейных элементов как механизированным способом с использованием трубомонтажных машин, так и вручную с помощью монтажного инструмента. В новейшем сборно-разборном трубопроводе применены стеклокомпозиты, которые уменьшают

массу трубы в 2 раза по сравнению со стальной трубой. Это не менее чем в 1,5 раза уменьшает время выполнения задачи военнослужащими трубопроводных подразделений за счёт облегчения погрузочно-разгрузочных и монтажных работ. Трубопровод эксплуатируется при рабочих давлениях до 10,0 МПа в интервале температур от −60 до +50°С. В конструкции металлокомпозитного трубопровода линейные элементы (труба) содержит герметизирующий слой из высокодеформативного алюминия, силовую стеклопластиковую оболочку, а также раструб и манжету, выполненные из высокопрочного дюралюминия. structure.mil.ru

В Санкт-Петербурге установлены композитные защитные футляры для газопроводов

Завершен монтаж композитных защитных футляров производства ООО «НЦК», используемых при реконструкции дорожной развязки в Санкт-Петербурге на проспекте Героев. На объекте применены стеклопластиковые ком-

позитные футляры FT800/6000 для газопроводов, длиной 6 м и диаметром 800 мм. Футляры использованы для защиты газопровода, пересекающего строящийся участок автомагистрали. С учетом конструктива, облегчающего установку и отсутствия необходимости привлечения тяжелой техники, монтаж был завершен в сжатые сроки. Композитный защитный футляр для газопроводов и нефтепроводов, разработан и запущен в серию в 2018 г. Отличительной особенностью футляров производства ООО «НЦК» являются: повышенная прочность, взаимозаменяемость деталей, защита от блуждающих токов, компактное размещение при транспортировке. При установке композитного футляра отсутствуют сварочные работы, футляр не требует обслуживания и проведения специальных мероприятий по защите от коррозии. Вес композитного футляра для защиты газопроводов и нефтепроводов — в 4 раза меньше металлического, таким образом, при монтаже не требуется привлечение тяжелой техники. www.nccrussia.com

В России на основе технологий для комбайнов создадут беспилотный трамвай Беспилотный пассажирский трамвай Усть-Катавского вагоностроительного завода (УКВЗ), который сейчас является филиалом Центра им. М. В. Хруничева, будет создаваться на основе технологий, разработанных для сельского хозяйства. Об этом агентству «ТАСС» 13 июня сообщил генеральный директор Объединенной ракетно-космической корпорации (ОРКК) Андрей Жерегеля. «Мы хотим разработать «машинное зрение» и попытаться внедрить отработанные нашим НПО автоматики технологии, в том числе разработанные для сельского хозяйства, комбайнов, то есть адаптировать их для трамвая для беспилотного вождения», — отметил Жерегеля.

Композитный мир | #3 (84) 2019

По словам главы ОРКК, этот вид транспорта является удобным для отработки беспилотного вождения. Технологию «машинного зрения», которая позволяет оперативно проанализировать ситуацию и принять решение, планируется применять при разработке нового трамвая, конкурс на разработку которого был разыгран месяц назад. Жерегеля пояснил, что машина будет модульной, низкопольной, состоящей из композитных материалов. Беспилотный трамвай создается в рамках программы диверсификации ракетно-космической промышленности. tass.ru

Российские новости

Положено начало сотрудничеству группы компаний «Каспийкомпозит» и ДГТУ

Группа компаний «Каспийкомпозит» и Дагестанский государственный технический университет (ДГТУ) 19 июня обсудили сотрудничество на встрече, прошедшей в стенах учебного заведения. На встрече присутствовали генеральный директор компании Казбек Кандауров и руководитель проекта Игорь Залесский. С гостями беседовало руководство университета в лице врио ректора Нурмагомеда Суракатова, профессоры и доценты. Кандауров рассказал о направлениях работы предприятий, которые входят в «Каспийкомпозит». Также он рассказал о процессе создания «Каспийского завода стекловолокна». По словам генерального директора компании, на предприятии в течение пяти лет создадут более 150 рабочих мест. «Мы планируем не только перенести имеющиеся мощности Махачкалинского завода, но и запустить высокотехнологичное производство. И здесь чувствуется острая потребность в кадрах: химиках, технологах, текстильщиках и материаловедах», — сообщил Казбек Кандауров. Также он сообщил о возможностях отправки студентов с базовыми знаниями на ведущие предприятия страны для дополнительного обучения. Игорь Залесский рассказал о технологических

особенностях создания современных композитных материалов. «Мы работаем на стыке науки и технологий — это стекловарение, химия, текстиль, термохимическая обработка. Поэтому и специалисты нужны с компетенциями в этих отраслях. ДГТУ со своим опытом и кафедрами может подготовить для нас высококвалифицированных специалистов», — подчеркнул Игорь Залесский. По итогам встречи достигнуты договоренности сторон о создании базовой кафедры на предприятии, подписании соглашения о сотрудничестве, подготовке совместных учебных программ, предусматривающих прохождение обучения, в том числе на предприятии, а также об участии ученых университета в НИОКР компании. Нурмагомед Суркатов также добавил, что вуз предоставит специалистам предприятия тематику НИР, результаты интеллектуальной деятельности ученых и разработки ученых университета для реализации на предприятии. dstu.ru

Мировые новости

Компания Ford представила прототип сверхлегкого Mondeo

Компания Ford представила прототип под названием Lightweight Concept, в котором демонстрирует варианты использования различных легких материалов, позволяющих снизить массу автомобиля. Новинка, построенная на базе седана Fusion (в Европе —

Mondeo), стала на 363 кг легче серийной модели (вес снизился до 1195 кг). В будущем некоторые из использованных наработок и решений планируется использовать в серийных машинах. Прототип разработан Ford в сотрудничестве с фирмой Cosma International, дочерней компанией производителя запчастей Magna, и при поддержке министерства энергетики США. Легкие материалы применяли при создании всех элементов Lightweight Concept — от силовой установки до сидений. Так, из углепластика изготовлены каркасы кресел, приборная панель и 19-дюймовые колесные диски, крышки двигателя и масляного поддона. Кроме того, композитные материалы были использованы для пружин подвески и опор двигателя. В результате массу автомобиля удалось сократить на 25 процентов. Когда использование новых материалов получит серийное применение, в компании не уточнили. chpravda.com

Новые электрические композитные доски для серфинга, которые могут развить скорость до 45 км/ч

Компания COBRA International и австралийский производитель досок для серфинга — компания Flite совместно работают над развитием двух проектов Fliteboard и Fliteboard PRO, предусматривающих производство электрических фольгированных композитных досок для серфинга. Участвуя в разработке с самого начала: от проектирования до поставки исходных материалов, компания COBRA запустила производство и планирует выпустить в течение 2019 года около 600 досок. Доски Fliteboard и Fliteboard PRO в буквальном смысле слова могут лететь над водой, развивая скорость до 45 км/ч. Благодаря использованию компо-

Композитный мир | #3 (84) 2019

зитных материалов, их конструкция легка и прочна. Для производства облицовочного ламината сэндвич-композита был выбран углеродный препрег, изготовленный из высокопрочных и высокомодульных волокон от компании Innegra. Состав и комбинация композитного материала подбиралась таким образом, чтобы обеспечить изделию максимальные прочностные показатели при минимально возможном весе. Вес досок в зависимости от выбранного дизайна и батареи колеблется в интервале от 22 до 28 кг. Все электрические и электронные блоки управления находятся в термоформованном углепластиковом корпусе с плотно закрывающейся крышкой, полностью изготовленной из углекомпозитного сэнвич-материала. Кроме того, необходимо было создать эффективную дренажную систему и прочно соединить батарейный отсек с приемником Bluetooth. Для решения этих вопросов в компании параллельно разработали и изготовили несколько опытных образцов досок разной толщины, на которых были отработаны различные варианты крепления батарейной коробки и рангоута для фольги. Как отметил коммерческий директор направления «Водный спорт» компании COBRA Брюс Вайли: «При разработке мы совместно с компанией Flite очень внимательно следили за тем, чтобы каждая деталь доски была максимально подогнана и выполняла свои функции на все 100%, чтобы гарантировать прочность и наслаждение при эксплуатации. Это подводные крылья, которые подойдут как новичкам, так и самым опытным гонщикам». www.cobrainter.com

Мировые новости

Spirit AeroSystems представляет углепластиковую панель для фюзеляжа нового поколения Компания Spirit AeroSystems (США) разработала новую технологию производства композитного крупногабаритного фюзеляжа следующего поколения, получившую название ASTRA (Advanced Structures Technology and Revolutionary Architecture). Демонстрационную полноразмерную (5,5 на 3,6 м) углепластиковую панель фюзеляжа, включающую интегрированные стрингеры, изготовленные с использованием новой технологии, предусматривающей уникальную комбинацию материалов и технологических стадий, благодаря которой удалось почти на 30% увеличить экономичность производства, представили в рамках Парижского авиасалона, прошедшего с 17 по 23 июня во Франции. Эрик Хейн, директор по исследованиям и технологиям Spirit AeroSystems, отметил, что почти два года назад в компании начали рассматривать реализацию данного проекта и определили основные проблемы, связанные с дизайном, маркетингом и продвижением, которые необходимо было преодолеть, чтобы обосновать для авиастроителей выбор именно в пользу композитов. Во-первых, говорит он, это вопрос производительности. Производители Boeing 787 и Airbus A350, где уже применяются композиты, в настоящее время выпускают их со скоростью около 14 и 10 самолетов в месяц соответственно. Таким образом, технология производства следующего поколения должна соответствовать темпам производства, которые на тот момент в 4–10 раз превышали существующие технологии. Во-вторых, говорит Хейн, композитные материалы и их конфигурации являлись более дорогим решением, да и более тяжелым, по сравнению с алюминием. Поэтому, чтобы композитная обшивка фюзеляжа следующего поколения была конкурентоспособной, её необходимо было сделать на несколько слоев тоньше, не потеряв при этом в прочностных характеристиках. Проблему производительности удалось решить

благодаря формовке внутреннего поддерживающего компонента фюзеляжа непосредственно на месте сборки. А облегчить и удешевить конструкцию позволило применение более эффективной укладки армирующих лент и интересного решения, связанного с использованием оснастки, основа которой изготовлена из более дешевого металла, а уже верхний «плавающий» лицевой лист формы из более высококачественного. Еще одной особенностью разработанной технологии является возможность производства панелей фюзеляжа с непрерывной внутренней обшивкой с полностью интегрированными в неё стрингерами. За счет этого и, благодаря использованию нового угле-эпоксидного препрега T1100/3960 от компании Toray (Япония), удалось сократить толщину панели фюзеляжа, не потеряв при этом прочности, что уже подтвердили проведенные испытания. В компании надеются, что явные преимущества разработанного продукта и технология его изготовления будут включены в производственные программы авиастроителей в самое ближайшее время. А в недалеком будущем композитный фюзеляж будет массово востребован в авиастроении. www.spiritaero.com www.compositesworld.com

Новые материалы от компании Huntsman Компания Huntsman Advanced Materials выпустила четыре новых продукта в своей линейке клеев. Для аэрокосмического рынка компания разработала Epocast 1648 и Epocast 1649-1, предназначенные для изготовления внутренних элементов конструкций самолетов. Оба продукта обладают низкой плотностью, быстрым отверждением и отвечают всем требованиям пожаробезопасности (FST). Epocast 1648 выдерживает разрывную нагрузку в 7,250 psi (49,9 MPa), что делает его применение возможным в условиях повышенной нагрузки. Также в компании представили новый ассортимент акрилатной продукции для экстремальных условий. Структурные адгезивы Araldite 2050 и Araldite 2051, как сообщается, могут ускорить склеивание при

минусовых температурах, в условиях соленой воды или высокой влажности. Araldite 2050 представляет собой двухкомпонентный акрилат быстрого отверждения, предназначенный для ускорения структурного склеивания термопластов, композитов и металлов при температурах от −20 до 25°C (без дополнительного нагрева), в то время как Araldite 2051 — двухкомпонентный акрилат быстрого отверждения, обладающий повышенной вязкостью и устойчивостью к вибрациям, ударам и динамическим нагрузкам при температурах от 0 до 40°C. Новые продукты уже доступны для заказа. www.huntsman.com

Композитный мир | #3 (84) 2019

Мировые новости

На Парижском авиасалоне заключена первая сделка на покупку израильских электросамолетов Eviation Alice

Израильская компания Eviation Aircraft заключила на авиашоу в Ле-Бурже (Франция) первый в истории контракт на поставку пассажирских электросамолетов.

Десять девятиместных электросамолетов Eviation Alice приобретены американской авиакомпанией Cape Air. Стоимость каждого такого самолета в полной комплектации составляет около 4 миллионов долларов. Дальность полета на одной зарядке — до 1000 км. Крейсерская скорость — около 450 км/ч. Самолет имеет три двигателя MagniX. Электросамолет полностью выполнен из композитных материалов. Возможен беспилотный вариант использования. В настоящее время самолеты Alice проходят испытательные полеты. Ожидается, что коммерческое использование этих электросамолетов начнется в 2022 году. Создатели и первые покупатели Eviation Alice говорят о начале новой эры авиасообщения, когда перелеты перестанут наносить ущерб окружающей среде. www.newsru.co.il

NASA выбрало победителя конкурса на разработку марсианского жилища Аэрокосмическое агентство NASA подвело итоги своего конкурса Mars Habitat Challenge, проводившегося с еще 2015 года и в рамках которого участникам необходимо было представить лучшие концепции создания марсианских колоний. В финальный этап конкурса, напомним, прошли три команды. Победителем стала архитектурная компания AI Space Factory, представившая свою концепцию жилища MARSHA. Компания представила концепт 15-метровой капсульной базы из биоразлагаемого и перерабатываемого базальтового композита, который можно получить из марсианских ресурсов. Возведение объектов базы подразумевает использование технологии 3D-печати. Концепция предусматривает адаптируемый дизайн в зависимости от требований участников миссии Mars, для которых NASA и проводила конкурс. Организуя отбор, американское аэрокосмическое агентство надеялось почерпнуть для себя идеи разработки надежных космических жилищ, которые могут потребоваться в рамках долгих миссий в дальний космос. Представленный дизайн базы MARSHA был разработан с учетом особенностей марсианской атмосферы, однако в целом концепция предусматривает адаптивность в зависимости от требований к той или иной среде. Единственным условием было создание внутреннего сада, где колонизаторы могли бы гулять, наслаждаясь чистым и свежим воздухом. Компания создала небольшой прототип из инновационного композита из базальтового волокна и биоразлагаемой пластмассы. www.aispacefactory.com www.nanonewsnet.ru

Композитный мир | #3 (84) 2019

Событие

www.mirexpo.ru

2019 Итоги

С 23 по 25 апреля 2019 года в ЦВК «Экспоцентр» прошла 12-я международная специализированная выставка композитных технологий, материалов и изделий — «Композит-Экспо». Она является ежегодным традиционным местом встречи российских и иностранных специалистов различных отраслей промышленности, производителей, поставщиков и потребителей композитных материалов и изделий из них, технологий и оборудования для их производства. Это место подведения итогов развития композитной отрасли за прошедший год и обсуждения планов и перспектив, а также источник получения новой информации, без которой дальнейший прогресс был бы затруднительным.

Композитный мир | #3 (84) 2019

Событие В 2019 году по количеству занимаемых площадей выставка «Композит-Экспо» выросла на 5 %, по сравнению с прошлым годом. Выставку посетили около 9 000 специалистов из различных отраслей промышленности. В выставке приняли участие 135 компаний из 14 стран (Австрия, Германия, Италия, Исламская Республика Иран, КНР, Люксембург, Македония, Республика Беларусь, Россия, США, Турция, Финляндия, Франция, Чешская Республика). Среди постоянных экспонентов выставки: Курчатовский институт НИЦ, ФГУП ЦНИИ конструкционных материалов «Прометей», группа компаний «ЕТС», «ДУГАЛАК», «СТЕВИК CAC», «Акзонобель Спешиалти Кемикалс», «Банг и Бонсомер», «БИК-Хеми ГбмХ», «Джуши гру пп», «МИКРОСАМ ДОО», «Ларчфилд Лтд.», «Еврохим-1 Функциональные добавки», «ГФМ ГмбХ», «Эйртех Юроп Сарл», БауТекс, ОАО «П-Д ТатнефтьАлабуга Стекловолокно», ООО «Эвоник Химия», ООО «КОРСИЛ ТРЕЙД», ПАО «Электроизолит», АО «ОСВ Стекловолокно», «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов», ОАО «СветлогорскХимволокно», ООО «ИНТРЕЙ Химическая Продукция», ОАО «КАМТЭКС-ПОЛИЭФИРЫ», ООО «Полимерпром», ООО «СКМ Полимер», «Завод герметизирующих материалов», «Лавесан Срл», «БМП Технолоджи», «Мелитэк», «ИРБИС ПРОДЖЕКТС», Группа компаний «Композит», «Нева Технолоджи» и другие. Впервые приняли участие в выставке: «Боньян Кала Шими», «Вакер Хеми Рус», ООО «Гидромания», ООО «ДВИ ЕВРОТЕХ», АО Завод ЛИТ, ООО «Ингрикем», «Интертек Трейдинг Корпорейшн (США)», ООО «Интертулмаш», ООО «Интехника», ОАО «Стерлитамакский нефтехимический завод», ООО «Композитные решения», ООО ТД «Курганхиммаш», ООО «Лейтц Инструменты», ООО «ПластПолиэфир», «СЕТЕК Машиненбау ГмбХ» и другие. Полный список участников выставки можно найти на сайте мероприятия. Развиваются партнёрские отношения между Выставочной компанией «Мир-Экспо» и JEC Group (Франция), которая впервые приняла участие в выставке со стендом. JEC Group является организатором выставки JEC World — крупнейшей выставки композитов в мире, которая охватывает всю цепочку индустрии от сырья до конечных продуктов. Во время работы выставки были достигнуты определенные договоренности о расширении сотрудничества между организаторами выставок.

Ряд участников представил новые технологии и образцы продукции. Компания «П-Д Татнефть-Алабуга стекловолокно» — один из крупных производителей непрерывного стекловолокна и продукции на его основе. Она представила на выставке прямой и ассемблированный ровинги с наночастицами, которые используются для повышения прочностных характеристик конечного изделия (стеклопластиковая арматура) и ассемблированный ровинг для производства газовых баллонов методом намотки и прямого ровинга для гидролизостойкого полипропилена, используемого в производстве деталей бытовой техники (стиральные машины). На стенде компании «НИАГАРА» — производителя изделий из углеродного волокна (УВ), окисленного полиакрилонитрильного волокна, а так же изделий из угле- и стеклопластика были представлены теплозащитные материалы на основе окисленного ПАН волокна, наполнитель для углепластиков из однонаправленного УВ, соты из углепластика, система объемного армирования с использованием ячеистых конструкций, теплоизоляционные материалы на основе аэрогеля. Инженерно-техническая компания «ЭЛМАТЕК» представила на стенде несколько уникальных решений в сфере материалов: стеклотекстолиты толщиной от 0,2 до 250 мм, трубы из стеклотекстолита длиной до 6 м и пластины длиной до 10 м, материалы на основе слюды с термостойкостью до 1200°С, специализированные компаунды (с высокими показателями по морозостойкости, маслостойкости, гибкости при низких температурах) для переработки методами экструзии, литья под давлением и выдува. «Нева Технолоджи» представила на стенде режущие плоттеры для композитного производства и раскроя технического текстиля, системы лазерного проецирования и оборудование для неразрушающего контроля качества изделий из композитных материалов.

