Page 1


Колонка редактора

Дорогие друзья! Я рада приветствовать всех читателей со страниц нашего журнала. Надеюсь, что вы соскучились по нам так же сильно, как и мы по вам. И неудивительно, ведь последний раз мы виделись почти три месяца назад. Сейчас трудно понять куда будет направлен вектор развития российской композитной отрасли в 2019 году. Но одно, бесспорно. Санкции, наложенные на Россию, не обошли стороной и композитные проекты. Ярчайший пример — ситуация с композитным крылом самолёта МС-21. По имеющейся информации, импортных композитных комплектующих хватит на шесть самолетов, а дальше, как говорил герой фильма «Бумбараш»: «Всё, последний! Потом, хоть кукурузой заряжай!» Понятно, что проект, общий бюджет которого составляет 425 миллиардов народных денег, создавался не для того, чтобы рухнуть бесславно, как колосс на глиняных ногах. Но ведь и санкции ввели не вчера! Вся логика событий говорила о том, что рано или поздно это произойдёт. Композитная отрасль в нашей стране, наверное, самая импортозависимая, особенно, что касается специальных материалов. А теперь работа по отечественным разработкам «была стремительно интенсифицирована». Только переход на отечественные комплектующие совсем не отменяет обязательную сертификацию, изготовление полноразмерных образцов, тесты их в ЦАГИ, исследования при критических нагрузках, изготовление и лётные испытания опытного образца самолёта и т. д., и т. п. Глава государственной корпорации «Ростех» Сергей Чемезов заявил, что первый серийный выпуск российских ближне-среднемагистральных пассажирских самолетов МС-21 состоится ближе к концу 2020 года. На все про всё два года! Опыт показывает, что подобные заявления, зачастую, носят у нас декларативный характер. Главное — чтобы не сейчас, главное — чтобы потом. А затягивать сроки, и увеличивать сметы — тут нам равных нет, хоть самолёт строй, хоть «Зенит-арену». Но для меня, как Главного редактора отраслевого СМИ и, по совпадению, специалиста с профильным образованием — не было бы счастья, да несчастье помогло. Аргументы «за», аргументы «против», мониторинг ситуации, комментарии специалистов — обеспечат нам темы для публикаций на целый год. А пока…

Читайте с пользой! C уважением, Ольга Гладунова

Композитный мир | #1 (82) 2019

3


Содержание Научно-популярный журнал «КОМПОЗИТНЫЙ МИР» #1 (82) 2019 Дисперсно- и непрерывнонаполненные композиты: стеклокомпозиты, углекомпозиты, искусственный камень, конструкционные пластмассы, пресс-формы, матрицы, оснастка и т. д. — ТЕХНОЛОГИИ, РЕШЕНИЯ, ПРАКТИКА! Регистрационное свидетельство ПИ № ФС 77-35049 Министерства РФ по делам печати, телерадиовещания и средств массовых коммуникаций от 20 января 2009 г. ISSN — 2222-5439 Учредитель: ООО «Издательский дом «Мир Композитов» www.kompomir.ru Директор: Сергей Гладунов gladunov@kompomir.ru Главный редактор: Ольга Гладунова o.gladunova@kompomir.ru

Новости

8 17

Российские новости

Мировые новости

Вёрстка и дизайн: Влад Филиппов По вопросам подписки: podpiska@kompomir.ru По вопросам размещения рекламы: o.gladunova@kompomir.ru Advertising: Maria Melanich maria.melanich@kompomir.ru marketing@kompomir.ru Номер подписан в печать 28.02.2019 Отпечатано в типографии «Премиум Пресс» Тираж 7500 экз. (печатная + электронная версия) Цена свободная Адрес редакции: 190000, Санкт-Петербург ул. Большая Морская, дом 49, литер А помещение 2Н, офис 2 info@kompomir.ru * За содержание рекламных объявлений редакция ответственности не несет. При перепечатке материалов ссылка на журнал «Композитный Мир» обязательна.

Интервью

МС-21 полетит на отечественных композитах

Событие Итоги международного форума по композитам: Наука и технологии

Composite Battle World Cup Moscow 2018

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

6

Композитный мир | #1 (82) 2019

Евгений Каблов: доля России на рынке композитов незначительна

20 22 24 26


Содержание

Материалы

Материалы Intec для высококачественных мастер-моделей Стеклопластиковый профиль, отвечающий современным требованиям и соответствующий принятым стандартам, — сегодня это реально

Новаторские решения от Carbon Studio

Технологии Результаты сравнительных испытаний композитов судостроительного назначения на основе стеклянных и базальтовых волокон на полиэфирном связующем

Инновационные технологии ремонта и защиты насосов c применением полимерных композитных материалов

28 30 34

36 42 48

Вариативность защитных систем

Отрасль Базальтовые непрерывные волокна — основа для создания новых промышленных производств и широкого применения армирующих и композитных материалов

58

Применение

Как делают самый прочный в мире войсковой шлем

66

Композитный мир | #1 (82) 2019

7


Российские новости

Ученые Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского разработали новый метод получения прекурсоров для производства углеродных волокон Основным способом получения углеродного волокна является карбонизация полиакрилонитрильных волокон. Качество готового углеродного волокна и его прочностные характеристики в значительной степени зависят от состава и молекулярно-массовых характеристик исходного полимерного сырья, из которого производится вытяжка волокон-прекурсоров. Таким образом, важными задачами в области синтеза прекурсоров для углеродных волокон являются поиск новых композиций для сополимеризации, а также разработка эффективных методов проведения их полимеризации, позволяющих контролировать значения молекулярной массы получаемых образцов. Среди последних достижений современной синтетической химии полимеров можно выделить разработку методов контролируемой радикальной полимеризации. Их достоинствами являются возможность управления значением молекулярной массы получаемых полимеров за счет варьирования соотношения между инициатором и мономером, а также одновременный пофрагментарный рост цепей, обуславливающий узкое молекулярно-массовое распределение. По словам заведующего научно-исследовательской лаборатории органического синтеза и радикальных процессов Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского (ННГУ) Ивана Гришина, работа учёных ННГУ посвящена разработке нового метода получения сополимера акрилонитрила, позволяющего получать прекурсор для высококачественных углеродных волокон, обладающих высокими прочностью и модулем упругости. Для получения указанных сополимеров акрилонитрила была впервые применена контролируемая радикальная полимеризация по механизму с переносом атома с использованием в качестве катализатора комплекса бромида меди. В результате проведенных экспериментов были получены образцы со значениями молекулярной массы более 70 кДа и узким молекулярно-массовым распределением, что соответствует требованиям, предъявляемым к сополимерам, перерабатываемым в высокопрочные углеродные волокна. Важными достоинствами предложенного метода является использование катализатора в концентрации на уровне сотых долей процента, а также высокая скорость протекания процесса, что обусловлено использованием в качестве активатора глюкозы. «Задачей нашей работы является разработка метода получения сополимера на основе акрилонитрила, который используется в качестве сырья для производства углеродного волокна. Иными словами, мы хотим улучшить одну из стадий в процессе производства углепластиков, которые применяются в качестве перспективных конструкционных материалов в авиации, машиностроении, строительстве и спортивной индустрии. Каждому известно, что качество готового изделия зависит от того, какое сырье используется в ходе его изготовления. Мы как раз и решаем проблему улучшения качества сырья для производства углеволоконных материалов», — отметил Иван Гришин. В процессе работы были получены сополимеры, характеризующиеся высокой степенью композиционной однородности, заранее заданным составом и значением молекулярной массы. Учёными ННГУ уже получен патент на изобретение, еще одна заявка направлена в РосПатент. Также налажены контакты с промышленными предприятиями, занимающимися производством углеродных волокон и изделий из них, они заинтересованы в результатах нижегородских учёных. В то же время для того, чтобы говорить о полноценной коммерциализации и внедрении, необходимо решить ряд технических вопросов, связанных с масштабированием разработанной методики и ее переносом на полупромышленные и промышленные установки, чем и продолжают заниматься учёные ННГУ в настоящее время. www.unn.ru


Российские новости

Тепло и ультразвук помогли ученым обнаружить «целующиеся» дефекты в перспективном материале для ракетной техники Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) вместе с коллегами из Малайзии впервые исследовали углерод-углеродный композит новым методом неразрушающего контроля — ультразвуковой инфракрасной термографией. Сам материал является перспективным для ракетной и авиационной техники, так как выдерживает температуру до 2500°С. Эксперименты доказали, что этот метод позволяет с высокой точностью и в режиме онлайн обнаруживать так называемые «целующиеся» дефекты («kissing-bond» defects) в материале. Если их вовремя не обнаружить, они могут стать причиной аварийных ситуаций. «Благодаря своей высокой прочности при относительно низкой массе и устойчивости к коррозии композитные материалы широко используются в аэрокосмической технике, судостроении и автомобилестроении. Но у них есть существенное ограничение — композиты уязвимы для ударных повреждений. Например, если их использовать на внешних деталях летательных аппаратов (самолетов, ракет и других), их могут повредить град, удары птиц и инструмента. Дефекты в таких материалах часто незаметны — мельчайшие отслоения, трещины, разрывы волокон. Но со временем в процессе эксплуатации они становятся больше, потенциальная опасность растет. Поэтому производство ответственных деталей из композитов требует новых методов неразрушающего контроля», — говорит научный сотрудник Агентства по ядерной энергии Малайзии Заки Умар. Недавно он находился на стажировке в Томском политехническом университете. У углерод-углеродного композита сложная волокнистая структура. Для нее характерны «целующиеся» дефекты. Это, например, трещины, в которых края тесно соприкасаются друг с другом. Их сложно обнаружить стандартными ультразвуковым и рентгеновским методами, потому как они не оказывают сопротивления механическим волнам и ионизирующему излучению. Поэтому в Томске Заки Умару предложили использовать для контроля углерод-углеродного композита метод ультразвуковой инфракрасной термографии. Он объединяет сразу два метода неразрушающих испытаний: ультразвуковой и тепловой. И Томский политехнический университет — это один из немногих научных центров в России, где проводятся исследования в области ультразвуковой инфракрасной термографии. «Пока этот метод остается новым во всем мире, и в России на производстве не внедрен. Хотя у него есть целый ряд преимуществ, — говорит заведующий научно-производственной лабораторией «Тепловой контроль», профессор ТПУ Владимир Вавилов. — Суть метода проста: в объект контроля вводится мощный ультразвук частотой 20–40 кГц — гораздо мощнее, чем в традиционном ультразвуковом контроле. Ультразвуковая волна, распространяясь в твердом

Термограммы дефектов

теле, вызывает трение стенок дефектов, генерируя тепловую энергию. Эту энергию мы фиксируем с помощью инфракрасной камеры, установленной на небольшом расстоянии от объекта контроля. По тепловому «отпечатку» дефектов можно судить об их расположении и характеристиках». Эксперименты показали, что ультразвуковая инфракрасная термография весьма эффективна для обнаружения дефектов в углерод-углеродном композите. Исследователи получали четкие сигналы, которые трудно спутать с «шумами», которые сопровождают стандартный ультразвуковой контроль. «Из композитов, в том числе углерод-углеродных, делают сложные по форме детали, которые затруднительно испытывать обычным ультразвуком. Метод ультразвуковой термографии гораздо менее требователен к выбору точки ввода ультразвука, поэтому он пригоден для контроля деталей сложной формы. Процесс контроля проходит в режиме онлайн, все данные сразу доступны для анализа», — поясняет профессор Вавилов. Также с помощью разработанной в ТПУ программы ThermoSource ученые решают важную фундаментальную задачу оценки энергии, выделяемой дефектами при внутреннем трении. Это позволит определить предельные возможности метода и оптимизировать процедуру неразрушающих испытаний. Кроме того, трехмерное моделирование тепловыделения в дефектах позволяет исследовать структуру сложных дефектов, которые возникают в композитах из-за внешних воздействий. Разработанную методику контроля и модель расчета выделяемой энергии теперь можно будет использовать и для других композитных материалов, в частности, углепластика, стеклопластика, композитной керамики и других. news.tpu.ru

Композитный мир | #1 (82) 2019

9


Российские новости

РУСКОМПОЗИТ размещает производство в Ульяновской области В 2019 году «СТЕКЛОНиТ» ГК «Рускомпозит» планирует существенно увеличить объем выпуска продукции по отношению к 2018 году. И это не смотря на то, что в декабре 2018 года Группа компаний «Рускомпозит» продала Группе компаний «Ключевые Системы и Компоненты» Холдинга «Транспортные компоненты» активы «Рускомпозит», созданные на базе бывшего «Тверьстеклопластик» в городе Твери. Увеличение объема выпуска будет обусловлено как масштабированием собственных уже имеющихся ресурсов, так и за счет открытия новых производств. Компания планирует наладить производство крупногабаритных изделий из полимерных композитных материалов (ПКМ) для отрасли альтернативной энергетики, судо- и машиностроения, а также ЖКХ в Ульяновске. Соответствующее соглашение о строительстве завода было подписано между правительством Ульяновской области, Корпорацией развития региона, «ПОЭЗ «Ульяновск» и компанией «СТЕКЛОНиТ» на Российском инвестиционном форуме в Сочи, прошедшем 14–15 февраля 2019 г.

Завод планируют построить на площадке индустриального парка «Платформа» в Портовой особой экономической зоне. Как отметил генеральный директор региональной Корпорации развития Сергей Васин, реализация проекта строительства ветроэлектростанции на территории Ульяновской области позволила привлечь производителя энергетического оборудования — «Вестас», который, в свою очередь, сосредотачивает вокруг себя компании, занимающие изготовлением комплектующих для него. «Таким образом, мы создаем условия для привлечения производителей композитного сырья для подобных предприятий и конечных готовых изделий», — сообщил руководитель ведомства. После получения статуса резидента особой экономической зоны компания планирует начать завоз и монтаж технологического оборудования. Запуск производства ожидается к лету 2019 года. www.plastinfo.ru

ВМФ России получил новейший стеклопластиковый корабль противоминной обороны «Иван Антонов» Морской тральщик «Иван Антонов» проекта 12 700 включен в боевой состав Крымской военно-морской базы Черноморского флота. Торжественный ритуал

первого подъема Военно-морского флага состоялся 26 января 2019 года в Балтийске. Это второй введенный в строй ВМФ России морской тральщик проекта 12 700. Особенностью судна является его корпус, изготовленный не из маломагнитной стали, а из стеклопластика. Стеклопластик гораздо прочнее, легче и долговечнее стали. Корпус корабля длиной более 70 метров изготовлен методом вакуумной инфузии и представляет собой единую монолитную конструкцию, не имеющую стыков. Корабль может похвастаться уникальными возможностями: при очень высоком волнении моря (до 5 баллов) он способен обнаруживать даже заиленные мины и работать с ними. Корабль обеспечивает траление самым современным способом — с помощью подводных аппаратов, действующих впереди по курсу. Тральщик вооружен 30-мм шестиствольной автоматической корабельной артиллерийской установкой АК-306, специальными автономными необитаемыми подводными аппаратами для поиска мин, ПЗРК «Игла» и крупнокалиберными пулеметами. tass.ru


Российские новости

UMATEX Росатом вошел в мир большого мотоспорта UMATEX Росатом выступит партнером спортивной команды по мотогонкам из Италии — Kawasaki Puccetti Racing, которая участвует в Чемпионате мира по супербайку WorldSBK. Соответствующее соглашение было подписано в Москве в середине декабря 2018 года. Сотрудничество с командой позволит UMATEX (Росатом) укрепить позиции на международном рынке. Подписи под соглашением о сотрудничестве поставили генеральный директор UMATEX Александр Тюнин и президент команды Kawasaki Puccetti Racing Мануэль Пучетти. Подписание документа состоялось в главном офисе UMATEX в Технополисе «Москва». «Сотрудничество с командой Kawasaki Puccetti Racing будет содействовать продвижению продуктов UMATEX среди международных производителей мото- и автокомпонетов, а также укрепит позиции бренда UMATEX на международном рынке», — отметил генеральный директор UMATEX Александр Тюнин. «Партнерство с UMATEX, российским производителем углеродного волокна и продуктов на его основе, для нас стратегически важно, так как доля композитов в производстве авто- и мотокомпонентов увеличивается, благодаря уникальным характеристикам этих материалов», — подчеркнул президент команды Kawasaki Puccetti Racing Мануэль Пучетти. Мировое производство мотокомпонентов по-

требляет ориентировочно 600 тонн материалов из углеродного волокна в год. Команда Kawasaki Puccetti Racing является официальным партнером концерна Kawasaki. Kawasaki Puccetti Racing участвует в Чемпионате мира по супербайку WorldSBK. Уникальность Чемпионата мира по супербайку WorldSBK заключается в том, что в соревнованиях участвуют мотоциклы с компонентами из композитов, которые будут выпускаться серийно. Гонки чемпионата мира посещают более 500 тысяч человек. www.umatex.com

Президенту России подарили композитную хоккейную клюшку «Россия» 15 января 2019 года состоялось заседание наблюдательного совета Агентства стратегических инициатив под председательством Президента России Владимира Путина. На повестке дня были итоги работы АСИ за 2018 год, а также новые проекты, реализовать которые агентство намерено в 2019–2021 годах. Говоря об итогах более чем семилетней деятельности АСИ, Владимир Путин подчеркнул: «Есть очевидные, зримые, понятные результаты. Это улучшение правовой базы и условий для бизнеса. Второе — это поддержка свыше 350 конкретных проектов, за которыми — рабочие места, передовые продукты, технологии. И наконец, это добровольческие, образовательные и социальные инициативы, тоже очень интересные, перспективные и полезные. Безусловно, агентство выработало уникальный механизм решения задач и, главное, объединило вокруг себя целое сообщество людей, способных генерировать и продвигать позитивные изменения. Среди них — предприниматели, новаторы, волонтёры, представители некоммерческих организаций, и учёные. Сейчас я с удовольствием посмотрел некоторые из предлагаемых проектов, которые прямо растут из науки, причём из науки фундаментальной, что бывает очень редко и что особенно, безусловно, радует». До начала заседания наблюдательного совета Владимир Путин ознакомился с экспозицией, на которой были представлены самые разные высокотехнологичные проекты, осуществленные при поддержке АСИ. Представители Клуба лидеров Агентства

стратегических инициатив подарили Президенту России Владимиру Путину хоккейную клюшку из композитного материала с надписью «Россия» и Государственным гербом. Владимиру Путину также рассказали о предприятии, где производят хоккейные композитные клюшки из стекло- и углепластика. На стенде была представлена серия клюшек, посвящённых российскому оружию, которые назывались «С-400», «АК-47», «Т-90». Напомним, что хоккейные клюшки из композитных материалов производятся на заводе ООО «Заряд» в Набережных Челнах (Татарстан). Клюшки спроектированы и протестированы при участии профессиональных игроков. В их производстве используются полимерные композитные материалы — стеклопластик и углепластик. rt-online.ru

Композитный мир | #1 (82) 2019

11


Российские новости

Новый таупрег UMATEX для производства газовых баллонов

Компания Roth Composite изготовила по заказу UMATEX экспериментальный прототип баллона IV поколения (36 л, Ø288 мм) из термопластичного таупрега на основе углеродного волокна UMT45-12К и лейнером на основе полиэтилена низкого давления. Целью изготовления образца была необходимость оценить возможность и качество резки термопластичного препрега на таупреги шириной 6,35 мм. Команда проекта Научно-исследовательского центра UMATEX разработала термопластичный препрег марки Prepreg РР/138UD/65%/UMT45-12K/55, который был порезан на таупреги шириной 6,35 мм и затем отправлен в компанию Roth для опробования технологии намотки из данного материала. Для компании Roth это был первый опыт работы с таким видом таупрега. В основном специалисты Roth работают с гибридными нитями (углеродное волокно/полипропилен). Намотка — давно известная и широко применяемая технология производства изделий из композитных материалов, в том числе и на основе углеродного волокна. При этом роль полимерной матрицы в большинстве случаев выполняют реактопласты. Не стоит забывать

о термопластах, которые планомерно занимают свою нишу в производстве изделий методом намотки. К примеру, применение термопластичных тоупрегов позволяет сократить время производства, благодаря применению технологии локального отверждения, а также решить проблему вторичной переработки. «Сейчас намотка из таупрега — это более дорогостоящее производство, чем традиционная сухая намотка: слишком дорого обходится изготовление и предварительная нарезка препрега. Однако в перспективе все баллоны будут производиться таким способом: использование таупрегов позволяет увеличить скорость намотки и избавиться от этапа термообработки, что делает производство более эффективным. Производители баллонов IV типа для водорода используют намотку таупрегов в промышленном производстве уже сейчас. Дело в том, что водородные баллоны рассчитаны на более высокое давление (700 атм), чем баллоны для метана (200 атм), и требуют больше волокна; намотка для них — длительный процесс и экономия времени при использовании таупрегов является решающей», — рассказал директор проекта UMATEX Никита Давыдов. Компания Roth Composite занимается разработкой и производством промышленных линий по производству баллонов высокого давления как на реактопластах, так и термопластах уже более 10 лет и является одним из мировых лидеров в этой сфере. Компания так же занимается отработкой технологии с ведущими технологическими институтами и производственными компаниями. www.umatex.com

