журнал "Композитный Мир" №4 (61) 2015 by Композитный Мир

2015 (61)

Производственная площадка «АэроКомпозит-Ульяновск». Проведение неразрушающего контроля заднего лонжерона консоли крыла лайнера МС-21 с помощью роботизированного оборудования.

ISSN 2222-5439

КОЛОНКА РЕДАКТОРА Научно-популярный журнал «Композитный Мир»

www.kompomir.ru Дисперсно- и непрерывнонаполненные композиты: стеклокомпозиты, углекомпозиты, искусственный камень, конструкционные пластмассы, пресс-формы, матрицы, оснастка и т. д. — ТЕХНОЛОГИИ, РЕШЕНИЯ, ПРАКТИКА!

«Бросая ввысь свой аппарат послушный, или творя невиданный полёт, мы сознаём как крепнет флот воздушный…»

ДОРОГИЕ ДРУЗЬЯ!

Регистрационное свидетельство ПИ № ФС 77-35049 Министерства РФ по делам печати, телерадиовещания и средств массовых коммуникаций от 20 января 2009 г. Учредитель: ООО «Издательский дом «Мир Композитов» Директор: Сергей Гладунов gladunov@kompomir.ru Главный редактор: Ольга Гладунова o.gladunova@kompomir.ru Вёрстка и дизайн: Виктор Емельянов По вопросам подписки: podpiska@kompomir.ru По вопросам размещения рекламы: reklama@kompomir.ru Advertising: Maria Melanich maria.melanich@kompomir.ru Номер подписан в печать 05.08.2015 Фото на обложке: ЗАО «АэроКомпозит-Ульяновск» Отпечатано в типографии «Премиум Пресс» Тираж 3000 экз. Цена свободная Адрес редакции: 191119, г. Санкт-Петербург, ул. Звенигородская, д. 9/11 Телефон/Факс: +7 (812) 318-74-01 info@kompomir.ru Адрес для корреспонденции: 191119, г. Санкт-Петербург, а/я 152 Научные консультанты: Лысенко Александр Александрович доктор технических наук, лауреат Государственной Премии в области науки и техники, профессор кафедры Наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов Государственного Университета Технологии и Дизайна, г. Санкт-Петербург Красновский Александр Николаевич, доктор технических наук, доцент, зав. кафедры композиционных материалов Московского Государственного Технологического Университета «Станкин» Ветохин Сергей Юрьевич, исполнительный директор Союза производителей композитов, ведущий специалист по техническому регулированию и стандартизации.

Август 2015 года богат на события, связанные с авиационной тематикой, поэтому неудивительно что, верстая очередной номер журнала «Композитный Мир» мы старались передать ощущение, когда «после взлёта лицо обдаёт волной тепла с отчётливым привкусом керосина». В этом году, в Жуковском, городе авиационной науки и техники, на аэродроме центральной испытательной базы страны — Летно-исследовательского института им. М.М.Громова, пройдёт очередной Международный авиационно-космический салон МАКС. Первый МАКС состоялся в 1993 году и с тех пор раз в два года небо над Жуковским сотрясает рев авиационных двигателей. Сегодня с уверенностью можно сказать, что МАКС по праву стоит в одном ряду с крупнейшими мировыми авиационными форумами. Здесь, на МАКСе, компании авиационно-космического комплекса России имеют возможность продемонстрировать достижения российских высоких технологий. Кроме МАКСа, тема применения композитов в авиации получит своё продолжение на конференциях, проводимых ФГУП «ВИАМ» в августе и сентябре. В то же время мы постарались, чтобы этот номер был полезен не только «авиационщикам». Вас ждет интересный материал об обработке пенопластов, статья о выборе гелькоута для изготовления стеклопластика, предназначенного для вагонов метрополитена, процесс изготовления лопастей для ветряков, технология ультразвуковой резки и сварки композитов, мировой опыт использования коррозионностойких стеклопластиков и многое другое.

Читайте с пользой! С уважением, Ольга Гладунова

*За содержание рекламных объявлений редакция ответственности не несет. При перепечатке материалов ссылка на журнал «Композитный Мир» обязательна.

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

СОДЕРЖАНИЕ Вестник Cоюзкомпозит

ИНТЕРВЬЮ АэроКомпозит: Мы учимся работать вместе…

СОБЫТИЕ Невские перспективы композитов

Композиты в России будут прирастать Сибирью…

IV международная конференция «Трансфер композитных технологий как инструмент импортозамещения»

МАТЕРИАЛЫ Качество — как приоритет выбора!

Методология выбора гелькоута

ОТРАСЛЬ «Композитные решения» для новых задач

СОДЕРЖАНИЕ

ТЕХНОЛОГИИ Инновационные методы обработки термопластичных ПЭТФ-пенопластов

Повышение эффективности ветроэнергетических установок

SONIMAT: использование ультразвука в композитной промышленности

ОБОРУДОВАНИЕ Технология производства термопластичного препрега

ПРИМЕНЕНИЕ Мировой опыт использования коррозионностойких стеклопластиков

Удивительный композит — пайкерит

Применение материалов на основе базальтовых волокон в авиакосмической отрасли

Исследованиет характеристик композитной арматуры

ТОЧКА ЗРЕНИЯ НАШИХ ЧИТАТЕЛЕЙ

РЕКЛАМА В НОМЕРЕ

Ноябрь, 2015

ежегодная международная научно-практическая конференция

КОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ производство, применение тенденции рынка Приглашаем компании отрасли принять участие в конференции, обсудить проблемы развития производства и применения композитов в России и СНГ; получить актуальную информацию и обменяться опытом. По вопросам участия в мероприятии обращайтесь: Координатор проекта: Лукичева Наталья E-mail: innovation5000@mail.ru и manager@uncm.ru Тел./факс: +7 (495) 786 25 36

Официальное издание Союза производителей композитов при поддержке журнала «Композитный мир»

КОМПОЗИТНЫЕ

МАТЕРИАЛЫ

ВЕСТНИК ОТРАСЛИ № 06 (101) 2015 № 07 (102) 2015

В НОМЕРЕ: 1. Деятельность Союза: Новый член Союза; новые кадры для строительной отрасли; 2. Новости отрасли: Открытие нового производства углеродного волокна в РФ; новое пултрузионное производство в Технопарке Саров; российские военные получили дорогу из «лего»; пассажирский катамаран из углекомпозита; 3. Мировые новости: Безлопастной ветрогенератор; металлокомпозит, который не тонет в воде; электрический самолет; колесные диски из углекомпозита; Трек-кар GP700; 4. Анонс: Конференция «Полимерные композиционные материалы нового поколения для гражданских отраслей промышленности»; Юбилейная 10-я Европейская выставка-форум COMPOSITES EUROPE 2015; V Всероссийская с международным участием конференция для молодых ученых «Макромолекулярные нанообъекты и полимерные нанокомпозиты»

ВЫ РАБОТАЕТЕ. МЫ СОЗДАЕМ УСЛОВИЯ

СОЮЗ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ КОМПОЗИТОВ 1. ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ СОЮЗА НОВЫЙ ЧЛЕН СОЮЗА 5 июня 2015 года состав 1 Союза пополнился новым членом — ООО «АйПиГрупп» (Carbon Studio). Общество с ограниченной ответственностью «АйПиГрупп» (г. Санкт-Петербург, РФ) ведет активную деятельность в композитной отрасли с 2005 года и зарегистрирована как юридическое лицо в 2009 году. В 2015 году ООО «АйПиГрупп» (Carbon Studio) объединилась в Группу компаний «Композитные решения», в состав которой вошли несколько предприятий, среди которых: Carbon Studio: поставщик современных композитных материалов и передового оборудования; ИКТехнологии: комплексные инжиниринговые услуги по разработке и производству деталей и узлов из высокотехнологичных ПКМ; ThermoTechnology: проектирование, производство и модернизация оборудования для работы с ПКМ (оборудование для механической обработки; лабораторные и промышленные печи; пропиточные машины для растворных, расплавных и термопластичных связующих) ООО «АйПиГрупп» награждена медалью «Лидер России» за значительный вклад в развитие экономики России, внедрение передовых технологий, социальную активность и честные партнерские отношения. НОВЫЕ КАДРЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНОЙ ОТРАСЛИ 24 июня 2015 года состоялось выездное заседание Комиссии по вопросам индустрии строительных материалов и технологий Общественного совета при Минстрое России. Мероприятие было организовано на базе ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет». В мероприятии приняли участие заместитель министра строительства и жилищнокоммунального хозяйства Российской Федерации Сиэрра Елена Одулиовна, ректор ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет»., член корреспондент РААСН Волков Андрей Анатольевич, исполнительный директор Объединения юридических лиц «Союз производителей композитов» Ветохин Сергей Юрьевич, руководитель Комиссии, президент АО «ИНТЕКО» Солощанский Олег Моисеевич,

председатель Учебно-методическиго Совета по развитию ДПО УМО высших учебных заведений РФ по образованию в области строительства и Международной ассоциации строительных высших учебных заведений (АСВ), председатель комитета по профессиональному образованию Российского Союза строителей (РСС) Гинзбург Александр Витальевич, а также члены Комиссии, эксперты, руководители ведущих предприятий индустрии строительных материалов и технологий. Перед началом заседания его участники посетили научные центры МГСУ: • Научно-исследовательский институт строительных материалов и технологий (НИИ СМиТ); • Научно-образовательный центр «Наноматериалы и нанотехнологии» (НОЦ НТ); • Учебно-научно-производственная лаборатория аэродинамических и аэроакустических испытаний строительных конструкций (УНПЛ ААИСК). Заведующие лабораториями продемонстрировали техническую оснащенность научных центров и лабораторий ВУЗа, рассказали об особенностях изготовления и исследования испытательных образцов конструкций и изделий, применяемых при строительстве зданий и сооружений. Наличие широкого спектра лабораторий и испытательного оборудования позволяет говорить о том, что выпускники ВУЗа имеют возможность проводить не только научные, но и прикладные исследования и разработки, что, несомненно, повышает уровень их компетенции и квалификации. Однако следует понимать, что для обеспечения высокой квалификации специалистов на рынке труда необходимо наличие отлаженной системы постоянного взаимодействия государства, ВУЗов, профессиональных сообществ и работодателей. Об этом и о других факторах, влияющих на уровень подготовки выпускников строительных ВУЗов говорили участники заседания комиссии. По итогам настоящего заседания было принято решение сформировать перечень предложении по подготовке и повышению квалификации исследовательских, инженерных и технических кадров для стройиндустрии и промышленных материалов.

КОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ | ВЕСТНИК ОТАСЛИ | июль–август | 2015

WWW.UNCM.RU 2. НОВОСТИ ОТРАСЛИ ОТКРЫТИЕ НОВОГО СОВРЕМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

15 мая 2015 в особой экономической зоне «Алабуга» в Республике Татарстан состоялось торжественное открытие завода по производству углеродного волокна «Алабуга-Волокно». Завод является совместным проектом ХК «Композит» и госкорпорации «Росатом». Производительность первой производственной линии составляет 1700 тонн в год углеродного волокна марки Umatex UMT42-12К номиналом 12К. На этой же линии в будущем планируется выпуск углеродного волокна марки Umatex UMT42-24К, номиналом 24К. Также планируется запуск новой линии и доведение общего объема производства углеродного волокна до 10000 тонн в год. В торжественном открытии приняли участие Президент Республики Татарстан Минниханов Рустам Нургалиевич и генеральный директор Холдинговой компании «Композит» Меламед Леонид Борисович, заместитель генерального директора ГК «Росатом» Локшин Александр Маркович, генеральный директор ОЭЗ «Алабуга» Шагивалиев Тимур Наилевич, директор департамента химико-технического и лесопромышленного комплекса Министерства промышленности и торговли РФ Потапкин Владимир Александрович, исполнительный директор Союза производителей композитов Ветохин Сергей Юрьевич. www.uncm.ru НОВОЕ ПУЛТРУЗИОННОЕ ПРОИЗВОДСТВО В ТЕХНОПАРКЕ САРОВ 25 июня 2015 в Технопарке «Саров» произведен запуск первой очереди завода по производству композитной продукции нового поколения. Проектом, объем инвестиций в который на текущем этапе составил более 200 млн. рублей, предусмотрен выпуск инновационной композитной продукции для строительной отрасли (композитные шпунтовые сваи), а также для нужд нефтедобывающей промышленности.

К настоящему времени управляющей компанией проекта — ООО «Научно-производственное предприятие «Центр Пултрузии» — смонтировано и запущено три независимых производственных линии. Новое пултрузионное производство реализовано с участием ОАО «Технопарк-Технология» и позволяет существенно улучшить прочностные и эксплуатационные характеристики продукции. Проект поддерживается Агентством Стратегических Инициатив и Союзом производителей композитов (Союзкомпозит). Как заявил Генеральный директор ООО «НПП «Центр пултрузии» Павел Глебович Потанин: «Использование композитных шпунтовых свай при строительстве и реконструкции гидротехнических и иных объектов позволяет существенно повысить скорость производства работ и сократить финансовые издержки. Продукция обладает рядом преимуществ перед традиционными металлическими аналогами — легкость, простота монтажа, долговечность, устойчивость к коррозии и агрессивным средам, экологическая безопасность». Следует отметить, что участники проекта не только производят инновационную продукцию, но и обеспечивают ее комплексный инжиниринг, включая разработку проектных решений, монтаж и шеф-монтаж на объектах. Управляющей компанией проекта заявлены планы по увеличению производственных мощностей и расширению сортамента продукции, в том числе, для нужд МЧС, Минобороны России, Росатома и РусГидро. Для справки: Технопарк «САРОВ» — совместный проект ОАО АФК «Система», ГК «Росатом», ФИОП «Роснано» по реализации инновационных проектов в интересах развития экономики РФ на основе научно-технического потенциала ФГУП «Российский федеральный ядерный центр — ВНИИЭФ», ОАО АФК «Система», ОАО «Роснано» и др. ООО «НПП «Центр пултрузии» — отечественная компания, осуществляющая научные исследования и разработки в области композитных материалов нового поколения, а также производство ряда продуктов из полимерных материалов.

КОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ | ВЕСТНИК ОТАСЛИ | июль–август | 2015

СОЮЗ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ КОМПОЗИТОВ АО «Технопарк-Технология» — 100 процентное ДЗО ГК «Росатом», создано в целях привлечения и направления средств федерального бюджета на создание материально-технической базы для проектов, принятых к финансированию в рамках Научно-производственного кластера «ГК «Росатом» — АФК «Система». Автономная некоммерческая организация «Агентство стратегических инициатив по продвижению новых проектов» — создана во исполнение поручений Председателя Правительства Российской Федерации В.В. Путина от 17 мая 2011 г. № ВП-П16-3168 и от 27 мая 2011 г. № ВП-П13-3511. Учредителем Агентства является Правительство Российской Федерации. Объединение юридических лиц «Союз производителей композитов» («Союзкомпозит») объединяет предприятия, производящие сырье, оборудование и вспомогательные материалы для производства композитов, а также композитные материалы и изделия из них, научно-производственные организации и торговые компании. Основными направлениями деятельности Союза являются участие в формировании благоприятной законодательной, таможенно-тарифной и налоговой среды, включая вопросы введения или отмены защитных мер, участие в формировании российской системы технического регулирования, стандартизации и оценки соответствия, организация и проведение научно-практических семинаров и конференций, а также содействие в расширении сфер применения композитов. Группа компаний «РусГидро» — один из крупнейших российских энергетических холдингов. РусГидро является лидером в производстве энергии на базе возобновляемых источников, развивающим генерацию на основе энергии водных потоков, морских приливов, ветра и геотермальной энергии. www.uncm.ru РОССИЙСКИЕ ВОЕННЫЕ ПОЛУЧИЛИ ДОРОГУ ИЗ «ЛЕГО» Группа компаний «Рускомпозит» представила на форуме «Армия-2015» в подмосковной Кубинке легкосборные пластиковые дороги, способные выдерживать технику массой до 80 тонн даже на болотах и лавиноопасных склонах. «Подобные мобильные дорожные покрытия мы уже давно поставляем предприятиям нефтегазодобывающей и газотранспортной отраслей. Но те МДП могут монтироваться только с привлечением спецтехники — вес плит достигает 700 килограммов при площади 19 квадратных метров, — то для военных мы предложили облегченные плиты принципиально иной конструкции. Проложить дорогу километровой длины из них могут четыре бойца за сутки», — рассказал председатель совета директоров «Рускомпозита» Сергей Фахретдинов. Стеклокомпозитные плиты для дорожного полотна с противоскользящим покрытием производит ОАО «Тверьстеклопластик». Друг с другом плиты скрепля12

ются при помощи замков. Такая дорога устойчива к тяжелой гусеничной технике, способна удержать танковую колонну на топком болоте, а после ее прохода полотно разбирается и перевозится на следующее болото. Сборка дороги организована по принципу «штырь в дырку» и не требует от строителей каких-либо специальных навыков. За день необученный батальон может уложить 200 километров пластикового полотна. «На выставке мы представили пять новых модификаций плит с тремя типами новых замковых соединений, которые отвечают разным требованиям, но по сути универсальны. В технологии производства плит — кроме высокой прочности, долговечности и многократности использования, — также учтены два основных момента: снижение веса самих дорожных покрытий, чтобы дорогу могли монтировать двачетыре бойца, и снижение материалоемкости — чтобы плита стоила дешевле для заказчика», — рассказала пресс-секретарь компании Наталья Некрасова. www.rg.ru ЗАВОД «АэроКомпозит-УЛЬЯНОВСК» ВЫШЕЛ НА ПОЛНЫЙ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЦИКЛ Завод «АэроКомпозит-Ульяновск» — это первое в России предприятие по производству композитных элементов конструкций для воздушных судов. 14 июля 2015 года завод посетили Губернатор Ульяновской области Сергей Морозов, Министр промышленности и торговли РФ Денис Мантуров, полномочный представитель Президента РФ в ПФО Михаил

КОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ | ВЕСТНИК ОТАСЛИ | июль–август | 2015

WWW.UNCM.RU

Бабич. Руководители ознакомились с производственным циклом высокотехнологичной авиационной продукции и встретились с руководством предприятия. Как отметил Губернатор Сергей Морозов, запуск производства полного цикла на предприятии станет мощным импульсом для авиационной отрасли, как Ульяновской области, так и России в целом. «Кроме масштабных инвестиций, новых рабочих мест и внедрения передовых технологий, что, безусловно, имеет огромное значение для региона, создание этого производства позволит загрузить смежные предприятия и будет способствовать размещению на территории области поставщиков завода. Таким образом, наш регион вновь становится одной из стратегических площадок, где созидается будущее отечественного авиастроения», — подчеркнул глава региона. По информации генерального директора ЗАО «АэроКомпозит» Анатолия Гайданского предприятие работает по проекту МС-21. На заводе не только изготавливаются композитные агрегаты, но и осуществляется финальная сборка консолей крыла, которое после отгружается на завершающую сборку на Иркутский авиационный завод — филиал ПАО «Корпорация Иркут». В производстве используется инфузионная технология с применением автоматической выкладки сухой углеродной ленты. Подобной технологией не владеет ни одно предприятие в мире. «Наш завод абсолютно уникальный, единственный в мире завод полного цикла по производству крупногабаритных композитных конструкций для авиационной промышленности. Между нами и Правительством региона заключено инвестиционное соглашение, по которому мы имеем достаточно серьезные налоговые льготы. Кроме того, мы выбрали именно этот регион, потому что здесь находится завод «АвиастарСП»: есть компетенции, есть соответствующие учебные заведения, которые готовят персонал, много людей, которые

работали с авиацией и уже владеют знаниями в области менеджмента качества, знают, как работать с авиационными тематиками. Также нам был предоставлен хороший производственный корпус, где можно было рентабельно сделать реконструкцию и сэкономить инвестиционные ресурсы», — заявил Анатолий Гайданский. По его словам, при выходе на проектную мощность завод сможет выпускать в год 200 консолей крыла, то есть 100 комплектов. На сегодняшний день на предприятии создано почти 450 рабочих мест, порядка 70% сотрудников предприятия — высококвалифицированные специалисты. В середине апреля «АэроКомпозит-Ульяновск» отправил на Иркутский авиационный завод композитный центроплан с элементами отсека фюзеляжа, для сборки первого лётного образца самолёта МС-21. www.ulgov.ru ПАССАЖИРСКИЙ УГЛЕКОМПОЗИТНЫЙ КАТАМАРАН СТРОЯТ В САНКТ-ПЕТЕРБУРГЕ Средне-Невский судостроительный завод, входящий в Объединенную судостроительную корпорацию, приступил к строительству нового пассажирского катамарана проекта 23290. Корпус судна выполнен из углекомпозита, применение которого получает все большее распространение в современном судостроении. Использование композиционных материалов позволяет создавать суда с высокими аэро- и гидродинамическими характеристиками, с легкими корпусами, а также значительно сокращает сроки строительства. Катамаран будет иметь длину 25 метров, ширину — 9,5. Его водоизмещение составит 84 тонны, максимальная скорость — почти 30 узлов. Судно сможет вместить до 150 пассажиров. Проект разработан для работы на ныне действующих линиях водной системы Ладога — Нева — Финский залив. Среди возможных маршрутов — пассажирский порт «Морской фасад», Петродворец, Дворцовая набережная («Эрмитаж»), Кронштадт, остров Валаам. Судно строится по проекту ЦКБ «Нептун». Полностью завершить создание судна на заводе планируют к навигации 2016 года. www.minpromtorg.gov.ru ХК «КОМПОЗИТ» РАСШИРИЛА ПРОИЗВОДСТВО КОМПОЗИТОВ Холдинговая компания «Композит» (ХК «Композит») расширила свое производство и дополнительно арендовала в технополисе «Москва» почти 500 м2 площади для создания нового цеха, где будут производиться композиционные материалы на основе углеродного волокна. Длительность аренды составляет 20 лет. «Холдинг «Композит» — ключевой резидент Технополиса, начиная с 2011 года, арендует в уже более 20 тысяч м2. На этих площадях был создан «Научно-исследовательский центр «Композит», где ведутся разработки

КОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ | ВЕСТНИК ОТАСЛИ | июль–август | 2015

СОЮЗ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ КОМПОЗИТОВ в области создания углеродных волокон нового поколения с улучшенными характеристиками, «Текстильный цех» по производству мультиаксиальных тканей и тканных 3D структур для применения в автомобилестроении, судостроении и изготовлении спортинвентаря, цех по производству препрегов (тканных структур, пропитанных связующим) для авиастроения», — отметил гендиректор Технополиса Игорь Ищенко. На территории технополиса «Москва» также разместился «Нанотехнологический центр композитов» входящий в структуру «Холдинговой компании «Композит». Наноцентр занимается производством готовых изделий из композитов. В частности, в настоящее время на базе «НЦК» налажено производство композитных корпусов автобусов и электробусов, которые будут поставляться на экспорт в страны Евросоюза. Так, до конца года «НЦК» планирует произвести 50 композитных автобусов на площадке Технополиса. www.plastinfo.ru

3. МИРОВЫЕ НОВОСТИ ИСПАНСКАЯ КОМПАНИЯ РАЗРАБОТАЛА БЕЗЛОПАСТНОЙ ВЕТРОГЕНЕРАТОР

Испанская компания Vortex Bladeless разработала новый тип ветрогенератора, лишенного лопастей. Новый ветряк представляет собой мачту, изготовленную из легких материалов. Установка чем-то напоминает гигантскую сигарету. Внутри она полая. Полужесткие стенки созданы из стеклокомпозита. В отличие от традиционных ветрогенераторов новая система не вращается. Под воздействием ветра структура колеблется, вырабатывая электричество. По словам разработчиков, благодаря тому, что установка не имеет лопастей, она практически бесшумна. Кроме того, подобная система не требует больших затрат на поддержание ее в рабочем состоянии. Согласно расчетам авторов проекта, стоимость обслуживания Votex на 51% ниже традиционных ветрогенераторов, а стоимость производства меньше на 53%. В настоящее время компания проводит испытания прототипа установки. В будущем разработчики планируют создать 4 киловаттный ветрогенератор высотой 13 м, имеющий массу 100 кг. Кроме того, в 14

планах компании — производство 3-метрового генератора Vortex Atlantis мощностью 100 Вт. Этот ветрогенератор будет весить всего 10 кг. www.zele.ru РАЗРАБОТАН МЕТАЛЛОКОМПОЗИТ, КОТОРЫЙ НЕ ТОНЕТ В ВОДЕ Исследователи компании DeepSpringsTechnology (DST) совместно со специалистами из Политехнической школы инженерии при Нью-Йоркском университете создали новый металлокомпозит, который настолько лёгок, что может держаться на воде и не тонуть. Композит с матрицей из магниевого сплава представляет так называемую синтактическую пену — тип композитного материала, созданный путём заполнения металлической, полимерной или керамической матрицы полыми частицами. В данном случае матрица из магниевого сплава наполнена полыми частицами карбида кремния, разработанными DST. То есть она представляет собой своего рода металлическую пену. Учёные утверждают, что в результате у них получилась самая лёгкая в мире синтактическая пена с металлической матрицей. “Пенная” структура позволяет материалу иметь плотность 0,92 грамма на один кубический сантиметр, то есть меньше плотности воды, так что материал может удерживаться на поверхности жидкости и не тонуть. Чрезвычайно прочные шарики из карбида кремния способны выдерживать давление более 1757,6 килограмм-силы на квадратный сантиметр. Такие сферы также могут обеспечить ударопрочность, действуя как поглотители энергии. Изменение количества сфер, которые добавляются к матрице, позволяют композиту приобретать и некоторые другие свойства, которые могут быть настроены в зависимости от цели применения. В будущем подобный материал может быть использован для строительства морских судов, которые будут оставаться на плаву даже после получения повреждений корпуса. Кроме того, материал получился достаточно плотным, чтобы изготовленное из него судно могло выдержать суровые морские условия. Материал также может похвастаться термостойкостью, что делает его жизнеспособной альтернативой лёгким композитам с полимерной матрицей, которые были в центре внимания многих исследований в последние годы и использовались для изготовления компонентов морских судов и автомобилей (вместо более тяжёлых компонентов на основе металлов).

КОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ | ВЕСТНИК ОТАСЛИ | июль–август | 2015

WWW.UNCM.RU «Эта новая разработка в области композиционных материалов — очень лёгкий материал, который позволит снова вернуться к изготовлению компонентов из металла, — говорит профессор кафедры механики и аэрокосмической техники Нихил Гапта (Nikhil Gupta), соавтор исследования, — способность металлов выдерживать более высокие температуры может стать огромным преимуществом, если компоненты изготавливаются для двигателя или же им придётся контактировать с выхлопными газами». Среди некоторых потенциальных способов использования материала не только облицовка дна корабля, также, по мнению создателей, он пригодится для создания автомобильных деталей, плавучих машин и брони для военного транспорта. Последний пример объясняет, почему разработки DST осуществляет при поддержке Научно-исследовательской лаборатории армии США (US Army Research Laboratory). По словам разработчиков, прототипы устройств из нового материала будут протестированы в течение ближайших трёх лет. www.vesti.ru БЕЛЬГИЙЦЫ ПРЕДСТАВИЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ САМОЛЕТ

На ежегодной крупнейшей европейской авиавыставке «AERO 2015», в Германии было представлено несколько интересных новинок, среди которых полностью электрический самолет Ypselon GT бельгийского производства. Вес самолета составляет 330 килограммов, включая аккумуляторную литий-ионную батарею весом 120 килограммов. Корпус самолета выполнен из легкого и прочного углекомпозита. На одном заряде аккумулятора, самолет Ypselon GT может летать около 1 часа с запасом энергии еще на 30 минут. Однако к 2019 году планируется увеличить время полета до 3 часов. Кроме того, специальное расположение кресел для двух пассажиров позволяет им наслаждаться великолепным видом во время полета. Длина самолета составляет 6,45 метров. www.infuture.ru КОЛЕСНЫЕ ДИСКИ ИЗ УГЛЕКОМПОЗИТА СТАНУТ ДОСТУПНЕЙ Уже в ближайшие годы на серийных автомобилях массовых марок могут появиться инновацион-

ные сверхлегкие колеса из углекомпозита, которые раньше были атрибутом лишь суперкаров. Новинки на 40% легче колес из кованого алюминия. Соглашение о совместной разработке сверхлегких алюминиево-углекомпозитных колес подписали немецкая ThyssenKrupp и американская Maxion Wheels. В пресс-релизе двух компаний речь идет о том, что настало время вывести углекомпозит из списка материалов, предлагаемых только на премиальных автомобилях, и сделать инновационные колеса доступными для покупателей автомобилей в среднем ценовом сегменте. Автомобили Volkswagen уже сейчас используются для тестирования прототипов, а значит, могут первыми получить серийные «суперколеса». Пока партнеры не раскрывают всех секретов производства, однако уже известно, что новинки весят до 40% меньше по сравнению с колесами из кованого алюминия. Дорожные тесты в реальных условиях также выявили, что гибридные колеса, в которых используются как углекомпозит, так и алюминий, обладают способностью эффективно гасить колебания и шумы. В результате автомобиль с такими колесами тратит меньше топлива, имеет лучшую управляемость и мягкость хода за счет снижения неподрессоренной массы, а также производит меньше шума. ThyssenKrupp и Maxion Wheels уже проводили тесты новых колес на спорткарах и внедорожниках. Цены, сроки и другие подробности еще неизвестны. А мы напомним, что у партнеров есть по меньшей мере один серьезный конкурент: BMW намерена собственными силами сделать полностью углекомпозитное колесо для серийной машины уже в 2016 году. На сегодня композитные колеса, например, предлагает Koenigsegg для гиперкара Agera. www.zele.ru ТРЕК-КАР GP700 Молодая австралийская компания Quantum Performance Vehicle представила трек-кар GP700, обладающий феноменальными паспортными данными. На скорости 280 км/ч его антикрылья и диффузор генерируют прижимную силу в 1,8 раза превышающую вес автомобиля. Так что теоретически он мог бы ездить по потолку, хотя вряд ли кто-то рискнёт это проверить.

КОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ | ВЕСТНИК ОТАСЛИ | июль–август | 2015

СОЮЗ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ КОМПОЗИТОВ 4. АНОНС КОНФЕРЕНЦИЯ «ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ДЛЯ ГРАЖДАНСКИХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ»

Но ещё интереснее узнать мощность и снаряжённую массу: здесь упаковано 710 «лошадей» на 700 кг. В основе автомобиля лежит трубчатый каркас из алюминиевого сплава. Наружные панели — композитов на основе углеродного волокна и кевлара. В автомобиле установлено рулевое колесо из углекомпозита и приборка с компонентами фирмы Motec. Имеется борт-компьютер для регистрации параметров круга и работы автомобиля, тонкой настройки машины. С этим арсеналом, полагают австралийцы, клиенты смогут последовательно улучшать время круга. Автомобиль будут красить в шесть цветов. www.drive.ru

11 сентября 2015 года во ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ состоится конференция «Полимерные композиционные материалы нового поколения для гражданских отраслей промышленности». Место проведения: г. Москва, ул. Радио, д. 17 (вход со стороны ул. Доброслободская). Начало работы конференции — 10:00 Регистрация участников с 09:00 до 10:00 На конференции выступят ведущие ученые и специалисты ВИАМ и предприятий гражданских отраслей промышленности с докладами в области изготовления изделий из полимерных композиционных материалов для строительства, транспорта, энергетики и пр. Кроме этого, будут представлены доклады по применению полимерных композиционных материалов в качестве альтернативы традиционным металлическим материалам, моделированию процессов изготовления изделий, применению современных связующих и армирующих наполнителей, а также в части создания и применения нормативно-технической базы, регулирующей изготовление, испытания и применение изделий из полимерных композиционных материалов в гражданских отраслях промышленности. Для участия в конференции необходимо до 07 августа 2015 года заполнить онлайн заявку в разделе «Регистрация участников».

Группа компаний «Композит» 193079, Санкт-Петербург, Октябрьская наб., 104 Тел.: +7 (812) 322-91-70 +7 (812) 322-91-69 E-mail: office@composite.ru

www.composite.ru

WWW.UNCM.RU Контактная информация: Москвитин Михаил Николаевич +7 (499) 263-86-71 Тарасов Иван Владимирович +7 (499) 263-88-84 Кузнецова Надежда Александровна +7 (499) 263-85-16 e-mail: pkm@viam.ru

из Москвы до отеля (4 октября 2015) и обратно (9 октября 2015 г). Контактная информация: Ученый секретарь конференции — Андрей Жильцов e-mail: nano2015@ineos.ac.ru телефон: +7 (925) 519-77-04

ПРИГЛАШАЕМ УЧЕНЫХ, СПЕЦИАЛИСТОВ, АСПИРАНТОВ И СТУДЕНТОВ ПРИНЯТЬ УЧАСТИЕ В КОНФЕРЕНЦИИ И ВЫСТУПИТЬ С ДОКЛАДАМИ.

ЮБИЛЕЙНАЯ 10-Я ЕВРОПЕЙСКАЯ ВЫСТАВКА-ФОРУМ COMPOSITES EUROPE 2015

V ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ С МЕЖДУНАРОДНЫМ УЧАСТИЕМ ДЛЯ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «МАКРОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ НАНООБЪЕКТЫ И ПОЛИМЕРНЫЕ НАНОКОМПОЗИТЫ» 4–9 октября 2015 года состоится V Всероссийская с международным участием конференция для молодых ученых «Макромолекулярные нанообъекты иполимерные нанокомпозиты». Целью конференции является ознакомление молодых ученых, аспирантов и студентов с последними достижениями в области синтеза, модификации и функционализации полимерных наночастиц, получения полимерных нанокомпозитов, исследования структуры и свойств наноструктурированных систем и с новыми методами их исследования и конструирования. Программа включает следующие тематические лекции и круглые столы: • Макромолекулярные нанообъекты; • Функциональные полимерные нанокомпозиты; • «Умные» полимерные нанокомпозиты и нанокомпозиты для медико-биологических приложений; • Теория и компьютерное моделирование полимерных нанокомпозитов; • Современные методы исследования наночастиц и полимерных нанокомпозитов. Регистрационный взнос за участие в конференции составляет 17 500 руб. Для студентов и аспирантов, представляющих устные и стендовые доклады, — 10 000 руб. Регистрационный взнос включает оплату проживания в двухместном номере; трехразовое питание по системе «все включено»; проезд на арендованном автобусе из Москвы до отеля и обратно; пакет участника; фуршет, кофе-брейки; банкет. При оплате после 17 августа 2015 года размер регистрационного взноса составит 20 000 руб., для студентов и аспирантов, выступающих с докладами, — 12 000 руб. Место проведения конференции: Московская область, Солнечногорский район, деревня Пешки, отель HELIOPARK Lesnoy. Для участников конференции будет организован проезд на арендованном автобусе

С 22 по 24 сентября 2015 года, в городе Штутгарт (Германия) пройдет юбилейная 10-я Европейская выставка-форум COMPOSITES EUROPE 2015, посвященная композитным материалам, технологиям их производства и областям применения. Тематические разделы: • Сырье • Наполнители • Процессы, технологии и оборудование • Обработка/Отделка • Полуфабрикаты • Услуги (Дистрибьюторы, симуляторы, CAD/CAM) • Изделия из композитов В программе: • Конференция AVK • COMPOSITES Night вечерний прием для участников • Зона Демонстрации Продукции • COMPOSITES Forum (Форум по композитам) На выставке будут представлены готовые решения для следующих отраслей: строительство, ветроэнергетика, автомобилестроение, авиастроение, судостроение, электроника и электротехника и т.д. Европейская выставка с каждым годом привлекает все большее количество, как участников, так и посетителей, и уже заслуженно занимает одно из ведущих мест в ряду крупнейших мероприятий отрасли. В 2014 году выставка собрала более 10000 посетителей и около 420 экспонентов из Европы, Азии и Северной Америки. ПРИГЛАШАЕМ КОМПАНИИ ОТРАСЛИ ПРИНЯТЬ УЧАСТИЕ В ВЫСТАВКЕ!

Редакторы: Пунина Мария, manager_mp@uncm.ru Лукичева Наталья, manager@uncm.ru 117292, г. Москва, а/я 49 Телефон/факс: +7 (495) 786-25-36 www.uncm.ru

КОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ | ВЕСТНИК ОТАСЛИ | июль–август | 2015

ИНТЕРВЬЮ

Мы учимся работать вместе… О создании коллектива центра компетенций ПАО «ОАК» — ЗАО «АэроКомпозит» и его развитии рассказывает заместитель генерального директора компании — исполнительный директор Ирина Витальевна Кошелева.

Композитный мир (КМ): Ирина Витальевна, расскажите об основных этапах развития вашего центра компетенций. Кто стоял у истоков — молодежь или старшее поколение? Ирина Витальевна (ИВ): ЗАО «АэроКомпозит» было создано в декабре 2008 года. Как и любой «start up», реализация проекта по созданию центра компетенции по разработке и производству композитных конструкций самолета МС-21 и других российских лайнеров началась с формирования «ключевой» команды, а именно с руководителя компании и заместителей по техническим, финансовым, организационным направлениям. На должности главного конструктора, главного технолога и директора программы были приглашены «зубры» самолетостроения, я же была членом команды назначенного руководителя компании. Для меня авиационная тематика была новой, но поставленные стартовые задачи развития схемы кооперации и формирования коллектива виделись вполне выполнимыми. Как известно, в отечественной авиационной промышленности применение композитных материалов в конструкциях лайнеров, созданных в советский период, было минимально. К 2008 году мировые лидеры в производстве гражданской авиационной техники (Boeing и Airbus) уже заканчивали разработку самолетов — Boeing 787 Dreamliner и Airbus 350, у которых фюзеляж, крыло и хвостовое оперение выполнены из композиционных материалов. Нам удалось выстроить хорошие рабочие отношения с основными поставщиками композитных конструкций этих новых лайнеров. На базе заводов в Австрии и Германии по конструкторской документации наших специалистов были изготовлены по 18

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

инновационной инфузионной технологии прототипы крыла МС-21. Основным условием заключенных с иностранными контрагентами контрактов было непосредственное участие наших конструкторов и технологов на всех стадиях подготовки производства и изготовления данных прототипов. Они, а также специалисты по качеству имели возможность присутствовать при всех видах инженерных работ, непосредственно контролировать изготовление деталей и сборку. Таким образом и сформировалась команда «ведущих технарей» АэроКомпозита. На сегодняшний день эти специалисты возглавляют технические службы заводов в Ульяновске и Казани, являются «основными носителями» знаний и опыта в производстве композитных деталей. КМ: Для создания композитных конструкций для авиации нужны высококвалифицированные кадры. Как решается кадровый вопрос на предприятии? Вы готовите (растите) кадры самостоятельно или тесно сотрудничаете с профильными кафедрами ведущих ВУЗов? ИВ: Меня несколько удивил тот факт, что, например, в компании FACC AG средний возраст работников по предприятию составляет 30–35 лет, при этом очень много производственных рабочих 20–25-летнего возраста. Это во многом обусловлено новизной самого процесса производства композитных конструкций и отсутствием опыта работы в данной сфере у старшего поколения. Мы же пошли по пути сочетания энергии молодых кадров и опыта «профессионалов со стажем», имеющих высокую техническую подготовку, хорошо знакомых с авиационными правилами, системой менеджмента качества, что обеспечивает преемственность лучших традиций и знаний начинающими свою трудовую деятельность молодыми людьми. Надо отметить, что на наших заводах в Ульяновке и Казани имеется большая потребность в специалистах, умеющих работать на станках с числовым программным управлением (ЧПУ). Аналоги оборудования, установленного на заводе в Ульяновске, в России отсутствуют, поэтому нами организовано внешнее (в том числе зарубежное) и внутреннее обучение персонала, внедрены программы адаптации. Я считаю, что вообще не надо бояться принимать на работу сотрудников без опыта, ведь все мы когдато начинали с нуля. Если работник хочет и может трудиться (ключевое слово «ХОЧЕТ»), то он быстро приоб-

ИНТЕРВЬЮ

школьников к авиастроению. На производственных площадках мы планируем создание Совета молодых ученых и специалистов, который, надеюсь, активизирует научно-исследовательскую и общественно полезную деятельность молодежи.

ретет необходимые навыки в результате стажировки. На ряде позиций требуются сотрудники с глубокими базовыми техническими знаниями. Неоценимую помощь в подготовке таких специалистов оказывают профильные ВУЗы — Московский авиационный институт, ФГБОУ ВПО «МАТИ — Российский государственный технологический университет им. К. Э. Циолковского», Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана, Казанский национальный исследовательский технический университет имени А. Н. Туполева (КНИТУ-КАИ), Ульяновский государственный университет, Ульяновский государственный технический университет. Надо понимать, что на начальном этапе развития любого предприятия ротация производственного персонала достаточно высокая. И это нормально, коллектив формируется «опытным путем», это же своего рода «большая семья». Только, к сожалению, времени на формирование коллектива не так много.

ИВ: В компании на регулярной основе проводятся общие собрания коллектива, на производствах «дни мастера», регулярно обновляется информационный портал АэроКомпозита. И как это ни банально звучит, мы учимся «РАБОТАТЬ ВМЕСТЕ». Работать вместе для меня значит услышать друг друга, решить проблему, выслушав все стороны и направив активность сотрудников в полезное компании русло. Для этого участники того или иного процесса собираются вместе с руководством, и решают различные проблемы. Это также полезный обмен информацией.

КМ: Как участвует молодежь в жизнедеятельности компании?

КМ: Какие задачи стоят перед вашим предприятием на ближайшие 2–3 года?

ИВ: Молодым специалистам мы стараемся создать комфортные условия для реализации талантов как в профессиональной, так и в других сферах жизни. Наши сотрудники принимают участие в различных конкурсах и фестивалях, часто становясь их призерами. На спортивные мероприятия приходят семьями. Уверена, что внеслужебное общение теснее сплачивает коллектив, создает подлинное чувство локтя. Каждый молодой специалист имеет возможность расти профессионально, участвуя в обучающих семинарах, конференциях, посещая отраслевые выставки. В Казани на базе школы № 35 создан специализированный авиационный класс. Его задачу я вижу прежде всего в стимулировании интереса

ИВ: Основная задача — это успех программы МС-21. Мы отвечаем за поставку консоли крыла, центроплана и рулей хвостового оперения. При выполнении этой сложной технической и организационной задачи, я думаю, команда АэроКомпозита «без работы не останется». Мы проводим ряд научно-исследовательских работ по разработке и изготовлению конструкций из термопластичных материалов и планируем далее развивать это направление. Модернизация и разработка новых гражданских лайнеров постоянно увеличивают долю композитных конструкций, что потребует дальнейшего развития существующих инженерных и производственных мощностей, хотя и сегодня производственные предприятия имеют зону развития.

КМ: Какие шаги предпринимаются для того, чтобы сотрудники центра обладали актуальной информацией?

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

СОБЫТИЕ

Невские перспективы композитов

Пунина Мария Андреевна менеджер проектов Объединение юридических лиц «Союз производителей композитов»

26 мая 2015 года в Санкт-Петербурге состоялась научно-практическая конференция по вопросу разработки и реализации региональных программ внедрения композитов и изделий из них в сфере транспортной инфраструктуры, строительства и жилищно-коммунального хозяйства, судостроения, а также спорта и отдыха. Ключевая задача данного мероприятия — формирование системы стимулирования спроса на технически и экономически эффективную продукцию композитной отрасли в регионах Российской Федерации и обмен опытом по созданию данной системы. Конференция проведена по заказу Министерства промышленности и торговли РФ, при поддержке Объединения юридических лиц «Союз производителей композитов», Информационного агентства «INFOLine», Издательского Дома «Мир Композитов». Оператором конференции выступила компания «Инновации будущего». В мероприятии приняли участие более 200 человек, среди которых представители Министерства промышленности и торговли Российской Федерации, Центра инновационного развития города Москвы, Комитета по промышленной политике и инновациям СанктПетербурга, Композитного кластера Санкт-Петербурга, федеральных и региональных органов исполнительной власти субъектов Российской Федерации, Союза производителей композитов, компаний композитной отрасли, а также организаций — реальных и потенциальных потребителей изделий из полимерных композитных материалов в сфере транспортной инфраструктуры, строительства и жилищно-коммунального хозяйства, судостроения, спорта и отдыха.

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

Конференция состояла из двух последовательных пленарных заседаний. В первой части с сообщениями выступили заместитель директора Департамента химико-технологического и лесопромышленного комплекса Минпромторга России Орлов Александр Юрьевич и исполнительный директор Объединения юридических лиц «Союз производителей композитов» Ветохин Сергей Юрьевич. Они проинформировали участников мероприятия о государственных мерах поддержки химико-технологического комплекса и обозначили основные направления развития композитной отрасли в настоящее время, а именно: • стимулирование спроса на продукцию композитной отрасли; • восстановление отечественного производства исходных компонентов для изготовления композитов и изделий из них; • подготовка, профессиональная переподготовка и повышение квалификации специалистов в сфере производства и применения изделий из композитов. В настоящее время в регионах России приняты и реализуются 12 региональных программ и 7 региональных подпрограмм внедрения композитных материалов и изделий из них. Однако большинство

СОБЫТИЕ

из них носят формальный характер и реально не способствуют ни развитию композитной отрасли России, ни эффективному расходованию бюджетных средств регионов за счет применения продукции из композитных материалов. Именно поэтому очень важны положительные практики разработки и реализации подобных программ, к которым в настоящее время относятся мероприятия программы Санкт-Петербурга и проект программы внедрения композитов в городе Москве. Об основных мероприятиях по внедрению композиционных материалов на территории города СанктПетербурга в рамках программы «Инновационное развитие Санкт–Петербурга» рассказал начальник управления инвестиционной политики и инноваций Комитета по промышленной политике и инновациям Санкт-Петербурга Складчиков Иван Валерьевич. Генеральный директор информационного агентства «INFOLine» Федяков Иван Вадимович представил участникам конференции результаты разработки и применения системы учета и мониторинга организаций Санкт-Петербурга в сфере разработки, производства и внедрения композитов, включая основные направления применения композитов в Санкт-Петербурге, а также рекомендации ИА «INFOLine» по расширению областей применения композитов и изделий из них в Санкт-Петербурге и предложения по реализации пилотных проектов на предприятий города СанктПетербург (ГУП «Водоканал СПб», ООО «Петербург Газ», СПб ГУП «Ленсвет»). Заместитель генерального директора Центра инновационного развития города Москвы Голанд

Михаил Юрьевич представил основные этапы и мероприятия проекта Программы по развитию производства и внедрению композитов и изделий (конструкций) из них на территории города Москвы на 2015-2020 годы, ориентированные на стимулирование спроса на продукцию композитной отрасли, повышение эффективности государственных закупок и поддержку предприятий-производителей инновационной продукции. Председатель Совета композитного кластера СанктПетербурга, генеральный директор ОАО «Средне-Невский Судостроительный Завод» Середохо Владимир Александрович сообщил о создании в городе композитного кластера, в состав которого вошли ведущие предприятий композитной отрасли Санкт-Петербурга, в том числе ОАО «Средне-Невский судостроительный завод», ОАО «Крыловский государственный научный центр», ООО «Колпинский завод композитных материалов», ООО «КОМПОЗИТ-ТРЕЙД», ООО «АйПиГрупп». Основная цель создания и деятельности кластера — повышение конкурентоспособности всех его участников. О создании отраслевой электронной системы каталогизации и унификации материалов, технологий, оборудования и перспективных разработок рассказала руководитель проектов АНО «Реестр композитов» Сантаева Юлия Александровна. Федеральный Реестр композитов создается по заказу Минпромторга России и представляет собой информационную систему, содержащую взаимоувязанные базы данных по композитам, конструкциям и изделиям из них и справочники по основным материалам, технологическим процессам и техническим решеКОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

СОБЫТИЕ

ниям отрасли производства композитных материалов. Основная задача создания Реестра информирование производителей и потребителей композитов и изделий из них и создание системы контроля качества продукции композитной отрасли. Вопросам подготовки и повышения квалификации кадров композитной отрасли и отраслей потребителей был посвящен доклад об онлайн образовательном центре по композитам руководителя проекта Российского технологического агентства Антоновой Еленой Владимировной. Настоящий проект также реализуется по заказу Минпромторга России. Завершило первое пленарное заседание сообщение генерального директора «INFOLine-Аналитика» Бурмистрова Михаила Борисовича о возможностях для продвижения композиционных материалов на рынке Санкт-Петербурга — в рамках конкурса «Лучший инновационный продукт «Санкт-Петербурга», который будет проходить с мая по сентябрь 2015 года. Он обратился к производителям композитов и изделий из них проявлять активность и инициативу в грамотном продвижении своей продукции в приоритетных секторах экономики и регионах России. Второе пленарное заседание было посвящено представлению готовых к применению технический решений из полимерных композитов для различных сфер применения, включая транспортную инфраструктуру, строительство и жилищно-коммунальное хозяйство, судостроение, а также спорт и отдых. Данная часть была ориентирована на потенциальных заказчиков, в первую очередь органы исполнительной власти субъектов Российской Федерации и компании с государственным участием. Были представлены доклады о практике и перспективах применения композитных труб для ЖКХ, композитной арматуры для строительного комплекса, газоотводящих композитных стволов для дымовых труб, изделий различного функционального назначения для применения в транспортной инфраструктуре. В ходе обсуждения настоящих докладов были подтверждены существенные преимущества, которыми обладают изделия из композитов и развеян ряд мифов об их недостатках, которые активно внедряются в умы заказчиков производителями конкурентной продукции. В первую очередь эти мифы касаются неремонтопригодности и невозможности мониторинга эксплуатационного состояния изделий и кон22

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

струкций из композитов. Для ремонта композитов и изделий из них разработан целый комплекс технических и технологических решений, а для их мониторинга применяются современные методы неразрушающего контроля. Таким образом, появление данных мифов связано с отсутствием у потребителей необходимого объема информации. Программа мероприятия была насыщенной и вызвала неподдельный интерес у его участников. В ходе конференции состоялся заинтересованный обмен мнениями по вопросу применения композитных материалов конструкций и изделий из них в сфере транспортной инфраструктуры, строительства и жилищно-коммунального хозяйства, судостроения, а также спорта и отдыха и были выработаны конструктивные предложения по расширению применения данных материалов, конструкций и изделий в приоритетных секторах экономики. По итогам мероприятия подготовлен проект резолюции, который направлен на согласование в Минпромторг России и Комитет по промышленной политике и инновациям Санкт-Петербурга. Проект включает в себя предложения участников мероприятия по расширению мер государственной поддержки композитной отрасли и мер стимулирования спроса на ее продукцию в приоритетных секторах экономики и регионах Российской Федерации.

СОБЫТИЕ

Композиты в России будут прирастать Сибирью…

Лукичева Наталья Руководитель Департамента развития отрасли Объединение юридических лиц «Союз производителей композитов»

Итоги межрегионального совещания «Композитные материалы», прошедшего в рамках форума «Технопром 2015» в Новосибирске 4 июня 2015 года. В рамках мониторинга исполнения поручений Президента Российской Федерации по итогам заседания совета при Президенте Российской Федерации по модернизации экономики и инновационному развитию России 24 октября 2012 года Пр-3028 от 12 ноября 2012 года, в части касающейся разработки и реализации региональных программ внедрения композитных материалов в субъектах Российской Федерации (пункт 8 Перечня поручений), 4 июня 2015 года в Новосибирске на площадке III Международном форуме технологического развития «ТЕХНОПРОМ — 2015» было проведено межрегиональное совещание «Композитные материалы». Основной задачей проведения совещания было обсуждение и выработка предложений по формированию системы стимулирования спроса на технически и экономически эффективную продукцию композитной отрасли и обмен опытом по созданию подобной системы на территории субъектов Российской Федерации за период 2012-2015 гг. В ходе проведения совещания были заслушаны сообщения о результатах исполнения поручения Президента Российской Федерации, в части касающейся разработки и реализации региональных программ внедрения композитных материалов в субъектах Рос24

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

сийской Федерации, о реализуемых в настоящее время на федеральном уровне мерах государственной поддержки композитной отрасли России, о поддержке ГК «Внешэкономбанк» инновационных проектов в сфере промышленности, о мерах стимулирования спроса на региональном уровне, в том числе в рамках реализации кластерной политики, а также о перспективах и проблемах применения современных композитов и изделий из них в приоритетных секторах экономики России. В качестве спикеров на настоящем мероприятии выступили представили Минпромторга России, Объединения юридических лиц «Союз производителей композитов», ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ, ГК «Внешэкономбанк», Ассоциации «Некоммерческое Партнерство «Алтайский полимерный композитный кластер», ЗАО «ХК «Композит», ООО «Бийский завод стеклопластиков». Участники совещания отметили, что одним из важнейших инструментов, обеспечивающих реализацию приоритетных направлений развития композитной отрасли, являются региональные программы внедрения композитов и изделий из них, которые должны разрабатываться и реализовываться в соответствии с перечнем Поручений Президента Российской Федерации Пр-3028 от 12 ноября 2012 года.