Композитный мир | #3 (84) 2019

Событие

Некоторые отзывы участников выставки «Композит-Экспо 2019»: Тарасов Илья Владимирович Генеральный директор ООО «Композитные решения» Санкт-Петербург «Композит-Экспо — это в первую очередь крупная отраслевая специализированная выставка в нашей стране. Пожалуй, одна из немногих, которая привлекает большое внимание как к композиционной отрасли в целом, так и к конкретным компаниям/ участникам, представляющим свои передовые разработки для широкой общественности. Мы с уважением относимся ко всем посетителям выставки, а уровень организации и проведения «Композит-Экспо 2019» считаем очень высоким. Желаем Вам больше новых и интересных компаний, проектов и посетителей в 2020 году! Благодарим за сотрудничество». Елена Веденеева менеджер по работе с клиентами ООО «ЛАРЧФИЛД ТЕХНИК», Москва «Наша компания в шестой раз приняла участие в выставке «Композит-Экспо». В первую очередь хотелось бы отметить профессионализм и высокий уровень организации мероприятия сотрудниками выставочной компании и сотрудниками Экспоцентра. Для нашей компании данная выставка — хорошая возможность в очередной раз встретиться с постоянными клиентами и партнерами, с которыми нас связывают давние теплые отношения, а также возможность познакомиться с новыми потенциальными заказчиками в области авиакосмической, транспортной, судостроительной промышленности. Также хотим отметить, что за время выставки нам удалось не только представить новинки своей продукции, а также провести демонстрацию работ со вспомогательными материалами для изготовления композитных деталей, таким образом, привлекая новых заинтересованных лиц и расширяя контакты. В целом, мероприятие для нас прошло вполне результативно. До встречи на «Композит-Экспо 2020».

Композитный мир | #3 (84) 2019

ООО «Остек-Тест», специализирующаяся на разработке и реализации комплексных проектов по оснащению промышленных предприятий высокоэффективным современным испытательным оборудованием, представила целый спектр решений для различного вида механических испытаний. Компания CGTech® — один из лидеров в области программного обеспечения для станочной симуляции, проверки и оптимизации управляющих программ представила программное обеспечение для программирования и симуляции процессов выкладки композитных материалов на автоматизированном оборудовании. На выставке «Композит-Экспо 2019» ООО «ДВИ ЕВРОТЕХ» представила решение задач соединения в процессе производства вакуум-формируемых композитных материалов с помощью термоклеевых систем специального назначения, которые подходят для позиционирования сетчатой арматуры, пены, бальзы, защитных плёнок, в том числе при производстве больших вакуум-композитных изделий. На стенде АО «НПО «СПЛАВ» были представлены образцы запорной арматуры, которые отвечают современным требованиям, предъявляемым к коррозиестойкости изделий. Арматура изготавливается из полимерных композиционных материалов на основе реакто- и термопластов и применяется в химической и нефтехимической промышленности, теплоснабжении и тепловых сетях. 24 апреля 2019 года в рамках деловой программы выставки в Конференц-зале, на территории экспозиции павильона 1 состоялись презентации компаний-участников рынка производства и применения композитных материалов. С докладами выступили: • Наталья Шнайдер, технический специалист Европейской технической службы Гексион ГмбХ (Германия) представила «Композиты на основе смол Cellobond™ — Решения, отвечающие самым высоким стандартам пожарной безопасности»; • Белобородов Дмитрий Михайлович, генеральный директор Компании Olin — «Эпоксидные смолы для композитов»;

Событие

• Любомир Тулах (Lubomir Tulach), к.т.н., торговый менеджер VUTS a.s. — «Чешские рубочные установки, накатные стойки и пропиточные линии», «Ткацкие станки для стекловолокна и базальтового волокна от фирмы ВУТС» и «Оборудование стекловолокна и экономия энергии» (Fibermech division of Mercurio 200)»; • Гонтюк Алексей Павлович, Эм-Эс-Си Софтвер РУС ООО — «Digimat — инновационное программное обеспечение корпорации MSC Software: от виртуальной разработки и испытаний композиционных материалов до моделирования и расчетов деталей из композитов»; • Матюхин Дмитрий Владимирович и Пальчиков Денис Сергеевич, ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова» — «Особенности экспериментального определения характеристик прочности композиционных материалов»; • Розова Елена Олеговна, представительство компании KOIMPEX S.r.l. в Москве – «Прогрессивные композитные технологии и высокотехнологичное итальянское оборудование»; • Рыбалко Вера Павловна, директор Инновационного центра «Полимер» Российского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева — «Полимерные ремонтные композиты для круглогодичного применения при строительстве и эксплуатации транспортных сооружений». Одновременно с «Композит-Экспо» прошла 11-я международная специализированная выставка «Полиуретанэкс», что позволило широкому кругу посетителей-специалистов дополнительно познакомиться

с инновационными технологиями и образцами готовой продукции из полиуретановых материалов, а также с ассортиментом клеевых и герметизирующих материалов. В 2019 году в выставке «Полиуретанэкс» приняли участие 70 экспонентов из 10 стран (Бельгия, Нидерланды, Германия, Италия, КНР, Венгрия, Республика Беларусь, Россия, Тайвань, Турция). В 2019 году на выставках «Композит-Экспо» и «Полиуретанэкс», на площади около 7000 кв. м разместились 205 экспонентов, в том числе 125 отечественных и 80 зарубежных из 18 стран мира. Выставки посетило более 15 300 посетителей. Это свидетельствует о возросших потребностях российского рынка в использовании современных инновационных материалов и технологий в различных отраслях промышленности. На сайте выставки www.composite-expo.ru можно посмотреть больше отзывов участников и полный фотоотчёт. Подписаться на новости выставки можно на странице «Композит-Экспо» в Twitter: www.twitter.com/ compoexporus.

Анонс Двенадцатая международная специализированная выставка «Композит-Экспо» пройдет в Москве с 21 по 23 апреля 2020 года в павильоне №1 ЦВК «Экспоцентр». В 2020 году по традиции одновременно с «Композит-Экспо» пройдет и международная специализированная выставка «Полиуретанэкс». Дополнительную информацию об участии в выставке Вы можете получить на сайте www.composite-expo.ru или в дирекции выставки по телефону +7 (495) 988 16 20 или e-mail: info@composite-expo.ru

Композитный мир | #3 (84) 2019

Отрасль

cmit.emtc.ru

Инновационный подход МИЦ «Композиты России» к подготовке инженеров В вопросах современного развития отечественных высоких технологий важной темой остается постоянная кооперация различных участников рынка между собой. Реализацию стратегий научно-технологического развития и формирования отраслей производства и потребления инновационной продукции рассматривают как представители федеральных органов исполнительной власти и высокотехнологичного бизнеса, так и научно-экспертных кругов. Их совместное взаимодействие позволяет охватить все звенья цепочки развития отрасли и ускорить темпы роста передовых направлений экономики, в частности, индустрии композиционных материалов. Современный мир уже невозможно представить без инновационных решений, изобретений, технологий и новых материалов. Более 90% отечественных компаний считают инновации решающим фактором развития, повышающим конкурентоспособность. Такой высокий спрос требует хорошей подготовки технических кадров, которых, к сожалению, не хватает. Инженеры — «композитчики» сейчас являются одними из самых востребованных специалистов, чей труд высоко оплачивается. Кроме того, профессия инженера вновь престижна и привлекательна для молодежи. «Сегодня в мировом образовании изучение композитных материалов является важной составляющей подготовки специалистов для различных отраслей промышленности. Считаю, что Московский государ-

Композитный мир | #3 (84) 2019

ственный технический университет им. Н. Э. Баумана (МГТУ им. Н. Э. Баумана) находится в числе лидеров по подготовке инженеров в области композитов в России. На базе ВУЗа работают наш инжиниринговый центр, магистратура, аспирантура, курсы повышения квалификации, которые готовят одних из лучших в стране композитчиков», — отметил Владимир Нелюб, директор МИЦ «Композиты России». Для крупномасштабного внедрения композитов в базовые отрасли промышленности и народного хозяйства необходимы новые решения. К сожалению, современные учёные, особенно молодые специалисты, сталкиваются с рядом сложностей на пути к созданию инновационных продуктов и выведению их на рынок. Существует множество талантливых разработок, но зачастую они не могут серьёзно заявить о себе. В МИЦ «Композиты России» реализуется подход так называемого наставничества талантливых ученых, поддержка стартапов. «Наша задача — создание комфортной и качественной образовательной среды для передачи знаний, помощи в их коммерциализации, запуска высокотехнологичных инновационных предприятий и внедрения новых технологий. Важно понимать, что от нынешних студентов, молодых ученых зависит то, как будет развиваться наша страна, формироваться экономика, как российские технологии будут выходить на экспорт, — уверен Владимир Нелюб. — Сейчас у нас в магистратуре обучается 23 студента. Все они

Отрасль работают над проектами, которые в дальнейшем, мы надеемся, будут успешно реализованы в бизнесе. Студенты получают грантовую поддержку в сумме от 500 000 до 2 000 000 рублей. Кроме того, со следующего учебного года в магистратуре будут повышены стипендии». Одним из примеров успешной реализации такого подхода в МИЦ «Композиты России» является работа магистранта МГТУ им. Н. Э. Баумана, основателя и генерального директора компании ZER.COMPOSITE, которая занимается разработкой и созданием изделий из углепластика: тюнингом и оснащением автомобилей, сувенирной продукцией. «Студент МГТУ им. Н .Э. Баумана Владислав Зернов получил грант на развитие своего проекта в размере полумиллиона рублей, — рассказывает Владимир Нелюб. — Молодым ученым достаточно трудно заниматься продвижением своих научных проектов. Вчерашний студент должен параллельно вести исследования, писать диссертацию и зачастую ещё преподавать. Сложности чаще всего возникают из-за недостаточной материальной базы. Материальная поддержка — это один из важнейших инструментов для стимула студентов, а вместе с тем и успешного развития науки, технологий, бизнеса». «Создание успешного инновационного бизнеса в отрасли материаловедения — процесс не из быстрых. В период обучения в университете я работал в Центре «Композиты России», где с интересом разбирался в вопросах создания, проектирования, производства различных изделий из композиционных материалов,

параллельно готовился к участию в конкурсе инновационных проектов «УМНИК» и к чемпионату профессионального мастерства по стандартам WorldSkills. Став победителем Национального межвузовского чемпионата «Молодые профессионалы» (WorldSkills) в компетенции «Технологии композитов» и победив в программе «УМНИК» на площадке рабочей группы «Аэронет», понял, что иду в верном направлении. А получив ещё больше практического опыта, я стал думать над созданием своего бизнеса — композиционные материалы для автомобильной индустрии. Идти по этому пути сложно, но каждый успешный шаг придает ещё больше сил и энергии, и у меня есть огромное желание развиваться», — поделился Владислав Зернов. Для увеличения отечественного производства и потребления инновационной продукции необходим «мостик» между наукой, образованием и предприятиями — производителями. Одной из составляющих такого моста являются инициативные предприимчивые высококвалифицированные специалисты, подготовка которых — одна из задач МИЦ «Композиты России». В период обучения студенты на практике под руководством ведущих учёных, академиков РАН, профессоров МГТУ им. Н. Э. Баумана изучают современное производство композитов. Практические работы выполняются на базе Центра. Во время обучения, а также по его завершении, у магистрантов есть возможность трудоустроиться на предприятия, входящие в состав Московского композитного кластера, объединяющего более 120 предприятий — ключевых игроков отрасли.

«Мы уверены, что только такой подход, объединяющий в период обучения изучение практических дисциплин и взаимодействие с бизнесом, предусматривающий финансовую поддержку, прививающий умение ориентироваться на рынках сбыта, позволит нашим выпускникам вывести науку и производство на новый конкурентоспособный мировой уровень», — считает Владимир Нелюб.

Композитный мир | #3 (84) 2019

Отрасль www.rusnano.com arwe-expo.ru

Перспективы ветроэнергетики в России Фонд инфраструктурных и образовательных программ выступил партнером Международного форума по возобновляемой энергетике ARWE 2019, который прошел в Ульяновске 22–24 мая 2019 года. Главной площадкой Форума стал Ульяновский наноцентр ULNANOTECH, входящий в инвестиционную сеть Фонда, создающую и развивающую нанотехнологические стартапы. О проделанной Группой «РОСНАНО» работе по развитию ветроэнергетики в России и планах на ближайшее десятилетие журналистам на форуме рассказал управляющий директор инвестиционного дивизиона ВИЭ (возобновляемых источников энергии) УК «РОСНАНО» Махмуд Буриханов. Он напомнил, что в свое время было принято решение одновременно инвестировать и в строительство ветропарков, и в локализацию компонентов ветроустановок. В программе локализации «РОСНАНО» является финансовым инвестором. Одобренная два года назад вместе с мировым лидером в области ветроэнергетики — датской компанией «Вестас» программа локализации касалась именно тех элементов ветроустановок, в которых безусловно присутствуют современные технологии — композитные материалы и соответствующие покрытия: башни и лопасти. Лопасти ветроустановок — это уникальные цельные композитные технологические изделия, которые начали производить в Ульяновской области. «Вестас» является одной из немногих компаний в мире,

Композитный мир | #3 (84) 2019

которая использует композитные пултрузионные профили из углеволокна для укрепления лопастей. Благодаря этой технологии можно наращивать длину лопасти без сильного увеличения веса. «Это уникальная технология в мире, и она есть у нас. Мы начали производить отечественные лопасти в рамках программы импортозамещения», — сказал Махмуд Буриханов. Ульяновскую область выбрали для локализации производства лопастей по той причине, что здесь есть хороший авиационный кластер, который способен освоить работу с композитными материалами. «Ну и конечно, политический ресурс губернатора Сергея Морозова, который позволяет реализовать большой производственный проект», — отметил Буриханов. Общий портфель заказов для предприятия — 1800 МВт (установка 3,6–4,2 МВт по три лопасти). Часть лопастей будет экспортирована за рубеж. У России специалист видит огромный потенциал в развитии ветроэнергетики: «У нас она только начинает появляться, только открывается новый большой рынок». Сейчас предприятие в Ульяновске нарабатывает опыт производства лопастей длиной 62 метра. Но после принятия программы развития ВИЭ на 2025–2035 годы, «надо удлинять лопасть, поднимать высоту башен, и работать над другими элементами», отметил представитель «РОСНАНО». Освоение новых технологий требует появления образовательных программ, и соответственно, развиваются научные исследования. Появляется весь

Отрасль цикл — наука, образование, производство. Работающие сейчас в Ульяновске специалисты прошли стажировку в Испании на производстве «Вестас», а затем передали полученный там опыт местным сотрудникам. Сейчас Московский государственный технический университет имени Баумана в партнерстве с Ульяновским государственным техническим университетом (УлГТУ) при поддержке Фонда инфраструктурных и образовательных программ разрабатывают первую программы профессиональной переподготовки в ветроэнергетике. Принимающая участие в этой работе руководитель R&D программ ООО «Альтрэн», заведующая базовой кафедрой УлГТУ и Ульяновского наноцентра «Технологии ветроэнергетики» Ольга Уханова рассказала журналистам, что разработка программы фактически завершена, летом начнется обучение пилотной группы специалистов «Вестас», энергетической компании «Фортум» и компании «Башни ВРС» (производитель башен для ветроустановок в Ростовской области). Это специальности строителей, проектировщиков, эксплуатационников ветроустановок, метеорологов, специалистов композитных производств, в том числе менеджмент. «Есть планы на основе разработанной программы сделать отраслевую магистратуру и привлечь к ее работе другие профильные вузы», — рассказала Ольга Уханова. По ее словам, программа будет весьма востребованной, так как с учетом мирового опыта, текущая программа развития ветроэнергетики до 2024 года создаст 8–12 тысяч рабочих мест. На Форуме Ольга Уханова провела круглый стол «Образовательные проекты для новой энергетики», в котором приняли участие представители РОСНАНО, МГТУ им. Н. Э. Баумана, Казанского государственного энергетического университета, МФТИ, Московской школы управления Сколково, Санкт-Петербургского политехнический университета. Университеты и компании поделились своим опытом обучения студентов, кейсами программ подготовки по направлению альтернативной энергетики и планами по развитию образовательных программ. Результатом круглого стола стало решение о создании консорциума вузов, реализующих образовательные программы в сфере возобновляемой энергетики для координации работы по развитию этого нового направления подготовки специалистов, для создания профстандартов, совместных проектов в сфере трансфера образовательных программ и международного сотрудничества. Одна из сессий Форума была посвящена развитию возобновляемой энергетики в Арктике. В ней приняли участие представители ООО «Альтрэн» — дочерней компании ULNANOTECH. «Дискуссия была посвящена перспективам развития возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в удаленных населенных пунктах, в том числе на арктических и изолированных территориях. С участниками обсудили какие шаги нужны со стороны коммерческих участников рынка, научно-исследовательских организаций, со стороны регуляторов и со стороны заказчиков, которыми

Ветряная электростанция в Мурманске

являются муниципальные энергогенерирующие компании или крупные сетевые компании», — уточнил заместитель генерального директора ООО «Альтрэн» Дмитрий Степанов. Представители «Альтрэн», как постоянные участники рабочей группы Национальной технологической инициативы по разработке решений на основе автономных гибридных энергосистем для изолированных районов, выступили на сессии «Реализация комплексных пилотных проектов «ЭнерджиНет» в регионах на примере Ульяновской области». В дискуссии были затронуты перспективы реализации комплексных пилотных проектов в регионах в направлении активных энергокомплексов, технологий управления спросом, промышленных накопителей энергии, электроснабжения изолированных территорий. Фонд инфраструктурных и образовательных программ организовал на Форуме ARWE 2019 фотовыставку «Время новой энергии». Она посвящена действующим станциям ВИЭ и предприятиям, производящим оборудование для них. Все они созданы при поддержке «РОСНАНО». Это солнечные и ветряные станции, предприятие «Хевел» по производству солнечных панелей в Чувашии, заводы по производству основных компонентов ветроэнергетических установок: лопастей — в Ульяновской области, гондол — в Нижегородской области, башен — в Ростовской области.