Ростех: создание десантного модуля для миссии «ЭкзоМарс-2020» идет по плану

Специалисты ОНПП «Технология» (входит в госкорпорацию «Ростех») выдерживают график создания десантного модуля, панелей терморегулирования и солнечных батарей для аппарата «ЭкзоМарс-2020». В рамках второго этапа программы «ЭкзоМарс» разработаны крупногабаритные конструкции из полимерных композитных материалов для десантного модуля со специальной платформой, предназначенного для спуска исследовательского аппарата на поверхность Марса. «Всего программой предусмотрено создание четырех комплектов — трех для испытаний и «летный» экземпляр. Все работы проведены без

12

Композитный мир | #1 (82) 2019

нарушений графика со стороны предприятия», — отметили в Ростехе. Кроме того, уже изготовлены 62 панели терморегулирования и каркасы солнечных батарей, в том числе 12 каркасов и шесть панелей терморегулирования, которые необходимы для функционирования посадочной платформы на поверхности Марса после съезда марсохода. «ЭкзоМарс-2020» — российско-европейский проект по исследованию Марса, его поверхности, атмосферы и климата с орбиты и на поверхности планеты. Проект предусматривает разработку российской стороной десантного модуля с посадочной платформой, европейской стороной — перелетного модуля и марсохода. Планируется, что российская платформа проработает на Марсе около года. Запуск второго этапа миссии «ЭкзоМарс» запланирован на 25 июля 2020 года. Первый этап проекта «ЭкзоМарс» был запущен в 2016 году, в состав миссии вошли аппарат TGO и демонстрационный десантный модуль Schiaparelli. Аппараты достигли планеты в октябре 2016 года. www.tass.ru


Российские новости

Новый продукт НЦК — композитный трап для химических производств В серию запущено производство цельнокомпозитных лестничных трапов для эксплуатации в условиях агрессивной среды. Нанотехнологическим центром композитов (НЦК) разработано и запущено в серию новое изделие — цельнокомпозитный лестничный трап. Конструкция трапа собирается из стеклопластиковых профилей и швеллеров и включает в себя несущие элементы: косоуры, лестничные марши из полимерного композитного материала и перильные ограждения, служащие для обеспечения спуска и подъема людей. Данная конструкция будет особенно эффективна взамен металлических аналогов, например там, где присутствуют агрессивные среды — на химических производствах или на аэротенках, в качестве обустройств технологических переходов. Стеклопластиковый профиль, являющийся основой конструкции, также активно используется при изготовлении быстровозводимых облегченных конструкций и систем доступа в строительной, нефтехимической отраслях, инфраструктурных проектах, водоочистке. www.nccrussia.com


Российские новости

Российские ученые успешно испытали сани для перевозки сверхтяжелых грузов по льду в Антарктике Российские ученые успешно завершили первые испытания высокотехнологичных саней для перевозки сверхтяжелых грузов по льду в Антарктиде около российской станции «Прогресс». Об этом 18 февраля 2019 г. сообщила пресс-служба Фонда инфраструктурных и образовательных программ Группы «Роснано», при поддержке которого выполнена разработка. Сани были спроектированы и изготовлены в Санкт-Петербурге ООО «Научно-производственное объединение (НПО) по переработке пластмасс имени «Комсомольской правды». В реализации проекта также участвовали: ООО «Политех-Инжиниринг» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, ООО «Институт полимеров», ООО НПП «АпАТэК», ООО НПФ «Политехника». В программу тестирования входила сборка и разборка саней, а также короткие испытания на различных участках, характерных для маршрута между станциями «Прогресс» и «Восток». Отмечается, что запланированные мероприятия полностью выполнены с опережением графика. В сборке и ходовых испытаниях принимали участие пять специалистов предприятий полимерного кластера Санкт-Петербурга и семь сотрудников Арктического и антарктического научно-исследовательского института. Полноценные испытания саней с переходом до

«Востока» планируется провести в следующем году. Необходимость создания и последующего испытания специальных тяжелых грузовых саней связана с проектом строительства нового зимовочного служебно-жилого комплекса на внутриконтинентальной российской антарктической станции «Восток». Комплекс будет иметь автономность до девяти месяцев в году, обеспечивая проживание и работу до 35 человек в летний антарктический сезон и 15 человек в зимовочный период. Для его строительства потребуется доставить сотни тонн грузов через 1,5 тыс. км ледяной пустыни, где температуры даже в «летние» месяцы редко поднимаются выше минус 30 градусов по Цельсию. На монтаж новой станции будет отведено всего две недели. Для этого понадобятся два десятка саней грузоподъемностью по 60 т каждые. При этом существующие в мире аналоги антарктических саней имеют грузоподъемность всего 15 т. Кроме того, по словам разработчиков, уникальность проекта заключается в том, что при создании сверхтяжелых саней используются современные материалы — полимерные и композитные. www.kp-plant.ru, www.spbstu.ru, www.tass.ru

ОНПП «Технология» изготовит ворота для Байкальского железнодорожного тоннеля ОНПП «Технология» им. А. Г. Ромашина изготовит припортальные раздвижные ворота из полимерных композиционных материалов для нового Байкальского железнодорожного тоннеля Восточно-Сибирской железной дороги (перегон Дельбичинда-Дабан). Припортальные ворота должны защищать тоннель от воздействия окружающей среды — повышенной влажности и низких температур. Одной из основных задач, которую решили специалисты ОНПП «Технология», стало обеспечение заданной жесткости полотна ворот. Одновременно с этим оно должно быть способно к разрушению локомотивом в случае возникновения нештатной ситуации — отказа автоматики или приводного механизма — и не причинять повреждений железнодорожному составу. Полотна ворот будут представлять собой трехслойные панели размером 6,8 метров в высоту и 3,2 метра в ширину, состоящие из стеклопластиковых обшивок и заполнителя. Масса каждой из них составит 850 кг. Первый комплект полотен, в который входят два крупногабаритных изделия, предприятие изготовит и передаст заказчику — АО «ГОЗ Обуховский завод» — в апреле 2019 года. Два других комплекта будут поставлены в мае и июне текущего года. «Наше предприятие имеет большой опыт в реализации таких проектов. В 1998 году мы изготавливали аналогичные конструкции для Северо-Муйского тон-

14

Композитный мир | #1 (82) 2019

неля Байкало-Амурской магистрали. Припортальные ворота, сделанные специалистами «Технологии», до сих пор защищают это сооружение от агрессивного воздействия окружающей среды», — сказал генеральный директор ОНПП «Технология» Андрей Силкин. Байкальский тоннель — железнодорожный тоннель на Байкало-Амурской магистрали на участке Кунерма-Северобайкальск. Расположен на границе Иркутской области и Бурятии и проходит через Байкальский горный хребет. Длина тоннеля составляет 6685,6 м. Ввод объекта в эксплуатацию планируется в 2020 году. Ожидается, что открытие нового Байкальского тоннеля позволит в два раза увеличить пропускную способность участка Северобайкальск-Лена и обеспечить освоение перспективных железнодорожных перевозок на северном ходу Восточно-Сибирской железной дороги. technologiya.ru


Российские новости

Центр по производству изделий из ПКМ создан в Ростовской области 22 февраля 2019 г. в Новочеркасске открылся научно-технологический центр по производству изделий из полимерных композитных материалов. НТЦ «Технология композитов» будет работать на базе Южно-Российского государственного политехнического университета (ЮРГПУ — НПИ). В церемонии открытия НТЦ «Технология композитов» приняли участие председатель комиссии Государственной Думы по правовому обеспечению развития организаций оборонно-промышленного комплекса РФ В. В. Гутенёв, председатель научно-технического совета Госкорпорации «Ростех» Ю. Н. Коптев, заместитель полномочного представителя Президента РФ в Южном Федеральном Округе В. Н. Гурба, ВрИО ректора ЮРГПУ (НПИ) Ю. И. Разорёнов. Учёные НПИ более сорока лет ведут разработки в области технологий, оборудования и программного обеспечения для создания изделий из ПКМ методами непрерывной намотки. За это время НИИ ВИУС выпустило более 30-ти модификаций намоточных станков, на которых изготавливаются баллоны высокого давления, ракетные двигатели твердого топлива, судовые антенные обтекатели, детали авиационной техники, различные ёмкости и прочие изделия. Создание НТЦ позволит учёным сконцентрировать работы по развитию технологий для изготовления композитных изделий различного назначения методом автоматизированной выкладки, при использовании отечественных композитных материалов.

«Основными направлениями работы НТЦ станут разработка оборудования для намотки и выкладки композитных материалов, разработка отпускных механизмов, программного обеспечение для управления станками, разработка систем для испытания изделий из композитов», — рассказывает заместитель директора НТЦ «Технологии композитов» Дмитрий Князев. — На настоящий момент существует порядка десятка основных технологий производства изделий из композитных материалов, мы в рамках НТЦ «Технология композитов» занимаемся двумя из них — намоткой и выкладкой. Под эти технологии разрабатываем и программное обеспечение, и оборудование. Намоточных и выкладочных станков — буквально единицы. Поэтому российские предприятия вынуждены покупать импортное оборудование. Уникальность НТЦ в том, что здесь станки производятся из наших материалов, с помощью наших конструкторов и инженеров, наши программисты пишут для них программы. В таком комплексе к созданию изделий из композиционных материалов методом намотки и выкладки кроме нас никто не подходит». В числе заказчиков НТЦ «Технология композитов» компании с мировыми именами: «Ракетно-космическая корпорация «Энергия им. С. П. Королева», «Корпорация «Московский институт теплотехники», «Конструкторское бюро приборостроения им. академика А. Г. Шипунова», ЦНИИСМ» и многие другие. www.npi-tu.ru


Мировые новости

Огнестойкие композитные фасадные панели для «Музея будущего» в Дубае Строящийся в Дубае «Музей будущего» представляет собой сложное архитектурное и инженерное сооружение, являющееся отличным примером того, как возможно использовать преимущества самых передовых композитных материалов в строительстве. Интересный и сложный фасад здания, помимо стеклянных, облицовывают специальными композитными панелями, для производства которых используют огнестойкие стекло- и угленаполненные препреги, которые производит компания Notus Composites (ОАЭ). При производстве данного полуфабриката компания использует эпоксидное связующее, свойства которого выдерживают испытания согласно стандартам, принятым в ОАЭ и, в частности в Дубае (тесты по NFPA 285 в соответствии к стандартам DCD). Изделия из самого препрега соответствуют классу A по ASTM E84. Площадь облицовки составит порядка 600 000 м2. В связи с открытием музея, запланированным уже на 2019 год, строительство идет быстрыми темпами, и установлены первые 200 из 1020 облицовочных панелей. Каждая панель уникальна в форме, а все вместе они будут представлять собой арабскую вязь. www.notuscomposites.com

Компаняи Le Col представила первую модель велотуфель

Английский премиум-бренд спортивной одежды Le Col представил свою первую модель велотуфель, получившую название Pro Carbon.

Le Col Pro Carbon изготовлены с применением передовых синтетических материалов. Верхняя часть обуви спроектирована так, чтобы хорошо облегать ступню, избегая натираний и болезненных ощущений при вращении педалей, и отделана высококачественной «дышащей» искусственной кожей на основе полиуретана. Подошва же армирована углеродным волокном, что позволит лучше передавать мощность от стоп к педалям. Вес модели 43-го размера составляет 545 граммов. «Я хотел создать велотуфли, которые оставались бы жёсткими, но удобными для гонщика», — отметил основатель Le Col и бывший профессиональный велогонщик Янто Баркер. lecol.cc

Teijin поставит термопласты, армированные углеродным волокном, для Boeing Компания Teijin Ltd. (Токио, Япония) объявила в конце января 2019 г., что углеродное волокно Tenax и термопластичные однонаправленные углеродные ленты Tenax TPUD были сертифицированы компанией Boeing и зарегистрированы в списке квалифицированных продуктов Boeing. Teijin будет поставлять продукт Tenax TPUD на завод Boeing в Чикаго, штат Иллинойс, США. С тех пор, как Teijin и Boeing подписали Квалификационное соглашение в июне 2016 года, две компании работают над квалификационными испытаниями материалов и изучением возможностей применения термопластов, армирован-

16

Композитный мир | #1 (82) 2019

ных углеродным волокном (CFRTP), для производства основных элементов конструкций авиалайнеров. Tenax TPUD представляет собой однонаправленную предварительно пропитанную термопластичной смолой ленту из углеродного волокна. Компания Teijin подтверждает, что ускоряет разработку продуктов для разных применений, включая производство более дешевых углеродных волокон с более высокой прочностью и модулем растяжения, а также тканей и препрегов, включая термореактивные. www.teijin.com


Мировые новости

Английский стартап показал прототип ракеты Orbex Prime Английский стартап Orbex показал прототип ракеты Orbex Prime, вторая ступень которой оснащена новым самым большим в мире из напечатанных на 3D-принтере двигателем. Отмечается, что 3D-печать позволила избежать недостатков, связанных наличием сварных соединений в конструкции. Сама ракета выполнена с использованием углекомпозитных материалов. По словам разработчиков, применение композитных материалов позволило сделать массу ракеты на 30% меньше, а ее КПД — на 20% выше в сравнении с аналогами. Впервые ракету Orbex Prime планируют запустить в 2021 году с шотландского космодрома. orbex.space

Спрей для ремонта изделий из стеклокомпозитов Австралийским исследователям из Университета RMIT удалось разработать уникальную смесь для восстановления композитов на водных транспортных средствах. Разработка представляет собой инновационный полимер, который при нанесении на растрескавшиеся или поврежденные поверхности стеклокомпозитов уже в течение 10 минут воссоздает их механическую целостность. Особенностью данного полимера также является

возможность его использования в качестве спрея. Как сообщают авторы, создание нового материала стало побочным результатом работ ученых по исследованию огнестойкости различных материалов, применяемых в австралийском флоте. Исследования финансировали Министерство обороны Австралии и ВМФ США. www.popmech.ru

Французы заменят авиационный стеклопластик биокомпозитом Французский консорциум компаний BAMCO занялся разработкой нового авиационного композиционного материала на основе бамбуковых волокон, который в перспективе может подвинуть при изготовлении элементов салона и кабин пилотов стандартный стеклопластик. Использование нового материал будет экологически более чистым, чем производство традиционных полимерных композитных материалов. При производстве различного рода композиционных деталей всегда остается некоторое количество неизрасходованного материала — обрезки угле- и стеклотканей после раскройки, куски уже отвердевших композитов, отбракованные детали. Способов массовой переработки таких отходов практически не существует, а потому они обычно выбрасываются, загрязняя окружающую среду. Впрочем, британская компания ELG Carbon Fibre разработала метод отжига композитов для удаления из них полимера и последующего использования отожженного углеродного волокна при производстве деталей для автомобилей. Консорциум BAMCO, в который входят восемь французских компаний, уже начало производство опытной партии деталей из композитов на основе бамбуковых волокон. Речь идет о дверцах багажных полок, некоторых элементах отделки салона и различного рода ненагруженном крепеже. В каких именно самолетах будут использоваться данные детали из биокомпозитов, BAMCO не раскрывает.

В BAMCO утверждают, что изготовление первой партии деталей из биокомпозитов будет завершено в марте 2019 года, после чего они пройдут серию испытаний. В частности, новые материалы проверят на соответствие регламенту Федерального управления гражданской авиации США в части 25 пункт 853. В нем описаны требования по устойчивости композиционных материалов к огню, нормы выделения дыма и ядовитых веществ при возгорании. Завершить испытания нового композита и начать его серийное производство планируется в 2021 году. Разработка нового бамбукового композиционного материала ведется в рамках программы подготовки к вступлению в силу поправок к европейскому регламенту REACH (Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals). Этот документ в настоящее время запрещает использование некоторых покрытий, красок и клеев, представляющих опасность для окружающей среды и здоровья людей. Список запрещенных химических веществ в регламенте могут пополнить и некоторые марки термореактивных смол, например, фенолформальдегидные. nplus1.ru

Композитный мир | #1 (82) 2019

17


Мировые новости

JEC WORLD 2019 Startup Booster: представители 10-ти компаний-стартапов представят свои разработки всей композитной отрасли на JEC World 2019 После успеха двух первых конкурсов стартапов организаторы JEC World проводят в 2019 году третий Startup Booster — ведущий конкурс «новичков» в композитной отрасли, на котором десять финалистов смогут представить свои инновации перед международным экспертным жюри. Для участия в Startup Booster 2019 подали заявки более 120 компаний из 30 стран мира, среди них были отобраны самые инновационные, и 10 финалистов презентуют свои проекты во время выставки JEC World в Париже. JEC Group запустила программу Startup Booster в 2017 году, чтобы привлечь внимание к новому поколению начинающих предпринимателей, занимающихся композитами, и вывести их на передовые позиции в отрасли. 12 марта 2019 года в 10:30 в зале Агора (зал 5) выставочного комплекса Paris Nord Villepinte (Париж, Франция) начнутся презентации инновационных проектов финалистов конкурса перед экспертным жюри, состоящим из признанных специалистов в области композитных материалов и изделий из них и представителей крупных корпораций и организаций, заинтересованных в новых идеях для развития своих производств. Докладчикам отводится лишь пять минут на представление своего проекта. «Daimler является одним из основных партнеров Startup Booster, и мы ищем инновации, в частности, готовые материалы и технологии», — отметил один из членов жюри д-р Карл-Хайнц ФУЭЛЛЕР, ответственный за внедрение инноваций и разработку концепций BIW, Daimler AG. «Как главный партнер конкурса Startup Booster мы имеем возможность напрямую наладить взаимодействие с инноваторами, которые во многом и определяют образ будущего композитной отрасли», — сказала Желе БЛУМХОФ, руководитель отдела технологий производства композитов в Airbus. Члены жюри 2019 года: • Желе БЛУМХОФ — руководитель отдела технологий производства композитов, Airbus; • Карл-Хайнц ФУЭЛЛЕР — ответственный за внедрение инноваций и разработку концепций BIW, Daimler AG; • Джеффри ВОЛЛШЛЕГЕР — директор отдела «Композитные технологии», Altair Engineering; • Рено ПОЛЯР — партнер, Omnes Capital; • Рафаэль СУРУН — руководитель отдела композитов, Beneteau Group. Финалисты Booster Boost 2019 года: • Biprocel (Испания): проект производства нового поколения восстановленных высококачественных материалов на растительной основе;

18

Композитный мир | #1 (82) 2019

• Lingrove (США): производство изделий и конструкций из материалов (волокон и смол) на растительной основе; • UBQ Materials (Израиль): проект предусматривает развитие технологий, сокращающих выбросы углекислого газа, а также расширение возможностей производства и использования композитов для защиты окружающей среды и заботы о будущих поколениях; • AirGo (Сингапур): первый в мире производитель цельнокомпозитных кресел эконом-класса; • AEON-T (Испания): проект крупносерийного производства композитных деталей; • Arevo (США): проект обеспечивающий будущее развитие производства композитов благодаря революционным достижениям в области программного обеспечения, материалов и робототехники. Благодаря внедрению 3D-печати крупных серийных деталей и конструкций AREVO модернизирует производство и всю глобальную цепочку поставок; • Lavoisier Composites (Франция): проект массового производства и внедрения нового поколения углекомпозитов, изначально созданных и используемых лишь во французской аэрокосмической отрасли; • Mantis Composites (США): проект, использующий преимущества углепластиков для производства сложных деталей, в настоящее время изготавливаемых только из обработанных металлов; • cellEQ (Германия): разработка, производство и распространение индивидуального измерительного оборудования для анализа усадки многокомпонентных связующих систем; • WooDoo (Франция): проект модифицированной древесины. В компании разработали технологию удаления слабых лигниновых частей из структуры древесной плиты, заменив лигнин специальным полимером. В результате удалось получить материал с прочностью, присущей металлам, и ценой, равной цене самой дешевой низкосортной древесины. Более подробно обо всех проектах можно узнать на сайте: www.jec-world.events/program/startup-booster


Интервью

МС-21 полетит на отечественных композитах

aerocomposit.ru

Журнал «Композитный мир» уже не один год следит за проектом МС-21. В 2018 году мировое сообщество оценило уникальность разработанной российскими специалистами инфузионной технологии для изготовления композитного крыла самолета МС-21, удостоив компанию «АэроКомпозит» престижной премии JEC Innovation Awards. Прояснить ситуацию с санкциями вокруг МС-21 мы попросили генерального директора компании «АэроКомпозит» Анатолия Иосифовича Гайданского. Анатолий Иосифович, был ли в реальности факт остановки поставок композиционных материалов для создания крыла пассажирского лайнера МС-21, и кто их остановил? Информация некоторых СМИ о том, что компании Hexcel и Toray остановили поставки нам компонентов для крыла, полностью не соответствует действительности. С компанией Toray мы не работали. С компанией Hexcel мы взаимодействовали на начальном этапе, но позднее переключились на альтернативных поставщиков. Мы используем продукцию компании Solvay — это бельгийская компания, а материал производит её американское подразделение. Действительно, она прекратила поставки с 26 сентября, с того момента как «АэроКомпозит» оказался в списке США. Однако это не санкции, а технологические ограничения Министерства промышленности и торговли США. У нас не арестованы активы. Речь идет о том, что товар, произведенный на территории США, либо по лицензии США, либо с американской долей добавленной стоимости больше 25%, не может быть поставлен без соответствующей экспортной лицензии.