СОБЫТИЕ

Несмотря на это, большинство регионов необоснованно отказалось от разработки данных программ, а разработанные и утвержденные в настоящее время региональные программы и подпрограммы внедрения композитных материалов и изделий из них носят в основном формальный характер и реально не способствуют ни развитию композитной отрасли России, ни эффективному расходованию бюджетных средств регионов за счет применения продукции из композитных материалов, что означает фактическое неисполнение органами исполнительной власти cубъектов Российской Федерации пункта 8 Перечня поручений Президента Российской Федерации Пр-3028 от 12 ноября 2012 года. При этом были отмечены, как положительные практики выполнения Перечня поручений Президента Российской Федерации, мероприятия подпро-

граммы «Инновационное развитие Санкт–Петербурга» по внедрению композиционных материалов на территории города Санкт-Петербурга, а также проект Программы внедрения композиционных материалов в городе Москве на 2014–2020 годы. По итогам проведенного совещания участниками была подготовлена Резолюция, перечень рекомендаций которой будут включены в Итоговую резолюцию III Международного форума технологического развития «ТЕХНОПРОМ — 2015». Итоговую резолюцию представят в Совет Федерации РФ. Рекомендации по итогам форума «Технопром — 2015» будут учитываться при разработке государственной политики, ориентированной на достижение технологического лидерства российской экономики, в том числе по условиям реализации национальных «вытягивающих» проектов (в сфере критических технологий).

СОБЫТИЕ

IV международная конференция «Трансфер композитных технологий как инструмент импортозамещения» В Санкт-Петербурге состоялась IV международная конференция «Композитные решения». В Конференц-зале Центрального военно-морского музея собралось около ста специалистов композитной отрасли, представителей органов власти и профессиональных объединений.

Стратегическим партнером конференции выступила Международная аэрокосмическая корпорация Airbus Group. Представительный форум ведущих игроков композитной отрасли проводится в нашем городе с 2012 года. В нынешнем году конференция получила название «Трансфер композитных технологий как инструмент импортозамещения». Организатором конференции, как и ранее, выступила Группа компаний ГК «Композитные решения» и её подразделение Carbon Studio — крупнейший поставщик композитных материалов, передовых технологий и оборудования для предприятий судостроения, авиастроения, энергетики, космической и других стратегических отраслей экономики России. Илья Тарасов, генеральный директор ГК «Композитные решения»: «Сегодня, когда актуализировался вопрос развития отечественных технологий и оборудования, мы можем сделать качественный прорыв, наладив производство и применение российских композитных материалов в различных отраслях промышленности. Наша компания, благодаря своим налаженным, многолетним контактам с ведущими зарубежными производителями, готова содействовать трансферу композитных технологий на российский рынок». Конференция уже четыре года является уникальной дискуссионной площадкой по всем проблемам композитной отрасли. В числе ключевых тем обсуж26

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

дения: меры по поддержке отрасли со стороны государства, развитие и рост рынка композитов в СанктПетербурге, России и мире, передовые разработки и трансфер технологий по производству сырья, полуфабрикатов и готовых изделий, опыт внедрения композитов в различных отраслях экономики, а также подготовка квалифицированных российских специалистов для композитной отрасли. С докладами на конференции выступили представители ведущих участников рынка композитов из России, Франции, Австрии, Бельгии, в том числе специалисты Airbus Group. Международная аэрокосмическая корпорация в лице генерального директора Airbus Group Innovations Russia госпожи Марины Эванс представила технологии, используемые в проектировании, разработке и производстве продукции, а также в сфере неразрушающего контроля полимерных композитных материалов. По итогам конференции достигнута договоренность между Airbus Group и компанией Carbon Studio о подписании Соглашения о сотрудничестве в рамках Программы Airbus по лицензированию технологий. По словам Марины Эванс, подписание документа планируется в августе 2015 года на Международном авиационно-космическом салоне MAKS. Контактная информация: Сайт конференции: compositesolutions.pro E-mail: conference@compositesolutions.pro

МАТЕРИАЛЫ

Качество — как приоритет выбора! В условиях непростой политической обстановки в мире, влияние которой ощущает каждый из нас в большей или меньшей степени, чётко становится видно, кто отходит на задний план и отступает, а кто, наоборот, получает дополнительный карт-бланш на рост, экономическое развитие и эффективность. Одной из таких компаний в России является компания «Аттика», занявшая своё достойное место среди поставщиков химической продукции высокого качества. Миссией компании по-прежнему являются качественные химические продукты и профессиональные решения всех задач, стоящих перед клиентами. В линейке синтетических смол ООО «Аттика» хочется особо отметить ненасыщенные полиэфиры в ассортименте, производимые нашими многолетними поставщиками — концерном Synthopol Chemie (г. Букстехуде, Германия). Мы считаем, что помимо стабильного качества, востребованность полиэфирных смол должна обязательно сочетаться с внятной ценовой доступностью, что является неоспоримым фактором, к которому должны стремиться все отечественные производители. Только таким образом можно достичь повышения конкурентоспособности отечественного производственного сегмента. Своего рода, это задел на будущее, вклад в укрепление независимости нашей страны и в развитие отечественного рынка композитов в целом. Особенности контроля качества при производстве ненасыщенных полиэфиров: Производство полиэфирных смол начинается с процесса перегонки нефти, в результате чего выделяются такие вещества, как этилен, пропилен и бензол, из которых получаются многоосновные кислоты, ангидриды и гликоли. Эти вещества после совместной «варки» образуют «базовую» смолу, которая на определенном этапе разбавляется стиролом. Гото-

Грук А. Г. Руководитель отдела регионального развития www.attikarus.ru

вая смола почти на 50% состоит из стирола. На данном этапе возможна продажа получившейся смолы, но практически её еще насыщают различными добавками, благодаря которым получаемая смола приобретает особые свойства. В зависимости от того, где именно будет применяться конкретная смола, Synthopol Chemie изменяет состав смеси, подбирая наилучшие комбинации дополнительных веществ, добавляет наполнители, акселераторы и другие модифицирующие добавки, так что в результате можно получить самые различные по свойствам смолы. Схема производства ненасыщенных полиэфиров: • подготовка емкостного котла (визуальный осмотр и, если необходимо, очистка); • заполнение сырьём (сначала гликоли, затем ангидриды, ингибиторы и т.д.); • нагревание до 100°С; • ожидание снижения температура экзотермической реакции; • промежуточное состояние: на данном этапе происходит проверка кислотного числа и вязкости расплава (таблица 1); • если требуемые показатели достигнуты, смола охлаждается и далее растворяется в стироле (+ ингибиторы) в смесительном резервуаре; • последующее охлаждение смолы, растворённой в стироле, при комнатной температуре; • введение добавок (например, тискотропные добавки, парафин и т.п.); • проверка показателей (содержание нелетучих компонентов, вязкость, реактивность); • корректировка показателей по стиролу (содержание нелетучих компонентов, вязкость, реактивность) и ингибитору (реактивность); • если требуемые показатели достигнуты, то смола разливается в автоцистерны (танки), кубы или бочки ( таблицы 2,1–3,3). Таблицы 1, 2, 3 — контроль качества на примере ненасыщенной полиэфирной смолы общего назначения Synthopan 960-74 в выборочно взятом одинаковом промежутке времени. 1 — диаграмма кислотного числа относительно вязкости расплава во время процесса «варки» смолы; в процессе приготовления полиэфира мы измеряем кислотное число и вязкость расплава, при этом мы контролируем, попадают ли эти значения между красной и оранжевой линиями и достигнут ли они

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

МАТЕРИАЛЫ

Таблица 1. Кислотное число относительно вязкости расплава во время варки смолы.

Кислотное число (mgKOH/g)

Synthopan 960-74

Вязкость расплава 150°С (mPas)

Таблица 2.1. Кислотное число (зелёная линия) относительно партий смолы. Среднее значение 22,7 mgKOH/g; стандартное отклонение 2,4 mgKOH/g

Таблица 2.2. Содержание нелетучих веществ (зелёная линия) относительно партий смолы. Среднее значение 56,5%; стандартное отклонение 0,7%.

Таблица 2.3. Вязкость (зелёная линия) относительно партий смолы. Среднее значение 244 mPas; стандартное отклонение 7 mPas.

Таблица 3.1. Гель-тайм (зелёная линия) относительно партий смолы. Среднее значение 45,4 min; стандартное отклонение 3 min.

Таблица 3.2. Время отверждения 23–35°С (зелёная линия) относительно партий смолы Среднее значение 66,9 min; стандартное отклонение 4 min.

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

МАТЕРИАЛЫ Таблица 3.3. Температура (зелёная линия) относительно партий смолы Среднее значение 112°С; стандартное отклонение 4 °С.

зелёного прямоугольника. Если значения диаграммы находятся снаружи красной и оранжевых линий, то мы корректируем смолу гликолями или кислотой, чтобы достичь нужных параметров. 2.1–3.3 — диаграммы конечных значений. ПОЧЕМУ ВАМ СЛЕДУЕТ ВЫБРАТЬ АТТИКУ В эпоху, когда продукты становятся всё более сопоставимыми, качество почти идентичным, а предприятия работают в глобальных масштабах, клиентам всё сложнее найти правильное решение. Как сильный, надёжный партнёр компания Аттика создаёт доверительные отношения с клиентами. Это доверие позиционирует и отличает от других нашу компанию на

рынке. Мы поможем Вам выбрать оптимальное решение из ассортимента наших полиэфирных смол: • Synthopan 960-74 — конструкционная общего назначения, формование/напыление; • Synthopan UO 4319/282-21 — непрерывная намотка/литьё (искусственный камень,полимербетон); • Synthopan 781-60 — пултрузия/препреги (SMC); • Synthopan UO 4802/UO 1724 — вакуумная инфузия/RTM

ИСПОЛЬЗУЕТЕ НА ПРОИЗВОДСТВЕ АЦЕТОН? АЦЕТОН (диметилкетон, 2-пропанон) — органическое вещество, простейший представитель насыщенных кетонов. ОГНЕОПАСЕН: легко воспламеняется ВЗРЫВООПАСЕН ТОКСИЧЕН: накапливается в организме, поражает центральную нервную систему, обладает возбуждающим и наркотическим действием ИСПАРЯЕТСЯ: из-за высокой летучести, 30% ацетона испаряется во время работы с ним В России ацетон входит в таблицу III («прекурсоры, оборот которых в Российской Федерации ограничен и в отношении которых допускается исключение некоторых мер контроля») списка IV («Список прекурсоров, оборот которых в Российской Федерации ограничен и в отношении которых устанавливаются меры контроля») перечня наркотических средств, психотропных веществ и их прекурсоров, подлежащих контролю в Российской Федерации (прекурсор).

ИЗБАВЬТЕСЬ ОТ АЦЕТОНА! очиститель на водной основе, который заменяет органические растворители, используемые для очистки оборудования и удаления с поверхностей: неотвержденных смол (полиэфирных, винилэфирных и эпоксидных), красок, печатных красок, смазочных веществ, клеёв, кремнийорганических полимеров и т.д. • • • • •

ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗВРЕДНЫЙ, не содержит растворителей. ЭКОНОМИЧНЫЙ в цене и использовании. НЕ ОГНЕОПАСЕН и НЕ ВЗРЫВООПАСЕН. НЕ ИСПАРЯЕТСЯ: концентрат RST-5 не испаряется, испаряется только вода. БЕЗОПАСЕН при транспортировке, хранении и использовании.

выпускается в виде концентрата и разводится водой в соотношении 1 : 20.

WWW.INTREY.RU WWW.RST-5.COM WWW.RST-5.RU

МАТЕРИАЛЫ

Методология выбора гелькоута для изготовления пожаробезопасного стеклопластика, предназначенного для вагонов метрополитена или РЖД

Лукинов В. А. Ведущий технолог стеклопластикового производства ООО «ИПО «Ю-ПИТЕР» www.u-piter.spb.ru

Существует достаточно много публикаций, посвященных выбору гелькоута. Однако, до сих пор данный вопрос не рассматривался с точки зрения реального массового производства пожаробезопасного стеклопластика. Ниже приведены критерии выбора гелькоута, основанные на практическом опыте, полученном за период с 2012 по 2014 годы. Статья адресована главным технологам, конструкторам и техническим директорам — лицам, ответственным за подбор и выбор сырья. В связи с организацией нового производства на петербургской площадке ИПО «Ю-ПИТЕР» стеклопластиковых деталей интерьера для вагонов метро и железнодорожного транспорта, перед производством была поставлена задача в максимально короткие сроки наладить выпуск готовой продукции, соответствующей стандартам и требованиям качества, предъявляемых Заказчиком. Поскольку качество декоративного покрытия пластика, является наиболее важной характеристикой изделия, а само его формирование начинается с процесса нанесения этого покрытия, то становится ясным, почему именно выбор гелькоута является неотъемлемой частью успешного производства. Как у любого нового производства, имелось два основных фактора, препятствующих работе. Это отсутствие квалифицированного персонала и условий производства, таких как: стабильная температура и

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

влажность, достаточная освещенность и вентиляция, а также, необходимого, и в нужном количестве, оборудования. Поэтому, начиная с первых шагов изготовления деталей, нас преследовали достаточно серьезные проблемы, связанные с качеством конечной продукции, что заставило, помимо создания технологических условий, заниматься поиском подходящего сырья и поставщика. Таким образом, благодаря взаимодействию с различными поставщиками появился опыт работы с большим количеством продуктов. Необходимо отметить, что в условиях организации производства, часто очень полезным является возможность получения не только качественного сырья, но и техподдержки от производителя гелькоута. Поэтому в оценке гелькоута принималась во внимание достаточно полная информация не только о свойствах материала, но и о возможности осуществлять поставщиком данную поддержку.

МАТЕРИАЛЫ

КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ Качество самого гелькоута

Изделия для РЖД и вагонов метрополитена должны отвечать нормам пожарной безопасности НПБ 109-96, ГОСТ Р 55183-2012, ГОСТ Р 54750-2011 и др., а также гигиеническим и санитарным нормам и правилам СП 2.5.1198-03. Поэтому, гелькоут должен обладать: пожаробезопасными свойствами, в частности, должны быть известны, как минимум, два параметра: кислородный индекс и индекс распространения пламени. 1. Кислородный индекс должен быть не менее 27. 2. Индекс распространения пламени, согласно ГОСТ 12.1.044-89 должен быть менее 20. Кроме вышеуказанных параметров желательно знать: • Во-первых, уровень дымообразования и токсичности, так как, при изготовлении стеклопластика толщиной 3–4 мм, и, при толщине гелькоута 0,6–0,8 мм (в зависимости от укрывистости), покрытие составляет до 25% от всей структуры ламината и оказывает значительное влияние на эти параметры. • Во-вторых, чтобы поставщик мог предоставить протоколы испытаний и добровольный сертификат пожарной безопасности на стеклопластик, содержащий рассматриваемый гелькоут. Крайне важно получить не только сам сертификат, но и протоколы испытаний, на основе которых он выдан, так как в российских условиях встречаются ситуации, когда параметры, указанные в протоколах, не совпадают со значениями в сертификате. • В-третьих, поскольку трудногорючий гелькоут представляет собой сложную многокомпонентную систему, он может терять свои потребительские свойства при нарушении сроков и условий хранения, необходимо иметь информацию от поставщика о стабильности продукта. Согласно рекомендациям одного из наших поставщиков — компании ЕТС, гелькоут содержащий в своем составе тригидрат алюминия, должен поставляться в ведре с полиэтиленовым пакетом внутри, что увеличивает срок хранения продукта до начала выпадения наполнителя в осадок. Очень важный показатель для гелькоута — это стабильность свойств от ведра к ведру и от партии к партии, а также соответствие заявленному цвету по каталогу RAL.

•

Необходимо обратить внимание на химический состав гелькоута. Как правило ортофталевые и эпоксивинилэфирные гелькоуты отличаются низкой цветостойкостью и имеют тенденцию к пожелтению или потере цвета. Также ортофталевые гелькоуты не отличаются химостойкостью к моющим средствам, которые применяются для чистки поездов на метрополитене или железной дороге.

Технологичность нанесения

Чтобы избежать возможных ошибок при входном контроле, были выработаны требования по приемке и подготовке сырья в производство: 1. Температура 15–23°С 2. Толщина слоя 0,5–0,8 мм или 600–900 гр/м². 3. Перед употреблением тщательное перемешивание не менее 5 мин при 800 об/мин, а также контроль гомогенности во время работы. Хорошие результаты дает применение приведенной на рисунке мешалки. Она позволяет за короткое время добиться лучшей гомогенности смеси, по сравнению с традиционными инструментами. Нанесение гелькоута, достаточно ответственный и квалифицированный процесс. Некачественное напыление, может перечеркнуть работу всего коллектива и отправить в брак большое количество материала. Ручное нанесение гелькоута в условиях массового производства — нерентабельно, поэтому любое усложнение процесса (плохая укрывистось, сложность нанесения на вертикальные стенки и так далее) требует более квалифицированных работников и, следовательно, увеличивает трудоемкость и повышает риск появления брака. Продолжительность и температура высыхания гелькоута (готовность на «отлип»)

При серийном производстве время нахождения оснастки в технологическом переходе — это очень КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

МАТЕРИАЛЫ Таблица 1. Торговые марки и поставщики. Название гелькоута

Поставщик гелькоута

Производитель гелькоута

FIRECARE GEL H07E

Премьер-Сервис

Sirca

Neogel Firestop 5005

ЕТС

BÜFA Composite Systems

Norpol SVG X2

Альтаир-Руспол

Reichhold AS

Maxguard FR NTRL

Композит-СПб

Ashland

СПЭФ-FR

Пластполиэфир

Polycor M1 PA

Интрей

CCP Composites

Таблица 2. Заявленные производителем характеристики гелькоутов.

Кислородный индекс, %

Индекс распространения пламени по ГОСТ 12.1.044-89

Группа дымообразования

Группа токсичности

1,45

Н/Д

10–15

1,25–1,35

1,4

Д2

Т2

11 000– 18 000/ #4/4 rpm

7–20

1,15–1,3

нет

изо

12 000/ #5/10rpm

1,4–1,5

Н/Д

СПЭФ-FR

орто

Н/Д

15–35

Н/Д

Polycor M1 PA

Н/Д

16 000– 19 500 #4/4rpm

Н/Д

1,55

Н/Д

Название гелькоута

Вязкость по Брукфильду, сПз

Время гелеобразования, мин (при 2,0% перекиси и 25°С)

Плотность, гр/см3

35 750

Н/Д**

изо

15 000– 20 00/ #5/5 rpm

Изо-нпг

Химическая основа

FIRECARE GEL H07E

Neogel Firestop 5005

Norpol SVG X2

Maxguard FR NTRL

*Через «/» указаны режимы измерения | **Н/Д — нет данных

важный параметр, позволяющий сэкономить на материальных затратах в оснастку. Особенно это актуально для процессов закрытого формования. Ускорить процесс готовности гелькоута на «отлип» можно повысив температуру окружающей среды или самой оснастки. Однако повышение температуры сушки приводит к значительным энергозатратам, а, следовательно, и к материальным потерям. Также ускорить процесс можно увеличив количество перекиси, но этот путь, помимо повышенных материальных затрат, может привести к короблению гелькоута, появлению так называемых «утяжек» и даже трещин. Физические свойства в готовом изделии

• абразивостойкость; • равномерность цвета; • отсутствие посторонних включений. Цена

При том, что целью настоящей статьи не является маркетинговое и/или коммерческое исследование рынка трудногорючих гелькоутов, необходимо отметить, что равная цена продукта еще не означает равной же итоговой цены изделия. В связи с тем, что трудногорючие гелькоуты у разных производителей отличаются разной удельной плотностью и укрывистостью, то при анализе цены необходимо обращать внимание на реальный расход гелькоута на 1 м² из34

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

делия. В общем случае, гелькоут с большей плотностью ведет к большему расходу сырья. К сожалению, относительно укрывистости, данное рассуждение не работает. ОПИСАНИЕ ИССЛЕДУЕМЫХ ГЕЛЬКОУТОВ Комментарии по заявленным характеристикам:

На первый взгляд, стоило бы остановится на гелькоуте марки Norpol, в связи с его самой низкой плотностью, а значит и расходом. Тем более, что поставщик заверил (на словах), что гелькоут трудногорючий. Однако, данный продукт обладает самым низким кислородным индексом из всех гелькоутов, про которые удалось найти информацию по данному параметру. Также на сайте производителя гелькоут Norpol SVG X2 отнесен к, так называемым, «санитарным» гелькоутам, а не к трудногорючим. Несмотря на полноту данных про гелькоут Neogel Firestop 5005 по сравнению с другими марками, было принято решение испытать все без исключения указанные в таблице 2 гелькоуты на технологичность. Технологичность нанесения оценивалась по следующим параметрам:

1. Укрывистость 2. Посторонние включения 3. Тиксотропность (отсутствие стекания).

МАТЕРИАЛЫ

Рисунок 1. Примеры изделий.

Напыление гелькоута производилось ручным пистолетом G-100 с набором сопел 4,76; 5,56; 6,35 мм при давлении 3–5 атм. Для подготовки воздуха использовалась установка для осушения марки Kraftmann. Для выполнения работы привлекался персонал, прошедший двухнедельный процесс стажировки с квалифицированным задувщиком. Размеры и геометрия используемой оснастки были достаточно разнообразны: от небольших деталей до габаритных с высокими вертикальными стенками. Примеры изделий представлены на рисунке 1.

Поверхность матриц была обработана разделительным составом Zyvax Composite Sheld. В качестве стандартного приема, рекомендуемого производителями гелькоутов, использовалось напыление в 2 слоя с промежуточной выдержкой в течение 2–4 минут при соотношении по массе в слоях 1:2. В ходе работы пришлось столкнуться со следующими проблемами (рисунок 2–5). Данные причины могут быть вызваны двумя факторами — недостаточная квалификация задувщиков на неподходящем оборудовании (так как поставщи-

Рисунок 2. Оседание тригидрата алюминия в ведре с гелькоутом в процессе хранения.

Рисунок 3. Микропористость поверхности изделия.

Рисунок 4. Стекание гелькоута на острых углах и/или на вертикальных поверхностях.

Рисунок 5. Плохая укрывистость.

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

МАТЕРИАЛЫ Таблица 3. Сравнение гелькоутов. Технологические параметры по 10-ти бальной шкале Название гелькоута

Сумма баллов

Укрывистость

Посторонние включения (отсутствие)

Отсутствие стекания

FIRECARE GEL H07E

Neogel Firestop 5005

Norpol SVG X2

Maxguard FR NTRL

СПЭФ-FR

Polycor M1 PA

Таблица 4. Технологические параметры гелькоутов. Характеристики Название гелькоута

Общее время от начала напыления до начала формовки, мин

Время гелеобразования, 2% МЕКР-50, мин

Время до начала формовки, мин*

FIRECARE GEL H07E

Neogel Firestop 5005

Norpol SVG X2

Maxguard FR NTRL

СПЭФ-FR

Polycor M1 PA

*Примечание: Указано время, после которого достигалось гарантированное отсутствие брака при использовании трудногорючей смолы СПЭФ-ПВ-0.

ки гелькоутов советуют работать на установке безвоздушного распыления) или недостаточно качественная структура самого гелькоута. Трудногорючий гелькоут представляет собой сложную гетерогенную систему, которую можно разделить на следующие основные компоненты: Базовая смола • ортофталевая • орто-неопентилгликолевая • изофталевая • изо-неопентилгликолевая • эпоксивинилэфирная Тригидрат алюминия • Бывает разных фракций, чистоты и геометрии Добавки • Антиседиментационные • Для растекания • Деаэраторы 36

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

Пигментные пасты • В зависимости от химической структуры и степени перетира, пасты от различных производителей не всегда могут быть адекватно совместимы с базой гелькоута. В зависимости от того, насколько опытен производитель гелькоута, он может создать продукт от просто подкрашенной смолы с тригидратом алюминия до продукта, который прощает почти любые виды ошибок. Как ни странно, при всей серьезности производителей, практически никому не удавалось поставлять на 100% качественную продукцию. Это связано как со сложностью самой природы продукта, так и нестабильностью его свойств. Но к чести наших партнеров, ни одна из фирм не отказывалась заменять брак, правда, с разной долей оперативности. Наиболее частые дефекты — это наличие посторонних включений и наличие не размешиваемого осадка. По стабильности свойств, все гелькоуты, кроме

МАТЕРИАЛЫ Таблица 5. Характеристики

№

Марка гелькоута

Тест на истирание-потеря массы за 1000 циклов, гр (Прибор для проведения испытаний: Taber Abraser 5135) воздействием абразивных валиков CS-10

воздействием абразивных валиков Н-18

Глубина царапины по результатам «scratch» теста в соответствии с EN 14688, µm

Neogel Firestop 5005

0,08

0,4

117,5

Norpol SVG X2

0,08

0,3

112,5

СПЭФ-FR, демонстрировали заявленные в паспорте характеристики. Таким образом, по сумме балов, нас более всего устроили гелькоуты: • Neogel Firestop 5005 • FIRECARE GEL H07E • Maxguard FR NTRL. Далее было проанализировано поведение гелькоута в процессе высыхания. Между временем гелеобразования и моментом, когда можно приступить к формовке, проходит определенный промежуток времени, в течение которого слой гелькоута должен набрать прочность, чтобы он не был разрушен под воздействием формовочного инструмента. Точно определить твердость слоя можно с помощь специального прибора, но его редко кто использует, в силу свой дороговизны. Поэтому применяется способ «до отлипа». Как показала практика, этот способ не всегда позволяет определить правильный отрезок времени, необходимый для сушки, и связано это с тем, что каждый производитель тестирует работу гелькоута в определенной системе «гелькоут — смола», а потребитель, по большей части, подбирает эту систему самостоятельно, руководствуясь соотношениями «цена-качество». Разные смолы не всегда одинаково себя ведут в этой системе и требуют дополнительного набора прочности, для того чтобы не растворить верхний слой гелькоута и исключить, в связи с этим, вспучивание и растрескивание декоративного покрытия. Особенно это актуально для процессов RТМ и инфузии, где слой гелькоута испытывает дополнительные нагрузки: длительное воздействии потока смолы на участках, близких к каналу заполнения, а также давление в форме. В некоторых случаях пленка гелькоута может разорваться и смола под давлением начинает проникать к стенке формы. Таким образом, по скорости набора прочности, рассмотренной в таблице 4 и с учетом сравнения гелькоутов по таблице 3, нас более всего устроили гелькоуты: • Neogel Firestop 5005 • Maxguard FR NTRL. Из физических свойств, наиболее востребованным для потребителя, является твердость гелькоута, которая позволяет обеспечить стабильную глянце-

вую поверхность, которая, в свою очередь, повышает срок службы всего изделия. Однако, трудногорючие качества здесь вступают в противоречие с этим параметром, так как наличие большого количества наполнителя, делает гелькоут матовым или полуматовым, а также более пористым. Нашим поставщиком были проведены сравнительные испытания на абразивостойкость образцов Neogel Firestop 5005, как представителя наполненных гелькоутов на основе изофталевой смолы и Norpol SVG X2 на основе ненаполненной изофталевой/неопентилгликолевой смолы (Таблица 5). Таким образом, менее наполненные гелькоуты демонстрируют большую твердость и более высокую износостойкость. Это подтверждается отзывами потребителей, которые заметили более высокие износостойкие характеристики изделий с гелькоутом Norpol. Однако гелькоут Norpol, как уже было сказано выше, обладает очень низким кислородным индексом, отсутствием данных по пожаробезопасным испытаниям, согласно российским стандартам и длительным временем «сушки». Поэтому его применение было ограничено. Компанией «BÜFA», совместно с компанией «ЕТС», была разработана система, которая, с одной стороны, демонстрировала высокую твердость поверхности, с другой же стороны, могла пройти все необходимые испытания по пожаробезопасности. Система представляет собой тонкий слой изо-неопентилгликолевого прозрачного гелькоута, который обеспечивает глянец и абразивостойкость, второй же гелькоут — это вспучивающийся гелькоут Firestop S272 . В нашей компании были проведены тесты на антивандальность данной системы: стойкость к истиранию, воздействию химических и красящих предметов (маркеров, фломастеров). Система показала лучшие характеристики, по сравнению с традиционным наполненным гелькоутом. Однако, необходимость двойного напыления и, соответственно, большая стоимость, ставят это решение в разряд эксклюзивных и не подходят для серийного производства. Вывод: проведенная работа позволила оптимизировать производственный процесс, подобрать наиболее технологичные гелькоуты и выйти на необходимый уровень качества без потери производительности. КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

ОТРАСЛЬ

«Композитные решения» для новых задач

Холл F3 Стенд C15

(Головная компания «Carbon Studio») www.carbonstudio.ru

В июле 2015 года несколько петербургских компаний композитной отрасли, работающие на смежных рынках и связанные общим менеджментом, объединились в единую структуру под названием «Группа компаний «Композитные решения». Группа компаний стала одним из системообразующих предприятий Композитного кластера Санкт-Петербурга, и его руководство намерено ускоренными темпами внедрять на российском рынке самые передовые идеи (в том числе и в формате «трансфера технологий»).