Композитный мир | #3 (84) 2019

Отрасль Лагутин Леонид Андреевич инженер-строитель l-lagutin@mail.ru

От единичных изделий до крупных объектов 21 мая 2019 года временно исполняющий обязанности губернатора Санкт-Петербурга Александр Беглов подписал распоряжение Правительства Санкт-Петербурга, утверждающее программы развития пяти территориальных кластеров Санкт-Петербурга на 2019–2021 гг. В число приоритетных направлений расходов бюджета Санкт-Петербурга включен, в том числе и композитный кластер. Это к уже имеющимся семи «старым» кластерам, заявленным прежней командой губернатора. Но хватит ли выделенных денег на все двенадцать направлений? Надеюсь, к 2020 году Президент Российской Федерации спросит, вернее должен спросить о выполнении экономических задач по возвращению технологического лидерства. О чем он заявил, представляя Экономическую программу в 2012 году. А производство композитных материалов (КМ) как раз входит в перечень указанных в ней шести направлений. Поэтому и появляется надежда на то, что в нашем субъекте Федерации, да и во всем Северо-Западном федеральном округе, развитие в композитной отрасли затронет не только судостроение, где «Средне-Невский судостроительный завод» успешно строит минные тральщики и пассажирские катамараны из композитов. Успехи внедрения КМ в судостроении, безусловно, нас радуют. Так в Ленинградской области ООО

Композитный мир | #3 (84) 2019

«Винета» производит маломестные катера из КМ, необходимые для служб спасения, охраны водных границ и государственных ресурсов, да и нужные частным лицам. Сложнее обстоит дело с внедрением композитных материалов во все области строительства: промышленно-гражданское (жилые дома, промышленные здания и сооружения, торговые и культурные объекты), транспортное (мосты, метро, автомобильные и железные дороги), ландшафтное (скверы, парки и зоны отдыха взрослых и детей). Строительство зачастую является локомотивом прогресса. А внедрение в данную отрасль композитных материалов становится обоснованной заменой традиционно используемых дерева и металла. Так как позволяет выйти на новый уровень жизни, помогает сохранить как природные, так и финансовые ресурсы, увеличивая срок службы и безремонтной эксплуатации зданий, сооружений, элементов благоустройства и инфраструктурных объектов. Не стоит забывать, что Россия прирастает Крайним Севером и Сибирью. Строительство на вечной мерзлоте и хлябах болотных вдоль всего Северного морского пути (СМП) и в Арктике возможно зачастую только из легких и прочных амагнитных коррозионностойких композиционных материалов, срок службы которых исчисляется десятками лет. Именно поэтому завод композитных изделий «Эрсте» (Ленинградская обл.) представил на выставке «ИнтерСтройЭкспо», проходившей в апреле 2019 года в Санкт-Петербурге, в КВЦ «ЭКСПОФОРУМ», не только образцы единичных изделий из композитов: решетчатые настилы, пандусы для инвалидов, перила и ограждения, уличные опоры освещения и скамейки, ящики для песка и реагентов,

Отрасль но и два проекта цельных строительных объектов. Первый — это ангар-склад для соли и удобрений с шириной фермы, равной длине профилей в 15,5 м и высотой с колонну из широкополочного двутавра в 7,5 м. Стены и кровля ангара выполнены из гладкого и профилированного листа торговой марки «Эрсте». Второй — это модуль-киоск размером 2,4×6,0×2,4 м с каркасом из квадратной трубы 100×100×6 мм. Стены и кровля киоска тоже выполнены из гладкого и профилированного листа «Эрсте». Элементы для сбора обоих проектов запущены в производство на автоматической линии в марте этого года. Но внедрение подобных объектов и изделий затруднено зачастую отсутствием сведений или банальным нежеланием у потенциальных заказчиков, особенно со стороны государственных структур и организаций, принимать и понимать информацию о существовании и преимуществе композитных изделий и возможностях замены ими менее долговечных деревянных или металлических. К сожалению, при выборе того или иного материала лишь в последнюю очередь заказчик оценивает стоимость жизненного цикла и последующей эксплуатации изделия, а в первую очередь смотрит на изначальную цену — параметр, по которому композиты пока проигрывают традиционным материалам. Но кто же любит считать на перспективу? Ведь на следующий год будет другой бюджет, и можно добавлять и добавлять строку с расходами на капитальный ремонт. Вот и красят каждый год опоры освещения, ограждения автодорог и перила мостов, а композитные любого цвета, окрашенные в массе, стояли бы годы. Только от грязи и пыли отмывать надо. Надеюсь, что представители органов исполнительной власти, государственных заказчиков и компаний с государственным участием, читающие данный журнал, а также являющиеся участниками многих отраслевых мероприятий, где регулярно презентуются новинки композитной отрасли, задумаются над вопросами долгосрочной оптимизации затрат и обратят внимание на продукцию компаний нашей отрасли. Разве Санкт-Петербургу, Ленинградской области, да и другим регионам не нужны легкие, переносные, красивые киоски, соответствующие новому ГОСТу для торговли? Для очистных сооружений не нужны склады для соли, а для улиц, парков и скверов — разноцветные ограждения, пешеходные мостики, опоры освещения, скамейки, пандусы для инвалидов и так далее? Почему только за границей, особенно в Голландии, возводят мосты через реки и каналы из КМ, а в Англии еще пять лет назад установили подъемный автодорожный мост из композитов длиною 8,2 м и весом всего 4,5 т при площади 35 м². Неужели мы не можем возвести подобное? Я узнавал у специалистов — МОЖЕМ! И проектировщики, и строители, и материалы у нас есть, но они такие никому не нужны: ни власти, ни частным инвесторам. Первым, потому что это будут совершенно другие люди и предприятия, далекие и незнакомые власти, а вторым — как и первым, но еще и забот больше. Так обстоят дела с возведением мостов. А как будут при строительстве

недавно задекларированного властями пассажирского железнодорожного кольца внутри Санкт-Петербурга на 200 млрд. рублей из федерального бюджета? Не хочется быть пессимистом, но и опять композитам там не будет места по выше сказанной причине. Железо и бетон находятся в руках людей, хорошо знакомых государственным заказчикам. За примерами ходить далеко не надо — это Крымский мост и стадион на Крестовском острове в Санкт-Петербурге, Олимпийские объекты в Адлере, где из композитных материалов только на последнем были выполнены всего 5 олимпийских колец и то на фасаде вокзала. О чем с упоением показывали народу по телевидению. Да и руководство Октябрьской железной дороги не очень принимает композиты. За последние десять лет была построена только одна высокая пассажирская платформа из композитов на станции Елизаветино. В то время как на Московской железной дороге за тот же период — около десяти. Другие композитные изделия, такие как: водоотводные лотки, опоры контактной сети и траверсы на них — этим ведомством не приветствуются, хотя и выпускаются отечественными производителями. Мне кажется, что одним из основных шагов к массовому применению композитных материалов во всем строительном комплексе станет решение вопроса выпуска и актуализации до 2020 года нормативно-технических документов (ГОСТ и СП), регламентирующих производство и применение в строительстве профильных изделий из композитов (уголков, швеллеров, двутавров и прочих). За примером далеко ходить не надо: утверждение в 2015 году НТД на арматуру композитную полимерную резко увеличило спрос на нее и способствовало её активному применению при сооружении фундаментов и цокольной части зданий на всей территории России. Несмотря на описанные проблемы, производители и нашего региона, да и всей страны стараются не опускать руки и продолжают предлагать новые высококачественные решения на основе композитов для различных отраслей промышленности.

Композитный мир | #3 (84) 2019

Отрасль

Консалтинговая группа «ТЕКАРТ» | www.techart.ru Департамент маркетингового анализа | www.research-techart.ru

Российский рынок композитной арматуры. Итоги 2018 Композитная арматура далеко не новый продукт на российском рынке: первые исследования в этой области проводились еще в 60-х годах прошлого века, а практическое применение неметаллической арматуры в конструкциях из легких бетонов, сваях и фундаментах началось с середины 70-х годов. Тем не менее, промышленное производство композитной арматуры в то время организовать не удалось. На сегодняшний день, удельный вес композитной арматуры, согласно оценкам участников рынка, составляет 7–10% от совокупного объема рынка строительной арматуры. При этом данный сегмент развивается значительно более интенсивными темпами нежели традиционный стальной. В 2014–2017 гг. национальный спрос на композитную арматуру ежегодно демонстрировал положительную динамику под влиянием роста спроса со стороны потребителей, ориентированных на поиск наиболее эффективных и экономичных решений. По оценке «Текарт», в 2018 году объем рынка составил ≈152 млн пог. м (13,7 тыс. тонн), увеличившись на 8,3% по сравнению с показателями предшествующего года. Стоит отметить, что в настоящее время отечественный спрос на композитную арматуру полностью удовлетворяется за счет отечественного производства, импорт полностью отсутствует. Под влиянием роста спроса количество производителей композитной арматуры на российском рынке также ежегодно увеличивается. Еще в 2012 в стране насчитывалось всего около 20 предприятий, в 2013 — 43, млн. пог. м тыс. тонн

151.8 140.3

128.4

12.5

11.3

2016

2017

13.7

2018

Рисунок 1. Объем и динамика российского рынка композитной арматуры в 2016–2018 гг., в натуральном выражении (источник: «Текарт» на основании экспертного опроса и собственных расчетов)

Композитный мир | #3 (84) 2019

в 2017 — 95. На сегодняшний день в стране производство осуществляют уже 130 компаний с учетом не сертифицированных и мелких («гаражных») производств. По оценке «Текарт», наибольшую долю рынка композитной арматуры (12,8%) в 2018 году занимало ООО «НПК «Армастек» (г. Пермь) — объем сбыта компании составил около 20 млн пог. м товарной продукции. На втором месте располагалось ООО «Гален» (Чувашская Республика) — на его долю пришлось ≈7% или 11 млн пог. м. Тройку лидеров замыкал «Бийский завод стеклопластиков» (Алтайский край) с долей 5,3% в натуральном выражении, реализовавший около 8 млн пог. м. Что касается товарной структуры, то в отличие от мирового, на российском рынке композитной арматуры представлены всего два типа продукции — стеклопластиковая и базальтопластиковая. При этом, важно отметить, что Россия на сегодняшний день является одной из немногих стран мира, владеющей технологией производства базальтового волокна, поэтому в структуре национального спроса разрыв между данными типами арматуры не столь велик, как на глобальном рынке: доля стеклопластиковой арматуры в 2018 году составляла 65,0%, базальтопластиковой — 35,0%. В качестве основного конкурентного преимущества стеклопластиковой арматуры выделим значительно более низкую стоимость в сравнении с базальтопластиковой. Углепластиковая, а также арамидная арматура в России к настоящему моменту не производятся, что обусловлено, в первую очередь, с высокой стоимостью углеродных и арамидных волокон. Потребление композитной арматуры в России ограничивается двумя основными сферами: промышленно-гражданским строительством (ПГС), на которое приходится ≈85% спроса, и дорожным строительством. В сфере промышленно-гражданского строительства можно выделить 3 основные группы потребителей композитной арматуры: • заводы ЖБИ, комбинаты ЖБК и аналогичные предприятия, выпускающие сборный железобетон;

Отрасль • компании, осуществляющие строительство промышленно-гражданских объектов; • частные застройщики. По оценке «Текарт», наибольший объем потребления композитной арматуры (59%) в сегменте ПГС приходится на частных застройщиков, строительные компании занимают около 27%, заводы ЖБИ и ЖБК — 15%. Отметим, что развитие спроса на данный продукт в сегментах сборного и монолитного железобетона сдерживается тем фактом, что композитная арматура не может применяться при армировании несущих конструкций в многоэтажном домостроении, а также в конструкциях и перекрытиях, к которым предъявляются повышенные требования по огнестойкости. Таким образом, основной сферой приложения композитной арматуры в данных сегментах остается армирование фундаментов. Кроме того, в последние годы композитная арматура все более широко применяется для укрепления промышленных полов, что помогает снизить затраты, а также обеспечить высокую щелочестойкость и влагостойкость бетонного изделия. Материал отлично противостоит нагрузкам (например, вибрациям) и коррозии, что делает его наиболее привлекательным для применения в строительстве метрополитена и шахт. Основная сфера применения композитной арматуры в сегменте частной застройки — армирование фундаментов и кирпичной кладки. Таким образом, на данный сегмент в меньшей степени оказывает влияние отсутствие развитой нормативной базы в области армирования бетонных конструкций. Сегмент дорожного строительства следует рассматривать как весьма перспективный с точки зрения потенциального потребления композитной арматуры в следующих направлениях: • армирование асфальтобетонного покрытия: замена металлической арматуры на композитную позволяет устранить колейность, предотвратить разрушение покрытия от образования различных трещин, обеспечить гарантийный срок службы дороги; • изготовление бетонных плит для покрытий внутрипостроечных, объездных временных автомобильных и прочих дорог с полной заменой металлической арматуры на композитную арматуру; • укрепление откосов насыпей, берегов водоемов; • строительство оснований и откосов дорог; • строительство подпорных стенок; • укрепление дорожного полотна. Дальнейшее развитие российского рынка композитной арматуры в большей степени будет зависеть от качественных факторов, нежели от объемов многоэтажного и монолитного домостроения, производства железобетонных изделий. В качестве драйверов, которые в краткосрочной перспективе будут способствовать росту рынка, следует отнести:

ООО «НПК «Армастек»

59,3

ООО «Гален»

3,6

ООО «БЗС»

3,6

ООО «Нармида» (НЗК)

АО «Стеклонит»

4,3

ООО «Композит Груп»

5,3

ООО «Ярославский завод композитов»

7,1

Прочие

12,8

Рисунок 2. Структура российского рынка композитной арматуры в разрезе производителей в 2018 году, % от общего объема рынка в натуральном выражении (источник: «Текарт» на основании открытых источников информации и собственных расчетов)

• введение в 2018 году свода правил по расчету и проектированию конструкций с применением композитной арматуры (СП 295.1325800.2017), в котором указаны нормативные и расчетные характеристики композитной арматуры, порядок расчета конструкций по предельным состояниям первой и второй групп, приведены требования для проектирования конструкций с предварительно напряженной композитной арматурой; • динамику цен на стальную строительную арматуру, напрямую зависящую от динамики цен на российский металлопрокат; • усиление степени информированности потенциальных потребителей региональных рынков (Сибирь, Урал, Юг, Дальний Восток, Северный Кавказ) о преимуществах композитной арматуры; • наращивание позитивного опыта эксплуатации композитной арматуры в российских условиях, в том числе, в масштабных проектах. В тоже время барьерами развития рынка выступают: • консервативность отраслей промышленно-гражданского и дорожного строительства в отношении применения инновационных продуктов; • малоразвитая нормативная база в сегменте дорожного строительства, определяющая требования к свойствам, методам, испытаниям и методикам расчета композитной арматуры; • отсутствие программ и готовых моделей для расчета конструкций, использующих композитную арматуру; • недостатки арматуры, а именно, низкая пожароустойчивость — композитная арматура теряет свои свойства при температуре плавления более 200°C. Таким образом, по прогнозам «Текарт», под влиянием указанных факторов, в 2021 году объем российского рынка композитной арматуры составит немногим более 200 млн пог. м (≈19 тыс. тонн). Среднегодовой темп прироста составит 7,5%.

Композитный мир | #3 (84) 2019

Материалы

www.cp-vm.ru

Вакуумная пленка Вакплен Отечественный производитель вакуумных расходных материалов — компания «Композит-Изделия» представляет новую вакуумную пленку Вакплен-ВТ-177. Эта пленка появилась в результате развития технологии производства полиамидных пленок. Вакплен-ВТ-177, в отличие от уже зарекомендовавшей себя на российском рынке Вакплен-ВТ, многослойна. Многослойная конструкция пленки делает ее менее зависимой от влажности в помещении. Она лучше удерживает влагу внутри себя, в то время как однослойные при низкой влажности быстро становятся жесткими и хрупкими. Так же многослойная структура пленки лучше сопротивляется проколам и другим внешним механическим воздействиям. Каждый слой полимера в пленке работает независимо. Пленки Вакплен-ВТ-177 предпочтительней при работе с агрессивными фенольными связующими. Еще одно преимущество многослойной пленки — большая мягкость. Это делает ее более удобной в работе, пленка лучше ложится в сложные формы. Сравнительные лабораторные испытания механических свойств пленок Вакплен-ВТ и Вакплен-ВТ-177 приведены на рисунке 1. Обе пленки подтвердили свои заявленные характеристики, а Вакплен-ВТ показала двойной запас прочности на разрыв. Таким образом, пленка Вакплен ВТ-177 дополнила ассортимент вакуумных пленок, предлагаемых компанией «Композит-Изделия», заняв место между Вакплен 150 — многослойной мягкой и эластичной полиолифиновой пленкой, хорошо зарекомендовавшей себя в инфузионных процессах и подформовках, и Вакплен ВТ — надежной термостойкой пленкой для автоклавных процессов. Пленка Вакплен-ВТ-177 успешно прошла цеховые испытания на крупных предприятиях и уже доступна к заказу в рулонах различной ширины сложением полурукав и рукав.

Композитный мир | #3 (84) 2019

Материалы

Материал пленки

Прочность МПа

Макс. рабочая температура ˚С

Макс. удлинение %

Цвет

Вакплен-ВТ-177

Многослойная полиамидная

177

400

Розовый

Вакплен-ВТ

Полиамидная

205

400

Зеленый

Название

Материалы

www.inp.nsk.su

Радиационностойкие композиты

Космическая и авиационная техника, оборудование атомных электростанций, равно как и большие физические установки, в частности ускорительные комплексы, работают в жестких условиях эксплуатации. Использование композитных материалов для изготовления несущих конструкций и оборудования позволяет существенно уменьшить их вес при сохранении требуемых прочностных свойств. Специалисты Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) провели сравнительные исследования радиационной стойкости широко используемой эпоксидной смолы и разработанных в ООО «Синтез-проект» (входит в группу компаний Научно-исследовательского института космических и авиационных материалов (НИИКАМ)) олигоциануратного (цианатэфирного) связующего и композитных материалов на его основе. В результате исследований было показано, что радиационная стойкость олигоциануратного связующего в 4–5 раз выше, чем у эпоксидных смол, традиционно используемых для изготовления электроизоляции фокусирующих, корректирующих и отклоняющих электромагнитов ускорителей и ускорительных комплексов. Космические летательные аппараты работают в очень жестких условиях эксплуатации — высокий вакуум, радиационная нагрузка, широкий диапазон температур с резкими перепадами. Материалы, из которых они изготавливаются, должны быть очень прочными – чтобы выдержать перегрузки при старте. На сегодняшний день рекордсменом по удельной прочности и жесткости являются углепластики. Углепластик состоит из двух материалов: армирующего углеродного волокна и полимерной матрицы (связующего). Прочностные характеристики материала на растяжение обеспечиваются в основном за счет углеволокна. За остальные механические параметры, такие как прочность на сжатие и сдвиг, в основном отвечает связующее. Именно поэтому качество связующего критически важно. В последние годы наилучшие параметры углепластиков обеспе-

Композитный мир | #3 (84) 2019

чивало цианатэфирное связующее. Углепластики на основе этого полимера, производящегося в США и Англии, широко применяются в космической отрасли за рубежом, но в Россию сегодня не поставляются. «Один из лучших на сегодняшний день вариантов связующего для композитных материалов — цианатэфирные связующие, — комментирует директор «Синтез-проект», научный сотрудник НИИКАМ, кандидат химических наук Илья Вихров. — Этот уникальный класс полимеров обладает лучшими, чем у эпоксидной смолы, параметрами жесткости и трещиностойкости. «Синтез-проект» организовал разработку и выпуск собственного олигоциануратного связующего для композитных материалов космического назначения». Поскольку долговечность работы космических летательных аппаратов на орбите в значительной степени определяется радиационной стойкостью их конструкционных материалов и оборудования, специалистам «Синтез-проект» нужно было определить максимальную дозу радиации, при которой цианатэфирное связующее и композитные материалы на его основе будут сохранять свои свойства. Один из немногих в России научно-исследовательских институтов, способных провести подобные исследования и набрать сверхвысокую дозу радиации, — ИЯФ СО РАН. «На протяжении десятилетий для различных экспериментальных работ, в том числе для изучения новых радиационных процессов и разработки технологий, а также для исследований радиационной стойкости композитных материалов, в ИЯФ СО РАН используется ускоритель электронов ИЛУ-6, — рассказывает старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН, кандидат

Материалы

Цианатэфирный углепластиковый сотовый заполнитель для сэндвич-панелей производства НИИКАМ (фото: НИИКАМ)

технических наук Михаил Коробейников. — Мы провели испытания радиационной стойкости четырех типов образцов: собственно эпоксидного и цианатэфирного связующих, стеклопластика и углепластика на основе цианатэфирного связующего. Исследования проводились при дозах 10, 20, 50, 100, 200, 500 МГр. Набор дозы 500 МГр потребовал работы в течение месяца. Температура образцов в процессе обработки не превышала 55°С. Размеры всех образцов были 10×50×2 мм — стандартные для измерения механических параметров материалов». Значения модуля упругости и предела прочности при статическом изгибе у образцов определялись по стандартным методикам после набора заданных доз. Было установлено, что остаточная прочность эпоксидного связующего после набора дозы 50 МГр падает до 80% от первоначального значения, после чего начинает резко снижаться. Остаточная прочность олигоциануратного связующего, разработанного «Синтез-проект», существенно падает только после набора дозы 200 МГр — до 60%. Несмотря на потерю прочности собственно цианатэфирного связующего при дозах свыше 200 МГр, механические параметры углепластика с этим связующим остаются неизменными вплоть до дозы 500 МГр, стеклопластик с тем же связующим после набора такой высокой дозы сохранил 70% от исходной прочности.

Эта доза (500 МГр) на два порядка превышает дозу, набираемую космическими летательными аппаратами в реальных условиях. Для примера, работающий на геостационарной орбите аппарат в течение 15 лет набирает дозу порядка 3 МГр. Работа со сверхвысокими дозами интересна и важна для изучения поведения конструкционных материалов в условиях длительной работы при повышенном радиационном фоне, например, в ускорительных установках нового поколения. По словам Ильи Вихрова, результаты исследования показали, что композитные материалы на основе цианатэфирного связующего, разработанного и выпускаемого в «Синтез-проект», соответствуют требованиям авиакосмической отрасли. Также эти композитные материалы могут найти применение в других областях, где оборудование подвергается большим радиационным нагрузкам, например, в атомной промышленности, в физике высоких энергий. ИЯФ СО РАН и «Синтез-проект» планируют продолжить эти исследования. Одно из интересных направлений работ — изучение возможностей электронно-лучевой обработки для отверждения отечественного цианатэфирного связующего. Это позволит повысить качество композитного материала и ускорить процесс превращения жидкого связующего и армирующего материала в единое целое. Эта задача актуальна для крупносерийного производства.