активная испытательная работа. Самолет летает и в 2020 году должен быть сертифицирован. Затем начнутся поставки авиакомпаниям. Конкурентам самолет с передовыми заложенными характеристиками на рынке не нужен. Самый простой способ — ударить по ключевым поставщикам, чтобы если не совсем отменить проект, то задержать его на максимально длительный срок. То есть, речь не идет о том, что «АэроКомпозит» наказан за поставки компонентов военной техники? «АэроКомпозит» не имеет и не будет иметь отношения к производству военной техники. Это наша стратегия. Мы гражданская компания, и ведем сейчас два основных проекта: МС-21 и СR929 совместно с китайской компанией Comac. Вместе с привлеченными юридическими компаниями мы подали апелляцию на решение Минпромторга США, поскольку мы не являемся компанией, которая производит военную продукцию, и не оказываем Министерству обороны России помощь в создании военной техники.

Почему блокируются поставки?

Почему в свое время выбрали зарубежных партнеров, которые сейчас присоединились к санкциям?

Полагаю, что это конкурентная борьба, причем не с «АэроКомпозитом», а с программой МС-21. Идет

Когда начинался проект, в России не производились композиционные материалы требуемого качества. Если бы выбирать пришлось сейчас, вариантов было бы больше? За последние годы ситуация на международном и российском рынках кардинально изменилась. В частности, Росатом построил завод в Алабуге. Он производит углеродное волокно, которое мы уже можем использовать. Есть у нас партнеры и по производству биндерной ленты, и по связующему. Мы работаем с ними достаточно давно, их материалы устраивают нас по характеристикам. Причем отечественное связующее по некоторым ключевым параметрам превосходит иностранное.

20

Композитный мир | #1 (82) 2019


Интервью Все это вместе позволяет нам с осторожным оптимизмом смотреть в будущее. А почему вы не занялись импортозамещением раньше? Кто сказал, что мы им не занимались? Успехи в создании новых российских материалов — это результат работы, которая велась вместе с партнерами последние годы. Кстати, все сказанное относится к композитам для кессона крыла, которые требуют высокопрочных материалов. Что касается материалов средней прочности для механизации крыла, то на рынке существует несколько российских поставщиков, материалы которых нас полностью устраивают по качеству. Мы их уже протестировали и сейчас запускаем в производство агрегатов для МС-21. Аналогичная ситуация и с композитным хвостовым оперением МС-21 (киль, стабилизатор), которое делает ОНПП «Технология» в Обнинске. То есть краха программы МС-21 из-за нехватки композиционных материалов не будет? Мы сформировали пул компаний, которые могут обеспечивать нас композиционными материалами на всем протяжении программы. По ряду позиций мы уже имеем материалы лучше, чем получали от наших зарубежных партнеров. В СМИ написали, что «китайские композиты… в два раза толще и тяжелее». Так ли это? Это заявление — полнейшая техническая безграмотность. Любой производитель может сделать материал необходимой толщины, которая нужна заказчику. По поводу того, что он тяжелый — это непонимание в принципе, потому что в основе материала лежит углерод. Удельная плотность углеродной ленты у всех примерно сопоставимая. Вопрос не в тяжести и толщине материала, а в характеристиках удельной прочности. Это как у стали, которая может быть высоколегированная и низколегированная. Вес примерно одинаковый, а характеристики абсолютно разные. Материал каждого производителя имеет свои особенности. Наше главное достижение на сегодня состоит в том, что мы научились проектировать и выпускать силовые композитные конструкции с учетом этих особенностей. Проектировщики знают, как сделать легкую, прочную и относительно дешевую конструкцию. Они понимают, какие проблемы будут на производстве, и как эти проблемы минимизировать в будущем. Вот это — основная компетенция, развитая в России за последние 10 лет. Конечно, переход на новый материал создал нам дополнительные сложности. Но имея колоссальный опыт, мы знаем, как их преодолеть. Эта работа уже ведется.

Удастся ли перестроить под новые материалы производство в Ульяновске? Принципиально важно понимать, что у нас создано в Ульяновске производство кессонов крыла по передовой инфузионной технологии. Мы изначально внедряли там серийные технологические процессы. Самолеты МС-21-300 с ульяновскими композитными кессонами успешно проходят летные и наземные прочностные испытания. От смены материалов технологический процесс в Ульяновске принципиально не изменится. Как выглядит стратегия сертификации самолета МС-21 в контексте ситуации с композиционными материалами? Мы продолжаем сертифицировать самолет с материалом компании Solvay и получаем в 2020 году сертификат типа. С новым российским материалом мы параллельно идем по пути получения дополнения к сертификату типа. Думаю, что к концу 2020 года это дополнение к сертификату типа получим. Удастся ли «АэроКомпозиту» обеспечить требуемые объемы выпуска агрегатов для МС-21? Наши производственные планы и инвестиционная программа развития мощностей синхронизированы с планами наращивания темпов выпуска самолетов от 20 до 72 машин в год. Будут ли обеспечены надежность самолета и безопасность пассажиров при переходе на новые материалы? Сертификационные требования в авиации не меняются в зависимости от тех или иных применяемых материалов. К композитным конструкциям применяются более жесткие нормы прочности, чем к традиционным металлическим.

Композитный мир | #1 (82) 2019

21


Интервью Алексей Паньшин, © РИА Новости www.ria.ru | www.viam.ru

Евгений Каблов: доля России на рынке композитов незначительна Тема импортозамещения в России становится актуальнее с каждым днем. Не так давно США вновь напомнили об этом, перекрыв поставки композиционных материалов, использующихся в строительстве самолета МС-21. Генеральный директор Всероссийского института авиационных материалов (ВИАМ) академик РАН Евгений Каблов рассказал, сколько времени потребуется на замену материалов для МС-21 и каковы позиции нашей страны на рынке композитов. Как обстоит вопрос с композиционными материалами в нашей стране? С одной стороны, этот вопрос простой, с другой — не очень. Задача создавать композиционные материалы возникла еще в СССР, так как уже тогда нужно было решать вопросы по разработке новых образцов техники и повышать их весовую эффективность. Кстати, хотел бы отметить, что использующийся в СМИ термин «композитные материалы» с научной точки зрения не верен. Правильно говорить композиционные материалы или композиты. Первым, кто в СССР предложил создавать детали для самолетов из композиционных материалов, был ВИАМ, но не все тогда были согласны с этой идеей. Такие великие люди, как Туполев, Ильюшин сказали, что мы самолеты из «тряпок» делать не будем. Единственный, кто согласился производить самолеты из этих самых «тряпок», стал Антонов и к началу 80-х годов он получил уникальные результаты по применению полимерных композиционных материалов, которые были разработаны нашим институтом. Его самолет Ан124 по объему применения композитов превосходил все воздушные суда в мире. В Советском Союзе была создана целая отрасль химической промышленности по созданию композиционных материалов, где ВИАМ

22

Композитный мир | #1 (82) 2019

был головным разработчиком. Мы делали полный комплект документации, передавали его на производство, где отрабатывалась конструкция, которая использовалась в готовых изделиях. Но не все так гладко. Конструировать изделия из композиционных материалов традиционными методами было невозможно. Нужно было готовить специалистов, которые понимали, как это делать. Кроме того, новый вид материалов нужно было как-то защищать от внешнего воздействия. Сейчас многие говорят, что, мол, деталь из композиционных материалов будет служить сто лет и можно про нее забыть после создания. Это не так. Люди не понимают, что нужно защищать эти детали, так как не подвергающиеся коррозии полимерные композиционные материалы вместе с тем подвержены негативному воздействию солнечной радиации, биоповреждениям, а также пылевой эрозии. Что касается достижений в этой области, то могу точно сказать, что СССР имел паритет с США и Японией по данному виду материалов, но с распадом Советского Союза направление композиционных материалов в стране постепенно перестало развиваться, так как часть химических компонентов осталась на Украине, часть — в Армении, Белоруссии и так далее. Думать о том, что необходимо возрождать в России собственное производство композитов, начали после


Интервью того, как президент в 2002 году поставил задачу по импортозамещению. Было выделено определенное финансирование, и в России смогли наладить производство необходимого количества материалов, чтобы продолжать производить изделия. Но за годы, пока в нашей стране тема композитов не развивалась, государства Запада очень далеко ушли в этой сфере. Объемы применения композиционных материалов в США и Европе выросли в десятки раз. Сейчас около 28% мирового рынка в области композиционных материалов контролирует Китай, остальное делят США и Япония. Наша доля там незначительна, разговор идет о том, чтобы выйти сейчас на уровень хотя бы 80-х годов и выпускать более качественное волокно. Кроме того, нам необходимо создать рынок заинтересованных покупателей, а это можно сделать только тогда, когда цена будет приемлема. Пока что цена на российские композиционные материалы выше мировых аналогов, так как основной компонент для производства углеродных волокон — полиакрилонитрил — приобретается в Китае, а рынок сбыта готовой продукции в России не так велик. В МС-21 применялись наши материалы или нет? В этом самолете достаточно хороший объем применения композитов, но наших материалов там нет. Сейчас задача поставлена за два года заменить все

композиционные материалы на отечественные, и она решается, так как американцы перекрыли нам поставки этих материалов. Мы нашли все решения, чтобы провести импортозамещение. Что можно сказать о применении композиционных материалов в двигателестроении? Для начала нужно отметить, что двигатель четвертого поколения ПС-90А, который сейчас используется в гражданской и военной авиации, был разработан и создан еще в СССР. После распада Советского Союза никаких новых двигателей не было создано. И только сравнительно недавно был разработан и создан совершенно новый двигатель пятого поколения ПД-14. Я считаю, что это совершенно выдающийся двигатель. В нем использовано 20 новых материалов, которые разработали специалисты ВИАМ. Мотогондола этого двигателя сделана из полимерных композиционных материалов. Для сравнения, на SSJ мотогондола поставляется из-за рубежа, стоит порядка 2 миллионов евро, а у ПД-14 мотогондола в полтора раза дешевле. При этом ПД-14 — это современный двигатель пятого поколения. На базе его газогенератора будет создан ПД-8 взамен Sam-146, ПД-12 для вертолетов, ПД-35 для транспортного и пассажирского самолетов. Так что перспектива у этого газогенератора очень большая.


Событие

www.emtc.ru

Итоги международного форума по композитам: Наука и технологии С 5 по 8 декабря 2018 г. на площадке МГТУ имени Баумана проходил международный форум по композитам «Ключевые тренды в композитах: Наука и технологии». Форум имел насыщенную программу, которая включала в себя: пленарное заседание «Основные вызовы в науке о композитах в ближайшие 10 лет», мастер-классы по композитам, выставку, постерную сессию, круглые столы по различным актуальным темам, 9 научных секций, научный stand-up и science slam. Отдельное внимание гостей привлёк чемпионат мира по композитам Composite Battle World Cup Moscow 2018. За все дни площадка собрала более 3000 гостей, представителей научного и бизнес сообщества, именитых учёных и молодых специалистов. Торжественная церемония открытия Форума прошла в Большом зале дворца культуры МГТУ имени Баумана. С приветственным словом выступил Ректор МГТУ Анатолий Александров. В пленарном заседании «Основные вызовы в науке о композитах в ближайшие 10 лет» выступили Владислав Панченко, председатель совета Российского фонда фундаментальных исследований, академик РАН, Александр Берлин, научный руководитель Института химической физики им. Н. Н. Семенова, академик РАН, Анатолий Гайданский, генеральный директор АО «АэроКомпозит», Виктор Авдеев, заведующий кафедрой «Химической технологии и новых материалов», МГУ им. Ломоносова, генераль-

24

Композитный мир | #1 (82) 2019

ный директор ЗАО «ИНУМиТ» (Институт новых углеродных материалов и технологий), Михаил Гордин, генеральный директор ФГУП «ЦИАМ» (Центральный институт авиационного моторостроения имени П. И. Баранова), Алексей Барков, официальный представитель Министерства науки и высшего образования. Модератором панельной дискуссии был директор «Композиты России» Владимир Нелюб. Участники пленарного заседания обсудили перспективы развития композитной отрасли в ближайшие 10 лет и различные меры поддержки данной отрасли. После пленарного заседания начались мастер-классы от победителей WorldSkills Russia, круглые столы, постерная сессия и выставка, среди экспонентов которой были МИЦ «Композиты России», Московский композитный кластер, АО «Композит» (Роскосмос),


Событие UMATEX (Росатом), Спутникс, ГК «ССТ», «Интелтест», «ХимСнабКомпозит», «АСД-Техника», «ЦНИИСК им. Кучеренко», «ИТЕКМА», «Арфлон», Московский политехнический университет, КНИТУ КАИ и другие. В этом году одна из ключевых тем форума была посвящена арктическим материалам и технологиям. Этому вопросу были отведены и круглый стол, и выставочная экспозиция, а также прошла торжественная церемония подписания ряда соглашений, в рамках которых будет проведён ряд исследовательских и других работ. За все время научных секций было заслушано более 150 научных докладов, а после выступления некоторые из ключевых иностранных спикеров посетили Центр «Композиты России», где смогли познакомиться с научно-производственной базой Центра. В рамках форума были даны ответы на ключевые вопросы развития композитной отрасли, были подписаны важные соглашения для отрасли, ряд отложенных трудовых договоров с учащимися технопарка «Инжинириум МГТУ им. Н. Э. Баумана», проведен необходимый обмен опытом между отечественными и зарубежными специалистами, с успехом прошла выставка достижений композитной отрасли, а также, определены победители Composite Battle Junior и Composite Battle World Cup Moscow 2018. Из 11 команд первое место заняла команда «Композиты России», второе место — команда из КНИТУ-КАИ (Казань), третье — команда Военного института Египта. Партнёрами форума в 2018 году выступили Минпромторг РФ, Минтранс РФ, Минстрой РФ, Прави-

тельство Москвы, Департамент предпринимательства и инновационного развития города Москвы, Фонд содействия инновациям, РФФИ, Россотрудничество, Ростех, Роскосмос, Русгидро, Фонд инфраструктурных и образовательных программ Группа Роснано, Росатом, ОАК и другие.

Композитный мир | #1 (82) 2019

25


Событие www.emtc.ru

Composite Battle World Cup Moscow 2018 8 декабря 2018 года состоялся финал чемпионата Composite Battle World Cup Moscow 2018. В течение двух дней на площадке Международного форума «Ключевые тренды в композитах: наука и технологии» соревновалось 11 команд из 7 стран. Команда «Композиты России» одержала победу в чемпионате, изготовив самое прочное изделие, а также получив высшие баллы в расчётном, интеллектуальном и конкурсе бизнес-кейсов. «Нашу команду в основном технологическом конкурсе представляли магистранты МГТУ имени Баумана Семён Фёдоров и Юрий Климович, в прочих — Анастасия Нуждина, Андрей Новиков и Кирилл Спиридонов, — рассказал Владимир Нелюб, директор «Композиты России». — Наш Центр стоял у истоков создания этого Чемпионата. И мы долгих три года шли к победе! В этом году Composite Battle проходил под эгидой WorldSkills, и мы надеемся, что этот формат в дальнейшем ляжет в основу Межвузовской линейки WorldSkills и поможет развитию композитной компетенции на мировом уровне». Второе место в общекомандном зачёте заняла команда из КНИТУ-КАИ (Казань), третье — команда

26

Композитный мир | #1 (82) 2019

Военного института Египта. Далее места расположились так: четвёртое — МГУ им. М. В. Ломоносова, пятое — Университет прикладных наук (Индия), шестое— Военная Технологическая Академия Мьянмы, седьмое — МТКП МГТУ Баумана, восьмое — МГОК (Россия), девятое — Чешский агротехнический университет, десятое — студенты из Франции, обучающиеся в МГИМО, одиннадцатое — Полоцкий государственный университет (Беларусь). Судейский корпус Чемпионата был представлен независимыми экспертами от организаций и ВУЗов со всего мира. В технологическом конкурсе команды должны были изготовить изделие, полностью отвечающее техническому заданию, изделие было проверено на качество и статическую прочность. Конкурсным изделием Composite Battle стали защитные футбольные щитки, позволяющие защитить большеберцовую кость от болезненных ударов и травм. В конкурсе


Событие

бизнес-кейсов команды представляли свои инвестиционные проекты и защищали их с точки зрения целесообразности инвестирования в них денежных средств. В интеллектуальном конкурсе ребята отвечали на вопросы из трёх разных тем. В процессе выполнения задания технологического конкурса команды разрабатывали конструкцию изделия, выбирали материал, создавали чертеж изделия, продумывали технологию изготовления и проводили расчёт на прочность. В конкурсе бизнес-кейсов команды должны были не только представить свой коммерчески успешный проект, но и рассчитать себестоимость представляемого продукта, его цену, капитальные затраты, финансовые показатели: выручку, чистую прибыль, рентабельность продаж, а также показатели инвестиционной привлекательности: NPV (чистая приведенная стоимость), IRR (внутренняя норма доходности), PBP (срок окупаемости). Торжественно награждены были все участники Composite Battle. Награды вручали главный эксперт чемпионата Composite Battle World Cup Moscow 2018, заместитель генерального директора Союза «Молодые профессионалы» (WorldSkills Russia) Игорь Суперекин, первый проректор по учебной работе МГТУ им. Баумана Борис Падалкин и заместитель генерального директора по продвижению проектов АНО «Развитие человеческого капитала» Марина Марченко.

Композитный мир | #1 (82) 2019

27


Материалы

www. bangbonsomer.com

Материалы Intec для высококачественных мастер-моделей Хорошая мастер-модель — ключевой фактор в производстве высококлассной оснастки. Чем скрупулезнее изготовлена мастер-модель, тем меньше времени потребуется для подготовки её поверхности к работе, и тем точнее с неё получится снять оснастку, что, в конечном итоге, будет являться одним из залогов получения высококачественных конкурентоспособных изделий из композитных материалов. А последнее, в свою очередь, что особенно актуально для отечественной композитной отрасли, спрос на продукцию которой еще не достаточен, несмотря на все усилия производителей. Мастер-модели обычно изготавливают двумя способами: • вручную, используя в качестве материала основы МДФ, ПВХ, дерево и др., а также применяя ручное нанесение грунтовки и шпаклевки; • с использованием станков с ЧПУ, применяя специальные модельные пасты, которые фрезеруются, формируя поверхность мастер-модели. В этой статье описываются материалы, используемые в двух представленных выше методах производства мастер-моделей. Они помогут упростить технологию изготовления болвана и повысить качество его поверхности: увеличить прочность, гладкость и глянец.

Мастер-модели, изготовленные вручную При ручном изготовлении мастер-моделей важно ответственно подойти к выбору основного материала для болвана. Необходимо, чтобы материал мог выдержать процесс его обработки, особенно следует обратить внимание на тепло- и термостойкость. Материал должен без каких-либо изменений переносить воздействие достаточно высоких температур, которые зачастую являются постоянным спутником технологий изготовления оснастки. Не будем останавливаться на описании рабочего процесса формирования мастер-модели из заготовки основного материала, тут каждый производитель определяет свой алгоритм получения болвана, а сосредоточимся уже на материалах, применяемых для формирования финишной поверхности: • для заполнения неровностей поверхности мастер-модели необходимо использовать базовую более гибкую шпаклевку. В ассортименте INTEC s.r.l., предлагаемом компанией ООО «Банг и Бонсомер», для этого

28

Композитный мир | #1 (82) 2019

лучше всего подойдут шпаклевки K3 или SK8, а для окончательной обработки поверхности можно использовать шпаклевку SK21/23; • для финишной отделки мастер-модели рекомендуется использовать аэрозольные грунтовки, которые можно отшлифовать и отполировать до блеска от 50 до 85 единиц. Среди продуктов компании можно выделить следующие аэрозольные грунтовки: • SK4 — базовая аэрозольная грунтовка (обеспечивает степень блеска поверхности до 50 единиц); • FP10/11 — изофталевая спрей-грунтовка (обеспечивает степень блеска поверхности 70–75 единиц); • FV20/21/22 — винилэфирная шпаклевкагрунтовка (обеспечивает степень блеска поверхности около 85 единиц). Все эти продукты можно заказать в необходимом цвете. • В тех случаях, когда необходимо добиться высокого блеска поверхности болвана, рекомендуем применять высокоглянцевое прозрачное, серое или черное покрытие VHG 100, степень блеска которого до 95–100 единиц.