Группа компаний «Композитные решения» объединила несколько предприятий, среди которых: Carbon Studio: эксклюзивный российский поставщик современных композитных материалов и передового оборудования для производства полимерных композитов от крупнейших зарубежных производителей, в числе которых — Международная аэрокосмическая корпорация Airbus Group . ИК-Технологии: оказывает комплексные инжиниринговые услуги по разработке и производству деталей и узлов из высокотехнологичных ПКМ для аэрокосмического сектора, судостроения и специального машиностроения. «ThermoTechnology»: осуществляет проектирование, производство и модернизацию высокотехнологичного оборудования для работы с ПКМ: • оборудование для механической обработки; • лабораторные и промышленные печи; • пропиточные машины для растворных, расплавных и термопластичных связующих. В состав Группы входит также специальное подразделение, которое занимается управлением лицензиями и продвижением на российский рынок передовых зарубежных технологий. 38

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

ФОРМАТ БУДУЩЕГО Безусловно, одной из побудительных причин для объединения стала оптимизация управления. Назрели изменения в менеджменте, а именно — отказ от определённого дублирования функций и объединение разных компаний в более современную управленческую структуру (при сохранении единого стратегического планирования). И всё же основная цель объединения — это осознанная необходимость принимать новые, чрезвычайно серьёзные решения, причём не только на Северо-Западе, но и в масштабе всей России. Совершенно очевидно, что композитная отрасль должна стать одним из реальных драйверов для развития российской промышленности (в том числе и в рамках заявленной правительством программы импортозамещения); очевидно и то, что в этих условиях необходимы новые подходы к управлению, и в том числе — новые организационные структуры. Первоначальная «раздробленность» отрасли должна уступить место консолидации для решения задач государственной важности. «Еще одна проблема как композитной, так и других высокотехнологичных отраслей российской

ОТРАСЛЬ ТЕХНОЛОГИИ AIRBUS В РОССИИ: ПЕРВЫЙ ОПЫТ По сообщениям СМИ, Группа компаний «Композитные решения» находится в процессе подписания соглашений о сотрудничестве с Airbus Group. Прежде всего, речь идет о патентах и know-how в области композиционных технологий. По словам представителей Airbus Group, новейшие возможности европейского производителя будут применяться в том числе и в аэрокосмической отрасли России. Соглашение о партнерстве организовано в формате технологического лицензирования, которое предлагает доступ к патентным портфолио по всем бизнес-единицам и подразделениям группы Airbus (в том числе Airbus, «Airbus-Оборона и Космос» и «Airbus-Вертолеты»), а также сети научно-исследовательских и технологических инноваций группы Airbus, утвержденных для внешнего применения. «Наше партнерство приблизит нас к российскому промышленному сектору, особенно в свете программы импортозамещения», — объяснила Марина Эванс, генеральный директор группы «Airbus Инновации — Россия». В рамках программы сотрудничества, Airbus Group и ГК «Композитные решения» на стенде Группы компаний на Московском Аэрокосмическом салоне МАКС-2015 представят ряд инновационных продуктов и технологий, уже сегодня предлагаемых к использованию на территории России.

экономики — дефицит квалифицированных инженерных кадров, — говорит Алексей Заостровский, исполнительный директор ГК «Композитные решения». — У нас почти отсутствует прослойка специалистов, условно говоря, сорокалетних. Есть инженеры старшего возраста с уникальным практическим опытом, есть молодые специалисты, которые знают теорию и виртуозно разбираются в современных компьютерных технологиях, но очень мало тех, то сочетал бы в себе и то, и другое». Это становится понятным, если вспомнить, что в девяностых годах выпускники технических вузов с трудом могли достойно трудоустроиться по специальности, и многие из них были вынуждены уйти из

профессии. Сегодня ситуация изменилась, но с последствиями мы будем разбираться еще долго. Одно из следствий кадрового голода — проблема, как с разработкой, так и с сертификацией продукции из ПКМ. Мы видим общую закономерность: по мере того как композитные технологии приходят в различные отрасли, нормативная документация не успевает за ходом научно-технического прогресса. Одна из причин, по мнению экспертов, заключается в дефиците компетентных специалистов, способных разрабатывать подобную документацию. Группа компаний готова принять самое активное участие в решении этих проблем в рамках вновь созданного Композитного кластера СПб, совместно с

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

ОТРАСЛЬ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ФЛОТА И ЭНЕРГЕТИКИ С 1 по 5 июля Группа Компаний «Композитные решения» принимала участие в Санкт-Петербургском Морском салоне, где представила свои инновационные разработки для судостроения и гидроагрегатов, в том числе узлы трения/скольжения, обладающие высокими триботехническими характеристиками. Углепластики марки УГЭТ и ФУТ, разработанные ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей» — антифрикционные ПКМ, включающие углеродные ткани, специальные связующие, нано-, мезо- и макромодификаторы. По прочности и износостойкости они в 5-10 раз превосходят отечественные и зарубежные аналоги. Узлы трения/скольжения из этих материалов эксплуатируются при контактных давлениях до 60 МПа и скоростях скольжения до 40 м/с — то есть, при тех же параметрах, что и узлы трения из лучших металлических антифрикционных сплавов. Не уступая металлам в прочности, стабильности размеров, износои ударостойкости, углепластики работоспособны в воде и агрессивных жидкостях и не нуждаются в смазке. Узлы трения/скольжения из углепластиков УГЭТ и ФУТ, разработанные специалистами «Композитных решений», уже подтвердили свою высокую эффективность и успешно прошли испытания при применении в судостроении, строении гидротурбин, тяжёлом и специальном машиностроении. В частности, с применением новых узлов трения были созданы уникальные конструкции движительнорулевых, выдвижных комплексов диаметром до 700 мм и массой до 150 кг и судовых гребных валов диаметром до 900 мм. Они применены более чем на 100 судах, в том числе водоизмещением до 40 тыс. тонн. Узлы трения/скольжения из ПКМ соответствуют современным требованиям по несущей способности, ресурсу (до 30 лет) и интенсивности виброакустического поля. Использование УГЭТ и ФУТ в энергетическом строительстве позволило в 5–10 раз повысить ресурс узлов трения 60 гидротурбин, а также высокопроизводительных нефтяных насосных агрегатов, арматуры нефте- и газопроводов. Ресурс торцевого уплотнения гидротурбины из углепластика ФУТ в 10 раз выше по сравнению с торцевым уплотнением из традиционных полимерных материалов. Прогнозируемый экономический эффект от применения углепластика составит 5 млн. руб. на один объект. Один из главных факторов, обеспечивающих конкурентное преимущество углепластиков УГЭТ и ФУТ, — значительный экономический эффект за счёт экономии на внеплановых ремонтах, связанных с преждевременным выходом из строя узлов трения. Так, замена бакаута на углепластик в подшипниках судовых гребных валов увеличивает ресурс в 3 раза и существенно сокращает стоимость ремонта. Кроме того, исключение традиционной масляной смазки при использовании узлов из ПКМ позволяет решить экологическую проблему, значительно снижая уровень загрязнения акватории.

Центром кластерного развития Санкт-Петербурга. Более того, под эгидой ГК и по инициативе её руководства уже сегодня разрабатывается программа подготовки кадров для всей отрасли совместно с одним из ведущих технических вузов — СанктПетербургским Политехническим Университетом. При этом речь идёт как о методической помощи Университету, так и о полноценном «заказе» на молодых специалистов с их последующим гарантированным трудоустройством (по аналогии с соответствующей мировой практикой). Также ГК будет заниматься управлением лицензиями по самому широкому спектру зарубежных технологий, что является абсолютной инновацией на рынке (здесь в качестве партнёров выступает европейский концерн Airbus и ряд его дочерних предприятий). Помимо этого, силами ГК ведётся разработка информационно-экспертного портала «Композитные решения», призванного работать в интересах всей отрасли (медиапартнёр — агентство «Ясный День»). Как уже отмечалось, Группа компаний «Композитные решения» активно участвует в работе Композитного кластера Санкт-Петербурга. Примечательно, что предприятия Группы не просто согласились участвовать в этом объединении, но и приняли на себя немалую часть управленческих функций для того, чтобы способствовать его ускоренному развитию. А ведь в нынешних условиях быстрота и эффективность управления выходит на первый план. Интересно, что это понимание пришло не сразу. «Мы всегда чувствовали себя самодостаточными и 40

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

не вступали ни в какие союзы, — отмечает глава ГК «Композитные решения» Илья Тарасов, — Но здесь сложилась обратная ситуация. Сегодня мы рассматриваем наше участие в Петербургском Композитном кластере именно как возможность сделать его более эффективным, правильно организованным». Дело вот в чем: не так давно мы в очередной раз посетили «Композитную долину» — CFK Valley в Штаде, Германия. Известно, что CFK Valley — идеальный кластер. Здесь в одном месте собраны практически все профильные компании. Там мы поняли, как подобная структура может работать не только технологически, но и административно и политически. Тогда мы приняли решение привить подобную идею у нас, и постараться сделать так, чтобы всё это заработало эффективно. Объединив наши усилия, мы получим более работоспособную, эффективную структуру, способную решать масштабные задачи — в том числе и задачу импортозамещения». ПУТЬ К ТЕХНИЧЕСКОМУ ПЕРЕВООРУЖЕНИЮ Действительно, импортозамещение стало одним из девизов нашего времени. Неслучайно, что ГК «Композитные решения» стала организатором IV Международной конференции «Трансфер композитных технологий как инструмент импортозамещения», которая прошла в Санкт-Петербурге в июле 2015 года. Решение утвердить именно эту тематику также было обдуманным и взвешенным.

ОТРАСЛЬ «Мы, — продолжает Илья Тарасов, — долго наблюдали за этим, анализировали и, в конце концов, поняли: один из реально работающих инструментов импортозамещения — трансфер технологий. Современные технологии — это как раз то, чего зачастую не хватает российским предприятиям. Зато в ряде случаев у инвесторов есть возможность купить соответствующие наработки и внедрить их на базе существующих мощностей, чтобы тут же наладить выпуск продукции (что, собственно, и является импортозамещением). В этом смысле всегда лучше покупать технологии, нежели готовую продукцию». Специалисты ГК «Композитные решения» готовы стать провайдерами передового опыта и, кроме того, способны разрабатывать новые технологии и целые производственные линии силами своего собственного КБ. «Здесь нужно смотреть на потребности конкретного предприятия, — отмечает Илья Тарасов. — У нас есть алгоритм предоставления таких услуг, и есть несколько готовых реализованных проектов, например, для предприятий ВПК. Для одного такого предприятия, связанного напрямую с морскими вооружениями, мы за 9 месяцев разработали и построили машину для производства полуфабриката полимерно-композиционных материалов. По их техзаданию мы разработали полностью новую, современную машину. Причём в ней были использованы и российские комплектующие — например, специальные электродвигатели во взрывобезопасном исполне-

нии. Также в формате «трансфера технологий» мы сотрудничаем с ФГУП «Сибирский НИИ авиации им. С. А. Чаплыгина»: за короткий промежуток времени спроектировали оснастку для проекта ЛМС 9/19 (пассажирский самолёт вместимостью 9 и 19 мест), на поставленном оборудовании уже построено так называемое «чёрное крыло», т.е. крыло из углепластика, более того — уже есть летающий демонстратор этого самолёта. Пожалуй, для нас это самая масштабная и интересная работа за последние полтора года». Основной целью конференции «Трансфер композитных технологий как инструмент импортозамещения» стало привлечение внимания соответствующих госструктур к проблемам отрасли. Итоговая резолюция содержит сразу несколько важнейших пунктов. Среди них — инициативы по законодательному и нормативному регулированию отрасли, а также по её возможному финансированию в рамках целевых программ (очевидно, что в нынешних экономических условиях это приобретает первостепенное значение). Наконец, представители композитного кластера предложили совместно с властями проработать идею создания технопарка, где могло бы разместиться композитное производство (также очевидно, что технологии такого производства требуют особых условий в выборе помещений). Предложения участников конференции будут направлены в профильные комитеты Правительства Санкт-Петербурга, а также в Минпромторг Российской Федерации.

ТЕХНОЛОГИИ

Инновационные методы обработки термопластичных ПЭТФ-пенопластов ВВЕДЕНИЕ Композитные сэндвич-структуры, которые состоят из низкоплотного наполнителя и двух относительно тонких, но прочных лицевых слоев, успешно используются в широком спектре применений, где требуются легкие, но при этом прочные и жесткие конструкции. Например, композитные сэндвич-структуры используются в судостроении, ветроэнергетике, авиакосмической промышленности, производстве транспорта и для индустриальных применений. Один из мировых лидеров в производстве композитных наполнителей Alcan Airex, помимо широкой линейки ПВХ, полиэфиримидных и ПУ-пен, а также бальза-древесины, предлагает второе поколение ПЭТ (ПЭТФ) пен AIREX® T92. Этот пенопласт производится методом непрерывной экструзии и обеспечивает высокое качество материала, низкую погрешность размеров и высокую эффективность производства. Пенопласт изготавливается из сырья, не загрязняющего окружающую среду, и может быть повторно переработан. ПЭТ-пенопласты AIREX® T90 и T91 (предшественник AIREX® T92) показали себя с наилучшей стороны в течение многих лет во всех традиционных процессах производства сэндвич-конструкций: ручное ламинирование, вакуумная инфузия, автоклавное формование препрегов и безавтоклавное формование. ТЕРМОФОРМОВАНИЕ Листы Airex необходимой толщины нарезаются из кубических блоков размерами до 2,5 х 1,2 метра.

Многие сэндвич-конструкции имеют двух- и даже трехмерную кривизну, как, например, корпуса судов или лопасти ветрогенераторов. Существует несколько способов придания формы пенопласту. Некоторые пенопласты поддаются ограниченной деформации при низкой температуре и при определенных толщинах, и могут быть использованы для создания изогнутых в двух плоскостях сэндвич-структур. Листы пенопласта также могут быть выполнены с нарезкой в виде небольших кубиков, закрепленных на стеклянном полотне. В этом случае возможно создание даже трехмерных сэндвич-панелей. Вследствие того, что в процессе производства детали вырезы заполняются смолой или адгезивом, требуется больше смолы, что ведет к увеличению веса изделия. Более того, существует риск неполного заполнения пустот в вырезах. Это приводит к тому, что в этих местах образуются концентраторы напряжения, которые увеличивают риск преждевременного выхода детали из строя. Самый эффективный способ избежать этих проблем — термоформование листа пенопласта для придания ему формы финального изделия без дополнительной нарезки. ПРОЦЕСС ТЕРМОФОРМОВАНИЯ При комнатной температуре пенопласты жесткие, однако, при повышении температуры они размягчаются, благодаря чему им можно придать необходимую форму. При охлаждении материала до комнатной температуры он снова становится жестким,

Рисунок 1. Традиционный процесс термоформования

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

Moritz Pieper Lars Massüger Roman Gätzi Игорь Ананин www.skm-polymer.ru

ТЕХНОЛОГИИ Таблица 1. Пенопласты AIREX и их температуры термоформования Пенопласт

Состав

AIREX® T90/T92

Полиэтилентерефталат ПЭТ

155-175°C

AIREX® R82

Полиэфиримид PEI

205-215°C

AIREX® R63

Линейный поливинилхлорид ПВХ

90-110°C

AIREX® C70

Поперечносшитый поливинилхлорид X-ПВХ

115-135°C

AIREX® C52

Полиуретан ПУ

140-160°C

при этом сохраняя новую форму. В общем случае процесс термоформования может быть представлен в виде трех основных этапов: нагрев, придание формы и охлаждение. Чаще всего листы нагреваются в конвекционной печи, после чего выкладываются в оснастку для придания необходимой формы. Для правильного проведения процесса пенопласт должен быть нагрет до оптимальной температуры термоформования. Из-за того, что листы пенопласта обладают хорошими термоизоляционными свойствами, они должны прогреваться в течение достаточно долгого времени до достижения равномерного прогрева всей толщины листа. После выемки листа из печи он должен быть сразу же помещен в оснастку для придания формы. Далее пенопласт охлаждается до 60°C, чтобы он принял нужную форму прежде, чем давление в оснастке будет снято. Сегодня на рынке существует множество других технологий термоформования. Следующий раздел даст краткое описание возможностей при нагреве, формовании и охлаждении. Процесс нагрева Нагрев пенопласта — важнейший этап всего процесса термоформования. Если температура нагрева слишком мала, пенопласт не будет держать форму или даже сломается в процессе формовки. Если температура слишком велика, то ячейки пенопласта разрушатся, и гомогенная структура материала будет нарушена. В зависимости от температуры термоформования и производственного цикла могут быть использованы 3 различных типа нагрева: • Конвекционный (конвекционная печь, тепловая пушка);

Диапазон температур

• Резестивный (тефлоновая термопластина); • Термическое излучение (инфракрасный излучатель, галогеновый излучатель). Наилучшие результаты в термоформовании материалов Airex могут быть получены при следующих температурах нагрева (таблица 1). Процесс формования Ячейки разных материалов по-разному реагируют на экстремальные деформационные воздействия. Чем более однороден исходный материал, тем лучше свойства материала при его нагреве и формовании. Существуют различные методы нагружения в зависимости от времени цикла, требуемой точности размеров и сложности формы. При использовании оснасток из дерева, металла или стеклопластика используется давление средней интенсивности с помощью, например, вакуумной мембраны или приложения веса. В большинстве промышленных производств используются металлические оснастки, состоящие из матрицы и пуансона. Очень большие и толстые пенопласты могут термоформоваться под действием деформации ползучести. Пенопласт под нагрузкой фиксируется на оснастке и помещается в воздушную цикруляционную печь. Необходимая температура поддерживается в печи до тех пор, пока пенопласт не прогреется и не примет форму оснастки. В зависимости от метода формования, охлаждение может быть либо принудительное водяное или воздушное, либо естественное воздушное. Изза сжатия материала при понижении температуры процесс охлаждения создает внутренние напряжения в пенопласте. Таким образом необходимо всегда учитывать механизм упругого возврата формы.

после формования

до формования

Рисунок 2. образец AIREX T92 при компрессионном формовании

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

ТЕХНОЛОГИИ А

Рисунок 3. AIREX T92 исходный (А) и деформированный (Б) образцы

ТЕРМОФОРМОВАНИЕ AIREX® T90/T92

ГЛУБОКАЯ ВЫТЯЖКА

Для всех описанных выше процессов AIREX® T92 — один из самых простых в использовании пенопластов, доступных на рынке. Обладая хорошей прогреваемостью и охлаждаемостью, этот материал позволяет существенно сократить производственные циклы. Этот материал позволяет изготавливать самые сложные формы с упругим возвратом формы близким к нулю. Далее будет подробнее рассмотрен процесс деформации AIREX® T92 с помощью компрессионного и сдвигового воздействия.

Термоформование глубокой вытяжкой — это процесс, при котором термопластичный лист продавливается в формообразующую матрицу путем механического воздействия пуансона. Комбинация широких возможностей метода формования и прогрессивных материалов открывает новые возможности производства термоформованных изделий при коротком производственном цикле и постоянном качестве. Для получения точных толщин с минимальными допусками рекомендуется использовать закрытые формы. Как пример использования этой технологии, компания Plastika Balumag AG изготовила образец из AIREX® T92.100 толщиной 10 мм. Лист размерами 800х500 мм закреплялся на крепежном столе, при этом две галогеновые лампы нагревали лист с двух сторон до нужной температуры. Галогеновые источники света обеспечивают равномерный нагрев всего объема листа. После нагрева до 170°C, источник нагрева выключается, и нагретая до 80°C оснастка закрывается на 3 секунды. Охлаждения в течение 20 секунд достаточно для предварительного отверждения, изделие можно снимать с оснастки.

КОМПРЕССИОННОЕ ФОРМОВАНИЕ После прогрева в конвекционной печи при температуре 170°C листовой материал компрессионно деформируется до получения нужной формы. После короткого охлаждения готовый образец извлекается из оснастки. Структура образца остается однородной, а форма не стремится вернуться к первоначальной. Пенопласт деформирован в нескольких областях, что означает, что в некоторых из них плотность материала существенно выше, а ячейки пенопласта значительно деформированы. Структура ячеек поперечного сечения деформированного образца была исследована под микроскопом и сравнена со структурой недеформированного материала (Рисунок 3). Другие исследования также показывают, что стенки ячеек не разрушаются в процессе нагружения даже при температуре 105°C. Следовательно, отсутствуют следы повреждений, которые могут привести к уменьшению прочности материала. Более того, механические характеристики даже улучшаются, благодаря повышению плотности материала в процессе формовки.

ТЕРМОПЛАСТИЧНАЯ СЭНДВИЧ-ПАНЕЛЬ Прочность и жесткость балки может быть значительно увеличена путем добавления небольшого количества низкоплотного заполнителя между наружными слоями. Такие сэндвич-конструкции ведут себя как бесконечный двутавр, в котором наружные слои удалены друг от друга для обеспечения гибкости, и при этом требуют меньше материала, чем

Рисунок 4. Образец AIREX T90/T92, термоформованный глубокой вытяжкой

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

ТЕХНОЛОГИИ СРАВНЕНИЕ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ И ТЕРМОУСАДОЧНЫХ СЭНДВИЧ-ПАНЕЛЕЙ ТЕРМОУСАДОЧНЫЕ СЭНДВИЧ-ПАНЕЛИ Преимущества

Недостатки

Просты в производстве

Часто дегазируются перед отверждением

Не требуют нагрева для отверждения

Не могут быть переработаны

Как правило прочнее термопластов

Короткое время жизни смеси

Как правило лучше подходят для высокотемпературных применений

Неидеальное качество поверхности

Типы термоусадочных смол

Типы традиционных наполнителей

Эпоксидная Бальза

Полиэфирная

Полиуретан (PU)

Винилэфирная

Поливинилхлорид с поперечными связями (PVC)

Полиуретановая Фенольная

ТЕРМОПЛАСТИЧНЫЕ СЭНДВИЧ-ПАНЕЛИ Преимущества

Недостатки

Высокая ударная прочность Хорошее качество поверхности Могут быть переработаны Как правило размягчаются при нагреве Нет газоотделения Могут соединяться с другими термоплатами Могут быть повторно использованы после нагрева

Типы термопластичных смол

Типы традиционных наполнителей

Полибутилентерефталат (ПБТ) Полиэтилентерефталат (ПЭТ)

Полиэтилентерефталат (ПЭТ) Линейный поливинилхлорид (ПВХ)

Поликарбонат (ПК)

Полиэфиримид (PEI)

Полипропилен (ПП)

в цельных структурах. При увеличении толщины сэндвич-конструкции вдвое, панель станет в 4 раза жестче и в 2 раза прочнее при практически том же весе. Преимущество сэндвич-конструкций состоит в том, что при заметном увеличении толщины, вес увеличивается незначительно. Выбор материалов для использования в сэндвичструктурах очень широк. Далее представлено исследование термопластичных наружных слоев в сочетании с термопластичными пенопластами AIREX® T90/ T91, а также представлено сравнение с термоусадочными материалами.

полнителей поглощать ударные нагрузки. В стандартных наполнителях, как, например, бальза или пенопласт, наружный слой находится в постоянном контакте с наполнителем, благодаря чему, в случае ударного воздействия, энергия удара распространяется по большей площади. Но это справедливо не для всех наполнителей. Сотовые заполнители, например, прочнее и жестче, однако имеют меньшую ударную прочность из-за ограниченного контакта наружного слоя с заполнителем. КОМПОЗИТНЫЕ НАРУЖНЫЕ СЛОИ

ПЕНОПЛАСТЫ Еще одним преимуществом сэндвич-панелей, помимо веса и жесткости, является способность на-

Большинство композитных наружных слоев состоит из двух компонентов: армирующая ткань и матрица. Армирующая ткань (стекло-, угле-, араКОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

ТЕХНОЛОГИИ

Рисунок 5. Образцы сформованных под давлением термопластичных панелей

мидная ткань) сплетена из прочных нитей, каждая из которых состоит из тысяч мелких филаментов, что делает ткань легкой и невероятно прочной. Однако сама по себе ткань имеет недостаточную жесткость, чтобы выдерживать нагрузки. Для того, чтобы сэндвич-панель была по-настоящему эффективной, ткань должна быть пропитана смолой, которая после застывания образует жесткую матрицу, не позволяя ткани менять свою конфигурацию. Типы матриц могут быть разбиты на две категории: термоусадочные и термопластичные. Термоусадочные смолы, как правило, имеют жидкую структуру и отверждаются после смешивания с катализатором. Термоусадочные молекулы образуют поперечные связи во время отверждения, поэтому после отверждения структура не поддается изменению. Молекулы в термопластичных матрицах не образуют поперечных связей, что означает, что материал может быть повторно нагрет до температуры плавления и использован снова. Как правило, после отверждения термопластичных материалов не происходит никаких химических изменений.