Композитный мир | #3 (84) 2019

Оборудование www.nordson.com

Эффективное и экологичное решение для дозирования двухкомпонентных жидкостей Сминаемые картриджи Film-Pak® представляют собой экологически эффективное и безопасное решение для упаковки и дозирования двухкомпонентных жидкостей, например, промышленных адгезивов и герметиков. Инновационная технология на основе пленки позволяет этому картриджу сжиматься до размера крышки по мере дозирования жидкостей. Семь полностью использованных сжатых Film-Pak соответствуют объему одного жесткого картриджа, что позволяет уменьшить количество отходов и снизить объём утилизируемых упаковок более чем на 85 %. Картриджи Film-Pak дают аналогичные свойства смеси, но при этом значительно сокращают затраты конечного пользователя на утилизацию. Кроме того, их использование способствуют снижению выбросов углекислого газа в атмосферу, что обеспечивает реализацию экологических инициатив компании.

Film-Pak действительно является упаковкой нового поколения. Он обеспечивает те же характеристики качества, что и стандартные картриджи, но с одним существенным отличием — он уменьшает объем отходов упаковки более чем на 85%. Стивен Суханек, менеджер по глобальной линии продуктов 2K, Nordson EFD

Композитный мир | #3 (84) 2019

Оборудование

Кроме того, картридж Film-Pak совместим с большим диапазоном стандартных статических смесителей, а также пистолетов и распылительных систем для двухкомпонентного (2K) дозирования при использовании многоразовой жесткой кассеты со встроенными плунжерами. Доступны и специализированные пистолеты для дозирования со встроенными кассетами Film-Pak. Инновационная многослойная пленка Film-Pak позволяет продлить срок хранения упакованных жидкостей. Эта пленка инертна к большинству жидкостей, благодаря чему технологам рецептур жидкостей проще формировать запасы картриджей 2K. Каждый слой пленочной упаковки планкирован с уникальной крышкой Film-Pak, предотвращающей утечки. Наличие заглушки на выходах форсунок позволяет пользователям сохранять двухкомпонентные жидкости и использовать их в дальнейшем, что снижает объем отходов. Быстрое и простое заполнение обеспечивается через форсунки для жидкостей с низкой вязкостью или через уникальные порты в крышках Film-Pak для жидкостей с высокой вязкостью.

О Nordson EFD Компания Nordson EFD разрабатывает и производит системы точного дозирования жидкости для настольных сборочных процессов и автоматических сборочных линий. Позволяя производителям наносить из раза в раз одинаковое количество клея, смазки или другой монтажной жидкости на каждую деталь, системы дозирования EFD помогают компаниям из разных отраслей промышленности увеличивать производительность, улучшать качество и снижать производственные затраты. Другие возможности управления жидкостями включают в себя высококачественные шприцы и картриджи для упаковки одно- и двухкомпонентных материалов, а также широкий ассортимент фитингов и соединителей для контроля потока жидкости в медицинской, биофармацевтической и промышленной среде. Компания Nordson EFD является ведущим разработчиком специальных паяльных паст для дозирования и печати в электронной промышленности.

Композитный мир | #3 (84) 2019

Применение Холодников Ю. В. Альшиц Л. И. Дербышев А. С. ООО СКБ «Мысль», г. Екатеринбург

Применение композитов в оборудовании для химических производств. Часть 1 Литература 1. Воробьева Г. Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств. М.: Химия, 1975. - 815 с. 2. Машиностроительные материалы. Краткий справочник/ Под ред. В. М. Раскатова. – М.: Машиностроение, 1980. – 511 с. 3. Коррозия. Справ. изд./ Под ред. Л. Л. Шрайера. Пер. с англ. – М.: Металлургия, 1981. – 632 с. 4. Коррозионная и химическая стойкость материалов. Справочник /Под ред. Н. А. Доллежаля. – М.: Машгиз, 1954. – 570 с. 5. Каменев Е.И. и др. Применение пластических масс /Справочник. – Л.: Металлургия, 1985. – 448 с. 6. Калинчев Э. А., Соковцева М. Б. Выбор пластмасс для изготовления и эксплуатации изделий / Справочное издание. – Л.: Химия, 1987. – 416 с. 7. Кацнельсон Э. Л., Балаев Г. А. Пластические массы. Свойства и применение / Справочник. – Л.: Химия, 1978. – 384 с. 8. Дербышев А. С. Разработка технических материалов и рекомендаций по применению неметаллов в качестве конструкционных материалов и покрытий оборудования и трубопроводов вакуум-выпарных и кристаллизационных установок АО «СвердНИИхиммаш»/ справочное пособие. – Екатеринбург: АО «СвердНИИхиммаш», 2019 г. – 293 с. 9. Холодников Ю. В., Альшиц Л. И., и др. Промышленные композиты. Возможности и перспективы/ Изд.: LAP LAMBERT Academic Publishing. GmbH & Co.KG., 2016 г. – 455 с. 10. Холодников Ю. В., Альшиц Л. И. Футеровка технологического оборудования и строительных конструкций композиционными материалами. Справочное пособие. – Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. горного ун-та, 2013 г. – 145 с. 11. ГОСТ Р 55073-2012 Химостойкие полимерные композиты для ремонта технологических трубопроводов. Общие технические условия. 12. ГОСТ Р 55074-2012 Химостойкие полимерные композиты для футеровки технологических емкостей. Общие технические условия.

Композитный мир | #3 (84) 2019

Применение ООО СКБ «Мысль» уже почти 20 лет занимается разработкой, исследованием и практическим внедрением композитов, предназначенных для защиты технологического оборудования от воздействия химически агрессивных производственных факторов. В цикле статей мы представим результаты лабораторных исследований стойкости композитов в различных химических средах: серной, соляной, фосфорной, плавиковой и азотной кислотах, а также в щелочных растворах, — выполненных в лаборатории коррозионного мониторинга и защиты металлов от коррозии АО «СвердНИИхиммаш» в 2006–2017 годах. Анализ статистических данных о выходе из строя технологического оборудования химических производств вследствие коррозионных повреждений показывает, что разрушения из-за сплошной коррозии составляют — 31%, коррозионного растрескивания — 22%, питтинга — 16%, межкристаллитной коррозии — 10%, кавитации и эрозии — 9%, коррозионной усталости — 2%, других видов коррозии — 10%. Хотелось бы сразу отметить, что не только указанные выше виды коррозии воздействуют на оборудование и трубопроводы, вызывая их разрушение, кроме них воздействуют и 10% других видов коррозии — щелевая, контактная, коррозия язвами и другие. Таким образом, в условиях эксплуатации оборудования химических производств можно встретить агрессивную среду, которая сможет вызвать полный спектр разнообразного коррозионного воздействия даже на высоколегированные сплавы, из которых, как правило, оборудование и изготавливают. Из данных [1–7] известно, что некоторые неметаллы обладают значительной химической стойкостью в кислых, нейтральных и щелочных средах и применяются для изготовления изделий и нанесения покрытий на изделия, обеспечивая тем самым их длительную эксплуатацию. Серьезным препятствием широкого применения неметаллов в различных отраслях промышленности является их низкая термостабильность, то есть способность к разрушению при определенной температуре. Защиту от коррозии оборудования и трубопроводов в растворах солей, кислот, щелочей и в других средах различной концентрации наиболее эффективно можно осуществить применением композитов на

основе химически стойких бисфенольных и эпоксивинилэфирных смол. Их можно использовать как в качестве покрытий, так и при изготовлении из них отдельных деталей, емкостей и прочего. При этом применение композитов позволяет увеличить срок службы оборудования в несколько раз. Композиты на основе указанных смол имеют широкий температурный диапазон применения в агрессивных средах (до +160°С), обладают высокой адгезией к металлу, бетону; прочностью, сопоставимой с прочностью металлов; противостоят действию ударных и динамических нагрузок и стойки к воздействию потока жидкости, содержащего твердую фазу. Следует отметить, что данные по химической стойкости неметаллических материалов, приводимые разными авторами, иногда резко различаются и пользоваться ими не рекомендуется без экспериментальной проверки применительно к конкретным условиям эксплуатации оборудования и трубопроводов. В научно-технической литературе для сравнительной оценки стойкости неметаллов (кроме резин) пользуются изменением массы или объема образцов, иногда размера образцов, их прочности и эластичности, твердости, диэлектрических свойств. Часть испытаний проводят по соответствующим государственным стандартам, часть испытаний выполняют по специально разработанным нормативным документам. В России и за рубежом принята бальная оценка химической стойкости полимерных материалов. За рубежом наиболее часто встречается 4-бальная оценка химической стойкости пластмасс, а в России используют 3-бальную систему по ГОСТ 12020-2018 «Методы определения стойкости к действию химических сред». Для испытаний из исследуемых листовых неметаллических материалов изготавливали образцы размером 20/50×30×2/5 мм, а из труб — отрезки высотой 30–40 мм. Перед испытаниями поверхность образцов из неметаллических материалов подвергалась проверке на наличие вздутий, сколов, трещин, раковин и других дефектов. Дефектные образцы ремонтировали или

Таблица 1. Оценка стойкости неметаллических материалов по 4-бальной и 3-бальной системам. Оценка стойкости

Условное обозначение стойкости

Изменения, % (не более) массы

прочности

±2

±5

4-бальная система Вполне стойкие Стойкие

±10

±10–15

Относительно стойкие

±15

±15–20

Нестойкие

Разрушается 3-бальная система

Стойкие

±3–5

±15

Относительно стойкие

±8

От 15 до 25

Нестойкие

более ±8

более 25

Композитный мир | #3 (84) 2019

Применение

Рисунок 1. Внешний вид установки для проведения статических испытаний образцов композитов в водных растворах при кипении.

Рисунок 2. Внешний вид образцов, изготовленных для испытаний покрытий в химически агрессивном растворе при разряжении вакуумной системы.

отбраковывали. Затем образцы измеряли штангенциркулем, обезжиривали этиловым спиртом, сушили и взвешивали на аналитических весах с точностью до 0,001 грамма. В каждом испытании использовали по три параллельных образца каждого материала. Выдержка образцов неметаллических материалов в агрессивных средах проводилась в герметичных фторопластовых, титановых или стеклянных стаканах с крышками или в стеклянных колбах. В зависимости от условий в емкостях поддерживалось атмосферное или повышенное давление или создавалось разряжение [8]. Размещение образцов проводилось таким образом, чтобы образцы не касались друг друга, стенок и дна стаканов или колб. Каждый материал испытывался в отдельной емкости — в стаканах из фторопласта и титана или в стеклянной колбе (рисунок 1). Внешний осмотр образцов без их выгрузки из емкостей проводился через каждые 100 часов испытаний и/или при смене раствора в емкостях. При разрушении образца или появлении на его поверхности значительных трещин, существенного изменения структуры, плотности, цвета, механических свойств образец выгружался из емкости, и испытания прекращались. После окончания испытаний образцы неметаллических материалов промывали дистиллированной водой, протирали фильтровальной бумагой, сушили, протирали спиртом, взвешивали на аналитических весах, определяли линейные размеры, оценивали изменение внешнего вида и цвета путем визуального сравнения с образцом, не подвергнутым испытанию. Также оценивали изменение механических свойств и структуры образцов материалов до и после испытаний. Изменение массы образца после испытаний в процентах привеса или потери массы вычисляли по формуле:

При нанесении покрытия на поверхность оборудования возможно образование полостей (воздушных пузырей) между покрытием и поверхностью стали, что при одновременном воздействии вакуума и агрессивной среды может привести к нарушению целостности покрытия в месте образования воздушного пузыря и проникновению раствора к поверхности стали. В связи с этим проверялась стойкость покрытия к разрушению, вызванному подобного рода дефектами. Для создания искусственных полостей внутри покрытия, наносимого на образцы, применялась металлическая сетка. Покрытия наносились на предварительно подготовленную поверхность образцов из углеродистой стали Ст3сп размерами 20×40×2 мм и сетки сложенной в два слоя (рисунок 2). Образцы размещали в растворе и в паровой фазе на специальной подставке, на которую с помощью титановой проволоки крепились образцы исследуемых неметаллов, изолированные от проволоки и друг от друга фторопластовыми трубками (рисунок 3). Стойкость образцов неметаллов к действию среды оценивали по состоянию покрытия, по изменению массы и цвета образцов.

где: М — масса испытуемого образца до испытаний; М1 — масса испытуемого образца после испытаний.

Композитный мир | #3 (84) 2019

Рисунок 3. Образцы неметаллических материалов, собранные на подставке, до испытаний и установки в автоклав или емкость для испытаний.

Применение

До

DION 9100

DION 6694

DION 940

DЕRAКANЕ 470

ФТОРЛОН 37

СИЛТЕК-1

После

Рисунок 4. Внешний вид образцов композитов до и после испытаний в кипящем растворе серной кислоты с массовой концентрацией 60% продолжительностью 24 ч.

Рисунок 5. Внешний вид образцов композитов после испытаний в кипящем растворе серной кислоты с массовой концентрацией 60% продолжительностью 100 часов.

DION 9100

DION 940

На рисунках 4–5 и в таблице 2 приведены результаты исследований стойкости композитов на основе винилэфирных смол в кипящей серной кислоте (с концентрацией 60%), продолжительностью 24 часа и 100 часов, выполненные АО «СвердНИИхиммаш» (образцы предоставлены ООО СКБ «Мысль»). Как видно из таблицы 2, наибольшей стойкостью в растворе кипящей серной кислоты с массовой концентрацией 60% обладали три композиционных материала на основе смол DION 9400, DION 6694 и

DION 6694

DЕRAКANЕ 470

ФТОРЛОН 37

DЕRAКANЕ 470 (изменение массы образцов соответствовало оценке стойкости «хорошая» по ГОСТ 12020-72), однако образцы всех композиционных материалов после испытаний изменили окраску. Образцы композиционных материалов на основе смол DION 9100 и ФТОРЛОН 37 в этих условиях обладали меньшей стойкостью, размягчились и изменили окраску. Изменение массы образцов композиционных материалов на основе смол DION 9100 и ФТОРЛОН 37 после испытаний соответствовало оценке стойко-

Таблица 2. Химическая стойкость образцов композиционных материалов на основе винилэфирных смол при испытаниях в кипящем растворе серной кислоты (концентрация 60%) продолжительностью 24 часа и 100 часов. Марка использованной для изготовления образцов смолы

Изменение массы, % 24 ч

100 ч

Оценка стойкости по ГОСТ 12020—72

Внешний вид покрытия после испытания

DION 9100

-2,93

-41,92

Плохая

Изменение цвета

DION 9400

-0,78

-0,794

Хорошая

Изменение цвета

DION 6694

-1,26

+0,111

Хорошая

Изменение цвета

DЕRAКANЕ 470

2,21

-3,078

Хорошая

Изменение цвета

ФТОРЛОН 37*

2,68

-25,392

Плохая

Размягчение с одной стороны

—

Плохая

Разрушение образца

СИЛТЕК–1* — Примечание: температура среды при испытаниях +144 °С. * — ЛКМ для сравнения.

Композитный мир | #3 (84) 2019

Применение Таблица 3. Химическая стойкость образцов композиционных материалов на основе импортных эпоксивинилэфирных смол после испытаний в кипящем растворе серной кислоты с массовой концентрацией 60% продолжительностью 1000 часов. Изменение массы, % 1000 ч

Оценка стойкости по ГОСТ 12020-72

Внешний вид композита после испытания

−4,92

−4,84

Хорошая

Изменился цвет

−6,53

−6,42

Хорошая

Изменился цвет

Марка использованной для изготовления образцов смолы

300 ч

580 ч

840 ч

DION 6694

−4,61

−4,32

DION 9400

−5,43

−5,98

Примечание: температура среды при испытаниях составляла +144 °С.

DION 6694

DION 9400

Рисунок 6. График изменения массы образцов композиционных материалов при испытаниях продолжительностью 1000 час в кипящей серной кислоте с массовой концентрацией 60%.

Рисунок 7. Внешний вид образцов композитов после испытаний в кипящем растворе серной кислоты с массовой концентрацией 60% продолжительностью 1000 часов.

сти «плохая» по ГОСТ 12020-72. Образец материала СИЛТЕК-1 разрушился после 24 часов и был снят с дальнейших испытаний. По результатам испытаний в кипящем растворе серной кислоты с массовой концентрацией 60%, приведенных в таблице 2, были выбраны композиты на основе смол DION 6694 и DION 9400. Образцы композитов на основе DION 6694 и DION 9400 были подвергнуты длительным испытаниям продолжительностью 1000 часов в кипящем растворе серной кислоты с массовой концентрацией 60% (таблица 3 и рисунки 6–7). Как видно из таблицы 3, изменение массы образцов композиционных материалов на основе смол DION 6694 и DION 9400 после испытаний в кипящей серной кислоте с массовой концентрацией 60% продолжительностью 1000 часов составляло: −4,84% и −6,42%, что соответствовало оценке стойкости «хорошая» по

ГОСТ 12020-72. Следует отметить, что образцы исследованных композиционных материалов потемнели после этих испытаний. Таким образом, результаты выше приведенных исследований показали, что в серной кислоте с концентрацией до 60% вплоть до кипения хорошей стойкостью обладают композиты на основе смол DION 6694 и DION 9400. Испытания в динамических условиях при температуре 100°С в растворе серной кислоты с массовой концентрацией 5% с добавлением кварцевого песка до соотношения в пульпе твердой и жидкой фаз 1:2 проведены на специальной установке, а результаты этих испытаний представлены в таблице 4 и показаны на рисунке 8. Испытаниям в динамических условиях в растворе серной кислоты с кварцевым

Таблица 4. Химическая стойкость образцов композиционных материалов на основе винилэфирных смол после испытаний в динамических условиях в пульпе, состоящей из раствора серной кислоты (с массовой концентрацией 5%) и кварцевого песка при соотношении твердой фазы и жидкости 1:2, и продолжительности 100 часов. Марка использованной для изготовления образцов смолы

Изменение массы, %

Оценка стойкости по ГОСТ12020—72

Внешний вид покрытия после испытания

DION 9100

−6,92

Хорошая

Разрушения с торца

DION 6694

+0,42

Хорошая

Без изменений

DION 9100 с минеральными наполнителями

-2,92

Хорошая

Без изменений

Примечания: 1 — скорость потока пульпы 1 м/сек; 2 — температура среды при испытаниях равнялась 100°С.

Композитный мир | #3 (84) 2019

Применение

DION 6694 Рисунок 8. Внешний вид фторопластового держателя с установленными в нём образцами композитов для испытаний в динамических условиях.

DION 9100

DION 9100 с минеральными наполнителями

Рисунок 9. Внешний вид образцов композитов после испытаний в динамических условиях в пульпе, состоящей из раствора серной кислоты с массовой концентрацией 5% и кварцевого песка при соотношении твердой фазы и жидкости 1:2, температуре 100°С, скорости потока 1 м/сек и продолжительности 100 часов.

Таблица 5. Стойкость образцов неметаллических материалов при испытаниях в лабораторных условиях в растворе H₂SO₄ с концентрацией 40 г/л, NaHS — 8,6 г/л, NaF — 1,1 г/л, NaCl — 0,64 г/л, CuSO₄•5H₂O — 0,95 г/л, FeCl₃•6H₂О – 0,29 г/л. Марка использованной для изготовления образцов смолы

Изменение массы, %

Оценка стойкости по нормативному документу

Стеклопластик СТЭФ, лист δ–1,6 мм

5,50

Хорошая (ГОСТ 12020—72)

DuPont Asplit

0,11

Хорошая (ГОСТ 12020—72)

DION 6694

0,03

Хорошая (ГОСТ 12020—72)

DION 9100

0,09

Хорошая (ГОСТ 12020—72)

Примечания: 1 — температура сернокислого раствора 50 °С; 2 — продолжительность испытаний 75 часов.