Мастер-модели, изготовленные с использованием станка с ЧПУ Для производства мастер-моделей с использованием станка с ЧПУ можно применять полиэфирные модельные пасты, винилэфирные пасты (включая их высокотемпературные версии), пасты с низким содержанием стирола или без стирола. Качество поверхности произведенных с помощью полиэфирных и винилэфирных паст болванов несколько лучше, чем у изготовленных из полиуретановых. А фрезерованная их поверхность сравнима по качеству с поверхностью мастер-моделей, изготовленных из эпоксидных паст.


Материалы

Для наилучшей гомогенизации пасты с катализатором (который обычно добавляют в количестве от 1 до 1,5%), дегазации полученного компаунда, а также для нанесения формовочной пасты рекомендуем использовать специальное оборудование. Применение такого оборудования не только позволит обеспечить точную дозировку и равномерное смешение формовочного компаунда, но и сделает процесс нанесения пасты более стабильным, что, несомненно, облегчит последующую работу с формуемым материалом и улучшит качество получаемой мастер-модели.

Как изготовить мастер-модель, используя модельную пасту и станок с ЧПУ? Процесс изготовления мастер-модели в этом случае условно можно разделить на три шага. Первый шаг — фрезеровка вспененного пенополистирола с использованием станка с ЧПУ с соответствующим отступом обычно около 10 мм. Второй шаг — ламинирование пенополистирола с использованием безстирольной смолы или смолы с низким содержанием стирола. Из ассортимента INTEC s.r.l., предлагаемого компанией ООО «Банг и Бонсомер», для этих целей можем порекомендовать смолу R999. Стадия ламинирования необходима для того, чтобы, с одной стороны, упрочнить мягкий и хрупкий пенополистирол и увеличить срок эксплуатации мастер-модели, а с другой — создать на его поверхности защитный слой, который будет препятствовать растворению и разрушению внутреннего материала при последующем контакте поверхности болвана с веществами и реагентами, содержащими в своем составе растворители (например, стирол). Стадию ламинирования можно опустить, если в дальнейшем в процессе производства мастер-модели будут использоваться безстирольные модельные пасты (например, PF10GT) или пасты с низким содержанием стирола (например, PF07LS) Третий шаг — на заламинированную поверхность наносится слой модельной пасты толщиной 15–16 мм. После отверждения пасты (около 12 часов) поверхность фрезеруется для получения мастер-модели. Наиболее популярными пастами производства INTEC s.r.l., использующимися на этой стадии, являются:

• PF07E — экструдируемая фрезеруемая полиэфирная модельная паста для облегченных матриц; • PF10E — экструдируемая фрезеруемая полиэфирная модельная паста; • PF07LS — экструдируемая фрезеруемая полиэфирная модельная паста с низким содержанием стирола; • PV10E — экструдируемая фрезеруемая винилэфирная модельная паста. К основным преимуществам данных полиэфирных модельных паст можно отнести следующие: • легкость применения; • низкая усадка; • высокая тиксотропия; • образование сразу после фрезерования прочного, ровного поверхностного слоя на мастер-модели, способного выдержать несколько съемов; • отсутствие пылеобразования при обработке, выполняемой не раньше, чем через 12 часов после нанесения. Для финишной обработки поверхности мастер-модели используются те же аэрозольные грунтовки, что были представлены ранее в разделе о ручной технологии производства. Производство мастер-моделей с применением модельных паст существенно быстрее, а качество и размеростабильность изготавливаемых болванов выше. Преимущества использования модельных паст бесспорны в случаях, когда необходимо изготовить крупногабаритные и сложные мастер-модели. Для получения дополнительной информации о продуктах компании INTEC s.r.l. Вы можете обратиться к представителю компании в Российской Федерации, руководителю направления «Композиционные материалы» ООО «Банг и Бонсомер» (г. Москва) Ершову Максиму Тел.: +7 (495) 258-40-40 доб. 130 E-mail: Maxim.Ershov@bangbonsomer.com

Композитный мир | #1 (82) 2019

29


Материалы

Стеклопластиковый профиль, отвечающий современным требованиям и соответствующий принятым стандартам, — сегодня это реально

30

Композитный мир | #1 (82) 2019


Материалы

ПРОМЫШЛЕНН АЯ ХИ МИЯ

Юлия Логотская Технический специалист ГК Аттика www.attikarus.ru

Композитные, стеклопластиковые конструкции — это современное решение по приемлемой цене. Конструкции из композитов на сегодняшний день легко заменяют привычные материалы, такие как: дерево, сталь, алюминий, ПВХ. Широкое применение стеклопластика охватывает такие отрасли, как: гражданское и промышленное строительство, дорожное строительство, сельское хозяйство, судостроение, самолетостроение и другие. Легкость конструкции значительно упрощает монтажные работы и обслуживание, что позволяет повысить эффективность труда рабочих и избежать травматизма. Таким образом, применение композитных конструкций позволяет удешевить, обезопасить и ускорить процесс строительства в целом. Стеклопластиковые профили производятся методом пултрузии с использованием стекломатериалов: ровинга, ткани, нетканых материалов, полиэфирных и эпоксидных смол. Благодаря содержанию армирующего наполнителя в композитном профиле более 70% они имеют превосходную механическую прочность. Это позволяет изготавливать из них долговечные конструкции любой степени сложности. Уникальный материал, сочетающий в себе свойства дерева, металла и полимера обладает высокой прочностью, низкой теплопроводностью, устойчивостью к агрессивным средам, перепадам температур, атмосферному воздействию. Особенные свойства композита зависят от качества применяемого сырья, правильно подобранной технологии изготовления, ее должного соблюдения, контроля качества на каждом этапе производства и четкого исполнения всех работ «от проекта до объекта». За успехом любого композитного производства стоит большой опыт и ряд пройденных и своевременно отработанных ошибок. Производство стеклопластикового профиля, отвечающего современным требованиям и соответствующего принятым стандартам, — сегодня это реально. Как известно, композиты — это многокомпонентная система. Свойства и особенности каждого составляющего на протяжении всего рабочего процесса имеют влияние на качество конечной продукции. Поэтому только производство, в котором грамотно учтены все нюансы и особенности технологического процесса, способно привести к хорошему результату. Метод пултрузии является полностью автоматизированным процессом, что позволяет исключить человеческий фактор при производстве. Имея многолетний опыт работы на производствах стеклопластикового профиля, мы решили рассказать о дефектах и возможных причинах их возникновения, чтобы сократить Ваше время в поисках ответов. Сухое внутреннее волокно. Наличие сухого волокна обусловлено плохой пропиткой стекловолокон смолой. Проблема устраняется путем снижения скорости протяжки профиля, что обеспечит лучшую пропитку стекломатериалов смолой. Складка. Дефект в виде складки часто встречается в

Композитный мир | #1 (82) 2019

31


Материалы

профилях, изготавливаемых с использованием матов и тканей. Это случается из-за смещения армирующего материала во время процесса протяжки. Ткани перед началом работы необходимо хорошо закрепить. Матовость или отсутствие блеска на поверхности профиля возникает по причине недостаточной степени отверждения стеклопластика. Необходимо пересмотреть систему отверждения путем подбора температуры, скорости протяжки и отвердителя. Недоотверждение композитного материала означает незаконченную полимеризацию, что снижает механические свойства и уменьшает твердость по Барколу. Причина дефекта в неправильно подобранной системе отверждения. Устранить причину можно путем вариации температуры, скорости протяжки и дозировки отвердителя. Внутренние трещины вызваны усадкой в местах низкого поперечного сопротивления. Осмоление — участок профиля, который характеризуется недостаточным армированием. Необходимо подкорректировать рецептуру наполнения, увеличив количество наполнителя. Выступание волокна — видимый рельеф стекломатериала на поверхности профиля, по причине недостаточного содержания смолы. Пересмотреть рецептуру наполнения, уменьшить количество наполнителя; устранить проблему можно путем использования менее плотных тканей. Стоп-след проявляется в виде матовой или блестящей полосы в результате прерывания операции непрерывного протягивания профиля через фильеру. Дефект относится к допустимому и не влияет на физико-механические свойства конечного изделия. Шероховатости и волны обусловлены смещением стекломатериалов при армировании связующего. Необходимо проверить наполнение системы, соответствие размеров с размерами формообразующей фильеры и хорошо закрепить ткани.

32

Композитный мир | #1 (82) 2019

Цветной профиль — легко или сложно? Помимо явно выраженных физических дефектов у пултрузионных профилей часто встречаются проблемы с цветом. При правильном подборе пигмента проблемы с цветом уйдут автоматически. На начальном этапе подбора важно выявить совместимость пигментов со смолами, из которых будет произведен стеклопластиковый профиль. Так как процесс высокотемпературный, то применение нетермостойких пигментов ведет к их разрушению и потере свойств, на изделиях это проявляется в виде пятен на поверхности профиля, несоответствия цвета и его отклонений от допустимых норм. Одними из важных показателей пигмента являются атмосферостойкость и светостойкость — это способность полимеров и полимерных материалов сохранять внешний вид, физико-механические, химические и другие свойства под действием солнечного или искусственного света. Наша компания имеет многолетний опыт работы с качественным сырьем немецких производителей. Мы предлагаем Вашему вниманию проверенное сырье для производства стеклопластикового профиля методом пултрузии, которое по праву заслужило доверие отечественных производителей. Ненасыщенная полиэфирная смола SYNTHOPAN 781-60 специально разработана для производства высоконаполненных композиционных деталей под высокотемпературным воздействием. Смола, изготовленная на основе ортофталевой кислоты и стандартных гликолей, отличается высокой реакционной способностью, хорошей термостойкостью и отличными смачивающими свойствами. SYNTHOPAN 781-60 хорошо подходит для SMC/BMC препрегов, а в сочетании с подходящими противоусадочными компонентами — для изготовления прессованных композиций с низкой усадкой. Готовое изделие отличается превосходными физико-механическими свойствами: • низкий удельный вес; • диэлектрические свойства; • высокие механические свойства; • теплоизоляционные свойства;


Материалы

• высокая термостойкость; • низкий тепловой коэффициент линейного расширения. Пигментные пасты TM ATTGUARD, изготовленные на основе альдегидных смол, хорошо совместимы с полиэфирными, эпоксидными и другими видами смол. Пигменты обладают улучшенными свойствами светостойкости и атмосферостойкости, идеально подходят для высокотемпературных процессов. Термостойкость паст TM ATTGUARD в зависимости от цвета находится в диапазоне от +140 до +1000°С.

Уважаемые читатели, надеемся, что наша информация была полезна для Вас. Мы рады сообщить, что наша компания успешно развивает научно-технический центр (Федоровское, ЛО, СПб) с собственной лабораторией. Высококлассные технические специалисты с многолетним опытом работы в композитной отрасли принимают непосредственное участие в создании и разработке новых технических решений для композитной отрасли.

Мы приглашаем вас к сотрудничеству!


Материалы

Новаторские решения от

Материалы для сбережения изделия и снижения себестоимости Непористая стеклоткань с покрытием PTFE–V7PT125AD Непористая стеклоткань с покрытием PTFE–V7PT125 — жертвенная ткань из ПТФЭ, предназначенная для прямого контакта со всеми смолами. Поверхностный слой ткани не содержит разделительный агент или силикон. Она заменяет разделительный агент, в том числе под горячие процессы формования (260°С) от DIATEX. V7PT125AD — адгезивный вариант ткани, используемый для защиты форм и панелей. Особенности • Укладывается сверху на оснастку, обладает отличными адгезивными свойствами; • Защищает оснастку от механических повреждений и изделие от проникновения воздуха; • Нет в необходимости в разделительномсоставе; • Экономит время на очистку и подготовку оснастки.

Адгезивная пленка EA 451 — для склеивания полимерных композитных материалов EA451 — это структурная эпоксидная адгезивная пленка, предназначенная для соотверждения и вторичного склеивания композитных материалов (препрегов), для склеивания сэндвич-панелей с сотовым и пенопластовым наполнителем. Имеет различный вес и модификацию — на подложке или без нее. Цикл обработки этого материала отличается гибкостью с диапазоном температур отверждения от 90°C до 180°C (от 194°F до 356°F). Совместима с широким спектром эпоксидных препрегов. Все лучшее на нашем сайте: www.сarbonstudio.ru Скидки и скидочные программы — в нашей группе в вконтакте: vk.com/carbonstudio.original

34

Композитный мир | #1 (82) 2019


Технологии Францев Михаил Эрнстович, к.т.н. член Научно-Технического Совета «СоюзБазальт», руководитель секции «Судостроение»

Результаты сравнительных испытаний композитов судостроительного назначения на основе стеклянных и базальтовых волокон на полиэфирном связующем

Литература 1. B. Soares, R. Preto, L.Sousa, L. Reis Mechanical behavior of basalt fibers in a basalt-UP composite // XV Portuguese Conference on Fracture PCF 2016. — Paço de Arcos, Portugal, 2016. — P. 34–46. 2. A. Dorigato, A. Pegoretti Flexural and impact behaviour of carbon/basalt fibers hybrid laminates // Journal of Composite Materials. — 2014. — Vol. 48(9). — P. 1121–1130. 3. Францев М. Э. Определение целесообразности использования армирующих материалов на основе базальтового волокна при создании отечественных судов из композитов // Транспортные системы. — 2018. — № 1. — C. 15–24. 4. ГОСТ 19170-2001 Стекловолокно. Ткань конструкционного назначения, 20 стр. 5. СТО 59987361-009-2008 Ткани базальтовые конструкционные, 24 стр. 6. ОСТ 5.9533-85 Корпуса надводных судов из стеклопластика. Типовые технологические процессы изготовления, 65 стр. 7. Российский Речной Регистр. Правила классификации и постройки судов, в 5 томах, М, 2016 8. ГОСТ 25.601-80 Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей. Метод испытания плоских образцов на растяжение при нормальной, повышенной и пониженной температурах, 15 стр. 9. ГОСТ 25.602-80 Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей. Метод испытания на сжатие при нормальной, повышенной и пониженной температурах, 13 стр. 10. ГОСТ 25.604-82 Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей. Метод испытания на изгиб при нормальной, повышенной и пониженной температурах, 7 стр. 11. ГОСТ 33496-2015 Композиты полимерные. Метод испытания на сопротивление повреждению при ударе падающим грузом, 18 стр. 12. Францев М. Э. Эксплуатационное поведение элементов корпуса глиссирующего судна из композиционных материалов в условиях воздействия гидродинамических нагрузок // Труды Государственного Крыловского Научного Центра. — 2013. — 75(359). —С. 192–200. 13. Францев М. Э. Дефектоскопия корпусов судов из композиционных материалов, находящихся в эксплуатации, акустическими методами неразрушающего контроля // Дефектоскопия. — 2013. — № 1. — C. 3–11.

36

Композитный мир | #1 (82) 2019


Технологии

Введение Во всем мире базальтовое волокно сегодня рассматривается в качестве перспективного материала, в том числе армирующего материала для композитного судостроения. Появляется много работ, в которых рассматриваются механические характеристики композиционных материалов на основе базальтового волокна, например [1–2]. Строятся небольшие суда из композиционных материалов на основе базальтового волокна — демонстраторы технологий. Для внедрения армирующих материалов на основе базальтового волокна в продукцию отечественного судостроения отечественные классификационные общества, осуществляющие техническое наблюдение и надзор за судами, должны быть обеспечены информацией об особенностях проектирования, конструирования и изготовления судов из композитов на основе этого материала. Кроме того, они должны быть информированы об особенностях эксплуатационного поведения судовых корпусных конструкций из композитов на основе базальта в штатных эксплуатационных ситуациях. Эта информация станет базой для внесения в правила классификационных обществ изменений и дополнений, регламентирующих процессы проектирования, постройки и эксплуатации судов с корпусами из композитов на основе базальтового волокна. Поэтому для успешного внедрения базальтовых волокон в качестве армирующих материалов для композитного судостроения необходимо вписать их в сложившиеся проектно-технологический и эксплуатационный комплексы судостроительных задач. Для этого в рамках процесса внедрения армирующих материалов на основе базальтового волокна в продукцию отечественного судостроения необходимо решить следующие вопросы:

• изучить отличия механических характеристик судовых корпусных конструкций из композитов на основе базальтового волокна в композиции с полиэфирными, эпоксидными и винилэфирными смолами, особенно для трехслойных конструкций, от аналогичных механических характеристик композитов на основе стеклянного волокна; • изучить отличия технологических процессов создания судовых корпусных конструкций из композитов на основе базальтового волокна в композиции с полиэфирными, эпоксидными и винилэфирными смолами от аналогичных технологических процессов по созданию конструкций на основе стеклянного волокна, включая экономическую сторону вопроса; • изучить отличия эксплуатационного поведения судовых корпусных конструкций из композитов на основе базальтового волокна в композиции с полиэфирными, эпоксидными и винилэфирными смолами от эксплуатационного поведения аналогичных конструкций на основе стеклянного волокна [3]. Применение базальтовых волокон в качестве армирующих материалов композиционных материалов судостроительного назначения потребует их сертификации в соответствии с нормативными документами отечественных классификационных обществ, которая напрямую связана с исследованием выше обозначенных вопросов.

Постановка задачи В рамках перечисленных выше мероприятий компанией ООО «Судогодские стеклопластики» в инициативном порядке по совету автора статьи была

Таблица 1. Сравнительные характеристики конструкционных тканей на основе стеклянного и базальтового волокон, использованных для изготовления образцов Ткань Т11-ГВС9 Наименование характеристики

Ткань БТ11П-ГВС9

ГОСТ

Испытания

СТО

Испытания

Ширина, см

100

92,0

100±1

99,6

Толщина, мм

0,28

0,29

0,30±0,03

0,36

385±15

382

390±25

370

Структура нити (основа)

ЕС7-54х2

ЕС7-54х2

Нет данных

Нет данных

Структура нити (уток)

ЕС7-54х2

ЕС7-54х2

Нет данных

Нет данных

Количество нитей на 1 см (основа)

22+1

22

20±1

18

Количество нитей на 1 см (уток)

13±1

13

9±1

7

Разрывная нагрузка (основа), Н

1764

3044

1715

2513

Разрывная нагрузка (уток), Н

931

1872

980

1583

Сатин 8/3

Сатин 8/3

Саржа 5/3

Саржа 5/3

0,5

0,35

0,22

Масса на единицу площади, г/м2

Переплетение Массовая доля аппретирующего вещества, %

Композитный мир | #1 (82) 2019

37


Технологии

38

Рисунок 1. Образец стеклопластика на базе ткани Т11-ГВС9. Разрушение в процессе испытаний на растяжение

Рисунок 2. Образец базальтопластика на базе ткани БТ11ПГВС9. Разрушение в процессе испытаний на растяжение

изготовлена опытная партия базальтовой ткани саржевого плетения БТ-11П-ГВС9 на базе базальтовой ткани БТ-11П [4], а также предоставлено потребное для экспериментов количество ткани сатинового плетения на основе стеклянного волокна Т-11ГВС9 [5]. Выбор базальтовой ткани БТ-11П был сделан на основе близости ее механических характеристик (в первую очередь поверхностной плотности, а также разрывной нагрузки по основе и утку) механическим характеристикам ткани на основе стеклянного волокна Т-11ГВС, стандартно применяемой в судостроении на протяжении многих лет. В качестве прямого замасливателя при переработке обеих тканей был применен винилсилан ГВС-9, который делает их пригодными для использования в качестве армирующего материала при изготовлении композитов судостроительного назначения на основе полиэфирного связующего. Псковской лодочной верфью методом контактного формования в соответствии с [6] были изготовлены элементы судовой конструкции в виде однослойной наружной обшивки судна на полиэфирном связующем Aropol G 101TPB. Для их изготовления были использованы оба вида конструкционных тканей. В дальнейшем из этих элементов были вырезаны экспериментальные образцы для испытаний в соответствии с требованиями раздела 6.3 Части Х ПКПС, а также раздела 3 Приложения 10 Части Х ПКПС Правил Российского Речного Регистра [7] в количестве 5 штук для каждого из видов испытаний как из стеклопластика, так и базальтопластика. НИО-18 Центрального аэрогидродинамического института были выполнены сравнительные испытания стеклопластика на базе ткани Т11-ГВС9 сатинового переплетения и базальтопластика на базе ткани БТ11П-ГВС9 саржевого переплетения на растяжение по [8] (рисунок 1 и 2), на сжатие по [9] (рисунок 3–6), на изгиб по [10] и на сопротивление повреждению при ударе падающим грузом по [11] (рисунок 3–6). При исследовании эксплуатационного поведения судовых корпусных конструкций из композиционных материалов был сделан вывод о том, что выявление и изучение влияния различных эксплуатационных факторов на развитие внутренних дефектов типа расслоений, а также самой динамики их развития, дает ключ к оценке надежности и долговечности

судовых корпусных конструкций из композитов. Исследование динамики развития дефектов позволяет достоверно оценивать изменение технического состояния корпуса судна из композитов в процессе эксплуатации, прогнозировать изменение его эксплуатационной прочности в течение всего срока службы и, в конечном итоге, делать выводы о долговечности конструкции в целом. Наблюдение за процессами развития дефектов с помощью различных методов неразрушающего контроля дает возможность в режиме реального времени оценить изменения механических свойств элементов судового корпуса из композитов в процессе эксплуатации [12]. Исследование образцов композитных материалов по методике, изложенной в [11], позволяет сформировать внутренний дефект типа расслоение в стандартизованных условиях нормированным механическим воздействием на наружную поверхность образца с заранее известной величиной энергии удара. Этот опыт позволяет приближенно смоделировать локальное воздействие удара гидродинамической природы на судовую корпусную конструкцию из композита.