ФОРМОВКА ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ СЭНДВИЧ-ПАНЕЛЕЙ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ПРОЦЕСС

РАЗДЕЛЬНЫЙ НАГРЕВ ПЛАСТИН

Все термопластичные сэндвич-конструкции с армированными наружными слоями и термопластичными наполнителями могут представлять интерес для производственных процессов со временем цикла менее 1,5 минут. Оборудование и технология производства схожи с процессом термоформования, описанным выше. Следующий раздел описывает два наиболее часто используемых метода производства сэндвич-панелей с трехмерной кривизной.

Сборка сэндвич-конструкции должна быть завершена до помещения её в оснастку. Материал оснастки должен быть термостойким, так как повышенная температура применяется ко всей системе при нагреве в конвекционной печи. Оснастка должна поддерживать постоянное давление для обеспечения равномерной деформации панели при достижении необходимой температуры. Температура плавления матрицы термопластичного наружного слоя должна быть ниже температуры размягчения пенопласта. Компрессионная прочность пенопласта должна быть достаточной для создания необходимого уровня адгезии между ним и наружным слоем, что достигается только путем приложения достаточного давления. После того как сэндвич-панель была выдержана под давлением в течение нескольких минут в закрытой оснастке, система охлаждается, после чего можно производить съем.

Этот производственный процесс используется для большинства промышленных производств термопластичных сэндвич-панелей из-за короткого времени производственного цикла. Нагревом пластин резестивным способом, инфракрасным или галогеновым излучением можно достичь очень высоких температур без нагрева пенопласта. Такой способ позволяет использовать более высокотемпературные наружные слои сэндвич-панели в сочетании с низкотемпературными пенопластами. Нагретая пластина должна быть быстро прижата

Рисунок 6. Процесс формовки под давлением

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

ТЕХНОЛОГИИ

Рисунок 7. Термопластичные сэндвич-панели, изготовленные методом нагрева пластин

Рисунок 8. Процесс производства термопластичных сэндвич-панелей методом нагрева пластин

к холодному пенопласту. Часто для этой технологии необходим автоматизированный процесс: высокая температура пластин должна поддерживаться вплоть до их контакта с пенопластом. Контролируемая адгезия между пластиной и пенопластом может быть достигнута только путем выдержки необходимых параметров процесса. Сам пенопласт обычно не требует дополнительного нагрева: поверхность пенопласта достигает температуры термоформирования после контакта с горячими пластинами. Хотя могут быть и ограничения в зависимости от толщины наполнителя и сложности формы. Применяться эта технология может при произ-

водстве интерьеров, ящиков, контейнеров, в общем, любых сэндвич-приложений, требующих короткого цикла производства. ТЕРМОСКЛЕЙКА СЭНДВИЧ-ПАНЕЛЕЙ Склейка — важнейший этап в производстве композитных изделий, потому что при этом процессе в структуре могут возникнуть концентраторы напряжений, которые могут привести к ослаблению изделия. Во всех композитных сэндвич-конструкциях обязательно должна использоваться смола или другое связующее для соединения наполнителя и внеш-

Рисунок 9. Термосклееная сэндвич-панель с алюминиевыми пластинами Рисунок 10. Процесс термосклеивания сэндвич-панели с алюминиевыми пластинами.

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

ТЕХНОЛОГИИ них слоев сэндвич-конструкции. Соединение плавлением считается наиболее подходящим для термопластичных композитов. Это процесс соединения двух деталей путем плавления контактных поверхностей с последующим охлаждением, что обеспечивает создание надежного соединения. Следующий эксперимент показывает возможности создания алюминий-ПЭТ сэндвичей без добавления какого-либо адгезива. В этом эксперименте алюминиевые пластины нагрели до 300°C, после чего прижали с обеих сторон к листу AIREX® T92. Необходимо поддерживать постоянную температуру пластин при их прижатии к пенопласту, благодаря чему, между ним и пластиной образуется расплав ПЭТ. Нагрев продолжается в течение нескольких секунд после контакта для того, чтобы расплавить 1,5 мм наполнителя. После этого система охлаждается до комнатной температуры в течение нескольких секунд при сохранении давления. Получившаяся сэндвич-панель демонстрирует хороший уровень адгезии между наполнителем и пластинами. Результаты испытаний на раздир представлены на рисунке 9. Преимущество этого метода изготовления сэндвич-панелей состоит в коротком производственном цикле, минимальной подготовке алюминиевых панелей и экономии веса. В промышленном производстве возможно создание непрерывной линии по нагреву, прессованию и охлаждению при помощи электрического метода нагрева.

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Методы работы с ПЭТ-пенопластом, описанные в этой статье, исследованы в очень простых экспериментах. Эти базовые тесты позволяют понять инновационные процессы, которые на сегодняшний день не самым широким образом используются в композитном производстве. Новое оборудование, материалы и связанные с ними технологии откроют двери для многочисленных новых применений композитных материалов. Все описанные производственные методы используют преимущества термопластичности пенопласта AIREX® T90/T92, такие как: превосходная пластичность ПЭТ-пенопласта при достижении им температуры термоформования, отличное взаимодействие с другими термопластичными материалами, например, армирующими тканями с матрицей из полимерных смол, или хорошая агдезия расплавленного ПЭТ-пенопласта для производства сэндвич-панелей без клея. Всю необходимую детальную информацию о представленных в статье продуктах и других материалах Вы можете получить у наших специалистов по телефону: +7 (495) 508-3718 или по электронной почте: info@skm-polymer.ru, или на сайте: www.skm-polymer.ru.

ТЕХНОЛОГИИ

Повышение эффективности ветроэнергетических установок

www.korsil.ru

Ветроэнергетика в том виде, в каком она существует сейчас, обладает большой универсальностью. Она может приносить пользу как на оптовом рынке, где ветроэнергетические установки (ВЭУ), объединены в парки и сети, обеспечивая электроэнергией большие населённые пункты и целые регионы, так и в розничном сегменте, который позволяет применять для частного пользования только ВЭУ или совмещать их с другими возобновляемыми источниками: солнечными панелями, биогазовыми установками и сверхмалыми ГЭС.

Ветроэнергетика обладает огромным потенциалом. С повышением технологичности ветрогенераторов этот потенциал только увеличивается. Доля получения электроэнергии от ветра постоянно растет как в России, так и в мире в целом. По самым грубым подсчётам, мировое количество произведенной с помощью ВЭУ электрической энергии удваивается каждые 3–4 года. При изготовлении ВЭУ производители наряду с традиционными материалами всё чаще применяют продвинутые продукты на основе полимерных композитов, что крайне положительно сказывается на их конечных свойствах. Идя навстречу изготовителям подобных энергогенерирующих установок, производители компонентов для полимерно-композитных процессов предлагают продукты и решения, позволяющие не просто замещать традиционные материалы с максимальной эффективностью, но и также увеличивать долю их присутствия в конструкции в целом, тем самым повышая эксплуатационные показатели. Концерн Хантсман (Huntsman Advanced Materials), являясь пионером в области производств химических материалов, в частности компонентов на эпоксидной основе, всегда старается идти в ногу со временем и постоянно предлагает решения на основе своих продуктов практически для всех производственных сегментов: от технологичных материалов для строительства, до инновационных решений для авиации и космоса. Данный производитель уделил должное внимание ветроэнергетической отрасли также, выделив материалы для ВЭУ в отдельный 50

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

сегмент. Причём для этого Хантсман предлагает не просто линейку материалов. Продукты данного концерна позволяют реализовать полноценную технологию изготовления элементов ВЭУ как совокупность последовательных этапов: от подготовительных процессов изготовления оснастки до непосредственного производства самих элементов ВЭУ и окончательной сборки. Более того, в зависимости от производственных возможностей изготовителей ветрогенерирующих установок, Хантсман предлагает на выбор различные методы переработки своих материалов до состояния готового изделия. В современной ветроэнергетике найдется место для ВЭУ самой различной конструкции, применимости и природы происхождения. Все виды ветрогенераторов имеют лопасти как обобщающий элемент установки. Лопасти ВЭУ являются самым ответственным элементом и требуют соответствующего подхода: от достижения максимально эффективной технологичности процесса изготовления (скорость и простота), до надлежащих свойств (эффективность преобразования, транспортабельность, лёгкость монтажа, долговечное сохранение эксплуатационных свойств под воздействием влияния негативных факторов окружающей среды). Именно от качества изготовления лопастей зависит, как долго и в каком количестве можно будет получать энергию с вала генератора. Профиль лопасти подобен профилю крыла самолета и имеет дополнительный изгиб на кручение. Именно поэтому крайне важно воспроизвести максимально эффективный рабочий профиль лопасти. Полимерные композиты Хан-

ТЕХНОЛОГИИ

Рисунок 1. Три основных процесса для изготовления оснастки и готовых элементов лопасти.

тсман, наряду с предлагаемой технологией производства, позволяют изготавливать лопасти с надлежащим качеством и требуемой геометрией. В связи с этим, хотелось бы более подробно осветить основные производственные подходы и материалы, применяемые при изготовлении композитных лопастей. Производство можно разбить на 3 основных этапа: • Изготовление оснастки (мастер-модель матрица); • Изготовление частей лопасти, как готовых элементов; • Сборка элементов лопасти в единое готовое изделие. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОСНАСТКИ Основательный подход к выбору материалов и надлежащая производственная реализация данного этапа позволяет получить долговечную оснастку и снять с неё необходимое количество деталей без потерь в качестве поверхности и геометрии на протяжении всей серии. На данном этапе максимально эффективный результат достигается применением модельных паст и литьевых смол на полимерной основе. Для изготовления оснастки и готовых эле-

Рисунок 2. А — вакуумирование мешком, Б — нанесение модельной пасты.

ментов лопасти компания HUNTSMAN предлагает, в зависимости от производственных возможностей изготовителя, материалы для изготовления изделий тремя основными процессами (рисунок 1). Изготовление оснастки происходит в два этапа: Изготовление мастер-модели. При изготовлении мастер-модели для последующего изготовления матрицы выявляется следующая закономерность: чем больше габарит выполняемого изделия, тем целесообразнее изготавливать оснастку с использованием модельной пасты. Другими словами: изготовить мастер-модель лопасти длиной в несколько десятков метров, используя материалы только естественного (природного) про-

БЕСШОВНЫЕ ПАСТЫ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ОСНАСТКИ

Типичная применимость Цвет Плотность

г/cм

Пропорция Твердость Шор Д Коэффициент теплового расширения Теплостойкость

RenPaste® SV 4503-1/ Ren® HV 4503-1

RenPaste® 4666/ Ren® 4666

Дизайн и моделирование

Моделирование и штамповка

Коричневый

Темно-серый

0,7–0,8

0,95–1,0

100 : 100

55–60

60–65

10-6/K-1

100–105

75–80

°C

45–50

50–55/80 после постотверждения

Прочность на сжатие

MПa

10–12

Модуль сжатия

MПa

550–600

1 100–1 200

Предел прочности на изгиб

MПa

11–12

19–20

Линейная усадка

мм/м

1 (0,1%)

0,4 (0,04%)

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

ТЕХНОЛОГИИ БЕСШОВНЫЕ ПАСТЫ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ОСНАСТКИ

Типичная применимость

RenPaste® SV 4503-1/ Ren® HV 4503-1

RenPaste® 4666/ Ren® 4666

Дизайн и моделирование

Моделирование и штамповка

Коричневый

Темно-серый

Цвет Плотность

г/cм

Пропорция Твердость Шор Д Коэффициент теплового расширения Теплостойкость

0,7–0,8

0,95–1,0

100 : 100

55–60

60–65

10-6/K-1

100–105

75–80

°C

45–50

50–55/80 после постотверждения

Прочность на сжатие

MПa

10–12

Модуль сжатия

MПa

550–600

1 100–1 200

Предел прочности на изгиб

MПa

11–12

19–20

Линейная усадка

мм/м

1 (0,1%)

0,4 (0,04%)

ИНФУЗИОННЫЕ СИСТЕМЫ С ТЕПЛОСТОЙКОСТЬЮ 120–150°C RenLam® LY 113/Ren® HY 98

RenLam® LY 120/Ren® HY 99

Типичная применимость Процесс переработки Вязкость при 25°C

Изготовление форм

Мокрая выкладка/Инфузия

Инфузия

мПа*сек

300

300–350

Время жизни 100 мл

мин

90–100

210–230

Время извлечения из формы

часы

12 при 23°C

24 при 40°C

°C

120

150

Цикл отверждения Температура стеклования Предел прочности Удлинение

°C

120–125

153–158

MПa

127–130

120–126

7,0–7,6

7,0–7,1

ИНФУЗИОННЫЕ СИСТЕМЫ С ТЕПЛОСТОЙКОСТЬЮ 180–200°C

Типичная применимость Процесс переработки Вязкость при 25°C

RenLam® LY 5210/ Ren® HY 5212

RenLam® LY 5210/ Ren® HY 5213

Araldite® LY 8615/ Aradur® 8615

Araldite® LY 8615/ XB 5173

Изготовление форм

Мокрая выкладка

Инфузия

мПа*сек

2 000

1 800

480–580

300–350

Время жизни 500 мл

часы

2–2,5

14–16 (100 мл)

210–230

Время извлечения из формы

часы

14 при 40°C

24 при 40°C

Цикл отверждения

°C

до 200 °C

до 180 °C

до 180°C

Температура стеклования

°C

230–238

170–180

210–220

MПa

126

82–86

113–117

—

2,7–3,7

4,1–5,1

Предел прочности Удлинение

исхождения, затруднительно, а порой и невозможно. На фоне этого факта, модельная паста на полимерной основе позволяет получить прочную, точную, долговечную оснастку сколь угодно большого размера, с равномерными свойствами по всему объёму. Из пасты набирается необходимый габарит будущей модели и после отверждения обрабатывается на фрезерно-координатном 3D станке, согласно прописанной программе воспроизведения поверхности рабочего профиля. В результате обработки получается мастер-модель. В случае с лопастями изготавливается две мастер-модели, как две половинки: лицевой и задний профиль. 52

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

Изготовление матрицы. После изготовления этих половинок, мастер-модели проходят необходимую обработку и надлежащую подготовку для дальнейшего изготовления матриц на их основе инфузионным процессом и методом влажной выкладки. Оба этих процесса, которые достаточно хорошо известны и отработаны, позволяют получать матрицы надлежащего качества для дальнейшего воспроизводства половинок лопастей, как готовых изделий. В качестве армирующих материалов применяются стеклоткани. Для изготовления высокотемпературной матрицы могут использоваться углеткани. В

ТЕХНОЛОГИИ СМОЛЫ ARALDITE® ДЛЯ МОКРОЙ ВЫКЛАДКИ Внешние свойства

Свойства отвержденного состава Температура стеклования

Mеханические свойства

Вязкость смеси

Отверждение

при 80°C

при 25°C

при 23°C

мин.

мПа*сек

дни

°C

часы

°C

MПa

Дж/м2

Araldite® LY 3505/ Hardener XB 3403

36–48

300–400

49–53

4/60°C + 6/80°C

78–83

3 100– 3 300

10,5–13

250–280

Araldite® LY 3505/ Hardener XB 3404-1

11–18

550–800

48–52

4/60°C + 6/80°C

76–81

3 450– 3 600

6,5–9,5

160–200

Araldite® LY 3505/ Aradur® 3405

5–11

1 000– 1 200

55–60

4/60°C + 6/80°C

87–92

3 450– 3 600

7,0–9,0

150–190

92–98

3 100– 3 400

9–11

130–170

Желирование

Условия Единица измерения

t стекл.

Отверждение

t стекл.

Предел прочности

Ударная вязкость

Удлинение

G1C

НИЗКОВЯЗКИЕ СИСТЕМЫ

СИСТЕМЫ ПОВЫШЕННОЙ ВЯЗКОСТИ ДЛЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО НАНЕСЕНИЯ Araldite® LY 1556 / Aradur® 3405

6–9

1 500– 1 800

4/60°C + 6/80°C

Все приведенные выше системы сертифицированы по Germanischer Lloyd (GL) для ветроэнергетики.

СМОЛЫ ARALDITE ДЛЯ ПРЕПРЕГОВ ПРОСТОТА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ, РЕГУЛИРУЕМАЯ РЕАКТИВНОСТЬ, ДЛИТЕЛЬНЫЙ СРОК ГОДНОСТИ, ОТВЕРЖДЕНИЕ ПРИ 80–90°C Внешние свойства

Желирование

Вязкость смеси

Свойства отвержденного, неармированного состава Время жизни

Температура стеклования Отверждение

Mеханические свойства

t стекл.

Предел прочности

Удлинение

Ударная вязкость

Условия

при 25°C

при 23°C

при 120°C

Единица измерения

мПа*сек

часы

недели

часы

°C

MПa

Дж/м2

G 1C

Araldite® LY 1556/ Aradur® 1571/ Accelerator 1573/ Hardener XB 3403

4 000–6 000

24–48

105–110

2 900-3 100

7-10

130-170

Resin XU 3508/ Aradur® 1571/ Accelerator 1573/ Hardener XB 3403 (упрочненная)

6 650–7 100

120–125

2 650–2 800

5,5-8,0

850-915

Все приведенные выше системы сертифицированы по Germanischer Lloyd (GL) для ветроэнергетики .

зависимости от этого, литьевые смолы для процессов переработки могут быть обычной или повышенной теплостойкости. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ЛОПАСТИ Изготовив матрицу можно переходить к этапу изготовления элементов лопасти. Снаружи лопасть состоит из лицевой (фронтальная половина) и задней (опорная половина) сторон. Именно от их геометрии зависит насколько эффективно такое природное явление, как ветер, будет преобразовываться во вращательное движение и генерировать энергию. Как было сказано выше, все эти элементы могут быть изготовлены влажной выкладкой, инфузией или препрегами. В качестве армирующего материала используются стеклоткани, предпочтение отдается мультиаксиальным, кото-

рые превосходно работают при разнонаправленных, знакопеременных нагрузках. Лопасти с повышенными эксплуатационными требованиями, помимо стеклоткани, могут иметь в своем составе углеткани. Крупногабаритные лопасти (с длиной от нескольких метров) изнутри усиливаются лонжероном. Данный элемент увеличивает жёсткость конструкции и принимает на себя изгибающие нагрузки набегающего воздушного потока. Профиль сечения лонжерона определяется исходя из геометрии профиля лопасти и её комля. Изготовление внутреннего силового элемента лопасти производится методом намотки. В качестве армирующего материала может использоваться как стеклонить, так и готовые стеклоленты. Как видно из таблиц выше, практически все литьевые системы для изготовления элементов лопасти имеют сертификацию Germanisher Lloid (GL), как официальное практическое подтверждение годности этих продуктов для ветроэнергетической отрасли. КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

ТЕХНОЛОГИИ СМОЛЫ ARALDITE® ДЛЯ ИНФУЗИИ И НАМОТКИ Внешние свойства

Свойства отвержденного, неармированного состава Температура стеклования

Вязкость смеси

Отверждение

при 80°C

при 25°C

при 50°C

мин.

мПа*сек

часы

°C

Araldite® LY 1564/ Aradur® 3486

33–43

200–300

66–70

Araldite® LY 1564/ Aradur® 3416

20–27

200–320

Araldite® LY 1564/ Aradur® 3487 инфузия

18–25

220–320

Araldite® LY 1568/ Aradur® 3489

43–46

Araldite® LY 1568/ Aradur® 3491 инфузия Araldite® LY 1568/ Aradur® 3492 инфузия

Желирование

Условия Единица измерения

t стекл.

Отверждение

Mеханические свойства t стекл.

Предел прочности

Ударная вязкость

Удлинение

при 80°C часы

°C

MПa

Дж/м2

80–84

2 900– 3 050

10,5–12,5

260–310

68–73

80–85

2 900– 3 050

10–12

260–310

68–73

81–86

2 950– 3 100

10–12

255–305

200–300

61–65

77–80

2 910– 3 010

9–10

170–210

39–41

200–300

63–67

74–80

2 980– 3 080

9–10

170–210

23–25

250–350

74–78

80–85

2 900– 3 100

7–7,5

210–230

Все приведенные выше системы сертифицированы по Germanischer Lloyd (GL) для ветроэнергетики.

КОНСТРУКЦИОННЫЕ АДГЕЗИВЫ ARALDITE ® Пропорция

Условия

Время жизни

LSS*

T стеклов

Макс. шов

23°C/100 гр

Единица измерения

Отверждение

(толщина)

мин.

MПa

°C

мм

часы

Araldite® AV 4076-1/ Hardener HV 5309-1

1:1

50–65

20– 24

70–80

2–5

23°C или 4 ч/60°C

Вклеивание комля лопасти во флянец на валу привода

Araldite® 2015**

1:1

45–60

15–18

70–80

2–7

23°C или 4 ч/60°C

Монтаж молниеотвода, датчиков. Склеивание разнородных материалов

Araldite® 2031

1:1

50–65

20– 24

70–80

2–5

23°C или 4 ч/60°C

Для сборки лопасти из углепластика, работа с карбоном Склеивание и заполнение кромок. Для узлов и элементов работающих при повышенной температуре

Araldite® 2014-1** Araldite® AW 5047-1/ Hardener HW 5067 Araldite® AW 4510/ Hardener HW 4511

2:1

50–65

15–18

75–85

23°C или 4 ч/60°C

100 : 45

65–80

20– 22

70–80

< 0,5

1 час/80°C

Жидкая клеевая система, идеальна для металлов D

2:1

85–100

14–16

110–125

2 часа/110°C

Пастообразный клей без усадки, для вертикальных поверхностей

* LSS: прочность на сдвиг (на алюминии). **

Системы сертифицированы по Germanischer Lloyd (GL) для ветроэнергетики.

ПРИМЕНЕНИЕ КОНСТРУКЦИОННЫХ АДГЕЗИВОВ ARALDITE®

Целевая применимость

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

ТЕХНОЛОГИИ КЛЕЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СБОРКИ И РЕМОНТА СБОРКА, КЛЕЕВОЙ МОНТАЖ • Конструкционные адгезивы • Вспомогательные клеи для сборки и ремонта

СБОРКА ЭЛЕМЕНТОВ ЛОПАСТИ В ЕДИНОЕ ГОТОВОЕ ИЗДЕЛИЕ Изготовив все элементы лопасти, можно приступать к её сборке. Выполненные из полимерно-композитных материалов, элементы изделия собираются в единое целое, используя клеевые материалы конструкционной прочности (структурные адгезивы). Для доводки изделия до рабочей кондиции используются вспомогательные клеевые материалы. Подобные адгезивы также используются в качестве ремонтно-восстановительных материалов при проведении технического обслуживания ветроэнергетической установки и устранения неисправностей, возникающих в процессе её эксплуатации.

В пределах данной статьи затруднительно уместить все подробности и нюансы, касающиеся изготовления лопастей и применения материалов в технологии производства этих изделий. За подробностями и разъяснениями просим обращаться в компанию Корсил Трейд, которая является официальным дистрибьютором HUNTSMAN в России. Подробно ознакомиться с техническими характеристиками материалов данного производителя, в частности, указанных выше решений для ветроэнергетики, можно на сайте: www.huntsman.com/advanced_materials или на электронном ресурсе компании КОРСИЛ ТРЕЙД: http://www.korsil.ru.

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

ТЕХНОЛОГИИ

Холл F3 Стенд B20

Эрик Виоло Генеральный директор «Европейские Технологии» — «СОНИМАТ»

Использование ультразвука в композиционной промышленности открывает новые горизонты. Ультразвуковая сварка — идеальный метод сборки композиционных изделий с термопластичной матрицей, армированных длинными волокнами. Сочетая такие параметры как энергия, время воздействия и сварки, эта технология предлагает значительные преимущества, высокую повторяемость и управление процессом в реальном времени. Ультразвуковая резка позволяет выполнять операции по раскрою технологических тканей и армирующих наполнителей в ручном и автоматическом режимах.

Главной стратегией группы компаний «Европейские Технологии» является внедрение инновационных решений на рынке. Высокий уровень знаний и неоспоримый опыт группы в области разработки, технологий и обслуживания предоставляют ей возможность использовать три подразделения для решения производственных задач во многих наиболее сложных отраслях промышленности. Опыт в аэрокосмической промышленности каждой из ее дочерних компаний обеспечил группе возможность развития в композиционной отрасли путем создания специального подразделения. Компания «Европейские Технологии» является членом EMC. Совместно с Научно-исследовательским и технологическим институтом им. Жуль Верна, наша компания участвует в разработках новых технологий и решений. Ультразвуковая сварка термопластов существует в течение нескольких десятилетий и широко применяется в промышленности. Уже более десяти лет «Европейские Технологии» совместно с дочерней компанией «СОНИМАТ» разрабатывают решения по сборке композиционных материалов с термопластичной матрицей. Уже первые результаты были многообещающими, но вскоре стало ясно, что свойства ультразвукового напряжения армированных пластиков значительно отличаются от свойств неармированных полимерных материалов. На сегодняшний день сварка композитных материалов широко применяются в авиакосмической и автомобильной промышленности, например, в производстве армирующих панелей с ребрами жесткости, усиливающих элементов с металлическими вставками, а также для фиксации слоёв при создании преформы изделия. Чтобы охватить наиболее разнообразные варианты применения, компания «СОНИМАТ» поставила перед собой задачу создания непрерывных процессов, для 56

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

Виктория Руппель Генеральный директор АО «СТЕВИК»

обеспечения максимальной универсальности в плане размеров и формы изделий. В первую очередь для понимания процесса сварки важно понимать законы переноса энергии, которые применимы для данных материалов, с целью разработки алгоритма комплексного контроля системы производства. Процесс спаивания двух термопластичных материалов основан на молекулярном соединении двух поверхностей при температуре их плавления. Когда поверхность материала нагревается, устойчивость полимерных макромолекул нарушается. Это ведет к отсоединению молекул полимера и освобождению концевых групп цепи у поверхности раздела (поверхностному сползанию). Если соединить две детали в таком состоянии, то пластикация на границе их раздела создает условия для высокопрочной спайки. Для выполнения шва необходимо нагреть поверхность под сварку, а также создать условия для непосредственного контакта. В качестве источника энергии могут использоваться различные способы. Эти способы можно разделить на три группы: тепловые, по проводимости или конвекции являются самыми простыми; излучение, такое как инфракрасное, лазерное или индуктивное; и трение, которое может возникать в результате вращения, вибрации, или ультразвука. Перенос энергии трением — самый быстрый из этих способов, и позволяет передавать энергию одновременно со связующим (склеивающим) напряжением между двумя поверхностями. Ускорения, передаваемые на материал ручным ультразвуковым инструментом (сонотродом) также обеспечивают переплетение цепей молекул. ОБРАЗОВАНИЕ ВОЛНЫ Ультразвуковая волна образуется в результате пьезоэлектрического эффекта. Генератор преоб-

ТЕХНОЛОГИИ

Рисунок 1. Ультразвуковая система.