песком были подвергнуты образцы композитов на основе смол DION 9100, DION 6694, а также образцы композита на основе смолы DION 9100 с минеральными наполнителями. Образцы композитов изготавливались в виде плоских дисков и размещались на дне автоклава из сплава 06ХН28МДТ (ЭИ943) во фторопластовом держателе образцов (рисунок 8). Как видно из таблицы 4, наибольшей стойкостью среди испытанных образцов обладал композит на основе смолы DION 6694. Изменение массы его образцов составило +0,42%, что соответствовало оценке стойкости «хорошая» по ГОСТ 12020-72. Внешний вид и размеры всех испытанных образцов композитов до и после испытаний практически не изменились. Испытания образцов композитов на основе смол DION 9100, DION 6694, DION 9100 с минеральными

наполнителями в статических условиях в растворе серной кислоты с массовой концентрацией 5% при температуре 100°С показали, что образцы сохранили цвет. Изменение массы образцов композита на основе смолы DION 6694 составляли: +0,30%, а образцов композита на смолах DION 9100 и DION 9100 с минеральными наполнителями не превышали 2,2% и соответствовали оценке стойкости «хорошая» по ГОСТ 12020-72. В таблице 5 приведены результаты испытаний образцов неметаллических материалов на стойкость в сернокислотном растворе с добавлением гидросульфида натрия NaHS, хлорид- и фторид-ионов и ионов–деполяризаторов Fe³⁺ и Сu²⁺. Необходимо отметить высокую химическую стойкость образцов композитов на основе винилэфирных смол (рисунок 10) и широкие технологические

Рисунок 10. Внешний вид образцов композита: а — DuPont Asplit, б — образец Лепта 12К (резина для сравнения), в — композитов на основе смол DION 6694, г — DION 9100 после лабораторных испытаний в сернокислом растворе с концентрацией кислоты 40 г/л и добавками NaHS — 8,6 г/л, NaF — 1,1 г/л, NaCl — 0,64 г/л, CuSO₄•5H₂O — 0,95 г/л, FeCl₃•6H₂О — 0,29 г/л, при температуре 50°С и продолжительностью 75 часов.

Композитный мир | #3 (84) 2019

Применение Таблица 6. Стойкость образцов композиционных материалов на основе винилэфирных смол при испытаниях в технологическом растворе бака-сгустителя с мешалкой. Марка использованной для изготовления образцов смолы

Изменение массы, %

Оценка стойкости по ГОСТ 12020—72

DERAKANE 470

0,12

Хорошая

DION 6694

1,38

Хорошая

DION 9100

0,36

Хорошая

DION 9400

0,05

Хорошая

Примечания: 1 — продолжительность испытания 406 ч.; 2 — температура технологического раствора бака-сгустителя с мешалкой линии по очистке растворов отделения очистки промышленных сред 50°С.

DION 6694

DION 9400

DERAKANE 470

DION 9100 Рисунок 11. Внешний вид образцов композитов до (верхний ряд) и после (нижний ряд) испытаний в технологическом растворе бака-сгустителя с мешалкой линии по очистке растворов отделения очистки промышленных сред сернокислотного цеха ОАО «СУМЗ» при температуре 50°С и продолжительности 406 часов.

возможности этих композитов при изготовлении и, особенно, при ремонте оборудования, подвергшегося интенсивной коррозии вплоть до сквозных поражений. С целью определения химической стойкости композиционных материалов в мышьяк содержащих сернокислых растворах были проведены испытания образцов в сернокислотном технологическом растворе из бака-сгустителя с мешалкой линии по очистке растворов отделения очистки промышленных сред сернокислотного цеха ОАО «СУМЗ». Были испытаны образцы композиционных мате-

риалов на основе смол следующих марок: DION 6694, DION 9100, DION 9400 и DERAKANE 470. Температура раствора при испытаниях образцов композиционных материалов была близка к 50°С, продолжительность испытаний составила около 17 суток (406 часов). В таблице 6 и на рисунке 11 приведены результаты испытаний образцов композиционных материалов на основе винилэфирных смол в технологическом растворе бака-сгустителя с мешалкой. Из таблицы 6 и рисунка 11 следует, что все ис-

Таблица 7. Стойкость образцов композиционных материалов на основе винилэфирных смол при испытаниях в технологическом растворе бака-сгустителя с мешалкой. Марка использованной для изготовления образцов смолы

Изменение массы, %

Оценка стойкости по ГОСТ 12020—72

DERAKANE 470

0,62

Хорошая

DION 6694

0,14

Хорошая

DION 9100

0,36

Хорошая

DION 9400

0,74

Хорошая

Примечания: 1 — продолжительность испытания 48 ч.; 2 — температура раствора 70 °С.

Композитный мир | #3 (84) 2019

Применение

Рисунок 12. Контактный чан вместимостью 400 м³, футерованный химстойким композитом, в сернокислотном цехе АО «СУМЗ» (г. Ревда).

Рисунок 13. Футеровка химстойким композитом емкостных аппаратов в цехе сернокислотного выщелачивания на Степногорском ГХК (Республика Казахстан).

пытанные образцы композиционных материалов обладали хорошей стойкостью по ГОСТ 12020-72 в технологическом мышьяк содержащем сернокислотном растворе бака-сгустителя с мешалкой линии по очистке растворов на ОАО «СУМЗ». Наибольшей стойкостью при испытаниях в технологическом растворе бака-сгустителя обладали образцы композиционного материала на смоле DION 9400 (изменение массы составляло 0,05%), несколько меньшую стойкость имели образцы композита DERAKANE 470 (изменение массы составляло 0,12%), при этом размеры, внешний вид и состояние поверхности образцов всех исследованных композитов после испытаний остались неизменными. В таблице 7 приведены результаты испытаний образцов композиционных материалов на основе винилэфирных смол в растворе серной кислоты с концентрацией 250 г/л при температуре 70°С. Все испытанные образцы композиционных материалов обладали хорошей стойкостью по ГОСТ 12020-72 в растворе серной кислоты с концентрацией 250 г/л. Однако поверхность образцов всех исследованных композитов на основе смол DION 6694, DION 9100, DION 9400 и DERAKANE 470 после эксперимента несколько потемнела, а на образцах DERAKANE 470 поверхность в некоторых местах стала матовой. Наибольшей стойкостью в растворе с концентрацией 250 г/л H₂SO₄ обладали образцы композиционного материала на основе смолы DION 6694. Следует отметить широкие возможности применения в агрессивных сернокислотных средах изделий и покрытий из композитов на основе винилэфирных смол (рисунки 12–13), которые имеют следующие преимущества: • высокая ударная и вибрационная прочность покрытий на основе композитов; • большой диапазон рабочих температур без потери защитных свойств; • ремонтопригодность композитов, позволяющая восстанавливать поврежденные участки покрытия без демонтажа оборудования; • высокая химическая стойкость покрытия в большом спектре агрессивных сред; • высокая прочность покрытий и стойкость

к эрозионному износу; • полимеризация нанесенных покрытий происходит в атмосферных условиях при температуре окружающей среды; • возможность применения в конструкциях, эксплуатируемых в химически агрессивных средах, дешевых металлов, например, углеродистой стали с защитным композитным покрытием взамен дорогих коррозионностойких металлов и сплавов. При выборе композитов в качестве конструкционных материалов или покрытий для изготовления оборудования, эксплуатируемого в горячих агрессивных средах, следует руководствоваться литературными данными об их термостабильности при рабочих температурах эксплуатации оборудования, а также провести дополнительную экспериментальную оценку термостабильности в рабочей среде при максимальной рабочей температуре эксплуатации проектируемого оборудования. Рассматривая совокупность признаков, определяющих целесообразность применения того или иного вида защитного материала для изделий, эксплуатируемых в особо опасных производственных условиях, следует констатировать, что на данный момент времени защита композиционными материалами ввиду своей универсальности, отличной химостойкости, технологичности и наличия явных эксплуатационных преимуществ является наиболее предпочтительным видом защиты. Опыт работы с защитными покрытиями из композитов показывает, что гарантированный срок службы таких систем составляет не менее 10 лет. Многочисленные технологии и способы защиты оборудования и строительных конструкций от воздействия агрессивных производственных факторов с помощью композиционных материалов достаточно подробно описаны в литературе [9, 10, 11, 12], а их эффективность подтверждена 20-летним опытом работы на промышленных предприятиях различной ведомственной подчиненности.

Композитный мир | #3 (84) 2019

Применение А. А. Лысенко, Н. И. Свердлова, Л. Е. Виноградова, Л. М. Штягина, Н.А. Халдина Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна (Кафедра наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов им. А. И. Меоса)

Слабое свечение, вызванное различными причинами, — одно из самых красивых явлений, которое человечество наблюдает уже очень много лет, но объяснять его научилось совсем недавно. Этому явлению в 1888 году Г. Видеманом было присвоено название люминесценция, что дословно переводится как «Свет слабого действия».

Список использованных источников 1. Вавилов, С.И. О «теплом» и «холодном» свете (Тепловое излучение и люминесценция)/С.И. Вавилов. – М.: Изд.-во АН СССР, 1949. – 75, [35] с. 2. Марковский, Л. Я. Люминофоры/ Л. Я. Марковский, Ф. М. Пекерман, Л. Н. Петошина.– М.: «Химия», 1966. - 232 c. 3. Yamamoto H. Mechanism of Long Phosphorescence of SrAl2O4:Eu2+, Dy3+ and CaAl2O4:Eu2+, Nd3+ / H. Yamamoto, T. Matsuzawa // J. Lumin., - 1997, 72, p. 287. 4. Петрик, В.И. Антистоксовые соединения и материалы на их основе: Учебник для Вузов [Текст] / Иркутск: Областная типография № 1, 2012 - 400 с. 5. Головина, А. П. Химический люминесцентный анализ неорганических веществ / А. П. Головина, Л. В. Левшин – М.: «Химия», 1978 – 248 с. 6. Области применения люминофоров – [Электронный ресурс]. – URL: http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2375.html.

Композитный мир | #3 (84) 2019

Применение

История открытия Термин «фосфор» применительно к люминесцирующим веществам появился в середине XVII века после того, как было обнаружено, что после прокаливания некоторые минералы приобретают способность как бы «впитывать» солнечные лучи, а потом в темноте их испускать. В 1612 году такими минералами заинтересовался Галилей; он оставил потомкам одно из первых описаний фосфоресценции, однако причину этого «странного» явления объяснить не смог. Более широкое распространение люминесценции связано, конечно, с тем, что этому явлению наконец нашли применение. Впервые за долгие годы Стокс в конце XIX века предложил использовать люминесценцию в аналитических целях: для анализа наличия различных органических соединений по изменению спектра люминесценции, ее интенсивности и пр. Но развитие аналитический метод получил только в середине XX века в связи с работами советского физика Вавилова. Он написал книгу, которая посвящена этому методу анализа [1]. Оказалось, что люминесцентная спектроскопия как аналитический метод обладает чрезвычайно низким пределом обнаружения. Это огромное достоинство, которое выделяет его на фоне множества других аналитических методов. Развитие аналитического метода привело к развитию люминесценции в целом. Тогда же были введены основные понятия, количественно характеризующие люминесценцию, существенно расширился круг изучаемых люминесцентных материалов. Середину XX века можно считать моментом зарождения люминесценции как науки. В настоящее время развитие этой науки направлено на создание новых люминесцентных материалов.

Способность живых существ излучать свет называется биолюминесценцией.

Виды люминесценции Люминесценция происходит в результате возбуждения твёрдых тел, растворов и газов. Триболюминесценция — свечение возникает от механического взаимодействия. Сюда относят свечение от удара, трения, раскалывания и т.п. Примером может служить свечение сахара. Термолюминесценция — свечение при нагревании до относительно невысоких температур (100–200°С), при которых говорить о наличии видимого термического излучения не приходится. Примером может служить свечение плавикового шпата, подвергавшегося тепловому воздействию или воздействию солнечных лучей. Фотолюминесценция — свечение от воздействия света. Она разделяется на несколько подвидов: фосфоресценция — свечение продолжается после окончания облучения, флуоресценция — свечение наблюдается только лишь в продолжении самого процесса освещения, рентгенолюминесценция — свечение наблюдается после воздействия рентгеновских лучей.

Природные люминофоры

Хемилюминесценция — результат химических процессов, сопровождающихся выделением света без значительного повышения температуры реакции. Например, свечение белого фосфора при окислении. Также этот класс включает кристаллолюминесценцию — свечение в результате кристаллизации некоторых веществ, например As₂O₃ и др.

Около 800 видов существ на планете светятся в темноте, словно лампочки. Это и всем известные светлячки, и некоторые земляные черви, и подводные обитатели — глубоководные рыбы, медузы, кальмары. Некоторые организмы светятся постоянно, а некоторые способны лишь на короткие вспышки. Одни сияют всем телом, у других есть для этого специальные «фонарики» и «маячки». Свет используется организмами в самых различных целях: для привлечения добычи и партнеров, для маскировки, отпугивания и дезориентации врагов или просто для общения с соплеменниками.

Люминесценцию называют холодным светом, так как световое излучение не приводит к повышению температуры предмета выше комнатной. Кроме того, практическая ценность люминесцентных материалов заключается в их способности трансформировать невидимые формы энергии в видимое излучение [2]. Последние исследования люминофоров с длительным послесвечением сконцентрированы на двух направлениях: первое выясняет механизмы, приводящие к длительному послесвечению, второе заключается в поиске люминофоров, имеющих свечение

медузы

черви

огнетелки

светлячки

Примеры живых организмов с биолюминесценцией.

Композитный мир | #3 (84) 2019

Применение

поток света

рассеянный, отраженный свет, активирующий «теневые» области частиц

частица люминофора «теневые» области

полимерная матрица

в различных областях спектра, особенно красного цвета свечения из-за потенциальной возможности использования этого явления в медицине. В 1996 году Мацузава сделал сообщение [3] о новом классе люминофоров с длительным интенсивным зеленым и голубым послесвечением после их облучения светом с длиной волны 520 нм и 450 нм соответственно. Эти люминофоры, синтезированные на основе алюмината стронция, открыли новые перспективы использования явления люминисценции, так как их послесвечение охватывает все темное время суток (от 8 до 11 часов). В период после 1996 года разработан целый ряд новых люминофоров с длительным послесвечением, но только немногие из них могут возбуждаться естественным светом, так как подходящий источник возбуждения важен для определения практического применения каждого люминофора [4]. Люминесценция является свечением атомов, молекул, ионов и других более сложных комплексов, возникающим в результате электронного перехода в этих частицах при их возвращении из возбужденного состояния в нормальное. Во всех люминесцентных явлениях обычно наблюдается одновременное свечение огромного числа молекул, которые излучают свет люминесценции независимо друг от друга, давая некогерентное излучение. При этом люминесцирующие молекулы преобразуют поглощенную энергию в свое собственное излучение. Это отличает люминесценцию от явлений несобственного излучения вещества — рассеяния и отражения света [5]. Многообразие свойств люминофоров обусловлено способностью веществ к люминесценции, которая определяется взаимодействием основы и активатора, а также широкими возможностями влияния на это взаимодействие путем вариации выбора активатора и состава основы [6]. Общие стадии технологии синтеза люминофоров таковы: сначала смешивают исходные материалы высокой чистоты, активаторы и плавни, помещают смесь в термо- и химически стойкий контейнер и прокаливают. Спеченный продукт размалывают,

Композитный мир | #3 (84) 2019

Рисунок 1. Схема активации частиц люминофоров в полимерных пленках.

промывают, просеивают и сортируют, удаляя крупные и мелкие частицы. В некоторых случаях продукт подвергают поверхностной обработке [4].

Полимеры, в которые вводятся вещества с люминесцентными свойствами Перспективными формами применения люминофоров являются люминесцентные композиционные пленки, в которых твердые частички люминофора распределены в полимерной матрице. Использование в составе люминесцентных пленок люминофоров неорганического синтеза позволяет получить изделия, время свечения которых составляет более десяти часов, что полностью охватывает ночное время и может позволить экономить электроэнергию. Разнообразие цветов свечения люминофоров привлекает внимание отделочников и дизайнеров для создания интерьеров, украшений, обоев со светящимися в темноте рисунками, светящегося ночью звездного неба и многое другое. Использование люминесцентных пленок в качестве меток, идентифицируемых в темноте, на одежде специального назначения и светознаках является частью мероприятий по технике безопасности и охране труда. Поэтому представляет значительный интерес создание специальных полимерных композиционных растворов для получения покрытий с люминесцентным свечением для упрощения применения и расширения областей их использования. Целью настоящих исследований являлось получение композитных пленок на основе таких люминофоров, как смесь сложного состава (SrAl2O4):Eu,Dy,Y) и растворов нитролака, акрилового лака и ацетилцеллюлозы в ацетоне. Для достижения цели решались следующие задачи: 1. оценка принципиальной возможности получения устойчивых суспензий люминофоров в растворах нитролака, акрилового лака и ацетилцеллюлозы;

Применение

2. разработка трех способов получения флюоресцентных пленочных материалов: 2.1. путем заливки в форму, 2.2. послойным нанесением суспензий люминофора на подложку, 2.3. нанесением порошков люминофора на самоклеющуюся ленту-подложку; 3. изучение влияния количества люминофора в композитных пленках и способа получения на время их послесвечения. Изучение продолжительности послесвечения пленок, содержащих люминофоры, позволило выявить влияние содержания люминофора в композитах, толщины полимерного люминесцентного покрытия, регулируемого объемом суспензии и количеством слоев, нанесенных на рабочую поверхность. Выявлена способность к светимости люминесцентных добавок в составе полимерных пленок, которая зависит от природы полимера, количества люминофора в полимерном растворе и способа нанесения его на рабочую поверхность полимерной пленки, содержащей люминофор. Образцы полимерных покрытий, полученные нанесением порошков люминофоров на двухстороннюю самоклеющуюся ленту, обладают наименьшим временем послесвечения, не превышающим получаса. Значительная разница продолжительности свечение пленочных покрытий, полученных из суспензии полимерных основ и люминофоров, и люминофоров, нанесенных на клеющую поверхность самоклеющейся ленты, можно объяснить тем, что при засвечивании порошков люминофоров заряжается только верхний слой. В полимерных пленках, наполненных люминофорами, свет рассеивается и распределяется по всему объему, что позволяет активировать полностью все кристаллы люминофора и их «теневые» части (рисунок 1). Исследования подтвердили, что использование неорганических люминофоров с различным цветовым свечением во многих областях может быть реализовано в виде композитных полимерных пленок. Выбор соответствующих люминесцентных составов расширяет возможности модифицирования и внедрения готовых изделий. Актуальными являются исследования по разработке новых способов нанесения люминесцентных полимерных покрытий на поверхности изделий и строительных конструкций.

Незаменимыми являются светящиеся в темноте знаки, информирующие о правилах поведения в условиях ограниченной видимости (сумерек, задымления, тумана) или полной темноты в случае аварийного отключения освещения, при угрозе возникновения чрезвычайной ситуации (пожара, аварии, стихийного бедствия, катастрофы, угрозы совершения террористического акта), вызывающих необходимость эвакуации и спасения людей.

Области применения Наружная реклама и полиграфия — здесь обширнейший простор для применения красок и чернил с люминофорами. Светящиеся вывеска, календарь, визитка — способны мгновенно привлечь внимание. Светящиеся в темноте открытки — оригинальное дополнение к подарку. Боди-арт, выполненный самосветящейся краской, — идеальное решение для вечерних и ночных боди-арт шоу, промо-акций, рекламных кампаний. Ни один прохожий, даже если он очень спешит, не сможет пройти мимо. Флористика, создание цветочных композиций для праздников: свадеб, юбилеев, корпоративов, для окрашивания цветов и букетов применяется жидкость на водоэмульсионной основе с добавлением люминофора. Тюнинг автомобилей — для этого используется самосветящаяся краска для металла. Можно сделать аэрографию, которая в темное время суток будет удивлять всех, сияющие автомобильные диски. Затраты небольшие — впечатление на миллион. Светящиеся детали механизмов, электронных приборов, циферблаты часов, указатели входа и выхода, бытовых, осветительных приборов и выключателей. Люминофор — универсальный продукт, и сфера его применения действительно не имеет границ и можно назвать еще десятки направлений. Например, последний тренд — светящиеся лаки для ногтей, светящаяся посуда для ночных клубов, краски для тканей, позволяющие делать любые принты на футболках и топах, ручки со светящимися чернилами. Словом, любая, даже самая привычная и обыденная вещь, способна преобразиться и приобрести новые свойства при использовании светящихся лаков и красок.