Композитный мир | #1 (82) 2019

Решение Сущность опыта заключается в повреждении образца ударом свободно падающего груза с наконечником полусферической формы. В качестве образцов используют прямоугольные пластины. Поверхностное ударное повреждение может быть оценено по размеру отпечатка. Геометрические параметры внутреннего дефекта типа расслоение могут быть определены исключительно методами неразрушающего контроля. Зона повреждения в результате удара падающим грузом располагается в геометрическом центре образца, определенном как точка пересечения его диагоналей, на достаточном расстоянии от краев испытуемой пластины, чтобы локальные напряжения по краям и в центре образца не накладывались друг на друга во время формирования ударного повреждения. Испытание на удар падающим грузом проведено для количественной оценки геометрических параметров внутреннего дефекта типа расслоение, которые характеризуют сопротивление разрушению композитного материала, а также для последующей оценки


Технологии

Рисунок 3. Образец стеклопластика на базе ткани Т11-ГВС9 № 5. Расслоение в результате испытаний на удар и последующее разрушение в процессе испытаний на сжатие

Рисунок 4. Образец базальтопластика на базе ткани БТ11ПГВС9 № 5. Расслоение в результате испытаний на удар и последующее разрушение в процессе испытаний на сжатие

Рисунок 5. Образец стеклопластика на базе ткани Т11-ГВС9 № 5 (оборотная сторона). Расслоение в результате испытаний на удар и последующее разрушение в процессе испытаний на сжатие

Рисунок 6. Образцы стеклопластика на базе ткани Т11-ГВС9 № 5 (оборотная сторона) справа и базальтопластика на базе ткани БТ11П-ГВС9 № 5 (оборотная сторона) слева. Расслоение в результате испытаний на удар и последующее разрушение в процессе испытаний на сжатие

остаточной прочности после удара падающим грузом. Последующая оценка остаточной прочности после удара падающим грузом проводится в виде испытания на сжатие образцов после удара и сравнения результатов этих испытаний с результатами испытаний на сжатие аналогичных образцов, вырезанных из этого же элемента конструкции, но не подвергавшихся ударному воздействию и не содержащих внутренних дефектов типа расслоение. Ударное воздействие на все образцы производилось одинаково. Оно было выполнено с энергией, рассчитанной в момент удара и равной 25 Дж. После этого было выполнено исследование всех образцов, подвергнутых ударному воздействию, методами неразрушающего контроля при помощи дефектоскопа ДАМИ-С с ультразвуковым сканером (рисунок 3–6) по методике, изложенной в [13], для выявления внутренних дефектов типа расслоение вокруг места удара, получения их цифровых изображений и измерения их площади. В завершение были выполнены механические испытания на сжатие экспериментальных образцов, содержащих внутренние дефекты типа расслоение, возникших в результате ударных воздействий с целью определения предела прочности на сжатие [11]. В результате механических испытаний на растяжение, сжатие и изгиб установлено, что образцы, изготовленные из базальтопластика на базе ткани БТ11П-ГВС9, в целом хуже перенесли все нагрузки

при испытаниях, чем образцы, изготовленные из стеклопластика на базе ткани Т11-ГВС9. Разница в пределах прочности в среднем составила порядка 25–30% в пользу стеклопластика на базе ткани Т11-ГВС9. При исследованиях методами неразрушающего контроля после ударного воздействия во всех образцах были выявлены внутренние дефекты типа расслоение в виде овала, приближающегося по форме к кругу. Результаты исследования образцов из стеклопластика и базальтопластика представлены в таблице 2. При рассмотрении результатов исследования методами неразрушающего контроля, представленных в таблице 2, можно видеть достаточно близкие значения измеренных величин. При этом измеренная площадь расслоений в базальтопластике на базе ткани БТ11ПГВС9 в среднем составила порядка 200% по отношению к площади расслоений в стеклопластике на базе ткани Т11-ГВС9. Расчетный диаметр расслоения в базальтопластике на базе ткани БТ11П-ГВС9 составил порядка 150% по отношению к расчетному диаметру расслоения в стеклопластике на базе ткани Т11-ГВС9. Расчеты показывают, что площадь внутренних дефектов типа расслоение составила в среднем порядка 2% от общей площади исследуемого образца для стеклопластика на базе ткани Т11-ГВС9 и в среднем порядка 4% от общей площади исследуемого образца для базальтопластика на базе ткани БТ11П-ГВС9. Была произведена оценка остаточной прочности

Композитный мир | #1 (82) 2019

39


Технологии Таблица 2. Результаты исследования методами неразрушающего контроля Номер образца

Площадь расслоения, мм²

Расчетный диаметр, мм

Стеклопластик 1

360,0

21,41

2

347,0

21,02

3

223,0

16,85

4

330,0

20,50

5

347,0

21,02

Среднее значение

321,4

20,16

Базальтопластик 1

680,0

29,43

2

609,0

27,85

3

732,0

30,54

4

709,0

30,05

5

582,0

27,23

Среднее значение

662,4

29,02

после удара падающим грузом, которая проводилась в виде испытания на сжатие образцов после удара и сравнения результатов этих испытаний с результатами испытаний на сжатие аналогичных образцов, вырезанных из этого же элемента конструкции, но не подвергавшихся ударному воздействию и не содержащих внутренних дефектов типа расслоение. В результате механических испытаний на сжатие образцов, перенесших ударную нагрузку, было установлено, что образцы, изготовленные из базальтопластика на базе ткани БТ11П-ГВС9, хуже перенесли все нагрузки при испытаниях, чем образцы, изготовленные из стеклопластика на базе ткани Т11-ГВС9. Было вычислено относительное снижение предела прочности на сжатие в долях этой величины для целой пластины. Относительное снижение предела прочности на сжатие составило в среднем порядка 4% для стеклопластика на базе ткани Т11-ГВС9 и в среднем порядка 6% для базальтопластика на базе ткани БТ11П-ГВС9. Таким образом, на уровне эксперимента подтверждена качественная зависимость между существованием внутреннего дефекта типа расслоение в композиционном материале и снижением одной из его механических характеристик в виде предела прочности на сжатие.

Выводы Такие результаты испытаний могут быть объяснены следующим образом. Базальтовая ткань БТ11П-ГВС9 согласно паспорту предприятия имела близкие характеристики по массе характеристикам ткани Т11-ГВС9, а по толщине даже превосходила ее. Однако она имела саржевое плетение 5/3 в отличие от сатинового плетения 8/3 ткани Т11-ГВС9. При этом базальтовая ткань БТ11П-ГВС9 согласно паспорту предприятия изначально имела более низкие механические ха-

40

Композитный мир | #1 (82) 2019

рактеристики, чем стеклоткань Т11-ГВС9. По всей видимости, эта разница может быть обусловлена более низким качеством выделки базальтового волокна по отношению к стеклянному волокну. Также она может быть обусловлена более низким качеством выделки базальтовой ткани БТ11П-ГВС9 по отношению к стеклоткани Т11-ГВС9, а также ее саржевым плетением по отношению к сатиновому плетению ткани Т11-ГВС9. Это основные различающиеся факторы. Нельзя исключить также разницы в адгезии прямого замасливателя — винилсилана ГВС9 к стеклу и базальту, так как этот адгезив ГВС9 изначально был разработан для стеклянных материалов. Рассмотренные выше факторы привели к визуально заметной разнице в разрушениях стеклопластика на базе ткани Т11-ГВС9 и базальтопластика на базе ткани БТ11П-ГВС9 при растяжении (рисунок 1 и 2). По всей видимости, именно эта разница в разрушениях, проявившаяся на макроуровне, имеет место и на микроуровне. И именно она обусловливает различия в величинах пределов прочности стеклопластика на базе ткани Т11-ГВС9 и базальтопластика на базе ткани БТ11П-ГВС9, выявленные при испытаниях. Планируются дальнейшие сравнительные испытания стеклопластика на базе ткани Т11-ГВС9 и базальтопластика на базе ткани БТ11П-ГВС9, в том числе испытания на водопоглощение. Однако независимо от их результата можно утверждать, что рассматривать базальтовую ткань БТ11П-ГВС9 в качестве армирующего материала для судостроения, эффективно конкурирующего со стеклотканью Т11-ГВС9 с точки зрения прочности композита, преждевременно. Не исключено, что базальтовая ткань БТ11П-ГВС9 может составить конкуренцию стеклянным матам сопоставимой толщины, но для этого необходимы дополнительные исследования и испытания.


Материалы для производства композитных изделий: Смолы и отвердители

Разделительные составы

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

• Грунты для форм • Очистители для форм • Полупостоянные разделители

Армирующие материалы

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

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

Оборудование для RTM и инфузии

ООО Банг и Бонсомер, Москва

Материалы для производства оснастки

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

номер стенда

на Композит-Экспо ЧАО Банг и Бонсомер, Киев ООО Банг и Бонсомер, Москва Отдел композиционных материалов

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

1D06


Технологии

Константин Мушич Марина Силва www.belzona.ru

Инновационные технологии ремонта и защиты насосов c применением полимерных композитных материалов В процессе перекачивания жидкостей и твердых фракций насосное оборудование постоянно находится под воздействием механических нагрузок. В силу самой природы насосных систем конструкторы, проектировщики, подрядчики и эксплуатационники постоянно сталкиваются со следующими серьезными проблемами: • эрозия каналов, по которым перемещаются жидкости; • возникновение коррозии и эрозии на основных компонентах насоса, таких как лопасти, корпусы и валы; • кавитационный износ деталей; • изменение критических зазоров между деталями Эти проблемы постепенно приводят к падению напора, уменьшению скорости потока, снижению КПД и неизбежному росту операционных расходов.

42

Композитный мир | #1 (82) 2019


Технологии Износ водореза

Износ лопастей

Кавитация/раковины

Эрозия-коррозия

Абразивный износ шламом

Эрозия критических зазоров

Изначально повреждение приводит к образованию на поверхностях неровностей и язвин, которые увеличивают трение и приводят к падению эффективности системы, а также к повышенным эксплуатационным затратам. Однако проблемы коррозии-эрозии, если их вовремя не устранить, могут поставить под угрозу целостность компонента и, в конечном счете, привести к полному отказу оборудования. Очевидным решением обычно является замена изношенного оборудования, что связано с высокими расходами, а временны̀е затраты могут составлять недели или даже месяцы. С другой стороны применение огневых работ, включая сварку и наплавление покрытий, может привести к термическому напряжению оборудования и создать проблемы с электрохимической коррозией. Но что наиболее важно, ни один из способов не решает основную проблему. Ремонтные композитные системы позволяют восполнять потерю металла и воссоздавать первоначальный профиль деталей насосов, защищать их от дальнейших повреждений и при этом быстро возвращать оборудование в эксплуатацию. Поэтому все больше предприятий выбирают полимерные технологии холодного отверждения для ремонта и защиты оборудования.

Продление срока службы и сокращение расходов Эпоксидные системы представляют собой простой и экономически выгодный способ восстановления исходного профиля и защиты компонентов от повреждения в будущем, а также гарантируют возврат оборудования в эксплуатацию в течение нескольких дней. После нанесения покрытия насос будет иметь улучшенную защиту от эрозии/коррозии, повышенную производительность и увеличенный срок службы.

Ремонт Пастообразные эпоксидные материалы, не содержащие растворителей, обеспечивают превосходную защиту от коррозии, позволяют воссоздать точные контуры и могут наноситься тонким или толстым слоем за одну операцию. Они образуют прочную адгезионную связь с любыми металлическими поверхностями, а также не подвержены усадке, расширению и не деформируются в процессе отверждения — значительное преимущество по сравнению с композитными материалами, содержащими летучие органические соединения.

Восстановление геометрии водореза — до и после ремонта

Композитный мир | #1 (82) 2019

43


Технологии

Критическое повреждение стенки корпуса насоса

Восстановление исходной геометрии с использованием армирования и композитного материала

Во множестве случаев, когда металлические детали и корпус подвержены значительной эрозии-коррозии, пастообразные композиты с керамическими наполнителями широко используются для восстановления точных контуров и размеров поверхностей. Помимо обеспечения превосходной защиты от коррозии этот материал значительно замедляет скорость эрозийных процессов вследствие высокого процента керамонаполнителей в его составе. Для тех областей, которые подверглись сильному износу с существенной потерей металла, вплоть до образования сквозных отверстий и трещин в результате ударных воздействий, решением является создание каркасной основы. Это позволит восстановить механическую прочность поврежденной части оборудования. Для создания каркасной основы (армирования) болтовые крепления соединяются со стальными пластинами или сеткой. Следующим шагом является заполнение каркаса композитным материалом до восстановления исходного профиля детали.

Долговременная защита Снижение производительности или КПД оборудования напрямую связано с физическими и механическими дефектами, влияющими на его функционирование. Единственным способом значительного снижения воздействия эрозии и коррозии является изоляция металлических поверхностей от перекачиваемых жидкостей. Эта задача решается нанесением защитного покрытия на внутренние компоненты насоса. При работе с текучими средами в различных операционных условиях (химически активные материалы, повышенные температуры, среды с высоким содержанием твердых фракций) решением выступают защитные системы, предназначенные для эксплу-

атации в условиях постоянного погружения при температурах до +160°C и устойчивые к широкому спектру химически агрессивных веществ. Аналогично пастообразным ремонтным материалам защитные покрытия предназначены для холодного нанесения и не содержат растворителей. Это позволяет избежать усадки и снижает риски для здоровья и безопасности, характерные для альтернативных методов ремонта и защиты.

Решения для повышения КПД Обратившись к основным понятиям о жидкостях и влиянию шероховатости поверхности на поток, определено что при низких скоростях потока жидкость перемещается слоями, параллельными стенкам гидравлического канала, при этом перемешивания слоев не происходит. Такой режим течения называется ламинарным. Когда скорость жидкости достигает определенной величины, течение становится хаотичным и появляются неустойчивые завихрения. Такой режим течения, коренным образом отличающийся от ламинарного, называется турбулентным. В классической теории гидродинамики считается, что молекулы жидкости, находящиеся на поверхности стенок канала, неподвижны. Из-за торможения слоев жидкости, соприкасающихся с неподвижным пристеночным слоем, в канале устанавливается градиент скорости потока от стенок к центру. По мере удаления от стенки канала эффект торможения ослабевает. Действующая на пограничный слой сила вязкого трения, известная также как внутреннее трение или сопротивление трения пограничного слоя, становится причиной потери напора в каналах с ламинарным течением жидкости. Пограничным называется слой жидкости, непосредственно прилегающий к непод-

Нанесение защитного эпоксидного покрытия

44

Композитный мир | #1 (82) 2019


Технологии Турбулентныйпоток

Ламинарный поток

вижной поверхности, скорость перемещения которого определяется силой вязкого трения. Чем выше шероховатость поверхности стенки, тем толще пограничный слой. При определенной скорости потока, называемой критической, этот слой становится нестабильным, и ламинарный поток превращается в турбулентный. В таком режиме отдельные объемы жидкости перемещаются независимо друг от друга, образуя завихрения и поперечные потоки. Турбулентность приводит к дополнительным потерям энергии, помимо потерь, связанных с сопротивлением трения в пограничном слое. В случае относительно гладких поверхностей толщина пограничного слоя может быть достаточно большой, чтобы скрыть выступы шероховатости, в этом случае поверхность считается гидравлически гладкой. Если оборудование изготовлено из чугуна, шероховатость поверхности можно увидеть даже невооруженным глазом, но с помощью сканирующего электронного микроскопа это видно более четко. Турбулентное течение может приводить к ударным воздействиям, когда поток жидкости бомбардирует поверхность оборудования, ускоряя тем самым эрозию металла. Еще одним негативным следствием турбулентности является кавитация — процесс образования и схлопывания пузырьков газа в жидкой среде. Возникающие при этом ударные волны обладают столь разрушительной силой, что буквально разъедают металл, что приводит к образованию глубоких язв на поверхности. Эти повреждения усугубляются коррозией и абразивным воздействием, а в результате КПД снижается еще больше. Потери энергии, обусловленные силой вязкого трения и шероховатостью поверхности и усугубленные эрозией-коррозией, можно уменьшить, если на внутренние поверхности оборудования, работающего с жидкими средами, нанести защитное покрытие. Использование защитного покрытия Belzona 1341 (Supermetalglide), разработанного для создания идеально гладких поверхностей. Степень гладкости и толщина слоя являются критическими факторами, определяющими высокую эффективность покрытия, так как они снижают сопротивление трения, не меняя характеристики потока. Не меньшее значение имеет уникальный химический состав покрытия Belzona 1341. В виду гидрофобных свойств покрытия вода просто соскальзывает с его поверхности, а сочетание смазывающих добавок и

износостойких наполнителей в составе покрытия сводит к минимуму абразивный износ. Повышение производительности по результатам независимых испытаний, проведенных в Британской национальной инженерно-технической лаборатории (N.E.L.): Испытания насоса проводили с использованием стандартной системы с замкнутым контуром, при этом во всем рабочем диапазоне насоса (10–125%) определяли значения трех показателей — расхода, напора и мощности, которые использовали для построения точной кривой производительности насоса. В качестве средств измерений использовали приборы, откалиброванные с помощью рабочих эталонов, прослеживаемых до государственных первичных эталонов. Для испытаний покрытия Belzona 1341 был выбран одноступенчатый центробежный насос торцевого всасывания с 10-дюймовыми всасывающим и нагнетательным патрубками. Было установлено, что насос без покрытия, работающий со скоростью 1300 об/мин, способен перекачивать 875 м3 в час при напоре 26,5 м с максимальным общим КПД, достигающим 83,5% (общий КПД определяется как соотношение гидравлической мощности насоса к механической мощности на валу).

Увеличение срока службы 10 вакуумных насосов в 6 раз Крупная мануфактурная компания искала решение для борьбы с интенсивным износом и значительным снижением производительности 10-и жидкостно-кольцевых вакуумных насосов производства Siemens, находящихся в эксплуатации приблизительно 12 месяцев. После разборки одного из насосов было обнаружено, что интенсивная работа оборудования по перекачке технологических сред с большим содержанием твердых примесей привела к значительному эрозионному и коррозионному повреждению компонентов насоса.

Решение Belzona Для восстановления ротора было решено использовать материалы Belzona 1311 (Ceramic R-Metal) и Belzona 1321 (Ceramic S-Metal), чтобы устранить воздействие коррозии и значительно снизить степень эрозии. Для восстановления распределительных пластин ротора использовали материал Belzona 1111 (Super Metal) с последующей механической обработкой для

Композитный мир | #1 (82) 2019

45


Технологии

1

2

1 — Ротор до нанесения систем Belzona 2 — После нанесения систем Belzona 1311 и Belzona 1321

восстановления критических допусков. Внутренняя проверка насоса через 13 месяцев эксплуатации доказала, что покрытия Belzona находятся в превосходном состоянии и обеспечивают полную защиту насоса. Следует заметить, что изменений в технологический процесс не вносилось, и насос без защитного покрытия был практически уничтожен меньше, чем за 12 месяцев эксплуатации. Все 10 насосов станции были отремонтированы с использованием указанных технологий с увеличением среднего срока службы до 6 лет без необходимости капитального ремонта. Благодаря решению Belzona оператор станции смог полностью избежать замены насосов.