разует электрическую энергию в высокочастотный сигнал (> 20 кГц), и пьезоэлектрический излучатель, получающий сигнал преобразует его в механическую энергию с той же частотой. Бустер (усилитель) увеличивает скорость передачи, а специально применяемый инструмент (сонотрод) передает высокочастотные вибрации на деталь. Чтобы максимально увеличить эффективность вибрации, комплект используется (возбуждается) в режиме собственных колебаний (Рисунок 2) вдоль рабочей оси. Амплитуда колебаний очень высокая, и требует немного начальной энергии. Сужения и расширения на каждом периоде колебаний искажают каждый отрезок полуволны. Ускорения, получаемые на кончике сонотрода огромны (несколько тысяч G’s), обеспечивают прибор очень высокой потенциальной энергией.

Рисунок 2. Режим собственных колебаний.

Средняя энергия, преобразованная в единицу времени может быть выражена следующим образом:

ωε20 Ep r= 2

ω0 — амплитуда деформации; Ep = ωμ — модуль механических потерь при сдвиге.

Детали, которые необходимо соединить, устанавливаются между опорой и акустической системой, которая передаст колебательную энергию на детали. Напряжение сжатия используется для обеспечения контакта между сонотродом и деталью сверху, а также между этими двумя деталями. Вибрационный эффект от акустической системы вызывает деформацию материалов (Рисунок 3). Модель Кельвина-Фойгта используется для моделирования результатов (эффектов) синусоидальной деформации на вязкоупругом материале (Рисунок 4).

Чтобы использовать модель, особенно для анизотропного материала, идентичного композитному материалу, необходимо провести длительные исследования изменения жесткости и вязкости во время цикла. Взаимодействие между параметрами частоты/температуры/жесткость и модулем механических потерь при сдвиге не совместимы с поведенческими законами, которые типичны для простой сварки термопластичных материалов. Что касается детали из термопластичного мономатериала, то резкое снижение жесткости в зависимости от температуры делает регулирование энергии относительно простым, по мере приближения к Tg, энергии передается меньше, а затем не передается совсем. В пределах статического процесса, время становится переменной, что позволяет достигать целевого уровня энергии. Для непрерывного процесса постоянный переходный режим должен быть интегрирован в контур управления (Рисунок 5). Цикл будет напрямую зависеть от множества параметров процесса.

Рисунок 3. Деформация.

Рисунок 4. Модель Кельвина-Фойгта — линейные вязкоупругие свойства.

ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЕ СОЕДИНЕНИЕ

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

ТЕХНОЛОГИИ

Рисунок 5. Энергия, преобразованная при заданной скорости под ультразвуковым давлением.

Рисунок 6. Температура в узлах.

ПРИМЕНЕНИЕ

В данном процессе, контролировать только параметры ультразвуковой частоты и амплитуды не достаточно. Важно определить и контролировать вязкоупругие свойства материалов, контактные свойства (геометрия), материал сонотрода и опоры (фактор теплового переноса), напряжение, действующие в зоне обмена энергии, и скорость, которая определяет время процесса. Максимальная температура достигается у поверхности раздела между двумя деталями (Рисунок 6). Для достижения полного управления процессом были определены алгоритмы контроля, позволяющие учесть все значительные параметры процесса. Были отобраны наиболее варьирующиеся параметры, обеспечивающие контроль, требований к паре: изделие/оборудование.

В настоящий момент, связанные соглашением о неразглашении конфиденциальной информации с нашими промышленными партнерами, мы не имеем права ссылаться на конкретные примеры применения, в связи с высокой добавленной стоимостью технологии. Однако мы можем сказать, что данная технология уже используется, например, при изготовлении деталей для авиационной промышленности, для точечной сварки небольших, высокотехнологичных изделий с термопластичной матрицей (например, PA, PEEK, PEI), обработке косой линейчатой поверхности как часть непрерывного процесса или соединения металлических вставок и композиционных материалов при формовании обшивок. Рисунок 8 показывает пример автоматизированной ультразвуковой сварочной головки. Головка и оснастка разработаны в соответствии со спецификой процесса. Робот перемещает головку по сварочному пути. На протяжении всего процесса робот, генератор ультразвука и все датчики на сварочной головке взаимокоммуници-

Рисунок 7. Энергия, рассеянная при данной скорости под сверхзвуковым давлением p=p0sin (2πft).

Рисунок 8. Роботизированная ультразвуковая пайка.

ПОЛНЫЙ КОНТРОЛЬ ПАРАМЕТРОВ

График на рисунке 7 показывает влияние параметров времени скорости/контакта в зависимости от температуры в непрерывном процессе (другие параметры фиксированы). Как видно из графика, нет линейной зависимости достигнутой температуры от скорости. Конечные калории, требуют более высокого энергетического уровня, но обеспечивают более точной системный контроль. Также нужно отметить, что температура резко понижается после воздействия ультразвуковым исполнительным элементом. Использование изоляции или принудительного охлаждения позволяет контролировать кристаллизацию полимера после сварки. В дополнение к статической сварке мелких изделий, на сегодняшний день уже используются процессы непрерывной сварки для соединения металлических вставок и композиционных материалов, в серийных процессах формования резистивных обшивок. Сварка рёбер жёсткости подразумевают более сложный процесс отработки критериев, о которых упоминалось выше для перехода на индустриализацию процесса.

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

ТЕХНОЛОГИИ Таблица 1. Резка сотового наполнителя. Вид

Толщина

Скорость резки

Алюминий

50 мм

24 м/мин

NOMEX

25 мм

24 м/мин

Рисунок 9. Зависимость качества резки от используемой частоты ультразвука и прилагаемого усилия резки.

руют, контролируя и настраивая параметры пайки. Для процессов с высоким энергетическим потреблением головка может поставляться как мультифункциональная. Одна головка может совмещать функцию выкладки на оснастку сложной геометрической формы и пайки армирующего наполнителя или ленты. РЕЗКА Предлагаемое оборудование компании «СОНИМАТ» для ультразвуковой резки позволяет выполнять точный и сложный крой самых разнообразных материалов: сухих и импрегрировнных, технологических тканей, армирующего и сотового наполнителя, монослоёв, а также пакетов материалов и преформ. Ультразвуковой генератор прибора работает по технологии, основанной на IGBT (биполярном транзисторе с изолированным затвором) 4-го поколения. Генерируемые ультразвуковые волны приводит карбидное лезвие в вибрацию на частоте от 20 до 40 кГц. Эта вибрация позволяет сократить прилагаемое усилие и оптимизировать качество резки. В приведённом выше графике показана зависимость качества резки от используемой частоты ультразвука и прилагаемого усилия резки (Рисунок 9). Ещё одним важным факторов, влияющим на ка-

чество резки, является геометрия лезвия. Многолетние исследования в данном направлении и расширение номенклатуры лезвий позволили добиться высоких результатов резки монослоя, а также преформ, толщиной до 80 мм. Для решения различных задач, в зависимости от требования заказчика, предлагается оборудование двух видов: для ручного и автоматизированного кроя. В таблицах 1, 2 и 3 приведены результаты по скорости резки различных типов материалов в зависимости от толщины, волокна и матрицы. По сравнению с контактной резкой ножами, основными преимуществами УЗ-резки являются: • Отсутствие роспуска переплетения; • Снижение усилия реза на 50% по сравнению с обычными лезвиями; • Повышение долговечности лезвий; • Возможность установки на роботе или плоттере; • Возможность обрезки преформы непосредственно после выкладки прямо на оснастке; • Высокое качество резки независимо от направления волокна; • Высокая скорость резки (до 70м/мин); • Отсутствие/минимальное загрязнение ножа — простота и минимальное время на облуживание.

Таблица 2. Резка материалов с термореактивной матрицей. Вид

Толщина

Армирующий наполнитель

Матрица

Скорость резки 70 м/мин

Монослой

0,4 мм

углеволокно

Эпоксидная не полимеризованная

Преформа

10 мм

углеволокно

Эпоксидная не полимеризованная

24 м/мин

Преформа

25 мм

углеволокно

Эпоксидная не полимеризованная

3 м/мин

Преформа

8 мм

углеволокно

Эпоксидная частично полимеризованная

24 м/мин

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

ТЕХНОЛОГИИ

Таблица 3. Резка материалов с термопластичной матрицей. Вид

Толщина

Армирующий наполнитель

Матрица

Скорость резки

Лист

0,17 мм

Однонаправленное волокно

PA66

24 м/мин

Пластина

1,4 мм

Стеклоткань

PPS

24 м/мин

Пластина

2 мм

Стеклоткань

PA6

10 м/мин

Пластина

8 мм

Однонаправленное волокно

PPS

3 м/мин

Пластина

1 ММ

Углеткань

PEEK

3 м/мин

На сегодняшний день, возможно интегрировать ультразвуковую технологию спайки как термопластичных, так и многокомпонентных материалов в процессы серийного производства. В то же время продолжается непрерывное развитие данного направления, особенно на этапах разработки процессов производства конечного изделия из тех или иных материалов. Благодаря неоспоримым преимуществам, таким как сокращение цикла при минимальных требованиях к набору оборудования, непрерывный контроль, возможно производить объемные/геометрически сложные изделия за один проход, для серийного производства в аэрокосмической и автомобильной промышленностях.

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

Компания «СОНИМАТ» имеет более чем 20-й летний опыт работы в области изготовления изделий из термопластичных материалов с использованием различных технологий. Благодаря доскональному знанию как единичных, так комбинированных процессов спайки, SONIMAT готов предложить оптимальное решение для любых, даже самых высокотехнологичных промышленных проектов. Для более подробной информации: www.stevik.fr www.vist-composite.ru www.europetechnologies.com Контактная информация: sales@stevik.fr sales@vist-composite.ru

ОБОРУДОВАНИЕ

Технология производства термопластичного препрега с высокими характеристиками

ЗАЛ F Стенд № B2b

Д-р Светлана Ристеска М-р Мая Стефановска Институт современных композитов и робототехники (ИКР) www.iacr.edu.mk Самоил Самак М-р Бильяна Костадиноска Микросам А.О. www.mikrosam.com

В последние годы термопластичные препреги повышенной прочности находят широкое применение как в авиа, так и в военной и в космической промышленности, именно благодаря высокой эффективности конечного композита. Но тем не менее, здесь необходимо упомянуть и высокую цену этих препрегов, которая зависит не только от высокой цены термопластичного сырья (PEEK, PPS, PES, PEK, PES, PSU, PA6 и другие) и армирующих материалов (например карбоновых), но и от цены производства, зависящей от высокой температуры плавления термопласта или от применения растворителя. Высокая цена препрега ограничивает их применение в коммерческих целях. Ожидается, что к 2018 году глобальный рынок препрега достигнет величины 6,1 миллиардов долларов или 350,9 миллиардов рублей, благодаря его применению в коммерческих самолетах, ветряках и автомобильной промышленности с целью уменьшения веса и экономии топлива, и в соответствии с правилами, регулирующими выбросы двуокиси углерода в атмосферу. Микросам АО завершил работу над созданием линии для непрерывного производства fabric prepreg, UD prepreg и Tow термопластичного препрега из углеродных, стеклянных и арамидных армирующих материалов высокого качества. Линия имеет большую скорость производства, в процессе которого осуществляется контроль и регулировка натяжения ленты; строгий контроль количества термопласта, применяемого в виде гранул на поверхности армирующего материала; обеспечивает правильное соединение гранул термопласта в процессе плавления с помощью точного, поградусового контроля температуры; обеспечивает формирование плёнки и точное каландрирование под высоким давлением с целью улучшенной пропитки термопласта в армирующий материал (Рисунок 1). Кроме линии для производства препрега, в которой применяется термопласт в виде гранул, Микросам АО также закончил работу над созданием линии для производства термопластичного препрега с применением экструдера. Размеры машины для производства термопластичного препрега и её характеристики (скорость, натяжение ленты, вес препрега и т.д.) зависят от конкретных потребностей клиента, с тем, что максимальный поверхностный вес конечного препрега является изменяемой величиной. 62

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

Процесс пропитки, разработанный Микросам АО, состоит из шести этапов: движение упрочняющего материала, его натяжение, равномерное рассеивание термопласта в виде гранул на пропитываемую поверхность, процесс плавления термопласта, двойная пропитка термопласта с помощью каландров и намотка термопластичного препрега или непосредственное производство термопластиковых труб. Рассеивание гранул на подвижную ткань регулируется в диапазоне 10–100% веса, с точностью ±10 g/m2. Целая линия управляется логически программируемой системой, контролирующей каждый узел отдельно. С помощью системы SCADA создается отчёт о качестве произведенного препрега, в котором отображаются все ключевые параметры производственного процесса. Машине для производства термопластичного препрега не требуются дополнительные пoдключения в цеху — достаточно основных подключений к подаче электричества и воздуха. Кроме того, что машина сконструирована таким образом, чтобы на ней было легко работать, дополнительно обеспечивается и техническая поддержка, благодаря которой клиент обучается работе на машине и обретает знания как произвести продукт хорошего качества с разумной себестоимостью (Рисунок 2). В сотрудничестве с Институтом современных композитов и робототехники (ИСКР) из Македонии, Микросам АО не только создает машины, но и обеспечивает поддержку при конструировании и производстве композиционного изделия. При использовании в качестве матрицы кристаллических термопластов, большое влияние на качество конеч-

ОБОРУДОВАНИЕ Рисунок. 1. Линия непрерывного производства термопластичного препрега.

Рисунок. 2. Препреги произведенные на машине для термопластичного препрега. А — Fabric prepreg; Б — Tow and UD prepreg.

ного продукта имеет процент кристаллизации, зависящий от температуры и скорости охлаждения самого термопласта в течение технологического процесса. Также, из-за высокой вязкости термопластиковой матрицы, её пропитка в армирующий материал является достаточно сложным процессом в условиях существующих технологических процедур производства, из-за появления дефектов, точнее пор, являющихся главными виновниками де-

ламинации (расслоения) изделия. Именно по этой причине, машины для производства препрега становятся более современными и обеспечивают автоматизированное управление и контроль процесса производства препрега. Применяются высокоплавкие и вязкие матрицы, с целью получения хорошего термопластичного препрега, на котором отсутствуют дефекты расслоения и равномерно распределяется матрица (Рисунок 3).

Рисунок. 3. СЭМ изображение fabric prepreg PPS/ карбоновая ткань.

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

ПРИМЕНЕНИЕ

Мировой опыт использования коррозионностойких стеклопластиков в горно-обогатительной отрасли

Группа компаний «Композит» Россия, Санкт-Петербург Октябрьская наб., 104 +7 (812) 322-91-69 +7 (812) 322-91-70 office@composite.ru www.composite.ru

Уже более 40 лет стеклопластик используется для изготовления коррозионностойкого оборудования, предназначенного для обогащения полезных ископаемых. Рабочие условия, характерные для подобных процессов, весьма жесткие и требуют применения конструкционных материалов, которые могут успешно противостоять кислотам и хлоридам при высоких температурах. Такие условия работы не совместимы с большинством металлических конструкционных материалов. Необходимый уровень коррозионной стойкости обеспечивают лишь очень дорогостоящие металлические сплавы. Использование стеклопластика на основе эпоксивинилэфирных смол Derakane™ для производства электрохимических ячеек, хранилищ, реакторов, кислото и абразивостойких трубопроводов обеспечивает надежное и экономичное решение. Сегодня все больше разработчиков рекомендуют стеклопластиковые композиты для использования в процессах гидрометаллургии.

стеклопластиковые композиты для использования в процессах гидрометаллургии. Обогащение полезных ископаемых остается очень важной отраслью, показывающей высокие темпы роста. В соответствии с отчетом Lucintel, к 2017 году объем мировой горнодобывающей промышленности достигнет 1 783 млрд. долларов, причем годовой темп роста (CAGR) составит 7,4%. За последние пять лет основные инвестиции в горнодобывающую промышленность были сделаны в Северной Америке. Сюда относится комплекс Vale Long Harbour (Ньюфаундленд) переработки никелевой, кобальтовой и медной руды с шахт Voisey Bay, завод по обогащению никеля/кобальта Baja Mining El Boleo (Мексика), а также завод по переработке редкоземельного сырья MolyCorp Mountain Pass в Калифорнии. Общим для этих весьма различных

Комплекс переработки никеля Vale’s Long Harbour

Отстойники со стеклопластиковыми крышками (производства Plasticon Canada) на заводе Long Harbour

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

ПРИМЕНЕНИЕ Таблица 1. Химическая стойкость эпоксивинилэфирных смол Derakane по сравнению с металлическими сплавами. Материалы

Серная кислота

Соляная кислота

Хлориды

Стеклопластик на основе смол Derakane

100°C до 30%

80°C до 15%

100°C Все концентрации

2205 нержавеющая сталь

30°C до 30%

60°C до 1%

65°C до 2000 промилле при низком pH

100°C до 30%

80°C до 15%

65°C до 50M промилле при низком рН

Сплав C-276

производств являются агрессивные гидрометаллургические процессы, используемые для извлечения металлов из руд и как следствие — широкое использование стеклопластикового оборудования, которое обладает высокой коррозионной стойкостью. LONG HARBOUR Ожидается, что завод Long Harbour будет перерабатывать более 50 000 т/год никелевой руды, поступающей с шахты Voisey Bay в Лабрадоре. Не смотря на то, что гидрометаллургические процессы индивидуальны, они в значительной степени используют соляную кислоту при повышенной температуре для извлечения никеля из руды. Обычно стандартные материалы, такие как, углеродистая сталь и большинство сплавов нержавеющей стали, не рекомендуется для изготовления оборудования, контактирующего с подобными средами. Однако тщательно спроектированные и изготовленные стеклопластиковые ламинаты на основе эпоксивинилэфирных смол Derakane успешно выдерживают воздействие подобных сред, как и указано в таблице 1. Компания Plasticon Canada (AC Plastiques Canada), была одним из многих производителей, выбранных для обеспечения проекта Vale Long Harbour. Благодаря поддержке ECC Corrosion (Wisconsin Rapids), Plasticon Canada изготовила для этого проекта широкий ряд стеклопластикового оборудования, включая:

Прямоугольные стеклопластиковые ёмкости производства ECC

• 64 цилиндрических стеклопластиковых емкости диаметром от 1,5 до 6,1 м и высотой до 9,1 м; • 6 прямоугольных стеклопластиковых емкостей, размерами 11 x 5,2 x 5,2 м каждая весом от 16 до 21 тонны; • 4 стеклопластиковых скруббера диаметрами от 0,3 до 1,8 м и высотой до 9,1 м; • 18 стеклопластиковых туманоуловителей диаметрами от 0,5 до 2,7 м и высотой до 5,5 м; • 1 скруббер на основе двойного ламината, состоящего из хлорированного ПВХ и стеклопластика, размерами 1,8 x 9,7 м; • 3 стеклопластиковых дымохода высотой 27 м; • 13 циркуляционных отстойников со стеклопластиковыми крышками диаметром от 3,5 до 30 м, общим весом 117 тонн; Все перечисленное выше оборудование на основе стеклопластикового и двойного ламината было изготовлено с использованием эпоксивинилэфирных смол Derakane от Ashland, что обуславливалось коррозионной опасностью рабочих сред. Группа компаний Denali, включая Ershigs, Fabricated Plastics и Belco, поставила в общей сложности 64 емкости для проекта Long Harbour. Хранилища проектировались для работы с различными коррозионными средами, в том числе соляной кислотой, гипохлоритом натрия и борной кислотой. Емкости изготавливались намоткой на предприятиях Belco и

Огромные емкости для соляной кислоты производства Ershigs

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

ПРИМЕНЕНИЕ

Гидрометаллургический завод Boleo

Ёмкости производства Ershigs для гидрометаллургического завода в Boleo

Fabricated Plastics. Их размеры — до 5,5 м диаметром и более 8,4 м в высоту. Однако очень многие емкости имели гораздо больший диаметр (до 13,4 м) и высоту до 15,65 м. Изначально специалисты Vale сомневались, что такие большие емкости можно сделать из стеклопластика. Однако компании Ershigs удалось в конце концов убедить их, что емкости подобного размера можно изготовить и транспортировать. Одним из весьма убедительных аргументов стало посещение установок по десульфурации дымовых газов на электростанциях, куда Ershigs и Augusta Fiberglass поставили огромные стеклопластиковые структуры. Текущий рекорд по размерам принадлежит шести струйным пузырьковым реакторам диаметром 119 футов, расположенным на главной электростанции на Юго-Востоке США. После того, как специалисты Vale посетили эти установки по контролю за загрязнением воздуха и изучили громадные реакторы, осуществимость задуманного проекта больше не ставилась под сомнение. Компания Corrosion Technology International (CTI), крупнейший мировой производитель электрохимических ячеек из полимербетона, в партнерстве с Capital Precast (CP) из Ньюфаунленда, изготовила 332 ячейки для никеля, кобальта и меди. Электрохимические ячейки для никеля (NiEw) и кобальта (CoEW) весили каждая более 10 тонн, что делало их крупнейшими в своем классе. Помимо ячеек, CTI/CP также разработали и изготовили структурные балки для мостов. Однако производство стеклопластикового оборудования для проекта Long Harbour на этом не закончилось. Компания Ershigs и ряд других фирм изготовили километры кислото- и абразиво-стойких трубопроводов для гидрометаллургического завода, а компания Bateman поставила огромное количество смесителей-отстойников. Специалисты Universal Fan изготовили более 70 огромных вытяжных вентиляторов. Множество компаний занимались поставками стеклопластиковых труб, кожухов, охладительных башен и реакторов. В конечном итоге для проекта Long Harbour было изготовлено более 4,5 млн кг стеклопластиковых изделий.

плекс с активным использованием стеклопластикового оборудования. Ожидается, что этот проект стоимостью 1,4 млрд $ будет производить 60 000 тонн/ год меди, 3100 тонн/год кобальта, 36 000 тонн/год цинка и 100 000–250 000 тонн/год карбоната марганца. Хотя этот проект не столь масштабный, как завод Long Harbour, для его осуществления понадобились десятки стеклопластиковых реакторов и хранилищ, а также километры кислото и абразиво стойких трубопроводов. Для гидрометаллургического завода Boleo было изготовлено огромное количество стеклопластиковых емкостей. Многие из них были настолько большими, что их следовало изготовить на месте. Компания Ershigs получила заказ на изготовление 9 емкостей для этого проекта, размерами 11,5 м в диметре и 12,5 м в высоту, с куполообразными крышками и плоскими днищами. Эти емкости проектировались с учетом кислой коррозионной среды, используемой для извлечения целевых металлов из руды. Augusta Fiberglass также поставила 25 емкостей на этот завод. В состав коррозионностойкого барьера некоторых емкостей был введен карбид кремния, что увеличивало их стойкость к абразивному воздействию пульпы. Другие емкости, изготовленные на основе эпоксивинилэфирной смолы Derakane 510N, обладали свойствами пожаростойкости. Размеры емкостей варьировались от 3 до 4,5 м в диаметре и от 3,5 до 12,3 м в высоту. Все емкости компаний Ershigs и Augusta изготавливались на основе эпоксивинилэфирных смол Derakane производства Ashland. Компании Fiber-Tech Industries и Structural Composite Technologies объединили усилия для изготовления стеклопластиковых компонентов, требуемых для защиты 12 бетонных осадителей и 6 емкостей противоточной декантации. Эти специальные емкости, используемые для извлечения металлов, в поперечном сечении превышают 60 м. Они имеют бетонное основание и толстой стеклопластиковой футеровкой (изготовленной Fiber-Tech), придающей емкостям отличную кислото и абразивную стойкость. Structural Composite Technologies поставили около 200 стеклопластиковых желобов для этих емкостей. RPS Composites также получили контракт на поставку кислото и абразиво стойких трубопроводов для завода Boleo, включая: • 30 000 фитингов; • 46 000 м трубопроводов;

EL BOLEO Проект The Boleo в Мексике на полуострове Baja — еще один крупный гидрометаллургический ком66

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

ПРИМЕНЕНИЕ

Гидрометаллургический завод MolyCorp’s в Mountain Pass

Ёмкости для хранения реагентов производства Plas-Tanks на основе смол Derakane

• 7500 стеклопластиковых накладок износа и упорных колец; • 12 000 специально разработанных стальных опор.

таком случае MolyCorp будет поставлять около трети текущего мирового количества редкоземельных элементов. Гидрометаллургический завод Mountain Pass имеет задачу не только извлекать из руды редкоземельные элементы, но также и разделять их после извлечения. Это потребовало использования не только агрессивных реагентов, но и большого числа реакторов. И снова проектировщики обратились к стеклопластику. Проект потребовал десятки стеклопластиковых экстракторов и разделителей, большинство из которых было изготовлено на месте компаниями Plas-Tanks Industries и Daniel Company. Plas-Tanks поставили 23 емкости размером от 22 700 до 132 500 литров, используя эпоксивинилэфирные смолы Derakane. Большинство емкостей имели диаметр от 3,5 до 4,2 м, а самые крупные имели высоту 9,5 м. Емкости предназначались для работы с соляной кислотой, гидроксидом натрия и гипохлоритом натрия (отбеливателем). Daniel Company изготовили 17 емкостей диаметром 4 и высотой 7,5 м. Химическая среда, характерная для процессов обогащения полезных ископаемых, одна из самых агрессивных в мире. При проектировании и изготовлении оборудования проводятся испытания с использованием реагентов, используемых при экстракции металлов.