Композитный мир | #3 (84) 2019

Применение Ольга Гладунова По материалам: www.researchgate.net www.moluch.ru www.gudok.ru

Композитные шпалы. Проблемы и перспективы В начале лета 2019 года композитный мир России облетела новость, что на Бутовской линии московского метро вместо деревянных шпал начали укладывать композитные. Ремонтные работы проходят на открытом участке Бутовской линии между станциями «Улица Скобелевская» и «Улица Горчакова», сообщает портал мэра и правительства Москвы. Сейчас здесь уложили более 600 новых композитных шпал. «Большая часть Бутовской линии проходит не под землей, а на поверхности. Из-за этого ее пути требуют больше внимания, так как подвержены влиянию осадков и перепадов температуры. Шпалы, изготовленные по новой технологии, повысят безопасность движения и надежность инфраструктуры этой ветки. Всего здесь уложат более 11 тысяч композитных шпал до 2021 года. Таким образом, они заменят деревянные шпалы на всей протяженности пути Бутовской линии», — сказал глава департамента транспорта и развития дорожно-транспортной инфраструктуры Москвы Максим Ликсутов. Шпалы из переработанного пластика служат более полувека, они устойчивее к повреждениям и не проводят электрический ток. Композитные шпалы позволяют снизить уровень шума и уменьшить вибрации при движении поезда, что помогает защитить железнодорожные пути от влияния вибрации и сократить объем ремонта. Источник: www.m24.ru

Композитный мир | #3 (84) 2019

Применение

Введение Железнодорожные шпалы выполняют важнейшую функцию. Шпалы обеспечивают неизменность расположения рельсовых нитей, передают давление от подвижного состава на балласт и земляное полотно. В настоящее время на железных дорогах в России применяются несколько типов шпал: • деревянные, которые в основном производятся из сосны, лиственницы, кедра, березы; • железобетонные, которые состоят из натянутых струн арматуры, залитых бетоном; • металлические, применяющиеся редко (из-за большой металлоемкости, подверженности коррозии и большому шуму при движении поездов); • и, наконец, полимерные (композитные), которые успешно прошли испытания, но пока не нашли широко применения. Самыми используемыми шпалами являются деревянные и железобетонные. Рассмотрим преимущества и недостатки данных шпал. Преимуществами деревянных шпал являются: • легкость обработки при изготовлении; • быстрая окупаемость; • масса шпалы (около 80 кг, это в три раза меньше, чем железобетонная шпала); • срок службы (от 5 до 15 лет, при условии качественной обработки); • возможность увеличения или уменьшения колеи железнодорожного пути; • устойчивость к перепадам температур; • диэлектрические свойства древесины; • устойчивость сцепления с подложкой и упругость.

Самым главным недостатком деревянной шпалы является то, что при неправильной обработке шпалы подвергаются гниению, соответственно, и срок эксплуатации уменьшается. Также деревянные шпалы, пропитанные ядовитым креозотом, несут серьёзную угрозу экологии. Они загрязняют почву, водоемы, попадая туда с дождевой водой, а также оказывают пагубное влияние на здоровье человека. Еще одним недостатком деревянных шпал является неоднородность их размеров, что влечет за собой неоднородность упругости. Преимуществами железобетонных шпал являются: • морозостойкость; • продолжительный срок эксплуатации (от 40 до 50 лет); • не поддаются коррозии; • устойчивость рельсовой колеи и однородность пути. Недостатками же этих шпал являются: • повышенная электропроводность; • хрупкость, чувствительность к ударам; • высокая жесткость пути, что приводит к более быстрому износу рельс в местах стыков; • значительная масса шпалы (в среднем 270 кг/шт.); • сложность монтажа; • высокая стоимость. Бетонные шпалы не несут угрозы для экологии, но из-за отсутствия их вторичной переработки и должной утилизации возникают огромные свалки. Содержание деревянного и бетонного пути является трудоемким, так как требуется регулярная замена сгнивших и треснувших шпал и частая заме-

При неправильной обработке шпалы из дерева подвергаются гниению, соответственно, срок эксплуатации уменьшается

Композитный мир | #3 (84) 2019

Применение На деревянные шпалы окружающая среда оказывает большее воздействие, чем на бетонные или композитные

на резиновых амортизирующих вкладышей, более того болтовые скрепления бетонных шпал требуют периодической подтяжки. Для устранения эксплуатационных недостатков, предлагается использование нового вида шпал — полимерных. С 1990-х годов некоторые страны мира начали внедрять полимерные шпалы на железные дороги, в том числе и на скоростные (Япония, Китай). Так же активно начинают интересоваться данным видом шпал и другие страны мира, особенно страны с жарким влажным климатом (США, Индия, Таиланд и Филиппины). США является мировым лидером по производству таких шпал, так как до сих пор в США большое количество шпал из дерева, и в ходе поисков более экономичных решений для замены деревянных американские компании все больше склоняются в пользу полимерных шпал.

Последние разработки в области композитных шпал В разных регионах мира разработан ряд технологий изготовления композитных шпал. Эти технологии стали потенциальной альтернативой деревянным шпалам. В отличие от стали и бетона, композитные шпалы можно спроектировать таким образом, чтобы они имитировали поведение древесины. При этом рельсовые пути с деревянными шпалами требуют обязательного технического обслуживания, а композитные шпалы практически не требуют технического обслуживания и более рациональны с экологической точки зрения. Далее мы рассмотрим различные типы композитных шпал в зависимости от количества, длины и ориентации волокон в них, причем рассматриваются шпалы, которые имеются в настоящее время, и технологии, которые все еще находятся в стадии исследований и разработки.

Композитный мир | #3 (84) 2019

Шпалы, армированные короткими волокнами или не армированные вовсе (тип 1) К типу 1 относятся шпалы, которые изготавливаются из переработанного пластика или из битума с наполнителями (песком, гравием, переработанным стеклом или резаными стеклянными волокнами (длина <20 мм)). Прочностные свойства этих шпал в основном обуславливаются используемым полимером. Хотя в некоторые из этих конструкций для увеличения жесткости и/или сопротивления растрескиванию вводится рубленое стекловолокно, это не оказывает существенного усиливающего влияния на улучшение конструктивных характеристик, которые требуются для применения в железнодорожных шпалах, работающих в тяжелых условиях эксплуатации. Высокая потребность в альтернативных материалах для производства шпал привела к тому, что некоторые компании, специализирующиеся на техническом обслуживании железных дорог, обратили свой взор на эти материалы и испытали их в работе. Если рассматривать материал, шпалы типа 1 предлагают ряд преимуществ, включая легкую обработку (резку, сверление), возможность использования отходов в производстве шпал, разумную цену. Однако недостатком этих шпал являются низкие показатели прочности и жесткости, ограниченная свобода выбора конструктивных решений, чувствительность к температуре и ползучести, а также низкая огнестойкость. Шпалы, армированные непрерывными волокнами, расположенными в продольном направлении (тип 2) Шпалы типа 2 — это шпалы, армированные в продольном направлении непрерывным стекловолокном

Применение Работу с бетонными шпалами затрудняет сложность монтажа и высокий вес готового изделия

и имеющие случайные включения очень коротких волокон в поперечном направлении или совсем не имеющие их. Прочность и жесткость в продольном направлении в основном определяются непрерывным стекловолокном, в то время как в поперечном направлении эти показатели в основном обуславливаются используемым полимером. Эти шпалы в первую очередь подходят для балластированных рельсовых путей, где напряжения в шпалах определяются изгибающей нагрузкой, но этот материал не идеален для применения на мостах (например, в качестве мостовых брусьев), где шпалы подвергаются действию комбинации значительных по величине изгибных и сдвиговых сил. Преимуществами шпал этого типа являются легкая обработка (резка, сверление), хорошая длительная прочность, высокая прочность на изгиб и не менее высокий модуль упругости. Однако с этими шпалами связан ряд сложных проблем, а именно: их низкая прочность на сдвиг и низкий модуль сдвига, ограниченная свобода выбора конструктивных решений, огнестойкость, находящаяся на границе допустимого, и высокая цена. К этой категории относятся синтетические шпалы из армированного волокном пеноуретана (fiber reinforced foamed urethane, FFU). К ключевым характеристикам этого материала относятся его легкий вес, хорошая гидрофобность, стойкость к нагреву и коррозии, легкость обработки и срок службы более 50 лет. Армированный волокном пеноуретан используется в железнодорожной отрасли для производства шпал для путей, мостов и стрелочных переводов с широким диапазоном высоты шпалы — от 100 мм до 450 мм. Исследование акустических и динамических характеристик изготовленных из этого материала шпал для стрелочных переводов показало, что их характеристики эквивалентны характеристикам

шпал из древесины лиственных пород. В 2011 году японский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (Railway Technical Research Institute, RTRI) исследовал прослужившие 30 лет шпалы из армированного волокном пеноуретана, которые эксплуатировались на путях с регулярным движением поездов, и сообщил, что их всё еще можно использовать и в течение следующих 20 лет. На сегодняшний день шпалы из этого материала установлены на более чем 1300 км путей (приблизительно 2 миллиона шпал), причем основное их применение — на стрелочных переводах, открытых стальных балочных конструкциях и в туннелях. Помимо Японии, компоненты Sekisui из армированного волокном пеноуретана установлены в Германии, Австрии, Тайване, Голландии, США и Австралии. В настоящее время также изучается возможность их применения для длиннопролетного железнодорожного моста в городе Чунцин, Китай. Шпалы, армированные волокнами, расположенными в продольном и поперечном направлениях (тип 3) Шпалы типа 3 имеют длинные армирующие волокна как в продольном, так и в поперечном направлениях, и, следовательно, волокна работают, как на изгиб, так и на сдвиг. Конструктивные характеристики этих шпал можно задавать путем укладки армирующих волокон под разными углами в каждом направлении, в соответствии с заданными требованиями к рабочим характеристикам. В некоторых случаях недостаток непластичного поведения шпал из армированного стекловолокном полимера можно компенсировать путем включения в конструкцию нескольких стальных арматурных стержней. Вязкие свойства особенно

Композитный мир | #3 (84) 2019

Применение

Композитные шпалы практически не требуют технического обслуживания и более рациональны с экологической точки зрения

важны, когда шпалы устанавливаются на мостах, где перед возникновением отказа ожидается появление достаточных предупреждающих признаков. Высокая свобода выбора конструктивных решений, хорошие показатели прочности на изгиб и сдвиг, легкость обработки и хорошая огнестойкость – вот основные преимущества этих шпал. Однако процесс производства композитных шпал этого типа довольно медленный, что может увеличить стоимость производства. Под эту категорию подпадают полимерные шпалы с сэндвич-конструкцией и шпалы из гибридного композита, в которых волокна ориентированы в двух направлениях, что позволяет противостоять изгибным напряжениям, а также сдвиговым усилиям.

Проблемы использования композитных шпал Несмотря на множество преимуществ разработанных в последнее время композитных шпал, на сегодняшний день они получили очень ограниченное признание в железнодорожной отрасли. В этом разделе представлены общие проблемы, возникающие при использовании композитных шпал. Низкие показатели прочности и жесткости по сравнению с деревянными шпалами Большинство конструкций композитных шпал были разработаны с целью замены существующих деревянных шпал, поскольку в этой сфере наблюдается высокая потребность в альтернативных материалах. Сообщалось, что каждый год железнодорожная отрасль США заменяет 14 миллионов деревянных шпал, при этом в другом отчете указывается, что ежегодно в США и Канаде заменяется около 5% шпал. В Австралии для поддержания железнодорожных путей

Композитный мир | #3 (84) 2019

в надлежащем состоянии требуется приблизительно 1,5 миллиона деревянных шпал в год. Даже при таком высоком спросе на альтернативные варианты использование композитных шпал все еще ограничено. Это вполне объяснимо, так как большинство композитных шпал подпадает под тип 1, у которого показатели прочности и жесткости значительно ниже, чем у традиционных шпал. Шпалы, подпадающие под тип 1, отличаются более низкими конструктивными характеристиками по сравнению со шпалами типа 2 и типа 3. В основном это связано с короткими волокнами, а иногда и с отсутствием волокон в шпалах типа 1. Напротив, шпалы типа 2 и типа 3 имеют длинные волокна, которые обеспечивают значительный усиливающий эффект для увеличения прочности и жесткости. Недавнее исследование модуля упругости шпал из армированного волокнами композита показало, что для применения на стрелочном переводе оптимальное значение может составлять всего 4 ГПа, и это позволяет поддерживать в заданных пределах как контактное давление между шпалой и балластом, так и максимальное вертикальное статическое отклонение. Кроме того, был экспериментально определен предел прочности при разрыве новых австралийских шпал из древесины лиственных пород при различных условиях, и при этом был обеспечен широкий диапазон прочности, от 47 до 110 МПа, тогда как большинство существующих композитных шпал демонстрируют низкую прочность и жесткость, особенно шпалы типа 1. Сообщалось, что трудно поддерживать безопасность путей при замене деревянных шпал композитными шпалами из переработанного пластика (тип 1), поскольку разрушения могут происходить как во время монтажа, так и в условиях эксплуатации, особенно при тяжелых динамических нагрузках. Кроме того, представители эксплуатирующих композитные шпалы подразделений

Применение железных дорог сообщают о некоторых отказах пластиковых шпал, возникающих после нескольких лет эксплуатации на железнодорожных путях, и высокий процент шпал был забракован в полевых условиях из-за проблем с контролем качества. Включение продольных волокон делает шпалы типа 2 более прочными, чем шпалы типа 1, что позволяет противостоять изгибающей нагрузке, но их способность противостоять сдвиговым усилиям все еще остается умеренной, поскольку армирование в поперечном направлении не предусмотрено. Способность шпал противостоять сдвиговым усилиям особенно важна для применения на мостах (мостовые брусья), где шпалы подвергаются воздействию высокого сдвигового усилия из-за положения рельсов и опорных балок. Высокая способность шпал типа 3 противостоять сдвиговым усилиям достигается путем расположения армирующих элементов, как в продольном, так и в поперечном направлении. Цена композитных шпал Непомерно высокая стоимость большинства композитных шпал являются одной из основных причин их медленного продвижения на рынке. Компания Recycled Technologies International (RTI) заявила, что стоимость композитных шпал варьируется в диапазоне от 85 до 105 долларов США за шпалу (тип 1), причем это значение дано без учета монтажа, который весьма дорог, и затраты на него могут варьироваться в диапазоне от 70 до 200 долларов США за шпалу. Van Erp и Mckay показали, что цена на композитные шпалы с высоким содержанием волокон (тип 2 и тип 3) примерно в 5 – 10 раз выше, чем цена стандартных деревянных шпал. Однако ожидается, что более низкая стоимость жизненного цикла и долгий срок безремонтной эксплуатации таких шпал компенсирует их высокую первоначальную цену, которая, чтобы привлечь внимание железнодорожной отрасли, должна быть сопоставимой с ценой традиционных шпал или лишь незначительно превышать ее. Низкая удерживающая способность Для удерживания подкладок, которые крепят рельсы к шпалам и предотвращают вертикальные и боковые перемещения между ними, в основном используются путевые шурупы. Шпалы из древесины лиственных пород имеют сопротивление выдергиванию путевого шурупа 40 кН, в то время как для современных шпал из предварительно напряженного железобетона, поддерживающих движение более тяжелых и быстрых поездов, требуется не менее 60 кН. Низкая удерживающая способность путевого шурупа является еще одной проблемой композитных шпал типа 1. Сообщалось, что композитные шпалы, изготовленные из модифицированной смеси натурального каучука (тип 1) показали очень жесткое и неэластичное поведение при удерживании шурупов для системы крепления. Это связано с природой пластиковых материалов, которые подобно бетону не могут крепко удерживать

шурупы, особенно в условиях динамической нагрузки. При использовании композитных шпал ослабление крепежа с ходом времени делает путь неустойчивым, что считается наиболее вероятной причиной аварий, связанных со сходом с рельсов на путях, уложенных на композитные шпалы. Тем не менее, удерживающая способность в шпалах типа 2 и типа 3 была улучшена за счет использования более качественных и имеющих более высокие характеристики материалов. Образование пустот в материале В процессе производства пластиковых композитных шпал (тип 1) сырье смешивается, расплавляется и перемешивается, чтобы создать гомогенную смесь, которая затем выдавливается в формы. После заполнения форм начинается процесс охлаждения, и в течение этого периода существует высокая вероятность образования пустот внутри материалов. Сообщалось, что композитные шпалы в зоне подрельсовой площадки продавливались внутрь в процессе эксплуатации. Кроме того, пустоты могут разрушаться и передавать напряжения от одной части к другой, что создает концентрацию напряжений и, как следствие, приводит к локальному выходу шпалы из строя до истечения срока ее службы. Эта проблема может возникнуть во время производства любого материала в зависимости от применяемой технологии, но не для деревянных шпал, которые изготавливаются из натурального дерева. Деформация ползучести Долговременные характеристики пластиковых шпал (тип 1) становятся критической проблемой, так как их длительная эксплуатация со временем оказывает существенное влияние на механические свойства. Сообщалось, что при длительных нагрузках композитная шпала может испытывать постоянную деформацию вследствие ползучести, скорость которой зависит от величины и продолжительности приложения напряжения, а также от температуры, при которой прикладывается нагрузка. Из-за эффекта ползучести и последующего снятия напряжений, система крепления имеет тенденцию ослабевать, особенно на криволинейном участке пути, что отрицательно влияет на удержание железнодорожной колеи. Эти эффекты могут сокращать срок службы пластиковых шпал, который, по оценкам компаний-производителей, составляет приблизительно 50 лет. Среди всех традиционных материалов шпал ползучести подвержены бетон и сталь. Кроме того, сообщалось о склонности геополимерного бетона на основе зольной пыли к возникновению значительных проблем, связанных с эффектами ползучести и уменьшения длины из-за наличия предварительного напряжения, потому что зольная пыль замедляет процесс отверждения бетона. Тем не менее, нет достаточной информации о деформации ползучести для шпал типа 2 и типа 3, и для изучения их поведения при постоянных нагрузках на рельсовых путях необходимо провести дополнительные исследования.

Композитный мир | #3 (84) 2019

Применение Недостаток информации о долговременных характеристиках Хотя большинство производителей композитных шпал выполнили оценку статических характеристик своих изделий, долговременные характеристики с точки зрения таких аспектов, как динамические свойства, ударная прочность, усталость и длительная прочность всех типов шпал, до сих пор неизвестны. Критический системный анализ конструкции показывает, что важно исследовать эти проблемы перед монтажом, так как шпалы часто подвергаются воздействию динамических, ударных и усталостных нагрузок, а также атмосферным воздействиям. Композиционный материал подвержен ударным повреждениям, которые ведут к расслоению и растрескиванию матрицы, и, поскольку его поведение при ударной нагрузке значительно отличается от поведения при нормальных условиях нагружения, его прочность и жесткость могут значительно уменьшиться, и поэтому требуется тщательный подход к расчету. Отсутствие соответствующих знаний о композитных шпалах ограничивает их широкое применение.