Сохранение прироста производительности центробежного насоса после 3,5 лет эксплуатации В данном примере компания, предоставляющая услуги в сфере водоснабжения, столкнулась с резким 11% - ым снижением производительности 2-х насосов производства компании KSB по причине сильного износа под воздействием коррозии и кавитации. В дополнение к эрозии, вызванной кавитацией, общая и контактная коррозия привели к протечке в местах установки компенсационных колец, что и привело к значительной потере эффективности. Было принято решение восстановить посадочные места компенсационных колец с помощью технологии формования с использованием самих колец в качестве формообразователей. Сначала насос из литейного чугуна подвергли абразивоструйной обработке для достижения требуемого стандарта подготовки поверхности, а кольца обработали антиадгезионным составом, чтобы впоследствии их можно было снять.

Кавитанционные и коррозийные повреждения насоса

46

Композитный мир | #1 (82) 2019

Затем на подготовленную область посадочных мест постепенно нанесли материал Belzona 1111 (Super Metal). Непосредственно после этого рабочее колесо насоса с предустановленными обработанными компенсационными кольцами было установлено на место, а все излишки материала Belzona, выступившие из-под формовочных поверхностей, были удалены. Правильная высота и выравнивание сформированной части были достигнуты благодаря правильной установке и позиционированию подшипников. Идентичную методику использовали для восстановления второй половины корпуса насоса. В качестве финального защитного покрытия был использован материал Belzona 1341 (Supermetalglide) для предотвращения коррозии и замедления эрозийных процессов. В результате по завершении ремонта показатель прироста производительности составил 12%. При повторной инспекции, после трех с половиной лет эксплуатации оборудования зафиксировано сохранение прироста производительности на 9%. Полимерные материалы находят широкое применение в области ремонта оборудования и механизмов, при этом сокращая время простоя, устраняя потребность в дорогостоящей замене поврежденного, изношенного оборудования и его частей. Ремонт металлических деталей с применением «технологий холодного отверждения» позволяет избежать применения огневых работ, следовательно, и потенциальных проблем, связанных с термическим напряжением металла и электрохимической коррозией. Композитные технологии так же можно использовать для нового оборудования с целью повышения его КПД и снижения потребления электроэнергии. Уникальные характеристики этих материалов обеспечивают повышение КПД на 3–8% для новых насосов и до 20% для эксплуатируемого оборудования.

Выполненный ремонт насоса

Хорошее состояние защитного покрытия после 3,5 лет эксплуатации


Технологии Холодников Ю. В., к.т.н. директор ООО СКБ «Мысль» Екатеринбург

Вариативность защитных систем Утилитарной задачей развития реального сектора экономики является повышение надежности, долговечности и эффективности эксплуатации основного технологического оборудования и строительных конструкций, а также модернизация производства и интенсификация производственных процессов, задействованных в решении стратегических планов развития различных отраслей промышленности по выпуску инновационной и конкурентоспособной продукции мирового уровня качества.

Литература 1. Холодников Ю. В., Альшиц Л. И. Футеровка технологического оборудования и строительных конструкций композиционными материалами: справочное пособие. – Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2013. – 145 с. 2. ГОСТ Р 55074 – 2012. «Химостойкие полимерные композиты для футеровки технологических емкостей». 3. Патент РФ №2365678 «Способ получения защитного футеровочного покрытия», 27.08.2009. Патентообладатель – ООО СКБ «Мысль». 4. Холодников Ю., Альшиц Л., Таугер В. Промышленные композиты. Возможности и перспективы. – Из-во: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2016 г. – 450 с. 5. СТО 96657532-001-2007. Ремстрим-К. 6. Патент РФ №2636495 «Способ получения полимерного композиционного материала для изготовления изделий», 23.11.2017. Патентообладатель – ООО СКБ «Мысль». 7. СП 001-2009 СКБМ «Правила проведения футеровочных работ композиционными материалами». Стандарт предприятия. 8. Холодников Ю.В. и др. Технологии композитостроения. – М.:Научное обозрение, 2017. – 154 с. 9. Холодников Ю.В. и др. Синергетический эффект дисперсных систем в полимерной матрице промышленных композитов // Prospero. – 2016. – № 1. – С. 104–117. 10. Патент РФ №26001602 «Способ центробежного формования труб из полимерных композиционных материалов и устройство для его осуществления», 13.10.2016. Патентообладатель – ООО СКБ «Мысль». 11. ТУ 2259-011-20161638-2015. «Плитка из полимерных композитов для специальных условий эксплуатации. Общие ТУ». 12. И 017-2016 СКБМ. «Инструкция по футеровке оборудования штучными футеровочными материалами». 13. Патент на полезную модель РФ №92383 «Лист футеровочный слоистый», 20.03.2010. Патентообладатель – ООО СКБ «Мысль». 14. ГОСТ Р 54927-2012. «Лист полимерный композиционный специального назначения. Общие ТТ.». 15. Холодников Ю. В., Альшиц Л. И. Защита оборудования листовым композитом // Композитный мир. – 2010. – № 1. – С. 32–33. 16. Абдюшев Д. Бестраншейные методы устранения утечек в трубопроводах (ч.2) // Основные средства. — 2009. — № 9. 17. Патент РФ №2473424. «Способ изготовления объемных изделий из композитов», 27.12.2013. Патентообладатель – ООО СКБ «Мысль».

48

Композитный мир | #1 (82) 2019


Технологии Одной из составляющей данной задачи является решение проблемы защиты оборудования и конструкций от воздействия опасных производственных факторов, а именно защита от коррозии и других видов разрушения, сопутствующих большинству технологических процессов в добывающих, перерабатывающих, машиностроительных и других секторах производственного сектора экономики. Огромные потери устранить полностью невозможно, поскольку в основе коррозионных (абразивных, термических и прочих) процессов лежат объективные законы природы. Однако грамотное применение уже имеющихся методов и средств защиты, а также разработка и внедрение новых антикоррозионных материалов и технологий их эффективного использования позволяют сократить ущерб от коррозии, повысить надежность и безопасность эксплуатации оборудования, машин и сооружений. Способов защиты от коррозии (в широком смысле этой проблемы) существует много. Рассмотрим только одно из самых эффективных направлений этого вида деятельности, а именно футеровку технологического оборудования и строительных конструкций полимерными композиционными материалами. Мы занимаемся этой темой более 18 лет, имея свои наработки и свое мнение по этому направлению, которое постараемся донести в рамках настоящей публикации. На рисунке 1 представлена схема основных видов футеровочных материалов (ФМ), определяющих способы футеровки оборудования, эксплуатируемого в условиях воздействия агрессивных рабочих сред. Под оклеечными футеровочными материалами (ОФМ) подразумеваются гибкие тонкие материалы (специальные технические ткани, эластомеры, полимеры), адгезия которых к защищаемой поверхности достигается за счет применения различных клеевых составов, филлеров, праймеров. футеровочные материалы

оклеечные ФМ

жидкие ФМ

штучные ФМ

листовые ФМ

ламинированные

шпатлёвки

плитка

полимерные

камнелитные

рулонные

толстослойные наполненные ЛКМ

камнелитая графитовая керамическая угольная метлахская шлакоситалловая АТМ полимерная композит металлические

полиуретан фторопласт полиэтилен и др.

композитные

композиты

стеклопластики ноу-хау полимербетон

гуммирование

торкретирование

спец. ФМ

ц/б литьё

вкладыши

комбинированные

эластомеры резиновые блоки

напыление углеграфитные резиновые

металл

маты скорлупы ППУ Рисунок 1. Основные виды футеровочных материалов

кирпич шамотный огнеупорный клинкерный

спец. изделия

огне-, тепло-, био- и прочие

Композитный мир | #1 (82) 2019

49


Технологии а

б

Рисунок 2. а — схема ламинатной системы защиты, б — ванна травления, ламинированная химстойким композитом

Ярким примером современного высокоэффективного способа применения ОФМ служит ламинирование — послойная укладка функциональных слоев, пропитываемых органическими смолами, на подготовленную поверхность, покрытую специальным эластичным праймером. Слои, как правило, состоят из стеклоармирующих материалов (стекломат, стеклоткань, вуаль и прочих). Подробно данный способ защиты описан в следующих источниках — [1, 2–4]. На рисунке 2 показана схема ламинатной системы защиты и пример такой защиты. Данный способ защиты оборудования отлично зарекомендовал себя в качестве долговременной и эффективной защиты от воздействия химически активных жидких и газообразных рабочих сред с рабочей температурой до +150°С. Преимущества данного способа защиты оборудования и конструкций, по сравнению с другими способами защиты, заключаются в следующем: • высокая химическая стойкость покрытия в широком диапазоне агрессивных промышленных сред; • высокая прочность покрытия, позволяющая защите воспринимать вибрационные и динамические нагрузки; • возможность нанесения покрытия на сложные

• •

поверхности: сферические, криволинейные, конусообразные и прочие, — при этом покрытие сплошное, не имеющее сочленений и стыковок; возможность варьировать толщину покрытия, усиливая его в наиболее ответственных местах, при этом малый вес покрытия не влияет на прочностные качества защищаемого оборудования; хорошая совместимость с другими видами защитных покрытий, что позволяет оптимизировать систему защиты различными материалами в зависимости от видов агрессивного воздействия на оборудование; ремонтопригодность защитного покрытия, при этом ремонт не огневой; относительная простота нанесения защитной системы, не требующая применения сложного оборудования и оснастки.

Жидкие футеровочные материалы — это защитные системы, наносимые на поверхность в жидком (пастообразном) состоянии. Наносятся они различными способами (ручной — шпателями, механизированный — шпатлевочными пистолетами, агрегатами (см. рисунок 3)). После чего они отверждаются за счет полимеризации/поликонденсации связующего,

а

б

Рисунок 3. Рисунок 3: а — шпатлевочный агрегат, б — шпатлевочный пистолет

50

Композитный мир | #1 (82) 2019


Технологии естественной сушки (при комнатной или повышенной температуре) или воздействия энергетического излучения (например — УФ). Большая доля связующего почти любой шпатлевки отечественного производства композитного типа приходится на эпоксидную смолу. Остальные части составляют разного рода пигменты и модифицирующие добавки с пластификаторами. Этот состав шпатлевок позволяет отнести их к разряду композиционных материалов ввиду наличия квалификационных признаков — связующее + наполнители, не вступающие в реакцию друг с другом. Коэффициент содержания нелетучих элементов в описываемых шпатлевках составляет порядка 90%, а толщина таких покрытий достигает нескольких сантиметров. Конкретный набор второстепенных компонентов шпатлевки по металлу зависит от условий применения. Это могут быть и нейтральные вещества для заполнения дефектов, и армирующие волокна наподобие стеклопластиковых включений, улучшающих физические свойства прочности. Иногда дополнительные элементы вносят уже в процессе приготовления раствора. К таким можно отнести мел или каолин, которые способствуют более быстрому отверждению и высыханию смеси. Для защиты технологического оборудования, железобетонных, бетонных, кирпичных и металлических конструкций, эксплуатирующихся при постоянном воздействии паров и растворов кислот, защиты от «газовой» коррозии железобетонных и кирпичных конструкций, сооружений канализации (коллекторы, шахты), защиты дымовых труб рекомендуется защитная система «Ремстрим-К». Она представляет собой двухкомпонентный полимерминеральный состав с содержанием полимерсиликатов, функциональных добавок и адгезионных модификаторов [5]. В СКБ «Мысль» за последние три года проведен большой объем НИР по разработке, тестированию и применению шпатлевок на полиэфирном и винилэфирном связующем и кварцевых наполнителях различного фракционного состава. Определен оптимальный фракционный и гранулометрический состав кварцевого наполнителя, позволяющий получить защитное покрытие с высокими эксплуатационными качествами: химическая стойкость, механическая прочность, абразивостойкость, теплостойкость. Установлено, что введение кварцевых наполнителей в органическое связующее существенно повышает защитные свойства покрытия. Причем в разных фракционном и гранулометрическом составах повышаются те или иные эксплуатационные параметры. В настоящий момент разработана технологическая и эксплуатационная документация, утвержденная в установленном порядке [6, 7]. Готовится к запуску опытно-промышленное производство шпатлевочных материалов. Достоинством защитных шпатлевочных покрытий является, во-первых, возможность оперативного нанесения на сложные поверхности и отличная адгезия к бетону, во-вторых, высокая абразивостойкость и теплостойкость, в-третьих, ремонтопригодность и возможность применения в качестве кладочного

раствора при футеровке штучными материалами (плитка, кирпич). Недостатки шпатлевки — это, прежде всего, низкая прочность покрытия, что не позволяет применять ее в условиях вибрации и динамических нагрузок на футеруемое оборудование. Толстослойные наполненные лакокрасочные материалы (ЛКМ) в отличие от шпатлевочных ФМ наносятся на защищаемую поверхность методом воздушного или безвоздушного напыления с помощью окрасочных агрегатов (рисунок 4). Толщина таких покрытий, как правило, не превышает 2–3 мм, и они относятся к пленочным покрытиям. Связующими для наполненных химстойких ЛКМ покрытий служат: • эпоксиды (устойчивы к воздействию большинства слабых кислот, солей и щелочей); • новолак эпоксиды (обеспечивают защиту от 98% серной кислоты, гидроксида натрия и других агрессивных сред); • полиэфиры (стойки ко многим разбавленным неорганическим кислотам и некоторым концентрированным, к щелочам, большинству солей и органических соединений); • хлорендиковый полиэфир (обладает превосходной стойкостью к хромовой и азотной кислоте, парам хлора, растворам окислителей и некоторым органическим растворителям); • винилэфиры (обладают превосходной стойкостью к растворам органических и неорганических кислот, щелочей и большинству алифатических растворителей); • новолак винилэфир (обладает превосходной стойкостью к большинству ароматических и алифатических растворителей, концентрированным органическим и неорганическим кислотам); • гибрид новолак (высокотехнологичные системы, созданные для защиты от агрессивных химических веществ, таких как хлорированный метилен, ацетон, метанол, азотная кислота и n-метил-пирролидон); • органосиликаты/кремнийорганика (обеспечивают высокую тепло- и химстойкость).

Рисунок 4. Нанесение толстослойного огнестойкого покрытия

Композитный мир | #1 (82) 2019

51


Технологии а

б

Рисунок 5. а — аппликатор французской фирмы Matrasur, б — работа с аппликатором

Наполнителями в толстослойных ЛКМ служат: чешуйки стеклянные, слюдяные, графитовые/углеродные, стекло- и зольные сферы, а также мелкодисперсные порошки диоксида кремния, оксида алюминия (корунд), кварца, нитрата бора, ПВХ , мелкорубленый стеклоровинг. Производителями высококачественных толстослойных ЛКМ являются: «International», «HEMPEL», НПО «СТРИМ», НПП «ВМП» и другие. Достоинства толстослойных ЛКМ заключаются, прежде всего, в высокой производительности аппаратных систем нанесения покрытия и в более надежной защите, по сравнению с «обычными» химстойкими ЛКМ. Основной недостаток — ненадежность защиты в условиях ударных, абразивных и вибронагрузок. Центробежное литье композитов — внутреннее покрытие тел вращения специальными защитными полимерными составами. Главная особенность формирования покрытия при центробежном способе заключается в том, что заполнение формы защитным составом и его затвердевание происходят в поле действия центробежных сил, во много раз превосходящих силу тяжести. В этих условиях, если твердые частицы соприкасаются со стенкой объекта защиты, они оказываются прижатыми к стенке и уже не всплывают. В СКБ «Мысль» проведен большой объем НИОКР по данной теме, в результате которого разработаны различные защитные композитные составы, повышающие химическую стойкость защищаемого

Рисунок 6. Образцы композитных плиток из разных наполнителей.

52

Композитный мир | #1 (82) 2019

оборудования, твердость, прочность, теплостойкость и другие эксплуатационные параметры изделий, работающих в агрессивной среде [8, 9]. Конструкция установки для центробежного литья композитов защищена патентом РФ [10]. Напыление (применительно к композитам — спрейметод) — широко применяется для изготовления объемных изделий из стеклопластика, однако, вполне приемлем и для нанесения защитных футеровочных покрытий. Напыление осуществляется с помощью специальных аппаратов (аппликаторов) (рисунок 5). Работа по нанесению покрытия спрей-методом подробно описана в [4]. Достоинства этого способа в высокой производительности. Недостаток — необходимость в специальном оборудовании и высококвалифицированных кадрах. Кроме этого, с аппликатором нельзя работать в замкнутых объемах, например при футеровке емкостей, цистерн. Штучные ФМ — широко применяются для облицовки строительных конструкций и футеровки технологического оборудования, работающего при воздействии экстремально агрессивных рабочих сред. В качестве штучных футеровочных композитных материалов целесообразно применять футеровочные плитки на винилэфирном связующем и минеральных наполнителях, разработанных и протестированных в ООО СКБ «Мысль» [11,12.]. Плитки изготовлены способом прессования с наполнителями специально подобранными по фракционному составу. Размеры плиток от 300 × 300 мм до 500 × 500 мм, толщиной от 5 до 20 мм (рисунок 6). По требованию заказчика могут быть изготовлены фасонные плитки. По сравнению с известными штучными ФМ композитные плитки имеют ряд преимуществ, а именно: • они легче камнелитых, следовательно, не существенно влияют на вес футерованного оборудования; • они прочнее керамических плиток и не боятся ударных нагрузок; • они устойчивы в широком диапазоне агрессивных рабочих сред, и могут выпускаться в специальном исполнении, например: химстойкие, абразивостойкие, биостойкие, теплостойкие, комбинированные, повышенной механической прочности и так далее;


Технологии

Рисунок 7. Конструкция футеровочного листа

• композитные плитки совместимы с другими видами футеровочных покрытий (не только из композиционных материалов). Среди листовых ФМ остановимся на композиционных листовых материалах, специально изготовленных для футеровки технологического оборудования. Конструкция листа защищена патентом РФ [13] и представлена на рисунке 7. Преимущества футеровки листовым многослойным композитом: • высокие удельные прочностные характеристики листового композита, сопоставимые (а с принятием специальных мер — превосходящие) с соответствующими параметрами стали; • отсутствие сварных швов между листами, которые в листовых термопластах снижают прочностные и химзащитные свойства покрытия, являясь концентраторами внутренних напряжений; • ремонтопригодность и отличная адгезия к материалу защищаемого объекта; • относится к трудногорючим материалам и безвреден в отвержденном состоянии для окружающей среды; • высокие ударо- и вибропрочность, гасящие резонансные колебания футеруемого оборудования; • возможность варьирования свойств композита, в зависимости от требуемых рабочих параметров, например, повышенная износостойкость, электропроводность, термостойкость, антиадгезивность; • малый удельный вес композита в сочетании с высокой прочностью позволяет снизить толщину футеровочного листа до минимальных 2,5 мм, что благоприятно отражается на условиях проведения работ, несущественно меняет массу и габариты оборудования и выгодно отличает композит в ценовом аспекте; • возможность применения различных схем крепления листа к защищаемой поверхности: на праймере, с помощью приваренных к стальной поверхности винтов, анкерами к бетонной поверхности и другие.

Важнейшим достоинством защиты листовым композитом перед всеми другими способами и методами футеровки является возможность сочетания способов защиты — листового и «мокрого ламинирования». В тех случаях, когда защищаемая поверхность состоит из прямолинейных и криволинейных плоскостей (например — сферических), прямолинейные участки футеруются листовым композитом, а криволинейные — по технологии «мокрого ламинирования». Аналогично решаются проблемы с защитой приформованных фланцев, патрубков и прочих. Преимущества ведения футеровочных работ листовым композитом перед технологией «мокрого ламинирования» заключаются в следующем: • листовой композит, изготовленный в цеховых условиях с соблюдением всех требований технологического регламента, наиболее полно соответствует идеальным прочностным и защитным критериям, заложенным в него нормативными документами и принимаемыми в расчет при выборе системы защиты; • некоторые виды специального защитного слоя, придающие композиту уникальные эксплуатационные параметры (например, применение нано-композитов, нанесение нетиксотропных покрытий, термостабилизирующиеся и износостойкие покрытия и так далее) можно нанести только в заводских условиях; • значительно улучшаются санитарногигиенические параметры воздушной среды на месте проведения работ и повышается пожарои взрывобезопасность при проведении работ; • футеровка листовым композитом занимает меньше времени, чем «мокрое ламинирование». Листы выпускаются трех видов: облегченные, обычные, усиленные; толщиной от 2,5 до 10 мм; размером 1000 × 2000 мм (2 м2). Толщина листа выбирается, исходя из требуемых прочностных качеств покрытия и заданного срока эксплуатации в данной рабочей среде. Возможно изготовление листов под индивидуальные требования заказчика. Подробная информация по описанному футеровочному материалу приведена в [1, 14, 15]. Футеровочные вкладыши — это готовые изделия для защиты внутренней поверхности оборудования, изготовленные из специальных материалов, стойких в конкретной рабочей среде, повторяющие форму защищаемой поверхности и свободно встраиваемые в данное рабочее пространство (рисунок 8). На данный момент времени известны два вида футеровочных вкладышей: «жесткий» и «мягкий». Жесткий вкладыш применяется для футеровки оборудования простой геометрической формы (прямоугольной, плоской, круглой и прочей) и свободно вставляется во внутреннее пространство защищаемого оборудования. Достоинства: простота конструкции и монтажа, возможность иметь запасной комплект вкладышей.