Рабочие среды — влажный газообразный хлор, соляная кислота, плакирующие реагенты, биоциды, водные органические растворы, гидроксид натрия, борная кислота и хлорид натрия. Для работы с такими средами выбрали трубы производства RPS, поскольку они обладали рядом преимуществ по сравнению с другими материалами, такими как углеродистая сталь с резиновой футеровкой, нержавеющая сталь или сплавы с высоким содержанием никеля. Эти преимущества включают в себя пониженные расходы на установку, низкую стоимость жизненного цикла, лучшую стойкость к широкому ряду химических сред. Для изготовления этого оборудования выбрали эпоксивинилэфирные смолы Derakane от Ashland. Роберт Хоукин, президент RPS Composites President, рассказывает «Мы остановили свой выбор на смолах Ashland, обладающих уникальным послужным списком работы с агрессивными смолами, а также отличной перерабатываемостью. Своевременная техническая поддержка со стороны Ashland помогла нам полностью использовать преимущества композиционных материалов». Фактически RPS Composites поставили около 700 тонн стеклопластиковых изделий для завода по обогащению минерального сырья. Компания Plásticos Industriales de Tampico (PITSA) также получила заказ на производство более чем 500 тонн композитных проводящих и непроводящих труб и запчастей для проекта Boleo. Проводящие трубы и запчасти предназначались для работы с органическими средами, при их производстве применялась проводящая углевуаль и эпоксивинилэфирные смолы Derakane 510 N с добавкой 5% сурьмы (для удовлетворения требований стандарта ASTM 84 класс I по пожаростойкости). MOUNTAIN PASS Проект Mountain Pass стоимостью 1,4 млрд долларов, начал производить оксиды редкоземельных элементов в 2012 году в количестве от 8 000 до 10 000 тонн/год, с потенциальным ростом до 40 000 тонн в 2014 году, в зависимости от потребностей рынка. В

Стеклопластик на основе эпоксивинилэфирных смол Derakane стал во всем мире стандартом качества для изготовления коррозионностойкого оборудования для химической промышленности, водоподготовки, контроля загрязнения воздуха и горнодобывающей промышленности. Эти смолы невозможно заменить аналогами при доказанной надежности. Проектировщики во всем мире полагаются на экспертов по коррозии компании Ashland и стеклопластик на основе эпоксинилэфирных смол Derakane. Для получения более подробной информации Вы можете обратиться в Группу компаний «Композит» по телефонам в Санкт-Петербурге: +7 812 322 91 69, +7 812 322 91 70 или в любом региональном представительстве. А также, обратившись в представительство Ashland Inc в России по телефонам: +7 916 577 78 51, +7 495 644 16 21 КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

ПРИМЕНЕНИЕ

Удивительный композит — пайкерит

Кравчук А. Н. бакалавр Лысенко В. А. доктор технических наук, доцент кафедры НВКМ Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна

Ледяной композиционный материал. Звучит, без сомнения, красиво, и больше похоже не на научный термин, а на нечто, берущее своё начало в произведениях жанра фантастики. Однако композиционный материал на основе льда действительно существует. Он был предложен в 42-м году прошлого века британским журналистом, разведчиком и изобретателем Джеффри Натаниэлем Пайком. Вторая Мировая война была в разгаре, и береговая авиация Великобритании предпринимала безуспешные попытки защитить торговые и военные суда стран антигитлеровской коалиции от атак немецких субмарин. Были необходимы авиабазы, располагавшиеся непосредственно в водном пространстве — на расстояниях, которые можно было преодолеть быстрее, чем с суши. На построение металлических авианосцев в военное время не хватало металла, а потому шёл активный поиск альтернативных вариантов, среди которых лидировала идея использования в качестве авиационных баз естественных айсбергов: на их вершинах предполагалось изготавливать взлётно-посадочные площадки. Однако эта мысль была отвергнута ввиду малых размеров «ледяных гор». Джеффри Пайк предложил проект, который, по-

жалуй, до сих пор способен удивить каждого, о нём не слышавшего. Его идея заключалась в строительстве гигантского авианосца с корпусом, изготовленным из пайкерита — замороженной смеси воды и опилок (рисунок 1). Это колоссальное сооружение высотой с 20-этажный дом должно было вмещать на своей взлётно-посадочной площадке 200 истребителей; притом его предполагаемая стоимость была в разы меньше цены корабля из металла. ЧТО ЖЕ ТАКОЕ ПАЙКЕРИТ? Это дисперснонаполненный композиционный материал, в котором наполнителем является целлюлозная масса (чаще всего опилки), а матрицей служит лёд (60–80% от массы всего композита). На рисунке 2 представлен блок пайкерита.

Рисунок 1. План проекта «Аввакум» с характеристиками проектируемого авианосца

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

ПРИМЕНЕНИЕ

Рисунок 2. Блок пайкерита

Благодаря введению наполнителя лёд приобретает следующие свойства: 1. Более высокая прочность. Испытания пайкерита на сжатие показали, что его прочность более чем в два раза превышает прочность чистого льда. 2. Удароустойчивость. Это испытание, проведённое адмиралом Луисом Маунтбаттеном, буквально шокировало американских союзников Великобритании на конференции в Квебеке. Лорд Маунтбаттен поставил рядом два равных по размерам блока: из пайкерита и из чистого

Рисунок 3. Кадры из телепередачи «Разрушители легенд». Вверху — блок пайкерита до и после выстрела в него из пистолета. Внизу — лёд до и после выстрела.

льда; затем выстрелив в каждый из револьвера. Пуля, выпущенная в ледяной блок, расколола его на куски; а от блока из пайкерита срикошетила, оставив на нём лишь вмятину. Оказалось, что по удароустойчивости ледяной композит сравним с бетоном, что, несомненно, положительно характеризовало его как материал, предназначенный для военных целей. В 2010 году ведущие научно-популярной телепередачи «Разрушители легенд» повторили опыт Луиса Маунтбаттена (рисунок 3), тем самым ещё раз подтвердив удивительную способность пайкерита сопротивляться взрыву.

ПРИМЕНЕНИЕ

Рисунок 4. Спуск на воду пайкеритной лодки.

Рисунок 5. Лодка терпит крушение.

3. Низкая теплопроводность. И, как следствие, меньшее время, необходимое для таяния. Прототип авианосца «Аввакум», опытный образец, построенный на озере Патриция для проверки свойств пайкерита, без поддержки температуры с помощью охладительных систем полностью растаял в течение трёх лет.

готовления из него габаритных судов. В декабре 2014 года в Финляндии было начато строительство пайкеритного аналога испанского Храма Святого Семейства, более известного в мире как Саграда Фамилиа (Temple Expiatori de la Sagrada Família). Проект являет собой реализацию научной работы учёных и студентов Эйндховенского технического университета (Голландия) по свойствам и качествам пайкерита в строительстве зданий и сооружений. Ледяная копия памятника архитектуры в 4 раза уменьшена в сравнении с оригиналом: самая высокая её точка располагается на расстоянии 40 м от земли, тогда как высота настоящей башни Иисуса составляет 170 м. Методом изготовления ледяных сооружений было выбрано напыление тонких слоёв опилок на надувные каркасы с последующим замораживанием (рисунок 6). Для эффективного замерзания пайкерита была необходима температура не выше 15 градусов ниже нуля. Именно поэтому местом размещения ледяной композиции стал финский город Юука. После того, как все слои пайкерита были нанесены на каркас, из него выпускали воздух, а затем снимали его, расчищали внутреннее пространство и обустраивали интерьер внутри ледяного храма. На рисунках 7 и 8 показана завершённая ледяная Саграда Фамилиа. Ледяная Саграда Фамилиа, без сомнения, привлекла к себе внимание тысяч туристов из многих стран, также доказав, что пайкерит возможно применять в целях строительства. Стоит ли искать новые области применения для пайкерита? Несомненно, да. «Безумная» идея прошлого в наше время может стать серьёзным поводом для исследований.

«Видят народы и крайне удивляются! Поскольку работа, что делается в ваши дни, такова, что вы не поверили бы, если бы кто-то про это сказал!». Это слова пророка Аввакума, именем которого Уинстон Черчилль назвал столь приглянувшийся ему проект — слова, в полной мере описывающие первоначальные впечатления от пайкеритного корабля. Однако грандиозный план оказался настоящим провалом: для изготовления одного боевого корабля требовалось превратить в опилки все леса Канады. Кажущаяся дешевизна материалов обернулась катастрофическими затратами, и проект был закрыт, а о пайкерите забыли на несколько десятков лет. В 2009 году участники британской телепередачи «Bang Goes The Theory» восстановили эксперимент, построив из пайкерита лодку (рисунок 4). Смесь, состоящая из 5000 литров воды и опилок, была залита в подготовленную форму и замораживалась в течение трёх недель. Эксперимент не удался: проплыв 30 метров, лодка пошла ко дну (рисунок 5). Специалисты тут же указали участникам передачи на ошибку: сопротивление материала было рассчитано неверно, и, как следствие, неверно было подготовлено само судно. Корабли из пайкерита держатся на плаву только при наличии большой опорной плоскости, а сам материал больше предназначен для из-

Рисунок 6. Нанесение пайкерита на надувные каркасы.

Рисунок 7. Ледяной храм изнутри.

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

Рисунок 8. Ледяной храм снаружи.

ПРИМЕНЕНИЕ

Применение материалов на основе базальтовых волокон

С. П. Оснос, д.т.н. «Basalt Fiber Materials Technology Development Co., Ltd»

в авиакосмической отрасли Цель данной статьи — проинформировать о характеристиках базальтовых непрерывных волокон (БНВ), обобщить имеющийся опыт применения материалов и изделий на основе базальтовых супертонких и непрерывных волокон, наметить пути их применения в авиакосмической отрасли. В будущем — провести комплексные испытания и сертификацию БНВ и материалов БНВ, создавать новые производства БНВ и материалов БНВ для их широкого применения в авиакосмической отрасли. Композитные материалы находят все более широкое применение в машиностроении, а также при производстве авиационной и ракетной техники. В составе конструкционных композитов волокна являются основным компонентом (около 75–80% объёма) и обеспечивают их прочностные характеристики. Цена армирующих волокон в составе композитов во многом определяет их стоимость. Для производства композитов применяют стеклянные, химические, углеродные и базальтовые непрерывные волокна. Сравнительные характеристики и стоимость непрерывных волокон представлены в таблице 1. В машиностроении используют в основном недорогие стеклянные волокна. Углеродные и арамидные волокна применяют для наиболее ответственных изделий, где экономически оправдано применение дорогих армирующих волокон. Технико-экономический анализ показывает, что базальтовые непрерывные волокна (БНВ) и материалы на основе БНВ (ровинги, ткани, препреги, нетканые материалы) наиболее приемлемы для производства и примене-

ния в композитах. БНВ, благодаря сочетанию своих характеристик и стоимости, являются одними из наиболее перспективных материалов для применения в машиностроении и, особенно, в авиационной отрасли. В области материалов и технологий производства воздушных судов (ВС) существует серьезный кризис. Основные элементы самолетов (фюзеляж, крылья, их силовые элементы и конструкции) производят в основном из алюминиевых сплавов. Применяют технологии самолетостроения времен Второй Мировой войны, например, заклепочные соединения. В мостостроении уже давно отказались от клепаных конструкций, а в авиастроении — широко применяют. Для полета утяжеленных конструкций ВС требуются мощные двигатели и запасы топлива. В результате вес перевозимой полезной нагрузки (пассажиров, багажа, грузов) по сравнению с взлетным весом ВС незначителен. Для дальнемагистральных пассажирских ВС типа Boing 777, Аirbus 350 доля полезного веса составляет 12–15%, для больших ВС

Таблица 1. Сравнительные характеристики непрерывных волокон, применяемых для производства композитов. Показатели Прочность на разрыв, мПа Модуль упругости, гПа Растяжение на разрыв, % Диаметр элементарных волокон, микрон Текс ровингов (tex), гр/км Температура применения, 0C Себестоимость промышленного производства, $/кг Цена продаж, $/кг

БНВ

E- стекло

S-стекло

Углеродное волокно

Арамидное волокно

3000~4840 3400~5380*

3100~3800

4020~4650

3500~6000

2900~3400

79,3~93,1

72,5~75,5

83~86

230~600

70~140

1,5–2,6

4,7

5,3

1,5~2,0

2,8~3,6

6~21

5~15

6~15

60~4200

40~4200

200 - 2400

100–1800

-260~+800

-50~+380

-50 +300

-50~+700

-50~+290

1,1–1,8

1,4–2,0

3,0–3,2

25–30

17–22

2,5–3,0

1,5–2,5

4,0–4,5

35–60

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

ПРИМЕНЕНИЕ Таблица 2. Диаметр элементарных волокон, мкм

5.0

6.0

8.0

9.0

11.0

Удельная прочность элементарных волокон на разрыв, кг/мм2.

215

210

208

214

205

типа Boing 747-8 и Аirbus 380 — 15–17%. Очевидно, что снижать вес конструкции планера ВС можно, применив композиты. Это и было сделано для Boing 777, А 320–321; доля композитов от их веса составила 9% и 20% соответственно. Доля композитов в конструкции самых современных Boing 787 и А 350 достигла 50 и 52%. Однако в направлении широкого применения композитов имеются ограничения по их характеристикам и стоимости. Характеристики стекловолокна не позволяют применять композиты на их основе для наружных конструкций, а углеродные волокна слишком дорогие. Стоимость самолетов традиционных конструкций из алюминиевых сплавов с некоторыми элементами композитов (обшивка салона, обтекатели, законцовки крыльев, часть оперения и др.) уже достигла предельных уровней. Например, стоимость Boing 737 в зависимости от модификаций на 160–190 пассажиров составляет 70–90 млн $. Применение композитных материалов на основе дорогих углеродных волокон существенно увеличивает стоимость ВС. Boing 787 (на 190–320 пассажиров) стоит 250–290 млн $. Дальше повышать стоимость ВС уже некуда. Авиакомпании просто не смогут окупить приобретаемые ВС. Выходом из создавшегося положения в аэрокосмической отрасли может быть применение композитных материалов на основе базальтовых непрерывных волокон (БНВ). Современные технологии обеспечивают производство БНВ с высокими прочностными характеристиками на уровне углеродных волокон и низкую себестоимость промышленного производства БНВ, на уровне стекловолокна. БНВ обладает высокими эксплуатационными характеристиками. Химическая, термическая стойкость и стойкость к воздействию окружающей среды БНВ достаточно известны [1]. Характеристики и стоимость БНВ позволяют создавать на основе композитов БНВ основные конструкции летательных аппаратов, а также отдельные элементы, которые в настоящее время производятся из углеродных и стекловолоконных композитов. В настоящее время развитие технологий и оборудования производства БНВ позволяют обеспечить решения двух основных задач: существенное снижения веса и стоимости конструкции самолетов. Для применения БНВ в авиакосмической отрасли основными являются следующие факторы: 1. Базальтовые волокна (БВ) производятся из основных базальтовых пород вулканического происхождения, обладающих высокими природными термическими свойствами и химической стойкостью. Поэтому БВ присущи исходная прочность, стойкость к воздействию агрессивных сред, высокие термостойкость и тепло- звукоизоляционные характеристики, а также низкая гигроскопичность.

Это определяет эксплуатационные качества материалов из БВ: прочностные характеристики, ударную прочность, долговечность и стойкость при воздействии природных факторов, высоких температур, агрессивных сред, стойкость к воздействию вибраций. 2. Достигнутый в последние годы уровень технологий и оборудования [2] позволяет производить базальтовые непрерывные волокна (БНВ) с низкой себестоимостью производства на уровне стекловолокна, при прочностных характеристиках на уровне углеродных и арамидных волокон. Это позволяет создавать материалы на основе БНВ по более низкой стоимости и существенно снизить цену композитных материалов и изделий. К настоящему времени накоплен достаточно большой опыт применения материалов из базальтовых волокон в машиностроении, автомобильной промышленности, судостроении, вагоностроении, энергетике, строительстве и дорожном строительстве. Работы по применению базальтовых волокон в авиакосмической промышленности проводились ранее и в последние годы получили еще большее развитие. 3. Комплексные испытания БНВ показали, что они обладают рядом характеристик, которые позволяют создавать материалы на основе БНВ с высокими прочностными и эксплуатационными характеристиками. БНВ имеют наилучшее соотношение показателя «цены и качества» по сравнению с другими волокнами, применяемыми для производства армирующих материалов и композитов. 4. Накоплен опыт создания промышленных производств БНВ армирующих и композитных материалов БНВ на девяти заводах, в том числе крупное производство для авиакосмической промышленности [2]. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПРЕИМУЩЕСТВА БНВ 1. Относительно высокая удельная прочность волокон на разрыв, в 2–2,5 раза превышающая легированные стали и в 1,4–1,5 раза стекловолокно. В таблице 2 представлены данные по удельной прочности БНВ на разрыв (при разной толщине элементарных волокон) [3]. 2. Высокая коррозионная и химическая стойкость к воздействию агрессивных сред: растворов солей, кислот, щелочей. Базальтовые волокна обладают уникальной химической стойкостью. Это свойство базальтовых волокон открывает широкие перспективы их применения для конструкций, работающих десятки лет при воздействии влаги, противообледенительных жидкостей, растворов солей, кислотных и щелочных сред. Базальтопластики заменяют КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

ПРИМЕНЕНИЕ

Рисунок 1.

стальную арматуру, детали и конструкций, которые под воздействием морской воды, химических сред подвержены коррозии. 3. Базальтовые волокна обладают высокой термической стойкостью. На основе БНВ изготавливают материалы, которые могут длительно работать под воздействием высоких температур. Диапазон применения БНВ от -200°С (для криогенной техники) до 600°С. В диапазоне температур длительного применения от -100°С до + 400°С БНВ практически сохраняет свою исходную прочность. При этом термическое изменение длины композитов БНВ в указанном диапазоне температур составляет 1,5–2,5%. Производятся термостойкие БНВ на температуры применения до 900°С. 4. Высокие термо- и звукоизоляционные характеристики [3]. 5. Низкая гигроскопичность — в 6–8 раз ниже, чем у стекловолокон. Поэтому термо- и звукоизоляционные материалы только на основе базальтовых супертонких волокон применяют в самолёто и судостроении. 6. Высокая стойкость и долговечность к знакопеременным нагрузкам. Прутки Ф 10 мм на основе БНВ более 14 лет бессменно эксплуатируются на подвеске вибросит мукомольных заводов. БНВ применяют для производства баллонов высокого давления, рассчитанных на десятки тысяч циклов заправки. Композиты БНВ под воздействием длительных знакопеременных нагрузок практически не имеют следов усталостных разрушений — трещин и других признаков разрушения. Это более чем важно для создания надежных и долговечных конструкций самолетов. 7. Высокая ударная прочность композитов на основе БНВ. БНВ применяется для производства ударостойких дорожных отбойников, бамперов, бронежилетов. Благодаря ударной вязкости волокнистой основы композитов БНВ, при ударе, не образовываются трещины и не происходит полного разрушения конструкций. 8. Высокая совместимость с другими материалами: металлами, пластмассами, пластиками. Применение прочных клеевых соединений вместо заклепок и сварки. Это открывает широкую перспективу производства целого спектра комбинированных композитных материалов и изделий: сотовых конструкций, армированных пластмасс, панелей, несущих балок, обшивок, фюзеляжа и др. Возможность производства композитных изделий с гелькоутами — аэродинамически чистых и долговечных внешних покрытий. 9. Эксплуатационные качества материалов и изделий из базальтовых волокон, высокая стойкость к 74

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

воздействию окружающей среды и агрессивных сред, долговечность эксплуатации. 10. Возможность производств материалов БНВ и изделий с применением различных технологий: пултрузии, намотки, формовки, вакуумной формовки, штамповки, напыления и других «холодных технологий». Перспективным направлением является производство композитов БНВ на основе препрегов (предварительно пропитанных связующим ровингов, тканей, нетканых материалов, базальтовой бумаги). Применение препрегов позволяет производить композитные материалы высокого качества и долговечности, повышенной прочности с низким весом. 11. Низкая себестоимость производства БНВ. Соотношение цены и характеристик БНВ по сравнению с другими волокнами наиболее предпочтительное. 12. Создание производств БНВ и материалов БНВ для авикосмической промышленности не требует значительных капиталовложений. Промышленные производства БНВ создаются по модульному принципу с постепенным наращиванием объемов производства [4]. Характеристики (1–10) и низкая себестоимость производства открывает возможности широкого применения материалов БНВ. Проработаны и имеется опыт производства целого спектра материалов и изделий для авиакосмической отрасли. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПРИМЕНЕНИЯ БАЗАЛЬТОВЫХ ВОЛОКОН В АВИАКОСМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Теплозвукоизоляционные материалы на основе базальтовых супертонких волокон и иголопробивных материалов. Теплозвукоизоляционные маты (ТМ-1920, АТМ-10С-20, АТМ-10К-20) на основе базальтовых супертонких волокон благодаря своим высоким звукоизоляционным характеристикам, низкой гигроскопичности уже многие годы применяются в авиации, судостроении, для газоперекачивающих станций на базе авиационных двигателей. Композитные материалы и изделия 1. Композитные профильные материалы и продольные элементы Композитные профили производятся из ровингов БНВ на пултрузионных линиях. Проводятся работы по изготовлению, проведению испытаний профилей для авиации и ракетостроения. Производство продольных силовых элементов: стрингеров, уголков, швеллеров, двутавров, труб, квадратных труб,

ПРИМЕНЕНИЕ

Фото 1. Продольные профильные материалы из ровинга БНВ, арматура, трубки, канаты.

Фото 2.1. Столбы базальтопластиковые для уличного освещения (круглый профиль переменного сечения Ф 350…100 мм, длина 21 метр).

профилей сложной формы (рисунок 1 — профили на основе ровингов БНВ). Профили на основе БНВ имеют высокую стойкость к знакопеременным нагрузкам. Удлинение при перепадах температур составляет 1,5–2,5%, удлинение при разрыве составляет не более 3%. Соединение профилей между собой, с другими элементами и обшивкой осуществляется на основе клеевых соединений. В настоящее время из ровингов БНВ производятся арматура, трубки, профили сложной формы, вантовые канаты. Проведены полномасштабные испытания базальтопластиковой арматуры (испытания на химическую стойкость, стойкость к замораживанию/размораживанию) в НИИ Железобетона, НИИ Дорожного строительства. Разработаны рекомендации по применению базальтопластиковой арматуры (БПА) в строительстве, приняты государственные стандарты: ДСТУ Украины, ГОСТы РФ и КНР, разрабатывается стандарт ЕС и США. В КНР принята Программа Правительства №863 «Базальтовое непрерывное волокно и композитные материалы БНВ» для создания производств и широкого применения материалов БНВ в отраслях промышленности и в т.ч. аэрокосмической отрасли. 2. Композитные силовые профили Композитные силовые профили производятся из ровингов БНВ и препрегов ровингов, лент. Создано оборудование для производства силовых композитных профилей для производства несущих балок мостов для горной местности, столбов освещения и опор ЛЭП. Для придания дополнительной прочности несущим балкам и продольным панелям была специально разработана однонаправленная ровинговая

Фото 2.2. Структура однонаправленной ткани на основе ровинга БНВ.

ткань (продольный армирующий элемент, плоская поверхностная арматура, фото 2.2). Высота балок у основания h1 может составлять 600, 500, 400 мм, длина L 12, 20, 30 до 50 метров. Возможно создание профилей переменного сечения рисунок 2.2. Преимущества композитных силовых профилей: высокие прочностные характеристики, при более низком весе (в 8–12 раз ниже по сравнению с легированной сталью), высокая стойкость к знакопеременным нагрузкам, отсутствие усталостных трещин и коррозии, простота изготовления, нет особых ограничений по изготовлению длинномерных конструкций (за исключением ограничений по их перевозке). 3. Композитные изделия сложной формы и конструкции В автомобилестроении, машиностроении и маломерном судостроении композитные конструкции производятся из материалов на основе стекловолокна и применяют достаточно широко (бамперы, торпеды, обтекатели, крылья, корпуса лодок, катеров, яхт и др.). Для производства таких конструкций используются маты рубленого волокна, ровинговые ткани и ткани из крученой нити. Отработаны технологии и накоплен опыт производства композитных изделий сложных конструкции. При производстве самолетов композитные изделия сложной формы применяются: для внутренних облицовочных панелей салона; обтекателей РЛС и антенн; обтекателей ниш шасси, мест стыковки крыльев с фюзеляжем и др. Применение препрегов, вакуумированных прессформ обеспечивают высокое качество формовки и самих композитных изделий. Преимуществами материалов на основе БНВ по сравнению со стекловолокном являются: более выКОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

ПРИМЕНЕНИЕ Б

Рисунок 2.1. Силовые балки.

Рисунок 2.2. Профиль переменного сечения.

Рисунок 3. А — Обтекатель РЛС; Б — Обтекатели ниш шасси, зализы стыковок крыла.

Фото 3. Композитные изделия сложной формы.

Фото 4. Пресс-формы с вакуумированием для формовки композитных изделий сложной формы.

сокая прочность (в 1,4–1,7 раза), низкая гигроскопичность базальтовых волокон (в 6–8 раз), высокие эксплуатационные характеристики (стойкость и долговечность при воздействии окружающей среды, к перепадам температур, к обработке антиобледенительными составами). Химическая стойкость БНВ позволяет в связующих использовать химически активные антипирены, неорганические (щелочные) компоненты для снижения горючести композитов. Применение неорганических связующих для производства композитов БНВ позволяет производить новый класс негорючих композитов. 4. Плоские композитные изделия с отбортовками — нервюры крыльев, шпангоутов (рисунок 4).

вые продольные элементы (рисунок 5-Б), объемный наполнитель на основе трикотажного препрега (рисунок 5-В), вспененный наполнитель (рисунок 5-Г). Сотовые наполнители применяются в авиастроении. Для их производства используют различные материалы от металлической фольги до пластиков. Вспененные материалы — легкий наполнитель. Полимерную массу насыщают пузырьками воздуха, газов, или применяют пенопласты. Объемные наполнители на основе трикотажа. Трикотажную ткань пропитывают связующим (создают препрег), формуют объемные конструкции, которые склеивают с панелями и полимеризуют.

5. Плоские панели двух и многослойные Панели пола, перегородок. Состав панелей: верхний и нижний листовой пластик на основе тканей, или нетканых материалов; между верхним и нижним листами — сотовые панели (рисунок 5-А); сило-

Конструктивные композитные обшивки создаются на основе тканей, матов рубленого волокна, базальтовой бумаги и продольных силовых элементов, расположенных между обшивками. Конструктивные обшивки являются прочными,

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

6. Конструктивные обшивки фюзеляжей и корпусов летательных аппаратов

ПРИМЕНЕНИЕ

Рисунок 4. Образец плоского силового элемента нервюры крыла с отбортовками.

Рисунок 5. Плоские двухслойные панели с наполнителями (соты, силовые элементы, решетки, вспененные материалы).

Фото 5. Сотовые панели. А

Фото 6.1. А — ткани БНВ, Б — мат рубленого БНВ, В — базальтовая бумага.

несущими жесткими конструкциями. Конструкции с двойной обшивкой отрабатывались при разработке технологий производства труб больших диаметров Ф 2000, 3000, 4000, 5000, 5400 мм. Результаты проведения таких работ — высокая прочность труб на изгиб, сжатие, существенное, в 4 раза, снижение веса труб больших диаметров (по сравнению с традиционным методом намотки), снижение расхода материалов и стоимости трубы. На рисунке 6 представлены композитные конструкции со сдвоенной обшивкой и с разными видами продольных элементов и наполнителей. Кон-

струкция с двойной обшивкой и гофрированной вставкой (рисунок 6-А). Между внешней (1) и внутренней (2) обшивками раcположен продольный гофр, сформованный из препрега ровинговой ткани. Обшивки 1 и 2 склеиваются с гофротканью (3) и создают достаточно прочную и жесткую конструкцию. Конструкция с двойной обшивкой и продольными профилями (рисунок 6-Б). Между внутренней и внешней обшивками закладываются и склеиваются с обшивками силовые продольные элементы (3) профили (квадратные профили, двутавры и др.). Конструкция с двойной обшивкой и сотами (рисуКОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

ПРИМЕНЕНИЕ

Фото 6.2. Композитные трубы больших диаметров Ф 5400 мм. Производство.