Перспективы на будущее Основными проблемами при использовании композитных железнодорожных шпал типа 1 являются их ограниченные показатели прочности и жесткости и низкие динамические свойства, которые в большинстве случаев не сопоставимы со свойствами древесины. Ограничения, вызванные низкими конструктивными характеристиками шпал типа 1, преодолены в шпалах типах 2 и 3, но их высокая цена по сравнению со шпалами из стандартного материала все еще остается большой проблемой. Более того, недостаток в настоящее время информации об их долговременных характеристиках и отсутствие руководящих указаний для проектирования ограничивают их широкое применение. Для устранения ограничений, присущих существующим композитным шпалам, необходимо провести более серьезные исследования. Для преодоления текущих ограничений, присущих композитным шпалам, предлагаются следующие подходы. Улучшение конструктивных характеристик Шпалы из переработанного пластика (тип 1) имеют конструктивные характеристики, несопоставимые с характеристиками древесины. Композитные шпалы из армированного волокном пеноуретана (тип 2) благодаря наличию непрерывных армирующих волокон имеют более высокие показатели прочности и жесткости по сравнению с композитными шпалами типа 1, но в настоящее время они довольно дороги, и их применение в основном ограничивается стрелочными переводами. Поскольку показатели прочности и жесткости шпал из переработанного пластика (тип 1) значительно ниже, чем у традиционных деревянных шпал, для улучшения этих показателей

Композитный мир | #3 (84) 2019

предлагается использовать армирующее волокно. Однако для разработки технологий, в которых волокна работают в комбинации с термопластичным полимером, необходимы серьезные исследования. С точки зрения концепции пластиковых шпал с деревянной сердцевиной, критической проблемой может быть обеспечение соответствия требованиям соединения между пластиком и древесиной, и к тому же эти шпалы были разработаны в то время, когда исследователи искали альтернативный материал для древесины вследствие ее чувствительности к воздействию окружающей среды. Первоначальные результаты для клееных многослойных шпал типа «сэндвич» (тип 3) показали, что они работают намного лучше, чем шпалы из переработанного пластика (тип 1). Это объясняется тем, что высокопрочные волокнистые композитные оболочки на сэндвич-конструкции, работающие и в продольном, и в поперечном направлении, в результате позволяют шпалам этого типа отвечать требованиям к жесткости 4 ГПа для обеспечения безопасности и надежности железнодорожного пути. Оптимальное использование материалов и совершенствование технологий изготовления Одним из основных препятствий на пути к широкому применению композитных шпал типа 2 и типа 3 на железнодорожных путях считалась их цена, которая примерно в 5–10 раз выше, чем цена стандартных деревянных шпал, как упоминалось выше. Стандартно тут рекомендуют оптимизировать саму конструкцию и структуру композитных шпал при сохранении требуемого уровня физико-механических характеристик, что позволит и снизить изначальные расходы на сырье, а также избежать лишних отходов материала. Кроме того, затраты связаны и с конструкцией рельсового пути, которая может варьироваться в зависимости от типа используемых шпал. Например, толщина балласта, необходимая для бетонных шпал, почти вдвое больше, чем в случае применения деревянных шпал. Это связано с плохими динамическими свойствами и высокой жесткостью бетона, что ведет к возникновению большого изгибающего момента и требует применения фундамента с опорой средней жесткости. Установка подрельсовых прокладок увеличивает стоимость изготовления пути, а также снижает скорость строительства, хотя это необходимо для обеспечения электрической и виброизоляции, контроля шума и т. п. Поэтому следует сосредоточиться на разработке конструкции композитных шпал с улучшенными динамическими свойствами, которые могут работать с балластной подушкой малой толщины и без подрельсовых прокладок. Оптимизация конструкции шпалы может быть достигнута и путем снижения качества материалов в тех зонах, в которых напряжение незначительно. Это метод, который может быть полезен для разработки экономически выгодных композитных железнодорожных шпал. Эта технология уже была

Применение

реализована в шпалах из предварительно напряженного железобетона, в которых бетонные шпалы B70 подвергнуты оптимизации на основе распределения нагрузок от колес. Оценка характеристик в краткосрочной и долгосрочной перспективе Помимо требований к рабочей нагрузке, эксплуатационные качества композитного материала определяются его длительной прочностью и способностью противостоять воздействиям окружающей среды, связанным с ультрафиолетовым излучением, высоким pH, высокими и низкими температурами, влажностью и т. п. Поскольку композитные железнодорожные шпалы — это относительно новые продукты, история эксплуатации которых в железнодорожной отрасли относительно невелика, по сравнению со шпалами из более традиционных материалов, краткосрочные и долгосрочные исследования поведения композитных шпал имеют большое значение для развития рынка и повышения их конкурентоспособности. Кроме того, важен регулярный мониторинг технических характеристик в процессе эксплуатации. Проектные рекомендации и стандарты Поскольку в настоящее время нет общепризнанного стандарта для композитных шпал (в частности, типа 3), рекомендации по их проектированию должны разрабатываться таким образом, чтобы их истинные возможности могли быть использованы для достижения удовлетворительного уровня надежности конструкции. Разработка национальных и международных стандартов будет способствовать внедрению новых композитных шпал в качестве альтернативы традиционным материалам. Для композитных железнодорожных шпал должны быть определены уравнения расчета по предельным состояниям со значениями коэффициентов частичной нагрузки и коэффициентов снижения несущей способности.

Выводы Высокие затраты на техническое обслуживание и экологические проблемы, связанные с использованием деревянных, бетонных и стальных шпал, побудили исследователей, инженеров и конечных пользователей задуматься о продукции из альтернативных материалов, например, полимерных композитов. В последнее время в разных частях света было разработано несколько конструкций, и хотя их внедрение пока идет не так стремительно, как хотелось бы, потенциал для их применения достаточно высок. Конструкторы и технологи совместно с производителями сырья и материалов продолжают работать над устранением барьеров, тормозящих массовое применение этих новых изделий, что при грамотном подходе к реализации данной задачи обязательно принесет свои плоды. Будем надеяться, что производители композитных шпал в погоне за прибылью не забудут, что именно сейчас, на начальном этапе внедрения нового продукта, очень легко дискредитировать материал, выпустив на рынок товар ненадлежащего качества или изначально не предназначенный для требуемых условий и режимов эксплуатации. Безответственность в данном вопросе, касающемся применения как шпал, так и других изделий из композитов, будет, в конечном счете, дорого стоить всей нашей отрасли, пагубно отразившись на репутации материалов и увеличении спроса на них в различных отраслях промышленности. Полную версию статьи (14 страниц, 4 таблицы, 8 рисунков, ссылки на зарубежные и отечественных производителей шпал) вы можете заказать в редакции журнала «Композитный мир» info@kompomir.ru +7 (812) 318-74-01

Композитный мир | #3 (84) 2019

Наука

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

Однонаправленные стеклопластики

Часть 2. Умеренная степень армирования Продолжение обзора, посвящённого разнообразным применениям однонаправленных стеклопластиков, структурная классификация которых представлена в журнале «Композитный мир» № 2 (83) за 2019 год.

Шпалы FFU

прочность при изгибе, МПа

Источник: материалы Sekisui Chemical Co., LTD. ≈ 50 лет эксплуатации шпалы FFU

деревянные шпалы Число циклов нагружения Рисунок 1. а — укладка шпал FFU, б — выносливость шпал при циклическом изгибе.

Композитный мир | #3 (84) 2019

Около 40 лет назад японская компания Sekisui Chemical разработала оригинальную пултрузионную технологию, совместив непрерывное стекловолокно с жёстким вспененным полиуретаном. Это необычное сочетание породило композит FFU (Fiber-reinforced Foamed Urethane) с уникальными качествами: при плотности около 0,75 г/см³ материал обладает заметно более высокой изгибной прочностью и модулем упругости, прочностью на смятие и ударопрочностью, чем дерево (таблица 1). При этом он не подвержен гниению и поражению грибками, не впитывает влагу, десятилетиями не теряет электроизоляционных свойств, гасит вибрации и выдерживает огромные циклические нагрузки (рисунок 1). Данный комплекс характеристик определил основное назначение FFU как «синтетической древесины» для железнодорожных шпал. Сегодня композитные шпалы разнообразных конструкций разрабатываются и испытываются повсюду — в Австралии [2], Турции [3], России [4], Казахстане [5]. А изготовленные с применением термопластичных

Наука Таблица 1. Сравнительные характеристики деревянных и стеклопластиковых шпал [1]. Шпалы FFU

Новые деревянные шпалы

Новые

Через 10 лет

Через 15 лет

Плотность, кг/м³

750

740

Прочность на изгиб, МПа

142

125

131

Модуль упругости, ГПа

7,1

8,1

8,16

Прочность на сжатие, МПа

Прочность на сдвиг, МПа

0,95

0,96

Прочность на смятие, МПа

+20°С

—

−20°С

—

24 ч

137/50*

3,3

—

110 суток

590/280*

—

Показатель

Прочность на удар, Дж/см² Водопоглощение, мг/см² Электрическое сопротивление, Ом

Усилие выдёргивания костыля, кН

Сухой

6,6•10⁷

1,6•10¹³

2,1•10¹²

3,6•10¹²

Влажный

5,9•10⁴

1,4•10⁸

5,9•10¹⁰

1,9•10⁹

Прямой

Винтовой

—

Боковой

—

отходов композитные шпалы фирмы «Аксион» прошли проверку во ВНИИЖТ и с 2018 года укладываются на московских трамвайных путях. Однако наиболее известны и давно применяются именно пенополиуретановые стеклопластиковые шпалы, внедрение которых в железнодорожную отрасль потребовало проведения объёмных работ по подтверждению надёжности данных критически важных элементов путевого хозяйства [1]. Первые шпалы FFU были уложены для проведения натурных испытаний в 1980 году. Пять лет опытной эксплуатации на мостах и в тоннелях показали отличный результат, после чего шпалы были допущены к применению на железных дорогах Японии. С начала девяностых там ежегодно укладывается около 100 тыс. композитных шпал, то есть их общее число за десятилетия линейно возрастает и ныне приближается к 2,5 млн., а общая протяжённость железнодорожных путей, оборудованных стеклопластиковыми шпалами, превышает 2 тыс. км. Достижение Sekisui является выдающимся, но не беспрецедентным. Стеклопластиковые изолирующие рельсовые накладки фирмы АпАТэК — не менее ответственное изделие, чем шпалы, вот уже третье десятилетие выпускаются в Полоцке и массово применяются на железных дорогах. ОАО «Полоцк-Стекловолокно» производит для накладок комбинированную ткань с пришитым однонаправленным ровингом. Волокна ткани покрыты специально разработанным замасливателем. Успех шпал FFU на родине открыл им дорогу в Европу, где они свыше 15 лет служат на узловых станциях, линиях метрополитена, мостах и других ответственных участках [6]. Разумеется, подавляющий перевес в численности на европейских железнодорожных путях по-прежнему принадлежит железобетонным шпалам, за которыми следуют деревянные, несколько процентов остаётся стальным, и лишь в Германии статистика

обнаруживает ощутимые 2% композитных шпал [7]. В 2008 году Мюнхенский технический университет опубликовал результаты всестороннего исследования шпал FFU в широком диапазоне температур, подтвердившего их прочностные и демпфирующие характеристики, выносливость при циклических нагрузках и ударостойкость [8]. Экстраполяция многочисленных опытных данных показывает возможность эксплуатации шпал FFU в течение не менее 50 лет. Миллионы шпал уже прослужили без замечаний более половины указанного срока, что позволяет уверенно перечислить следующие их достоинства: • точность и стабильность размеров; • малый вес, сокращение затрат на укладку; • климатическая стойкость, минимальные затраты на обслуживание; • коррозионная стойкость, возможность применения в особо агрессивных условиях; • технологичность, удобство обработки; • увеличение пропускной способности пути; • большой срок службы: шпалы требуют замены в 3 раза реже деревянных; • стопроцентная возможность вторичной переработки; • в итоге — общее снижение транспортных затрат. Технология изготовления шпал FFU отличается от традиционной пултрузии тем, что оба жидких компонента полиуретанового связующего подаются дозирующими насосами и смешиваются непосредственно перед пропиткой волокна, а в фильере происходит вспенивание и полимеризация матрицы. Далее применяется обычная схема: получившийся брус поступает в гусеничное тянущее устройство, за которым нарезается на части, длина которых может достигать 12 м. Затем поверхность брусьев зачищается от остатков пултрузионной смазки, а при необходи-

Композитный мир | #3 (84) 2019

Наука а

Рисунок 2. а — армирующее шпалы FFU стекловолокно, б — разделка паза стамеской. Источник: материалы Sekisui Chemical Co., LTD.

мости из них составляется и склеивается под прессом пакет увеличенной толщины. Получившаяся шпала обрабатывается в точный размер, после чего на неё наносится стойкое полиуретановое покрытие. Каждая шпала маркируется [1]. Хотя компания Sekisui имеет патент на пултрузионную шпалу сэндвич-структуры, лёгкую пенополиуретановую сердцевину, которую окружает армированная толстая корка [9], серийно выпускаемые шпалы равномерно заполнены стекловолокном по всему сечению (рисунок 2а). При указанной плотности композита объёмное содержание волокна не превышает 30%, то есть материал по классификации [10] относится к среднеармированным. Пенополиуретановые брусья с таким наполнением волокном легко обрабатываются ручным инструментом — их можно пилить, сверлить, долбить стамеской (рисунок 2б), а при необходимости и ремонтировать, как обычные деревянные шпалы. Главное же, что стеклопластиковые шпалы крепко удерживают костыли, уменьшают динамические нагрузки на рельсы, снижают шум поездов и десятилетиями сохраняют свойства, обеспечивающие надёжность и безопасность железных дорог.

Термопласты, армированные непрерывными волокнами Хаотично армированные отрезками стекловолокна термопластичные полимеры сегодня успешно заменяют и сталь, и лёгкие сплавы [11]. Объёмное содержание волокна в изделиях из термопластичных композитов, получаемых литьём под давлением, лежит в диапазоне 20–40%, то есть данные материалы преимущественно являются среднеармированными [10]. Такая степень армирования диктуется технологичностью

процессов как литья изделий, так и приготовления гранулированного полуфабриката. Наиболее широко для производства гранул применяется смешивание волокна с полимером в двухшнековых экструдерах, куда может подаваться либо предварительно нарубленный стеклоровинг, либо непрерывное волокно, измельчаемое непосредственно в экструдере. Именно таким образом из полоцкого стекловолокна серийно выпускаются композиционные материалы на базе полиамида, полипропилена и некоторых других термопластов. Однако существует другой способ, имеющий непосредственное отношение к теме данного обзора, — пултрузия непрерывного однонаправленного стержня с последующей рубкой на продольно армированные длинными волокнами термопластичные гранулы LFT (Long Fiber-reinforced Thermoplastics), часто называемые пеллетами (рисунок 3а). В данном материале длина отрезков волокна равна длине самих гранул, которая обычно составляет 12–15 мм. Это заметно повышает механические показатели литых и прессованных из LFT изделий (рисунок 3б). Графики на рисунке 3б демонстрируют качественную связь между длиной волокна и свойствами хаотично армированного композита. А на фактические значения показателей одновременно влияют также объёмное содержание волокна, состав и количество замасливателя, свойства матричного полимера и так далее. В целом у литых термопластов наивысшие показатели достигаются при массовом содержании волокна около 50%, причём «длинноволокнистые» материалы показывают преимущество перед армированными коротким волокном. Для примера на рисунке 4 показаны опытные зависимости влияния степени армирования на прочность образцов из уровень показателей б 95%

прочность

ударостойкость

жёсткость

длина стекловолокна, мм

Рисунок 3. а — схема производства «длинноволокнистых» гранул LFT. б — влияние длины отрезков стекловолокна на уровень механических свойств литых армированных термопластов [12].

Композитный мир | #3 (84) 2019

предел прочности при растяжении, МПа

Наука ТПУ ПА66 ПА6 Па6-Л-СВ ПА6-ДС ПА12 ПП

содержание стекловолокна, масс., %

Рисунок 4. Прочность армированных термопластов с различным содержанием стекловолокна (по данным фирмы PlastiComp Inc., ОАО «Гродно Азот» и [13]).

Рисунок 5. Микрофотографии в одном масштабе: а — филаменты полоцкого ровинга ЕС 13 в полиамидной матрице [13], б — плоское стекловолокно Chongqing Polycomp [16].

разных термопластов LFT фирмы PlastiComp — полиамидов (ПА), полипропилена (ПП) и литьевого полиуретана (ТПУ). Красной линией отмечены данные испытаний «длинноволокнистого» пултрузионного полиамида, изготовленного в Белорусском государственном технологическом университете (БГТУ) на базе полоцкого волокна ЕС 13 2400 [13], а пунктиром — показатели «коротковолокнистого» Гроднамида1, также армированного полоцким стекловолокном с замасливателем, обеспечивающим прочную адгезионную связь стекла и полимера. Особенно существенное влияние длина волокна оказывает не на статические показатели, а на ударную прочность литого композита. По данным компании ASPO, прочность по Изоду у образцов с надрезом, изготовленных из «длинноволокнистых» термопластов, оказывается в 2–3 раза выше, чем у аналогичных полимеров, армированных рубленым волокном [11]. Ещё более заметно длина волокна влияет на выносливость армированных термопластов при циклических нагрузках, которая у «длинноволокнистого» полиамида-66 PlastiComp оказывается в 21 раз выше, чем у такого же материала с коротким рубленым волокном [14]. Тут важно сделать оговорку: если строго соблюдается технология пултрузии LFT, порядок хранения гранул и режимы изготовления деталей. В [15] с использованием различных методов и видов нагружения исследована выносливость серийных стеклонаполненных полиамидов: «длинноволокнистого» ПА6-211ДС и двух экструзионных материалов — Армамида2 ПА СВ30-3МУП и ПА СВ 30-4МУП. Установлено, что повышение содержания влаги до 3% в несколько раз снижает выносливость полиамидных композитов. Усталостные испытания в условиях старения в неотапливаемых помещениях показали, что происходит быстрое необратимое снижение свойств материалов. Причём прочностные свойства ПА6-

211ДС деградируют наиболее интенсивно, поскольку данный «длинноволокнистый» материал сорбирует на 25% больше влаги в сравнении с Армамидом, который выработан на рубленом волокне, покрытом специальным замасливателем. Неполная пропитка длинного (5 7,5 мм) волокна и несовершенство замасливателя приводят к повышенной пористости и ускоренной деградации ПА6-211ДС, тогда как волокно длиной 0,04 0,9 мм хорошо совмещается с полимером и равномерно диспергируется в объёме гранул Армамида. В итоге ПА6-211ДС, обладавший вначале наибольшей усталостной выносливостью при воздействии циклической растягивающей нагрузки, через полгода хранения стал уступать по данному показателю Армамиду ПА СВ30-4МУП, а через год — и Армамиду ПА СВ30-3МУП [15]. Таким образом, нарушения технологии изготовления однонаправленного стержня повышают пористость гранул и в итоге снижают показатели конечной продукции. Задача оптимизации режимов пропитки непрерывного стекловолокна вязким термопластичным связующим решалась в БГТУ. В работе [13] выполнено компьютерное моделирование перколяционного течения расплава сквозь слой стохастически расположенных натянутых волокон, способных перемещаться под давлением полимера. При верификации модели найденные расчётные значения коэффициентов проницаемости ровингов сравнивались с опытными данными. Установлено, что увеличение на порядок вязкости расплава приводит к увеличению продолжительности пропитки слоя волокна почти на два порядка. При стохастическом расположении волокон под действием расплава формируются «языки» и сильно уплотненные области, а при малом натяжении волокон под давлением полимера происходит почти полное «запирание» слоя. С увеличением натяжения волокон проницаемость волокнистого слоя возрастает, структура однонаправленного композита получается более однородной. Стержни для LFT изготавливали на экспериментальной пултрузионной установке БГТУ. В качестве наполнителя использовали стеклоровинг ЕС 13 2400 (производства ОАО «Полоцк-Стекловолокно»), в качестве матрицы — полиамид-6 (рисунок 5а). Получены однонаправленные стержни со степенью

Гроднамид — торговое наименование целой серии полиамидных материалов, разрабатываемых и выпускаемых белорусской ПТК «Химволокно» ОАО «Гродно Азот».

Армамид — торговая марка наполненных и модифицированных композиций на основе ударопрочного полиамида 6, производимых НПП «ПОЛИПЛАСТИК».