Композитный мир | #1 (82) 2019

53


Технологии а

б

Рисунок 8. a — ванна травления металлическая и полимерный химстойкий вкладыш, б — стеклопластиковый вкладыш, вставленный в бетонную канализационную трубу

Недостатки: ограниченная область применения, связанная с невозможностью защиты емкостного оборудования и оборудования, свободный доступ к которому затруднен, криволинейного оборудования (цистерны, закрытое емкостное оборудование: мерники, чаны, подземные емкости, а также трубопроводы с разными диаметрами труб и изгибами по трассе). Характерным примером так называемого «мягкого» футеровочного вкладыша, является применение системы защиты трубопроводов CIPP (cured-in-place pipe — «отверждаемая на месте оболочка»). [16] Суть процесса рассматриваемой технологии защиты заключается в том, что «чулок» из нетканого стеклоармирующего материала пропитывается связующим и заводится в трубу. Затем в «чулок» подается под давлением рабочая среда, которая прижимает его к внутренней поверхности трубы и связующее полимеризуется. В качестве рабочей среды может применяться сжатый воздух, вода или пар. Схема установки для реализации технологии CIPP показана на рисунке 9. Достоинством описанного способа футеровки является возможность защиты подземных трубопроводов без вскрытия траншей. Недостатками — сложность процесса футеровки, специальное оборудование, специальные материалы, квалифицированные работники. Разработанная в ООО СКБ «Мысль» технология

объемной футеровки (surround molding technology) позволяет защищать практически любые объемные изделия, при этом до минимума сведены затраты на технологическую оснастку и время на изготовление защитного покрытия [17]. Суть предлагаемого технического решения состоит в том, что сначала футеровочный каркас сшивают из предварительно раскроенного в размер армирующего материала. Затем внутрь полученного каркаса помещают воздухонепроницаемый эластичный баллон (силиконовый, полиэтиленовый, резиновый или другой) с ниппелем и пропитывают заготовку термореактивным связующим. Готовую «мягкую» футеровку помещают вовнутрь защищаемого изделия. Через ниппель в баллон подают воздух под давлением, достаточным для принятия заготовкой формы изделия. После выдержки баллона под избыточным давлением в течение времени полимеризации смолы полость баллона сообщают с атмосферой, а сам баллон вынимают или оставляют внутри изделия в качестве дополнительного защитного слоя. Способ поясняется схемой на рисунке 10. Преимущества предложенного способа перед известными заключаются в следующем: • отсутствие форм и технологической оснастки существенно удешевляет и упрощает процесс футеровки;

а

б

Рисунок 9. a — схема установки CIPP, б — фрагмент работы по футеровке подземного трубопровода

54

Композитный мир | #1 (82) 2019


Технологии а

б

Рисунок 10. a — схема объемной футеровки, б — экспериментальная модель

• изделие в виде ёмкости, например, цистерну или воздуховод, можно футеровать сразу с присоединительными патрубками и закладными элементами; • объемная конфигурация защищаемого изделия лимитируется только возможностями по сшивке элементов футеровочного каркаса, при этом само изделие получается после полимеризации, по сути, бесшовным; • технология позволяет защищать изделия переменного сечения и неограниченной длины, определяемой только ограничениями по транспортировке и монтажу сшитого футеровочного каркаса. При этом заготовленный в цеховых условиях футеровочный каркас можно транспортировать на место установки в свернутом виде, а окончательный монтаж подачей сжатого воздуха вовнутрь баллона производить по месту. Разработано несколько вариантов реализации базового принципа футеровки описанным способом [8]. Комбинированная футеровка. Для того, чтобы более рационально использовать преимущества волокнистых материалов в теплотехническом строительстве применяют комбинированные футеровки, в которых рабочий слой чаще всего выполняют из жаростойкого бетона или торкрет-бетона, а внутренние изоляционные слои — из различных волокнистых материалов и изделий. Такие футеровки выдерживают значительные механические нагрузки, успешно противостоят эрозионным воздействиям газовых потоков, могут работать при температурах, превышающих +1000°С, сохраняя при этом теплоудерживающие способности. Значительно снижая нагрузку на каркас ввиду относительно малой массы, комбинированные футеровки обладают достаточно высокой деформативностью, транспортабельностью и ремонтоспособностью. Закрепление футеровки осуществляют при нанесении рабочего слоя из жаростойкого бетона, который после набора им достаточной прочности

через систему анкерных креплений удерживает в стационарном состоянии все промежуточные ранее уложенные слои. Резино-керамическая футеровка представляет новое поколение композитных панелей, сочетая в себе износостойкие керамические элементы и высококачественную резину (рисунок 11). Композитные плиты обладают высокой устойчивостью к истиранию и другим видам изнашивания, существующего на промышленных предприятиях. Композитная панель изготавливается с использованием износостойкой резины, в которой при особой технологии вулканизированы керамические или карбидкремниевые элементы. Износоустойчивые панели зачастую изготавливаются с металлической подложкой, но в зависимости от назначения и условий эксплуатации стальная подложка не требуется. Основные преимущества: • исключительная стойкость к истиранию: срок службы керамики при абразивных нагрузках может достигать показателей, в десятки раз превышающие срок службы других футерующих материалов; Керамический слой возможная форма: шестигранник — 20 × 20, 46 × 46 мм квадрат — 48 × 48 мм

Металлическая подложка тыльной стороны плиты выполнена из касетвенного металла и окрашена антикоррозийной краской

Керамические цилиндры

Рисунок 11. Элементы резино-керамической футеровки

Композитный мир | #1 (82) 2019

55


Технологии • низкий коэффициент поверхностного трения, что позволяет повысить проходную способность различных материалов (сухих и влажных), намного уменьшив проблемы при перемещении данных материалов в бункерах, течках, узлах перегрузки и прочих видах транспортнонакопительного оборудования; • устойчивость к ударным нагрузкам за счёт высокой твёрдости керамики и амортизационного слоя резины, резинокерамическая футеровка может испытывать постоянные высокие ударные и абразивные нагрузки, например: при загрузке руды в бункер; • антиадгезионные свойства: применение данных материалов снижает налипание любых, в том числе влажных и глинистых, транспортируемых материалов на поверхности оборудования, значительно уменьшает налипание материала в осенне-весенний период при отрицательных температурах; • отличное решение для переработки больших объемов материала под различными углами падения без разработки шаблона износа; • отличная звуковая и вибрационная изоляция; • химическая и коррозионная устойчивость: такая футеровка устойчива к слабокислотной среде, щёлочестойкая. • более лёгкий вес: керамика в два раза легче, чем металл, что значительно облегчает монтаж/

демонтаж, снижает общую физическую нагрузку на оборудование, сокращает время проведения работ. При использовании керамики в качестве футеровки движущихся конструкций достигается значительное снижение расхода электроэнергии.

Выводы 1. Композиты широко представлены во всех видах футеровки и получают все более широкое применение при выполнении защитных работ на технологическом оборудовании и строительных конструкциях, эксплуатируемых в агрессивной рабочей среде. 2. Отмечается недостаток нормативно-технической документации, уровня НИОКР и отечественных литературных материалов по теме эффективной защиты промышленного оборудования различными способами его футеровки. 3. Рассматривая совокупность признаков, определяющих целесообразность применения того или иного вида футеровочного материала для изделий, эксплуатируемых в особо опасных производственных условиях, следует констатировать, что на данный момент времени футеровка композитными материалами является наиболее предпочтительным видом футеровки ввиду своей универсальности, отличной химстойкости, технологичности и наличия явных эксплуатационных преимуществ.

Открыта подписка на 2019 год Композитный мир в социальных сетях

#композитныймир #композиты #композитныематериалы# стеклопластик #углепластик #смола #полиэфирная #эпоксидная #инфузия #ртм #препрег #модельнаяпаста #выкладка #чпу #неразрушающийконтроль #базальтовоеволокно #формование #намотка

podpiska@kompomir.ru | www.kompomir.ru


Отрасль

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

Базальтовые непрерывные волокна — основа для создания новых промышленных производств и широкого применения армирующих и композитных материалов

58

Композитный мир | #1 (82) 2019


Отрасль Статья посвящена вопросам создания производств базальтового непрерывного волокна (БНВ) как основы для выпуска армирующих и композитных материалов для строительной отрасли, дорожного строительства, базовых отраслей промышленности, энергетики, нефтяной и газовой отрасли, коммунального и водного хозяйств. Представлены характеристики и преимущества БНВ, армирующих и композитных материалов на его основе; технологии и технологическое оборудование для производства БНВ; классификация БНВ по отраслям применения. Рассмотрены вопросы создания промышленных производств от выбора базальтового сырья, проектирования заводов, монтажа и запуска оборудования до выпуска продукции и создания системы сбыта. Основным компонентом современных полимерных композитных материалов в большинстве случаев является волокнистый армирующий наполнитель, который применяется в виде ровингов, лент, тканей, холстов, матов, рубленых волокон. В композитах содержание волокнистого наполнителя обычно составляет от 70 до 80%, и именно он определяет прочностные и во многом эксплуатационные характеристики изготавливаемого композитного материала. Для армирования полимерных композитов применяют в основном стеклянные, углеродные и базальтовые непрерывные волокна (БНВ) и материалы на их основе. Сравнительные характеристики данных непрерывных волокон представлены в таблице 1. По прочностным характеристикам БНВ занимает промежуточное положение между Е-стекловолокном (СВ) и углеродными волокнами (УВ). Анализируя данные, представленные в таблице 1, можно сделать вывод, что у базальтовых непрерывных волокон наилучшее соотношение «характеристики/ стоимость» по сравнению со стеклянными и углеродными волокнами. Преимущества БНВ определяются рядом факторов:

1. Запасы базальтов для производства волокон достаточно доступны и огромны. 2. Базальтовые породы магматического происхождения имеют высокие характеристики по прочности, химической и термической стойкости. Соответственно базальтовые волокна из них также обладают прочностными характеристиками в сочетании с высокой химической и термической стойкостью [1, 2]. 3. Базальты — готовое сырье для производства волокон. Основные затраты на подготовку базальтового сырья выполнены в природных условиях. Поэтому производство БНВ требует существенно меньше энергоресурсов, чем производство СВ и УВ. 4. Разработки в области технологий и оборудования производства БНВ ранее [3] и в последние годы [4] позволили существенно снизить энергоемкость производства БНВ и создать крупные промышленные производства БНВ и материалов на их основе. Доступное природное сырье, низкие энергозатраты, современное технологическое оборудование обеспечивают высокие характеристики БНВ при низкой себестоимости производства. Классифицировать базальтовые непрерывные волокна принято исходя из их диаметра, назначения и конечных отраслей применения. Данная классификация представлена в таблице 2.

Применение базальтового непрерывного волокна и материалов на его основе Преимуществами БНВ, по сравнению с другими видами непрерывных волокон, является оптимальное сочетание характеристик по прочности, химической и термической стойкости, а также низкой гигроскопичности. Данное сочетание позволяет применять их в самых сложных условиях эксплуатации: под агрессивным воздействием внешней среды и хи-

Таблица 1. Обзор характеристик основных армирующих непрерывных волокон Характеристики

БНВ

E-стекловолокно

S-стекловолокно

Углеродное волокно

3000–4840 *3200–5160

3000–3800

4020–4650

3500–6000

Модуль упругости, ГПа

79,3–93

72,5–75,5

83–86

250–450

Удлинение при разрыве, %

2,5–3,1

4,7

5,3

1,5–2,0

6–21

6–21

6–21

5–15

60–4200

40–4200

40–4200

60–2400

−200/+600

−50/+350

−50/+300

−50/+400

Себестоимость промышленного производства, $/кг

0,8–1,2

1,0–1,4

2,5–3,0

20–30

Цена продаж, $/кг

2,0–3,0

1,3–2,0

3,5–4,5

25–50

Прочность на разрыв, МПа

Диаметр первичных волокон, микрон Tex (вес в граммах 1 км ровинга) Температура применения, °С

* Высокомодульные БНВ, полученные из базальтовых пород повышенной прочности

Композитный мир | #1 (82) 2019

59


Отрасль Таблица 2. Классификация БНВ по диаметрам волокон, назначению и отраслям применения материалов Первичные материалы БНВ

Материалы и изделия на основе БНВ

Отрасли применения

Диаметр БНВ d = 6–10 мкм Комплексные крученые нити для текстильной переработки. Ровинги.

Тонкие ткани, электроизоляционные ткани, ленты, производство электроизоляционных материалов, многослойные платы для электронных устройств и компьютеров, тонкие ткани для производства композитов, тканые и нетканые фильтры тонкой очистки.

Электронная и электротехническая промышленности; авиастроение и автомобилестроение; химическая, биологическая и медицинская отрасли промышленности.

Диаметр БНВ d = 12–14 мкм Ровинги, директ-ровинги, комплексные крученые нити, рубленое волокно.

Ткани из крученых нитей; ровинговые ткани; трикотажные ткани и рукава; препреги; электроизоляционные ткани и материалы; сетки; рулонные и облицовочные пластики; основа мягкой кровли и гидроизоляции; несущие жилы, тросы; профили сложной формы; прутки, строительная арматура и трубы малых диаметров; баллоны высокого давления и емкости; рубленые волокна объемного армирования пластмасс; базальтовая бумага; геотекстильные материалы: дорожные сетки, конструкционные ткани для армирования дорожных покрытий; иглопробивные холсты для тепло-, звукоизолирующих и огнестойких материалов.

Электротехническая и электронная отрасли; энергетика; машиностроение, автомобилестроение, судостроение и другие базовые отрасли промышленности; производство композитов (армирующие материалы); строительная отрасль; дорожное строительство.

Диаметр БНВ d = 15–18 мкм Ровинги, рубленые волокна.

Строительная арматура, армирующие сетки, профили, трубы средних, больших и сверхбольших диаметров, композитные конструкции; холсты из рубленых волокон; плотные ровинговые ткани; иглопробивные холсты; рубленые волокна для армирования бетонов, асфальтобетонов, фрикционных материалов (тормозных колодок, дисков сцепления); композиты; негорючие материалы для судостроения; геотекстильные материалы — сетки для армирования дорожных покрытий, укрепления насыпей, земляных валов и антиэрозийного укрепления почв.

Машиностроение; автомобилестроение; судостроение; промышленность строительных материалов; промышленное и дорожное строительство; берегоукрепление, прибрежное и портовое строительство.

Диаметр БНВ d = 19–20 мкм Рубленое волокно

Рубленые волокна для объемного армирования бетонов и асфальтобетонных дорожных покрытий.

Промышленное и дорожное строительство

Для справки Из отдельных видов базальтовых пород производят специальные термостойкие базальтовые материалы с температурой применения до 900°С. Применение термостойких БНВ — иглопробивные тепло- и звукоизоляционные материалы для автомобильных глушителей, термического оборудования и огнестойких материалов. В процессе производства БНВ при первоначальной намотке, наборе оборотов наматывающей машины образуются грубые волокна диаметрами от 80 до 15 мкм, которые рубятся и используются для армирования бетонов и асфальтобетонов.

мических веществ, при знакопеременных нагрузках, при воздействии высоких температур и пламени. Технико-экономические показатели БНП обуславливают их применение в строительной отрасли, дорожном строительстве, ряде важных отраслей промышленности, энергетике, коммунальном, водном и сельском хозяйствах. На основе БНВ можно производить армирующие материалы: рубленые волокна, арматуру, арматурные сетки, дорожные и строительные кладочные сетки. Армирующие и композитные материалы на основе БНВ, применяемые в разных видах строительства, имеют длительные сроки эксплуатации (50, 100 лет и более) в щелочной среде бетона, влажной среде фундаментов, при воздействии морской воды, в сложных условиях эксплуатации дорожных покрытий и конструкций. Проведены испытания образцов армирующих и

60

Композитный мир | #1 (82) 2019

композитных материалов на основе БНВ в ведущих строительных, дорожно-строительных и отраслевых научно-исследовательских институтах (НИИ). Получены заключения и рекомендации о возможностях их широкого применения. Проработаны вопросы применения данных армирующих и композитных материалов в строительной отрасли, дорожном строительстве, при реконструкции дорог и ремонтах дорожных покрытий. Армирующие материалы из БНВ (рубленое волокно для дисперсного объемного армирования бетонов, арматура диаметрами от 4 до 40 мм, полая арматура диаметрами от 45 до 60 мм, арматурные и кладочные сетки, плоская арматура и армирующие ленты) применяются в строительной отрасли и сейсмостойком строительстве для армирования бетонов фундаментов, свай, несущих колон и перекрытий зданий, армирования бетонных конструкций [5]. Базальтоком-


Отрасль позитная арматура в 2,5 раза превосходит стальную арматуру по прочности, в 8 раз легче, не подвержена коррозии. В ряде стран уже разработаны нормативно-технические документы (технические условия (ТУ), стандарты), регламентирующие производство и применение базальтопластиковой арматуры [6]. В дорожном строительстве, для строительства скоростных автомобильных и железных дорог также активно применяют изделия и конструкции из БНВ. Применение дорожных базальтопластиковых сеток, базальтокомпозитной арматуры, рубленых волокон для укрепления и армирования бетонных и асфальтобетонных дорожных покрытий увеличивает их нагрузочную способность, препятствует образованию трещин, колейности и разрушений. Ресурс и сроки межремонтной эксплуатации автомобильных дорог возрастают в 2,5 раза. Для дорожного строительства из БНВ можно изготавливать армирующие материалы для дорожных плит и конструкций, шпунты Ларсена, опоры освещения, профили-отбойники вдоль опасных участков дорог и разделители встречных полос, водоотводные лотки и трубы, трубы больших диаметров для опор мостов, перекрытия мостов, трубы сверхбольших диаметров (6–9 м), тюбинги для тоннелей и подводных тоннелей (12 м). В КНР накоплен опыт применения материалов из БНВ для строительства скоростных железных дорог и метро, среди них: сетки для укрепления насыпей и оснований дорог, армирующий материал для шпал, опор контактной сети, тюбингов тоннелей. Информация по применению материалов из БНВ в дорожном строительстве представлена в статье [7]. Благодаря стойкости к воздействию влаги и морской воды материалы и изделия из БНВ находят свое применение в гидротехническом, прибрежном и портовом строительстве. Базальтовыми сетками укрепляют дамбы, армируют насыпные и бетонные плотины, водонапорные стенки, русла каналов. Материалы из БНВ используют при сооружении элементов берегоукрепления, волнорезов, прибрежных и подводных строительных конструкций. В автомобилестроении базальтовые материалы применяются при производстве композитных элементов интерьеров и экстерьеров автомобилей, термо- и звукоизоляционных материалов для глушителей. Рубленые базальтовые волокна могут использоваться для производства тормозных колодок и дисков сцепления, а базальтовый корд — для покрышек. Более развернутая информация о применении материалов БНВ в автомобильной промышленности представлена в статье [8]. Материалы из БНВ для авиационной промышленности — это базальтокомпозиты для производства элементов фюзеляжа (внешняя обшивка, шпангоуты, стрингеры), крыльев (внешняя обшивка, лонжероны, нервюры и силовые элементы), оперения (предкрылки, закрылки, элероны), киля, стабилизаторов, рулей направления, панелей и деталей внутренней облицовки самолетов, обшивки мотогондол [9]. Базальтокомпозиты с успехом позволяют заменить дюралюминий и углекомпозиты, при этом существенно

снизить стоимость производства самолетов [10]. Для судостроения при строительстве шельфовых и морских платформ, а также ответственных промышленных объектов (АЭС, химических и нефтехимических заводов, высотного строительства и других) — там, где требуются негорючие и огнестойкие материалы, можно применять композиты на основе химически стойких БНВ и неорганических связующих. В нефтегазовой отрасли находят свое применение коррозионностойкие базальтокомпозитные трубы для магистральных нефте- и газопроводов, тяги нефтяных качалок, а также базальтокомпозитные емкости и цистерны. В энергетике базальтовые непрерывные волокна можно применять для производства элементов опор ЛЭП, лопастей, обтекателей гондол генераторов ветроэнергетических установок (ВЭУ), подвесок и изоляторов, несущих жил высоковольтных проводов. Также материалы на основе БНВ можно использовать в качестве изоляционных и защитных материалов для силовых кабелей. Базальтовые трубы применяются в водном и коммунальном хозяйствах для водоснабжения и водоотведения. Гидроэнергетика — трубы-водоводы для малых ГЭС, армирование насыпных и бетонных плотин ГЭС большой мощности.