Рисунок 6. Композитные конструкции с двойной обшивкой.

нок 6-В). Конструкция с двойной обшивкой и вспененными наполнителями (рисунок 6-Г). Объемные композитные конструкции с наполнителями (объемными препрегами, стрингерами, сотами, вспененными материалами) имеют высокую прочность при минимуме веса, обеспечивают требуемые прочность и жесткость конструкций фюзеляжа и корпусов летательных аппаратов. Преимуществами конструкций со сдвоенными обшивками является создание несущих, жестких и надежных конструкций больших диаметров и габаритов с дополнительными функциями тепло и звукоизоляции. Преимущества таких конструкций для планера самолета и корпуса летательного аппарата очевидны. 7. Объемные полые композитные конструкции Объемные полые композитные изделия создаются на основе препрегов тканей, лент, нетканых материалов. Методы производства: формование под давлением (в форму с подготовленным препрегом подается под давлением воздух), намотка ровингами и лентами. Объемные полые композитные конструкции на основе БНВ достаточно отработаны в производстве и практике применения. 78

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

Технологии и оборудования для производства таких изделий используются при производстве лопастей ветрогенераторов и баллонов высокого давления. Лопасти ветрогенераторов имеют длину от 6 до 25 метров, испытывают значительные нагрузки, сроки эксплуатации лопастей составляют 25–50 лет. Баллоны высокого давления из ровингов БНВ для сжатого природного газа (рабочие давления 240 кг/ см2, испытания баллонов давлением 500 кг/см2), обеспечивают многократные смены давлений (тысячи циклов заправок баллонов), безопасны для эксплуатации на автомобилях. В авиа и ракетостроении объемные полые конструкции могут найти применение при производстве топливных баков, концовок крыла, киля, стабилизатора, элеронов, закрылков, емкостей, объемных конструкций. 8. Комбинированные композитные конструкции с продольными силовыми балками-профилями и стрингерами, попеченными силовыми шпангоутами и двойной обшивкой В конструкциях фюзеляжа могут быть применены композитные БНВ несущие силовые балки и про-

ПРИМЕНЕНИЕ

Фото 7. Образцы объемных полых композитных изделий, лопастей, баллон высокого давления.

Рисунок 8.2. Конструкция низкоплана с нижней и верхней продольными силовыми балкамипрофилями (1) и поперечными силовыми элементами шпангоутами (2) и двойной обшивкой (3).

Рисунок 8.1. Конструкция высокоплана с верхней продольными силовыми конструкциями (1), поперечными шпангоутами (2) и двойной обшивкой (3) фюзеляжа.

дольные профили (стрингеры), поперечные элементы шпангоуты и сдвоенная обшивка. Соединение элементов конструкций осуществляется на основе клеевых соединений и с помощью болтовых соединений через закладные детали. Перспективно изготовление фюзеляжа ВС как монолитной композитной конструкции с набором продольных цельных силовых элементов стрингеров, без расчленения фюзеляжа на носовую часть Ф1, мидель Ф2 и хвостовую часть Ф3 и их стыковок болтовыми соединениями. Аналогично для крыльев. Это обеспечит снижение веса планера ВС в 1,2–1,25 раза. На пути широкого применения БНВ композитов в авиакосмической отрасли технологические и конструкционные задачи в основном решены, однако стоят задачи организационного плана — создания специализированных производств БНВ и композитов для авиационной промышленности и сертификации. Технологические и конструкционные решения по композитам и конструкциям БНВ отработаны на подобных композитах из стеклянных и углеродных волокон. В области БНВ есть собственные технологии и оборудование производства БНВ, имеющие мировой приоритет и опыт создания крупных заводов БНВ. Поэтому создание собственных современных производств (заводов) БНВ на основе технологического оборудования четвертого поколения для авиакосмической промышленности дело желания и финансирования. Корпорация «China Aerospace Company» (CASC) в 2003 году пригласила украинских специалистов. В итоге, в КНР успешно работает крупный завод по производству БНВ и материалов БНВ «Sichuan Aerospace Tuoxin Basalt Industry Co., LTD». Необходимо проведение комплексных испытаний композитов БНВ и их сертификация в ВИАМе, или других сертификационных центрах. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1. Композитные материалы находят все более широкое применение в авиакосмической отрасли. Ведущие

авиастроительные компании создают конструкции летательных аппаратов, где композиты становятся одним из основных материалов. Композитные материалы на основе ровингов, лент, тканей нетканых материалов и их препрегов могут составлять значительную часть конструкции фюзеляжа, крыльев, оперения летательных аппаратов. 2. По своим прочностным и эксплуатационным характеристикам БНВ и композиты БНВ наиболее полно отвечают авиационным требованиям, имеют наилучшее соотношение «характеристики — цена» по сравнению с другими армирующими волокнами. Задача широкого применения композитов для авиакосмической отрасли может быть успешно решена на основе БНВ. 3. Стоимость композитов БНВ в 2,5–3 раза ниже аналогичных конструкций из алюминиевых сплавов и в 10–12 раз ниже углекомпозитов. 4. Применение материалов БНВ в авиакосмической отрасли позволит снизить стоимость и вес конструкции летательных аппаратов, повысить эффективность их эксплуатации. ЛИТЕРАТУРА 1. Оснос М. С., Оснос C. П. Базальтовые непрерывные волокна: основные преимущества, характеристики, области применения. Композитный мир, №5, 2009. 2. Оснос М. С. Оснос С. П. «Базальтовое непрерывное волокно — вчера, сегодня и завтра. Развитие технологий и оборудования, промышленных производств и сбыта». Композитный мир, №2, 2015. 3. Сборник научных статей «Волокнистые материалы из базальтов Украины». «Наукова думка», Киев —1971 г. 4. Сайт: www.basaltm.com 5. Негматуллаев С. Х., Оснос С. П. «Применение материалов на основе базальтовых волокон в строительстве и сейсмостойком строительстве. Результаты исследований, заключения и опыт применения материалов БНВ в строительстве». Строительные материалы, оборудование, технологии 21 века. № 5 – 6, 2015 г. КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

ПРИМЕНЕНИЕ

Исследование характеристик композитной арматуры ООО «СК» и области ее применения

Волков Ю. В. Соколов А. В. Муравьев В. Л. Козютенко А. С. ООО «СК», Санкт-Петербург Инженер С. С. Киски Инженер Ж. С. Теплова Инженер Д. В. Немова ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Арматура — совокупность соединённых между собой элементов, которые при совместной работе с бетоном в железобетонных сооружениях воспринимают растягивающие напряжения.

Арматура, применяющаяся в железобетонных конструкциях и сооружениях делится на: рабочую, распределительную, хомуты, анкерную (рисунок 1) и монтажную (рисунок 2). Рабочая арматура воспринимает возникающие в железобетоне растягивающие и скалывающие усилия от внешних нагрузок и собственного веса конструкций. Распределительная арматура удерживает рабочие стержни арматуры в определённом положении и распределяет нагрузку между ними. В тех случаях, когда рабочие стержни располагаются не только в растянутых, но и в сжатых частях конструкций,

например, в балках, ригелях, арматура называется двойной. Хомуты связывают арматуру в единый каркас и предохраняют бетон от появления косых трещин около опор. Монтажная арматура никаких усилий не воспринимает, служит для сборки арматурного каркаса и обеспечивает точное положение рабочей арматуры и хомутов при бетонировании. По профилю арматура делится на круглую, гладкую и арматуру периодического профиля. Арматура периодического профиля представляет собой стержни с равномерным рифлением для улучшения сцепления с бетоном. Выпускается арматура периодического

Рисунок 1. Анкерная арматура.

Рисунок 1. Монтажная арматура.

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

Рисунок 3. Арматура: А — стальная, Б — композитная.

профиля с двумя продольными рёбрами и поперечными выступами, идущими по трёхзаходной винтовой линии. Гладкая арматура не имеет рифления. Арматура бывает поперечной и продольной. Поперечная — это арматура, препятствующая образованию наклонных трещин от возникающих косых скалывающих напряжений вблизи опор, а также арматура, связывающая бетон сжатой зоны с арматурой в растянутой зоне. Продольная арматура воспринимает растягивающие напряжения и препятствует образованию вертикальных трещин в растянутой зоне железобетонных конструкций. В конструкциях, которые воспринимают сжимающие усилия, продольная арматура берёт на себя часть нагрузки, работая совместно с бетоном. При проектировании и возведении монолитных зданий и сооружений возникает проблема соединения стержней арматуры [4]. Увеличение числа стержней со случайными свойствами в железобетонных несущих конструкциях приводит к повышению расчётных сопротивлений арматуры, по сравнению с принятыми в технических условиях и определённых по так называемому правилу трёх стандартов. В результате коллективной работы стержней увеличивается общее усилие в арматуре в предельном состоянии конструкции, повышается их надёжность работы под нагрузками, снижается вероятность отказа и обрушения зданий с опасными последствиями [5]. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ АРМАТУРЫ Арматура применяется для изготовления всех видов железобетонных конструкций, что необходимо для усиления прочност-

ПРИМЕНЕНИЕ ных характеристик бетона. В основном, используется стальная гибкая арматура — стержни, сварные сетки и каркасы, но иногда необходима и жёсткая арматура — прокатные двутавры, швеллеры и уголки. Одним из главных направлений в области капитального строительства, позволяющим снизить материалоёмкость конструкций и обеспечить экономию стали, цемента, является применение эффективных материалов, к которым относятся бетоны

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

высокой прочности и высокопрочная (без площадки текучести) арматура [1]. Применяемая в конструкциях, стальная арматура в последние годы находит серьёзную конкуренцию со стороны высокопрочной стеклопластиковой арматуры (СПА). Полимерные композиционные материалы (ПКМ), представляющие собой большой класс современных конструкционных материалов, конкурируют с классическими, такими как металлы и сплавы, и их применение с каждым годом расширяется [10]. Существует ряд проблем, связанных с применением стальной арматуры: она имеет большой удельный вес, высокую теплопроводность и низкую теплостойкость. Так как сталь является проводником электрического тока, в арматуре могут протекать блуждающие токи, что в свою очередь приводит к электрохимической коррозии. Происходит постоянное перераспределение внутренних усилий при нагружении конструкции. При низких температурах основные деформационные напряжения в ж/б конструкциях воспринимает арматура. При повышении температуры свыше 300°С механические свойства стали резко падают — все нагрузки воспринимаются бетоном, т. е. при воздействии высоких температур происходит разрушение конструкции. Следовательно, расширение применения армированных бетонных конструкций потребовало создание арматуры, способной выдержать воздействие такой среды (рисунок 3). Кроме того, необходимо было обеспечить антимагнитные и диэлектрические свойства некоторых изделий и сооружений. Необходимость облегчения железобетонных конструкций, ограниченные запасы руд, пригодных для получения стали и легирующих присадок, также были причиной, ускорившей применение неметаллической арматуры. Надёжность и экономичность — необходимые качества проектируемых, возводимых и эксплуатируемых конструкций, зданий и сооружений. Обеспечение этих качеств особенно важно при поиске новых конструктивных решений [3]. Знание законов взаимодействия материалов необходимо для развития теории железобетона, создания новых видов арматуры и бетона с учётом их совместного деформирования [8]. Основным производителем композитной арматуры в России является ООО НПФ «УралСпецАрматура». А официальным дистрибьютором на Северо-западе РФ — ООО «СК». Компания «СК» предлагает использование неметаллической композитной арматуры. Институт «Ленаэропроект» рекомендует данную композитную неметаллическую арматуру применять при строительстве цементобетонных аэродромных покрытий, объёмных зданий и сооружений аэропортов. Её можно использовать вместо металлической арматуры класса А3. Ниже перечень строящихся и реализованных объектов, где материалы ООО «СК» одобрены и внесены в проекты, а также используются в настоящий момент: • жилые 9-ти этажные дома. Посёлок Ленино, Петергофское шоссе, дом 84; • заводы по производству ЖБИ. Строящийся в настоящий момент завод находится по адресу: Янино-1, территория завода Пигмент; • высотный жилой дом, Санкт-Петербург; • объекты Петербургского Метрополитена; • аэропорты (Гражданский аэропорт в Казани); • гидротехнические сооружения; • коттеджные поселки (Ленинградская обл.); • мосты (танковые, Москва); и другие объекты.

ПРИМЕНЕНИЕ Таблица 1. Виды профиля. Номер профиля

АСП 4

АСП 6

АСП 8

АСП 10

АСП12

Расчетная площадь сечения, АS, мм

7,85

20,41

39,25

64,37

95,77

Нормативное сопротивление при растяжении, Rsn, МПа

1300

1200

Расчетное сопротивление при растяжении, RS, МПа

1150

1100

1050

75000

60000

Модуль упругости, ЕS, МПа

Таблица 2. Основные характеристики композитной неметаллической арматуры. Характеристика

АСП

АБП

Плотность, кг/м

1950

2050

2,2

1х10-5

Разрушающее напряжение при статическом изгибе, МПа

1200

1400

Удельное электрическое сопротивление, Ом•м

1х1015

0,45

Относительное удлинение при разрыве, % Коэффициент температурного расширения 1/°С

Электрическая прочность, кВ/мм Коэффициент теплопроводности, Вт /м °К

Композитная неметаллическая арматура также массово применяется в других странах: • США, Канада, Колумбия (мосты, дороги, гражданское строительство и др.); • Япония (фундаменты зданий); • Европа (жилые дома). Преимущества материала перед металлической арматурой проявляются в весе (легче в 10 раз), прочности (выше в 3 раза), долговечности (не ржавеет), нейтральности к кислотно-щелочным средам и солям, хорошей адгезии с бетоном, стоимости (ниже до 30% при равнопрочной замене с учетом доставки), отсутствии свойств экранирования и магнетизма. В таблице 1 представлены виды профиля, показаны их характеристики: расчётная площадь сечения, нормативное и расчётное сопротивление при растяжении и модуль упругости. В таблице 2 представлены характеристики неметаллической арматуры. В соответствии с проведёнными исследованиями и испытаниями, ввиду широких диапазонов использования в России, композитная неметаллическая арматура рекомендована к применению в различных сферах строительства, таких как: промышленное строительство, дорожное строительство (мосты, насыпи дорог на грунтах с пониженной прочностью, укрепление откосов и др.), гидротехническое строительство (берегозащитные подпорно-удерживающие сооружения, габионы, геотубы), железнодорожное строительство (шпалы, объёмные армогрунтовые подпорные стенки, защита от обвала в горах вместо дорогих кольчужных нержавеющих сталей), промышленно-гражданское строительство, капитальное строительство и др. Композитная арматура также идеально подходит для армирования бетонных полов и стяжек. Сегодня в чистом виде бетонное покрытие практически не используется, ибо само по себе оно имеет низкую прочность и пористую структуру. Чтобы бетонные полы выдерживали 84

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

большие серьёзные нагрузки, их армируют сетками, сделанными из композитной неметаллической арматуры. В конечном итоге получается очень долговечное покрытие, стойкое к высоким нагрузкам и износу. Срок службы железобетонных изделий с использованием композитной арматуры прогнозируется от 80 лет и более, а ввиду того, что неметаллическая арматура значительно дешевле металлической, её использование позволяет значительно экономить деньги на каждом этапе строительства. Композитная арматура широко изучается и распространена за рубежом, включая Германию, Нидерланды, Англию, Канаду, а также Японию, где она применяется в строительстве домов, автомобильных и пешеходных мостов, а также для армирования тех бетонных конструкций, к которым предъявляются повышенные требования к сейсмостойкости. Композиционные материалы обладают возможностью изменения своей внутренней структуры, что открывает широкие возможности по управлению НДС конструкций, тем самым обеспечивая наилучшие условия их работы [6]. Введение в сжатую зону железобетонных конструкций слоя из композита повышает их несущую способность [7]. Расчёт и конструирование бетонных конструкций с композитной арматурой производится в соответствии с СТО-02495307-007-2012 (ОАО КТБЖБ), СТО83269053-001-2010, ТУ-5769-001-83269053-2010, СНиП 52-01-2003, СНиП 2.03.01-84, СП 52-101-2003, Р-16-78, ТР-013-1-04. ВЫВОДЫ С каждым годом в строительной отрасли происходит внедрение новых технологий. Инновации призваны ускорить процесс, сделать его менее затратным, а также максимально увеличить показатели долговечности, надёжности и комфорта. Современная технология производства позволила значительно снизить эксплуатационные и трудовые

ПРИМЕНЕНИЕ затраты на изготовление данного материала. Для потребителей и строителей это, прежде всего, означает, что на рынке сегодня представлена неметаллическая арматура, цена на которую гораздо ниже представленных ранее аналогов. Таким образом, использование в различных областях строительства композитной арматуры позволяет на порядок снизить итоговую себестоимость конструкции, здания или сооружения. Кроме того, за счёт использования композитной арматуры увеличивается общий срок службы конструкции, так как материал практически не подвержен коррозии. Существующие нормы проектирования железобетонных конструкций, в частности монолитных конструкций зданий, не учитывают совокупность всех факторов, влияющих на несущую способность, жёсткость и трещиностойкость конструкций, что зачастую приводит к неоправданному завышению размеров сечений и значительному (на 20–35%) перерасходу бетона и арматуры [2]. Используя неметаллическую арматуру, можно избежать в последующем капитальных дорогостоящих работ по ремонту. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Романов С. К. Прочность, жесткость и трещиностойкость предварительно напряжённых неразрезных балок, армированных высокопрочной стержневой арматурой. 2002 г. 2. Салов А. С. Оптимизация конструктивных реше-

ний безригельного железобетонного каркаса на основе применения бетонов и арматуры повышенных классов прочности. 2011 г. 3. Байрамуков С. Х. Методы расчета и оценки надежности железобетонных конструкций с напрягаемой и ненапрягаемой арматурой. 2001 г. 4. Дьячков В. В. Свойства и особенности применения в железобетонных конструкциях резьбовых и опрессованных механических соединений. 2009 г. 5. Мухин С. В. Сопротивление растяжению арматуры со случайными свойствами при многостержневом армировании железобетонных конструкций. 2009 г. 6. Галушко С. К. Прямые и обратные задачи механики упругих композитных пластин и оболочек вращения. 2005 г. 7. Шполтаков В. И. Конструкции из композитных материалов, получаемые с использованием низкотемпературной плазмы, их исследование и расчет. 2001 г. 8. Веселов А. А. Нелинейная теория сцепления арматуры с бетоном и ее приложения. 2000 г. 9. Кляйман М. А. Изгиб предварительно напряженных деревянных клееных балок со стеклопластиковой арматурой при длительном действии нагрузок. 1984 г. 10. Блазнов А. Н. Устройства и методы для изучения механических свойств анизотропных стеклопластиковых стержней. 2009 г.

ТОЧКА ЗРЕНИЯ НАШИХ ЧИТАТЕЛЕЙ НЕНАХОВ АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ Начальник отдела инновационных разработок ООО «Профит Центр Плюс», г. Челябинск www.profitcp.ru Считаете ли Вы, что российская композитная отрасль может стать самостоятельной, инновационной, способной создавать оригинальные разработки, имеющие хорошие коммерческие перспективы? Инновационной, способной создавать оригинальные разработки, имеющие хорошие коммерческие перспективы — безусловно, да. Самостоятельной!? В ближайшей перспективе сомневаюсь очень. Считаете ли Вы, что в ближайшей перспективе удел российской композитной отрасли — это лишь «творческая» переработка западных образцов и технологий? К сожалению, я уверен в том, что это так.

ГРУК АРТЁМ ГЕННАДЬЕВИЧ Руководитель отдела регионального развития ООО «Аттика Кемикалс», г. Санкт-Петербург www.attikarus.ru Считаете ли Вы, что российская композитная отрасль может стать самостоятельной, инновационной, способной создавать оригинальные разработки, имеющие хорошие коммерческие перспективы? В ближайшей перспективе удел композитной отрасли России - это эхо западного опыта и технологий. Встречаются точечно какие-то новые разработки, но они интересуют, в основном, только их создателей и дальше теории редко доходит дело. Считаете ли Вы, что в ближайшей перспективе удел российской композитной отрасли — это лишь «творческая» переработка западных образцов и технологий? На мой взгляд, пока государство не повернулось полноценно лицом к этой отрасли не только научно (кадры и молодёжь), но главное — финансово, это будет ещё долго развиваться внутри страны (возможно, такая косность даже выгодна). С точки зрения клиентов, пока ещё актуально иметь трейдерский бизнес (дилеры и дистрибьюторы готовых композитных зарубежных изделий), удобно брать как кальку иностранные технологии и немножко адаптировать под себя. Нехватка молодых специалистов-химиков тоже вносит свой негативный тормозящий вклад. Я считаю, что пройдёт ещё лет 5–7 как минимум, чтобы что-то инициативно задвигалось и стало приносить прикладные результаты. А вынужденная политика импортозамещения, я думаю, заставит уделять внимание композитному направлению на государственном уровне. 86

КОМПОЗИТНЫЙ МИР | июль–август | №4 2015

ПРОДОЛЖАЕМ ДИСКУССИЮ: Какая помощь, на ваш взгляд, со стороны государства нужна российской композитной отрасли? Чем могут помочь отрасли (и могут ли) различные объединения, региональные кластеры и инновационные комитеты? Покупка западного оборудования и технологий для производства изделий в России и для российского рынка вписывается модный политический тренд под названием «импортозамещение»? Или мы должны развивать и внедрять собственные технологии и оборудование? Сотрудничает ли ваша организация с ВУЗами по программам целевой подготовки специалистов?

МЫ БУДЕМ ПРИЗНАТЕЛЬНЫ ВАМ ЗА ОТВЕТЫ! Ответы можно присылать на адрес электронной почты: o.gladunova@kompomir.ru

УВАЖАЕМЫЕ КОЛЛЕГИ! С 4 по 9 октября 2015 года в Московской области (в пансионате «ГЕЛИОПАРК») пройдет V ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ С МЕЖДУНАРОДНЫМ УЧАСТИЕМ ДЛЯ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ «МАКРОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ НАНООБЪЕКТЫ И ПОЛИМЕРНЫЕ НАНОКОМПОЗИТЫ». На конференции будут представлены последние достижения в области синтеза и модификации наночастиц, способов получения полимерных нанокомпозитов, исследования их структуры и свойств. Программой конференции предусмотрены пленарные доклады ведущих ученых, активно работающих в области полимерного материаловедения и наноматериалов, устные сообщения специалистов и аспирантов, проведение стендовых сессий. Запланировано проведение тематических круглых столов по наиболее острым проблемам создания полимерных наночастиц и наноматериалов с заданными параметрами и свойствами, а также актуальных вопросов повышение уровня подготовки молодых специалистов. Традиционно на конференции помимо фундаментальных проблем будут обсуждаться вопросы по организации сотрудничества в области наноматериалов и нанотехнологий между учеными ряда смежных отраслей знаний, научными организациями и бизнес-структурами. Получить дополнительную информацию и задать свои вопросы Вы сможете на сайте конференции: www.ineos.ac.ru/conferences/nano2015 e-mail: nano2015@ineos.ac.ru

БУДЕМ РАДЫ ВИДЕТЬ ВАС СРЕДИ ГОСТЕЙ И УЧАСТНИКОВ КОНФЕРЕНЦИИ! Организаторы: ИНЭОС РАН, ИСПМ РАН, ОТДЕЛЕНИЕ ХИМИИ И НАУК О МАТЕРИАЛАХ РАН, НАУЧНЫЙ СОВЕТ РАН ПО ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫМ СОЕДИНЕНИЯМ

Информационная поддержка

РЕКЛАМА В НОМЕРЕ Название Airtech Advanced Materials Group Ashland

Род деятельности

Сайт

Производитель вспомогательных матеwww.airtechonline.com риалов www.derakane.com Производитель смол www.ashland.com

Стр. 82 92

Bang&Bonsomer

Поставщик сырья и оборудования

www.bangbonsomer.com

Carbo Carbo

Поставщик сырья

www.carbocarbo.ru

Korsil

Поставщик сырья

www.korsil.ru

Mikrosam

Производитель оборудования

www.mikrosam.com

MVP

Производитель оборудования

www.mvpind.com

SKM Polymer

Производитель оснастки

www.skm-polymer.ru

STEVIK

Поставщик сырья и оборудования

www.stevik.fr

Аттика

Поставщик сырья

www.attikarus.ru

ГК Композит

Поставщик сырья и оборудования

www.composite.ru

ГК Композитные решения

Поставщик сырья, оборудования

www.carbonstudio.ru

Дугалак

Производитель сырья

www.dugalak.ru

ИНТРЕЙ Полимерные Системы

Поставщик сырья, оборудования

www.intrey.ru

Маштест

Производитель изделий

www.mashtest.ru

Полимерпром

Поставщик сырья, оборудования

www.polymerprom-nn.ru

Радуга синтез

Производитель сырья

www.raduga-sintez.ru

Сампол

Поставщик сырья, оборудования

www.sampol.ru

2, 81, 90 25, 69

4-5, 31

RADOPOL • Ненасыщенные полиэфирные смолы • Гелькоуты • Колеровочные пасты • Ускорители и катализаторы • Наполнители Офис: г.Москва, Рязанский пр-т, д. 32 корпус 3, офис 210 Тел./факс: +7 (495) 967-65-21 Производство: Московская обл., г. Электроугли, ул. Центральная, д. 110 Тел.: +7 (49651) 3-30-02 www.raduga-sintez.ru www.coressystem.ru

Группа компаний «Радуга Синтез» — «CoRes System» совместное Российско-Сербское производственное объединение

Ashland - ваш надежный партнер в производстве изделий методом пултрузии! Компания предлагает целый ряд продуктов, предназначенных для использования при производстве изделий по технологии пултрузии, включая смолы Derakane™, Hetron™, Modar™ и Aropol™. Данные смолы: • устойчивы к атмосферным воздействиям, УФ-излучению и коррозии • подходят для формования изделий различных конструкций, форм и геометрических размеров • соответствуют требованиям по пожарной безопасности и огнестойкости Благодаря использованию продукции компании Ashland производители путрузионных изделий получают возможность изготовления с максимальной линейной скоростью и производительностью сложных профилей с высоким качеством поверхности. Линейка смол для пултрузии также включает новые смолы семейства Envirez, содержащие в своем составе биоразлагаемые компоненты, и позволяющие без ухудшения качества смолы повысить экологичность производства. Дополнительную информацию о продукции компании можно получить на сайтеashland.com и в Представительстве Ashland в России по телефонам: +7-916-577-78-51, +7-495-960-31-50 или email: dlozinskaya@ashland.com.

® Registered trademark, Ashland or its subsidiaries, registered in various countries ™ Trademark, Ashland or its subsidiaries, registered in various countries * Trademark owned by a third party © 2012, Ashland AD-11637

With good chemistry great things happen.™