Композитный мир | #3 (84) 2019

Наука наполнения 20, 30 и 40 масс., % получившие обозначение ДС-20, 30 и 40. Сравнение показателей полученных материалов LFT с коротковолокнистым полиамидом ПА-6 СВ30-1 показало, что во всём указанном диапазоне наполнения механические характеристики у LFT оказались заметно более высокими, чем у СВ-30-1. Материал ДС-20 успешно применен на предприятии «Уралтрансмаш» для производства несущих каркасов [13]. Графики на рисунке 4 подтверждают высокую прочность ДС-20 и ДС-30, однако ДС-40 проигрывает аналогичным материалам PlastiComp и уравнивается с Гроднамидом, содержащим рубленое волокно в таком же количестве (рисунок 4). Это свидетельствует о сложности получения однонаправленных термопластичных композитов с повышенной степенью армирования. В 2017 году специально для наполнения литьевых термопластов фирма Nippon Electric Glass начала выпуск стеклоровинга с филаментами прямоугольного сечения [17], а в 2018 году компания Chongqing Polycomp International представила аналогичное плоское волокно, у которого при ширине 28 мкм толщина филаментов составляет всего 7 мкм (рисунок 5б) [16]. Уплощённая форма филаментов способствует повышению технологичности процесса литья, поскольку волокно ориентируется по течению, что снижает гидравлическое сопротивление, повышает текучесть расплава и способствует равномерному армированию деталей сложной формы. К тому же благодаря плоским филаментам устраняется коробление тонкостенных изделий. Хотя данное волокно сегодня применяется в различных экструзионных термопластах, для чего рубится на отрезки длиной 3–4,5 мм, представляет несомненный интерес изучение возможности его применения для пултрузии гранул LFT, а также для производства армированных термопластичных лент.

Армированные термопластичные ленты Итак, в процессе пултрузии стержней с термопластичным связующим качество пропитки лимитируется вязкостью расплава и прочностью стеклоровинга, возможности натяжения которого небеспредельны. Однако найдено решение проблемы «запирания» плотных жгутов давлением вязкого полимера: пропитка тонкого слоя стекловолокна, разложенного «волосок к волоску» в широкую тонкую ленту [18]. Данный способ позволяет не только увеличить VВ до 40–50% и переместить композит в разряд «армированных» [10], но и получить новый материал с ценными свойствами — однонаправленный термопластичный препрег, толщина которого составляет всего доли миллиметра (таблица 2). Технология производства препрега thermoPre разработана текстильным институтом Cetex (Германия). Согласно заявке на патент [19] жгуты стеклоровинга проходят через автоматические натяжители на валы устройства площения, где равномерно распределяются во всю ширину тонкой ленты. Несвязанная псевдолента проходит сушилку и нагревается, после чего поступает в пропиточный узел, куда из экструдера подаётся расплав полимера. Особенностью технологии является то, что пропитка ленты выполняется с обеих сторон и под вакуумом, что обеспечивает монолитность препрега. Горячий препрег поступает в каландр, где калибруется между нагретыми валами и соединяется с разделительной плёнкой. Стеклянное или базальтовое волокно линейной массой от 1200 до 2400 текс может пропитываться полипропиленом, полиамидом, поликарбонатом и другими термопластичными полимерами. На рисунке 6 показан внешний вид ленты thermoPre (а) и представлена диаграмма, позволяющая сравнить свойства однонаправленных препрегов с разной

Таблица 2. Характеристики однонаправленной ленты thermoPre GF 47-PP-UD [18]. Тип волокна

Е-стекло

Полимер Объёмное содержание волокна

47%

Толщина слоя, мм

0,2

Механические показатели однонаправленного композита

Полипропилен

В направлении армирования

В поперечном направлении

Модуль упругости, ГПа

34,8

5,4

Предел прочности на растяжение, МПа

865

Предел прочности на сжатие, МПа

380

Композитный мир | #3 (84) 2019

Наука а

Рисунок 6. Внешний вид (а) и показатели термопластичного препрега thermoPre (б) [18]. Характер разрушения ленты при растяжении (в).

степенью армирования и аналогичного материала, изготовленного пропиткой стеклоткани саржевого переплетения (б) [18]. Испытания образца ленты в лаборатории «Полоцк-Стекловолокно» подтвердили высокую статическую прочность препрега и показали типичный для однонаправленных композитов характер разрушения, сопровождающегося множественными продольными расслоениями (рисунок 6в). Прошедшая в 2018 году выставка Composites Europe убедительно продемонстрировала, что европейские производители композитов массово переходят на переработку материалов с термопластичными связующими и используют разнообразное оборудование для пропитки подобных препрегов. Например, фирма Breyer выпускает компактные линии TapeFlex для производства лент шириной от 70 до 240 мм и толщиной 0,1–0,35 мм с максимальной производительностью 12 м/мин при рекомендуемой скорости пропитки 4 м/мин. Стоимость комплекта оборудования превышает 1 млн. €. При переработке методом горячего прессования выполняется послойная выкладка препрега, позволяющая придать изделию ортотропную, квазиизотропную или иную структуру. Высокопрочная термопластичная лента успешно применяется и для намотки, когда в зоне контакта с деталью препрег быстро разогревается (ИК-излучением, открытым пламенем или даже лазерным лучом) и сразу плотно прикатывается роликом. Особый интерес представляет возможность применения термопластичного препрега с целью усиления изделий, получаемых литьём под давлением, для чего заготовки из препрега укладываются в пресс-форму, куда затем подаётся расплав. Имеется также возможность получения из ленточного препрега конструкционных профилей, которые обладают рядом особенностей, выгодно их отличающих от обычных пултрузионных (в первую очередь — возможностью термоформования). Например, фирма Teubert Maschinenbau представила на франкфуртской выставке установку для непрерывного периодического горячего прессования

термопластичных стеклопластиковых профилей с производительностью порядка десятков м/час.

Ортодонтия Разнообразные композиты давно вошли в арсенал стоматологов. Например, в эстетической ортодонтии популярны ленточные препреги и тонкие упругие зубные дуги, у которых объёмное содержание волокна обычно составляет 30–40%, то есть данные материалы по классификации [10] относятся к среднеармированным композитам. Умеренная степень армирования обеспечивает отсутствие пористости и тем самым позволяет добиться наивысшей коррозионной стойкости и предотвратить возможность развития микроорганизмов. Ленты (рисунок 7а) представляют собой готовые к отверждению препреги, пропитанные метакрилатной смолой с фотоинициатором и упакованные в светозащитные контейнеры. Например, одна упаковка чешского препрега Dentapreg PFU содержит 3 ленты шириной 2 мм, толщиной 0,3 мм и длиной 60 мм, чего достаточно для изготовления примерно 6 зубных мостов. В лентах Dentapreg содержится волокно из S2- или Е-стекла в количестве 45–65 масс., %. Отверждаемые in situ ленты применяются для постоянной или временной иммобилизации и стабилизации зубного ряда, для упрочнения обширных реставраций, для вкладок и мостов, для съёмных протезов. Ленты минимально инвазивны для зубов и не раздражают мягкие ткани, фиксация лентами не препятствует гигиене полости рта и лечению тканей пародонта, а заводская пропитка гарантирует точное содержание связующего и ускоряет процесс протезирования [20]. Высокая биосовместимость стоматологических стеклопластиков (в том числе на базе Е-стекла) подтверждена многочисленными исследованиями [21]. Применяемые для коррекции положения зубов ортодонтические дуги могут изготавливаться из нержавеющей стальной проволоки либо из обла-

Композитный мир | #3 (84) 2019

Наука а

б Рисунок 7. а — структура и пример применения однонаправленного препрега Dentapreg [22]. б — Шлифы зубных дуг TP Orthodontics [23].

дающего памятью формы сплава никеля и титана — нитинола. Однако в конструкции брекетов ныне всё шире применяются малозаметные, почти прозрачные стеклопластиковые упругие стержни диаметром 0,4–0,6 мм, содержащие однонаправленное стекловолокно с диаметром филаментов 7–9 мкм [24]. Изготовление композитных дуг с реактопластичной матрицей требует либо двухстадийной полимеризации пултрузионного прутка и его гибки в вязкопластичном состоянии, либо применения одноразовой «фильеры» из термоусадочной трубки, которая изгибается вместе с помещённым внутрь пропитанным ровингом и удаляется после его отверждения [25]. В [23] определены статические прочностные показатели серийных дуг TP Orthodontics с объёмным содержанием волокна от 32 до 37% (пропорционально которому модуль упругости на растяжение возрастает от 16 до 20 ГПа), отмечена неравномерность распределения волокна по сечению стержня (рисунок 7б). В [26] изучены вязкоупругие характеристики опытных стержней с массовым содержанием волокна из S2-стекла от 35 до 70%, показана высокая гидролитическая стойкость композита с метакрилатной матрицей. Разумеется, не следует ожидать от податливого стеклопластикового прутика упругости и пластичности стальной проволоки. Испытания серийных дуг Optis диаметром 0,4 мм на 3-точечный изгиб с базой 10 мм показали, что при прогибе около 2 мм происходит излом стержня с характерным расслоением вдоль волокна [27]. Сравнительные испытания нитиноловых и стеклопластиковых дуг [28] также обнаружили, что при прогибе свыше 3 мм композитные дуги теряют прочность, а при прогибе менее 1 мм развивают многократно меньшее усилие, чем дуги из металла. Однако обширные данные, систематизированные в

Композитный мир | #3 (84) 2019

обзоре [24], свидетельствуют о сравнительно высоком изгибном модуле упругости композитных дуг, сопоставимым с модулем нитинола. В целом армированные стекловолокном дуги рекомендуется применять для коррекции малых нарушений прикуса, не требующих создания значительных усилий на зубы и чрезмерных деформаций стержня [28]. В работе [29] с применением описанной выше пултрузионной технологии изготовлены поликарбонатные стержни диаметром 0,5 мм, содержащие около 30% (об.) однонаправленного волокна из Е-стекла с диаметром филаментов 7 и 13 мкм. Всестороннее исследование показало достоинства данного материала, обладающего биосовместимостью, высокими механическими характеристиками, стойкостью к коррозии и термоциклированию, прозрачностью, стабильностью цвета, весьма гладкой поверхностью, низким трением в пазах брекетов, возможностью термоформования. Ещё более высоких прочностных показателей удалось добиться, армируя поликарбонат волокнами из S-стекла c диаметром филаментов 5 мкм [30]. В обзоре [24] также отмечается перспективность применения в ортодонтии термопластичных однонаправленных стеклопластиков и при этом подчёркивается недопустимость их ползучести, поскольку релаксация напряжений постепенно снижает выпрямляющее усилие на зубы, создаваемое пружинистыми дугами. В следующих выпусках журнала «Композитный мир» серия публикаций про однонаправленные стеклопластики будет продолжена. Далее будут рассмотрены вопросы применения высокоармированных стекловолокнитов.

Наука

Литература 1. Takai H., Sato Y., Sato K. Japanese twenty five years experiences and standardization of synthetic sleeper. URL: http://www.railway-research.org/ IMG/pdf/589.pdf 2. Ferdous W., Manalo A., Van Erp G., Aravinthan Th., Kaewunruen S., Remennikov A. Composite railway sleepers – recent developments, challenges and future prospects // Composite Structures. – 2015. – Vol. 134. – P. 158-168. 3. Ghorbani A., Erden S. Polymeric composite railway sleepers // Uluslar arası Raylı Sistemler Mühendisliği Sempozyumu (ISERSE’13). Karabük, Türkiye. – 2013. – 6 pp. 4. Кондратюк В.А., Петров В.Н., Воскобойников И.В. Исследование и разработка технологии получения композиционных железнодорожных шпал // Лесной вестник. – 2012. – № 8. – С. 141 145. 5. Ахметов Ш. С. Полимерные шпалы // Наука и техника Казахстана. – 2016. – № 1-2. – C. 16-22. 6. Koller G. The use of sleepers made of FFU synthetic wood in Europe // Railway Technical Review. – 2009. – No 2. – P. 28-32. 7. Silva E., Pokropski D., You R., Kaewunruen S. Comparison of structural design methods for railway composites and plastic sleepers and bearers // Australian Journal of Structural Engineering. – 2017. – Vol. 18. – No 3. – P. 160-177. 8. Investigation on FFU synthetic wood sleeper / Research Report No. 2466. – Technische Universität München, 2008. – 48 pp. 9. Motoi K., Matsuo R., Muranaka T., Murata T. Composite material and synthetic sleeper using the composite material // US Patent 6 605 343 B1. 2003. 10. Симонов-Емельянов И.Д. Армированные пластики и их классификация по структурному принципу и перерабатываемости // Пластические массы. – 2016. – № 5-6. – С. 3-8. 11. Replacing metal structures with fiber-reinforced thermoplastics. URL: https://cdn2.hubspot.net/ hubfs/1793567/Downloadables/EN%20-%20 Replacing%20metal%20structures%20with%20 fiber-reinforced%20thermoplastics.pdf 12. Design Considerations for Successfully Using Long Fiber Thermoplastic Composites as Substitutes for Metals. URL: https://www.plasticomp.com/wpcontent/uploads/Long-Fiber-Design-PrinciplesWhite-Paper.pdf 13. Кордикова Е.И. Пропитка волокнистых материалов расплавами термопластичных полимеров / Автореф. дисс. к.т.н. – Минск: БГТУ, 2000. –19 c. 14. Long Glass Fiber Reinforced Thermoplastic Composites. URL: https://www.plasticomp.com/ long-glass-fiber-reinforced 15. Саморядов А.В., Сигейкин Г.И., Кацевман М.Л. Исследования усталостной выносливости у стеклонаполненного полиамида // Пластические массы. – 2013. – № 1. – С. 19-23. 16. Flat fiberglass offers higher fiber loading, lower warpage in thin-wall composite parts. URL:

http://www.jeccomposites.com/knowledge/ international-composites-news/flat-fiberglassoffers-higher-fiber-loading-lower-warpage 17. Development of Flat Glass Fiber for Reinforcement of Thermoplastic Resin. URL: www.neg.co.jp/ uploads/sites/2/20171005_news_en.pdf 18. Nendel S., Heinrich H.-J. Development of a new process for production of continuous fibre reinforced thermoplastic prepregs by direct impregnation. URL: https://www.itma.com/docs/ default-source/downloads/speakers-platformpresentations/16-nov.-day-2/2-sebastian-nendel.pdf 19. Weise B., Friedland W., Nendel W., Helbig F., Heinrich H. Method and device for producing thermoplastic prepregs // Patent EP 2548720 A1. 2013. 20. Горбань С.А., Литвин Т.В. Восстановление отсутствующих зубов с помощью преполимеризованных адгезивно-волоконных систем. URL:http://www.jendental-ukraine.com/ images/Articles/AVS_JenDental.pdf 21. Zhang M., Matinlinna J.P. E-Glass Fiber Reinforced Composites in Dental Applications // Silicon. – 2012. – No 4. – P. 73-78. 22. Dentapreg – Simple steps to strong bridges. URL: https://www.dentapreg.com/Dentapreg/media/ Dentapreg/E-books/EBOOK_8.pdf 23. Cimini C.A., Melo J.D.D., Medeiros A.M., Las Casas E.B. Flexural stiffness of GFRP composite orthodontic archwires / 18th International Conference on Composites Materials (ICCM). Jeju Island, Korea, 2011. 24. Mikulewicz M., Gronostajski Z., Wielgus A., Chojnacka K. Transparent orthodontic archwires: A systematic literature review // Archives of civil and mechanical engineering. – 2017. – Vol. 17. – P. 651 – 657. 25. Gopal R. Design and development of composite orthodontic archwires alternative to metallic wires. – National University of Singapore, 2003. 26. Zufall S.W., Kusi R.P. Stress relaxation and recovery behavior of composite orthodontic archwires in bending // European Journal of Orthodontics. – 2000. – No 22. – P. 1-12. 27. Scabell A.L., Elias C.N., Fernandes D.J., Quintão C.C.A. Failure of fiber reinforced composite archwires // Journal of Research and Practice in Dentistry. – 2013. – P. 1-7. 28. Matias M., De Freitas M.R., De Freitas K.M.S., Janson G., HigaR.H., Francisconi M.F. Comparison of deflection forces of esthetic archwires combined with ceramic brackets // Journal of Applied Oral Science. – 2018. – Vol. 26. – P. 1-9. 29. Toshihiro Inami, «Development of glass fiberreinforced plastic for orthodontic wires. URL: http://repository.nihon-u.ac.jp/xmlui/bitstream/ handle/11263/571/Inami-Toshihiro-3.pdf 30. Yasuhiro Tanimoto, Toshihiro Inami, Masaru Yamaguchi, Kazutaka Kasai, Norio Hirayama, Yoshio Aoki. Characterization of esthetic orthodontic wires made from glass-fiber-reinforced thermoplastic containing high-strength, small-diameter glass fibers // Advances in Materials Science and Engineering. – 2018. – P. 1-7.

Композитный мир | #3 (84) 2019

191186, Санкт-Петербург ул. Б. Морская, 18, ауд. 212 тел./факс: +7 (812) 315-06-92 тел.: +7 (812) 315-02-56 +7 (921) 784-62-43 e-mail: thvikm@yandex.ru ��

Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна Институт прикладной химии и экологии Кафедра наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов приглашает выпускников средних школ, гимназий, лицеев, профессионально-технических училищ, колледжей на обучение с профилированием студентов в следующих областях знаний:

Направление «химическая технология» Бакалавры: перспективный профиль подготовки бакалавров: наноинженерия, композиты и биоматериалы; Магистры: актуальный профиль подготовки магистров: технология получения полимерных наноматериалов • Нанотехнологии и полимерные нанокомпозиты; • Информационные технологии наноструктурных и волокнистых материалов; • Полимеры и биоматериалы в медицине; • Композиционные материалы в строительстве и отделке интерьера; • Полимерные материалы в экологии; • Современные инструментальные методы исследования полимеров, волокон и композиционных материалов. • Работа со студентами может осуществляться по индивидуальным программам • Возможно обучение с углубленным изучением иностранных языков (английский, французский) и стажировки за границей.

Структура активированных углеродных волокон

За комплекс работ по созданию ресурсосберегающих технологий производства сорбентов профессор А. А. Лысенко удостоен премии правительства РФ в области науки и техники.

На кафедре наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов: Морфология серебросодержщих волокон

• Разработаны процессы химической твердофазной активации углеродных волокон, что снижает стоимость активированных углеродных волокон.

Адсорбированные вирусы и бактерии

Массив из нанотрубок на поверхности углеродного волокна

Кристаллы золота на углеродных волокнах

• Ведутся работы по созданию биологически активных наноструктурных металлсодержащих волокон. Такие волокна могут быть использованы для выделения и очистки биомассы вирусов, иммобилизации бактерий с целью создания биокатализаторов, тонкой доочистки питьевой воды и воздуха. • Ведутся работы по созданию наноструктурных углеродсодержащих композитов: •• изучение морфологии, структуры и свойств углеродных наночастиц; •• направленная модификация углеродных наночастиц с целью улучшения их сорбционных, электрофизических и других свойств; •• синтез углеродных нанотрубок и нановолокон на углеродных подложках; •• разработка технологий получения композитов на основе различных полимеров, наполненных углеродными нанодисперсиями. • Проведены комплексные исследования сорбционных свойств АУВ по отношению к платиновым металлам, золоту и серебру.

Наночастицы палладия адсорбированные углеродными волокнами различной природы

• Разработаны процессы получения каталитически активных углеродных волокон, содержащих в своей структуре нано- и микрочастицы Pt и Pd.

Бакалавры и магистры ежегодно участвуют в различных международных и всероссийских конференциях thvikm@yandex.ru www.sutd.ru

Материалы для производства композитных изделий: Смолы и отвердители

Разделительные составы

• Полиэфирные и винилэфирные смолы • Эпоксидные смолы • Гелькоуты • Трудногорючие решения • Наполнители и пигменты • Отвердители

• Грунты для форм • Очистители для форм • Полупостоянные разделители

Армирующие материалы

• Смолы и гелькоуты • Скинкоуты • Модельные пасты • Закладные элементы и расходники

• Ровинги • Стекломаты и вуали • Стеклоткани • Углеткани • Мультиаксиальные ткани • Препреги

Оборудование для RTM и инфузии

ООО Банг и Бонсомер, Москва

Материалы для производства оснастки

Адгезивы и клеи • Полиэфирные пасты • ММА клеи • Крепёжные элементы

ЧАО Банг и Бонсомер, Киев

ООО Банг и Бонсомер, Москва Отдел композиционных материалов Отдел композиционных материалов Отдел композиционныхТелефон: материалов Телефон: +7 (495) 258 40 40 доб. 116 +380 44 461 92 64 Факс: +7 (495) 258 40 39 Факс: +380116 44 492 79 90 Телефон: +7 (495) 258 40 40 доб. e-mail: rus-composites@bangbonsomer.com e-mail: composites@bangbonsomer.com e-mail: rus-composites@bangbonsomer.com