Создание заводов по производству базальтовых непрерывных волокон Для обеспечения потребностей в базальтовом непрерывном волокне, армирующих и композитных материалах (АКМ) на его основе необходимо создание целого ряда новых заводов для их производства. Компания «Basalt Fiber Materials Technology Development Co.» (BFM TD) занимается проектированием и запуском заводов БНВ и АКМ на их основе. В комплекс работ входит выбор требуемых месторождений базальтов, разработка проекта завода, изготовление и комплектация технологических

Композитный мир | #1 (82) 2019

61


Отрасль линий, монтаж оборудования и запуск производства, обучение персонала, вывод завода на проектную производительность и организация системы сбыта продукции.

Базальтовое сырье для производства базальтового непрерывного волокна Базальтовые породы магматического происхождения являются одними из наиболее распространенных на Земле. В компании BFM TD проведены работы по классификации и определены типы базальтов и их месторождений наиболее пригодные для производства БНВ [11]. Созданы лабораторные установки для плавления образцов базальтов, исследования их расплавов, вытяжки и оценки качества первичных непрерывных волокон. Специалистами компании накоплен значительный опыт проведения исследований месторождений и карьеров базальтов для производства БНВ в разных регионах и странах мира.

Технологический процесс производства базальтового непрерывного волокна Технологический процесс производства БНВ кратко можно представить в виде следующей последовательности технологических операций: • загрузка и интенсивный нагрев базальта до интервала температур активного плавления; • плавление и получение однородного по структуре и составу аморфного расплава; • перегрев расплава базальтов для получения требуемой степени аморфности и плавления более высокотемпературных включений в базальтовую породу (кристаллов кварцев, магнезитов и других) и удаления пузырьков газов из расплава; • получение гомогенизированного однородного расплава требуемой вязкости перед выработкой; • вытяжка из расплава через фильеры фильерного питателя непрерывных волокон и намотка жгута первичных волокон на шпиндель наматывающей машины. Технологический процесс плавления базальтов и

вытяжки первичных волокон более детально представлен в статьях «Исследование процессов плавления базальтовых пород при производстве непрерывных волокон» [12] и «Исследование выработочных характеристик расплавов базальтов при производстве непрерывных волокон» [13].

Технологическое оборудование для производства базальтового непрерывного волокна Специалистами компании BFM TD разработано два типа оборудования для производства БНВ — фидерные многопостовые FF BCF 8–1000 и FF BCF 15–2000 [14] и модульные технологические линии серии ТЕ BCF [15, 16, 17]. Преимуществами модульных технологических линий TE BCF являются камнеплавильные агрегаты с низким потреблением природного газа, а также возможность применения щелевых фильерных питателей (ФП), вместо струйных ФП [18]. Щелевые ФП устанавливают непосредственно в расплав базальта в фидере плавильной печи. Основной нагрев щелевых ФП осуществляется от расплава базальта при минимуме потребления электроэнергии от трансформаторов. Щелевые ФП имеют меньший вес и позволяют в несколько раз снизить расход электроэнергии на производство БНВ. Проводятся работы по созданию более производительных ФП и увеличения количества фильер, что обеспечит рост объемов производства БНВ при снижении трудоемкости и себестоимости. К настоящему времени специалисты компании BFM TD разработали четыре поколения модульных технологических линий. Разработки в области технологий и оборудования производства БНВ позволили существенно снизить удельные расходы энергоносителей (природного газа — в шесть раз, электроэнергии — в девять раз), а также трудозатраты на производство БНВ. Современное оборудование производства БНВ представлено модульными технологическими линиями TE BCF 2000 третьего поколения и TE BCF 2500 четвертого поколения (технические характеристики представлены в таблицах 3 и 4). Для технологических линий ТЕ BCF 2000 созданы камнеплавильные агрегаты серии BCF 10G и BCF 2х10G,

Таблица 3. Технические характеристики ТЕ BCF 2000 Основные технические характеристики

Единицы измерения

TE BCF 2000

тонн/год

2000–2500

шт.

22

м³/час

160

Удельный расход газа на производство 1 тонны БНВ

м³/т

500

Потребляемая мощность (220/380, 50 Гц)

кВА

350

кВт/ч

900

сут/год

350–360

Производительность линии Количество узлов выработки первичного БНВ Расход газа

Удельный расход электроэнергии на производство 1 тонны БНВ Режим работы круглогодичный

62

Композитный мир | #1 (82) 2019


Отрасль Таблица 4. Технические характеристики ТЕ БНВ 2500 Основные технические характеристики

Единицы измерения

TE BCF 2500

тонн/год

2500–3000

шт.

14

м³/час

110

Удельный расход газа на производство 1 тонны БНВ

м³/т

350

Потребляемая мощность (220/380,50Гц)

кВА

260

кВт/час

800–850

суток в год

350–360

Производительность линии Количество узлов выработки первичного БНВ Расход газа

Удельный расход электроэнергии на производство 1 тонны БНВ Режим работы непрерывный, круглогодичный

специальные загрузочные и плавильные горелки GBF-10, HB-10. В качестве основного энергоносителя для плавления базальтов используют природный (NG), сжиженный газ, сланцевый газ, сжиженный нефтяной газ (LPG), а также попутный нефтяной газ и газовый конденсат. В технологических линиях ТЕ BCF 2500 четвертого поколения применяют камнеплавильные агрегаты серии BCF 25 и BCF 2х25 более производительные с низким потреблением энергоносителей. Технологические линии ТЕ BCF 2500 применяют при наличии базальтового сырья высокого качества и подготовленном квалифицированном персонале. Модульные технологические линии TE BCF третьего и четвертого поколений обеспечивают промышленное производство БНВ по себестоимости ниже, чем производство Е-стекловолокна. Технологические линии TE BCF комплектуются загрузчиками базальтового сырья, камнеплавильными модулями с ФП, узлами нанесения замасливателя, наматывающими машинами, а также оборудованием для производства первичных материалов: туннельными сушилами, оборудованием для намотки бухт ровинга, рубочными машинами, крутильными машинами для производства комплексных нитей. На основе технологических линий TE BCF 2000 и TE BCF 2500 создают заводы производительностью первой очереди завода 2000–2500 т/год, второй очереди — 5000 т/год, проектной производительностью от 10000 до 12000 тонн БНВ в год. Вывод заводов на проектную производительность осуществляется поэтапно: по мере обучения персонала завода и роста объемов сбыта продукции. Компания имеет опыт проектирования и запуска в разных странах девяти заводов, суммарная производительность которых в настоящее время составляет 60 тысяч тонн БНВ и материалов из него в год [4]. Например, в КНР на основе технологий и оборудования компании созданы крупные заводы «Chengdu Aerospace Tuoxin Science & Technology Co., LTD», «Sichuan Aerospace Tuoxin Basalt Industry Co., LTD», «Hengdian Group Shanghai Russia Gold Basalt Fiber» и «GBF — Gold Basalt Fiber». По сути, в КНР создана новая отрасль промышленности — производство базальтового непрерывного волокна, армирующих и композитных материалов на его основе.

Рентабельность производства базальтового непрерывного волокна Стоимость базальтового щебня фракции 3–16 мм, 5–20 мм для производства БНВ составляет 10–15 $/т. Стоимость продаж ровингов БНВ — 2200–3000 $/т (в зависимости от диаметра и прочностных характеристик). Рентабельность промышленного производства БНВ составляет 60–180% в зависимости от условий создания производства БНВ в той или иной стране.

Рынок сбыта продукции заводов по производству базальтового непрерывного волокна В настоящее время мировая потребность в БНВ и материалах из них растет. Ежегодный рост производства и потребления БНВ составляет от 10 до 14%. Спрос на данные материалы существенно превышает объемы производства на созданных заводах. Для строящихся заводов компания BFM TD предлагает потребителей БНВ и материалов на их основе и создает систему долгосрочного сбыта продукции под планируемое производство, а также с учетом перспектив его развития и роста, в том числе закладывая удовлетворение спроса потребителей из разных стран мира. Создание долгосрочной системы сбыта продукции заводов по производству БНВ и АКМ из него проводится по нескольким основным направлениям. 1. армирующие и композитные материалы из БНВ для сложных условий эксплуатации: в коррозионных средах и под негативным воздействием окружающей среды; 2. армирующие и композитные материалы из БНВ для строительной отрасли, производства строительных материалов, сейсмостойкого, дорожного и гидротехнического строительства, коммунального и водного хозяйства; 3. поставки БНВ для производства тонких и электроизоляционных тканей, технических конструкционных тканей, нетканых материалов (базальтовой бумаги, холстов из рубленых волокон, иглопробивных холстов), основы для мягкой кровли и гидроизоляции, препрегов и композитных материалов широкого применения на основе тканей и нетканых материалов;

Композитный мир | #1 (82) 2019

63


Отрасль 4. поставки БНВ и материалов из него крупным долгосрочным заказчикам из следующих отраслей: машино-, автомобиле-, авиа- и судостроения, химической, электротехнической и кабельной промышленности, нефтяной и газовой отрасли, энергетики; 5. поставки БНВ и материалов на его основе по регионам и странам мира. Немалую роль в развитии зарубежных поставок играет продвижение материалов БНВ в рамках программ и проектов регионального и мирового значения. Среди них можно выделить следующие: • Международная программа применения армирующих и композитных материалов из БНВ для сейсмостойкого строительства и укрепления зданий и сооружений для сейсмоопасных регионов мира — стран ЮВА, Центральной Азии и Ближнего Востока, Центральной и Южной Америки1. Применение армирующих и композитных материалов из БНВ позволит более эффективно повысить прочность и сейсмостойкость зданий и сооружений, чем это решается в настоящее время с применением традиционных материалов из стали. • Международная программа сохранения и подачи пресной воды для населения и сельского хозяйства. Материалы и изделия на основе БНВ могут способствовать решению задач сохранения, доставки и рационального использования пресной воды. Например, проект водоснабжения засушливых районов, а именно подачи пресной воды с высокогорного Сарезского озера, горных рек Таджикистана и Киргизии по базальтокомпозитным трубам, обеспечивающим спуск воды с одновременной её подачей на турбины малых ГЭС и потребителям. А низкий вес изделий из БНВ способствует снижению затрат на транспортировку в труднодоступные районы. • Международные программы по экологии и экономии энергоресурсов. Производство БНВ экологически чистое и безотходное. Энергетические затраты на производство БНВ в 20–30 раз меньше, чем на производство стали, нержавеющей стали, металлопроката и изделий из них. К тому же для производства БНВ можно использовать газовый конденсат и попутный нефтяной газ, которые обычно сжигают на газовых и нефтепромыслах, а также коксовый газ, биогаз и газы с мусороперерабатывающих установок. • Международные программы по возобновляемым источникам электроэнергии. В рамках данной программы возможно применение материалов и изделий из БНВ для производства деталей и элементов ВЭУ, солнечных электростанций, водонапорных труб для малых гидроэлектростанций (ГЭС), при сооружении насыпных и бетонных плотин и корпусов реакторов биогазовых установок.

• Программы для стран с большой береговой линией по берегоукреплению, прибрежному и портовому строительству, строительству каналов с применением материалов на основе БНВ (рубленые волокна, базальтопластиковая арматура, шпунты Ларсена, трубы и другие), взамен подверженных коррозии стальных материалов. Например, для строительства и реконструкции северных портов в России, проведения реконструкции Панамского канала и строительства нового канала по территории Никарагуа, прибрежного строительства в ОАЭ и СА. • Крупные региональные проекты строительства скоростных автомобильных и ж/д магистралей, мостов, подводных тоннелей, пневмотруб. Применение материалов и изделий из БНВ для строительства скоростных дорог, автомагистрали «Шелковый путь», скоростных магистралей через полуостров Индокитай, скоростной ж/д магистрали вдоль Скандинавского полуострова. • Международная программа создания производств и широкого применения негорючих и огнестойких (пожаростойких) композитов. Например, в качестве огнестойких материалов для обеспечения пожарной безопасности транспортных средств, судов, железнодорожных вагонов и подвижного состава метрополитена; огнестойкой тары для хранения взрывчатых веществ и боеприпасов, для строительства высотных и общественных зданий, ответственных объектов (АЭС, химических и нефтехимических производств, крупных складов); контейнеров для длительного хранения радиоактивных отходов. Отметим, что БНВ — единственные волокна, с которыми можно применять химически активные неорганические связующие для производства негорючих и огнестойких композитных материалов, брандмауэров, огнестойких перекрытий. Участие в крупных международных и региональных проектах и программах позволит не только расширить сферу применения базальтовых волокон, материалов и изделий из них, но и устранить проблему с согласованностью и гармонизацией международной нормативно-технической документации, регламентирующей применение БНВ и изделий из них. По нашим оценкам, описанные выше в п. 1–5 направления (рынки) сбыта БНВ и АМК из них достаточно емкие и могут составить, в ближней перспективе, потребности до 1 млн. т в год, с перспективой роста производства и потребления до 4–5 млн. т в год.

Выводы 1. БНВ имеет практически неограниченную природную сырьевую базу. 2. БНВ можно использовать для производства армирующих материалов и композитов, способных длительно

— Инициаторами программы являются академик С. Х. Негматуллаев и институты сейсмики и сейсмостойкого строительства стран Центральной Азии. Первым крупным объектом применения материалов из БНВ в рамках программы стало укрепление и армирование самой высокой в мире (335 м) насыпной плотины Рогунской ГЭС.

1

64

Композитный мир | #1 (82) 2019


Отрасль

работать под воздействием негативных внешних факторов, морской и химически активной сред. 3. БНВ обладает наиболее предпочтительным соотношением «характеристики/стоимость», имеет потенциально низкую себестоимость производства. 4. БНВ могут являться основой для производства материалов и изделий для строительной отрасли, базовых отраслей промышленности, водного и коммунального хозяйства. Армирующие и композитные материалы на основе БНВ востребованы в мире. 5. Производство БНВ является высокотехнологичным, высокорентабельным, экологически чистым и безотходным. 6. Основная задача в настоящее время состоит в создании новых крупных производств БНВ и материалов из него для различных отраслей промышленности БНВ в целом ряде стран.

Список литературы 1. Волокнистые материалы из базальтов Украины: сб. статей. Киев: Техника, 1971. – 88 с. 2. Джигирис Д. Д., Махова М. Ф. Основы производства базальтовых волокон и изделий. – М.: Теплоэнергетик, 2002. – 416 с. 3. Osnos S. Past, present and future of continuous basalt fiber // JEC Composites. – 2007. – № 35. 4. Оснос М. С. Оснос С. П. Базальтовое непрерывное волокно – вчера, сегодня и завтра. Развитие технологий и оборудования, промышленных производств и сбыта // Композитный мир. – 2015. – № 2. – С. 32–38. 5. Негматуллаев С. Х., Оснос С. П. Применение материалов на основе базальтовых волокон в строительстве и сейсмостойком строительстве // Строительные материалы и технологии 21 века. – 2015. – № 5-6. – C. 15–19. 6. Негматуллаев С. Х., Оснос С. П., Степанова В. Ф. Арматура базальтопластиковая характеристики, производство, применение // Технологии бетонов. – 2016. – № 5-6. – C. 32–39. 7. Краюшкина Е. В., Оснос С. П. Материалы на основе

базальтовых волокон в дорожном строительстве // Дороги. Инновации в строительстве. – 2014. – № 34. – С. 57–61. 8. Оснос М.С., Оснос С.П. Применение материалов из базальтовых волокон в автомобильной промышленности. URL: www.basaltm.com/images/pdf/ artical12.pdf (дата обращения: 10.01.19). 9. Оснос С. П. Применение материалов на основе базальтовых волокон в авиакосмической отрасли // Композитный мир. – 2015. – № 4. – С. 72–79. 10. Оснос М. С., Оснос С. П. Технические и экономические вопросы широкого применения материалов на основе базальтовых волокон в авиационной промышленности // Композитный мир. – 2017. – № 4. – С. 26–30. 11. Оснос М. С., Оснос С. П. Проведение исследований и выбор месторождений базальтовых пород для производства непрерывных волокон // Композитный мир. – 2018. – № 1. – С. 50–58. 12. Оснос М.С. Оснос С.П. Исследование процессов плавления базальтовых пород при производстве непрерывных волокон // Композитный мир. – 2018. – № 2. – С. 80–85. 13. Оснос М. С. Оснос С. П. Исследование выработочных характеристик расплавов базальтов при производстве непрерывных волокон. URL: www. basaltfm.com/ru/articles/article12.html (дата обращения: 10.01.19). 14. Патент РФ № 2412120 Устройство для производства базальтовых непрерывных волокон с фидерной печью. 15. Патент № 77861 UA Способ и устройство для производства волокон из базальтовых пород. 16. Патент № 90065 UA Способ производства базальтовых непрерывных волокон и из базальтовых пород и устройство для его осуществления. 17. Патент РФ № 2421408 Способ производства базальтовых непрерывных волокон из базальтовых пород и устройство для его осуществления. 18. Патент № 86186 UA Щелевой фильерный питатель для производства волокон из расплавов базальтовых пород.

Композитный мир | #1 (82) 2019

65


Применение

www.armocom.ru www.yaplakal.com tvzvezda.ru/news

Как делают самый прочный в мире войсковой шлем Одно из предприятий ОПК в Московской области (Центр Армоком) выпускает единый броневой шлем Вооруженных Сил России 6Б47, который входит в состав экипировки «Ратник». На сегодняшний день это изделие является самым совершенным средством защиты головы и не имеет зарубежных аналогов. Для его производства используется арамидная ткань, которая делает шлем легче и прочнее стали. Все начинается в закройном цеху. Несколько полотнищ арамидной ткани укладывают друг на друга и скрепляют струбцинами. Закройщик вырезает по трафарету заготовки. А затем из нескольких десятков заготовок формируется защитная основа шлема. Конструкция шлема довольно необычна: внешняя и внутренняя части сделаны из ткани, пропитанной связующим составом, а многослойная защита между ними — «сухая». Это придает шлему 6Б47 еще одно полезное свойство — плавучесть. Если боец уронит его в воду, то шлем не утонет. При одинаковых с американским шлемом защитных свойствах наш — почти на полкило легче. Арамид, из которого изготавливаются шлемы, обладает высокой прочностью. Арамидные волокна и ткани также широко используются и в ракетостроении. Арамидная ткань — обязательный элемент современных бронежилетов и противопульных щитов. На фото - процесс изготовления комбинированной плиты для бронежилета. В ее составе — несколько слоев арамида, высокомолекулярный полиэтилен и органокерамика.

Лучший в мире бронешлем В Женеве в баллистической лаборатории Европейского технического центра фирмы DuPont (известной также разработкой и производством арамидных волокон) проводилась проверка шлема на прочность. Эксперты центра испытаний DuPont признали

66

Композитный мир | #1 (82) 2019

российский легкий бронешлем 6Б47 лучшим в мире. Об этом заявил генеральный директор центра высокопрочных материалов «Армированные композиты» (АРМОКОМ) Евгений Харченко. Когда швейцарские специалисты завершили работу, руководитель баллистической лаборатории Европейского технического центра DuPont сказал, что предоставленный шлем такого веса — лучший, который он когда-либо держал в руках. Новый шлем 6Б47-Ратник в Швейцарии испытывали на противоосколочную стойкость. Американский стандарт предусматривает использование в таких испытаниях осколков FSP 17 grains (1,1 г) цилиндрической формы со скошенными на торце гранями. Швейцарские специалисты опытным путём установили, что противоосколочная защита шлема «Ратник», или скорость V50% непробития таким осколком, достигает 684 м/с. Это на 14 м/с выше, чем у американского шлема, притом что шлем Sentry почти в полтора раза тяжелее нашего. О предприятии: Центр Армоком — ведущий в России разработчик и производитель средств индивидуальной и комплексной защиты: бронешлемов, бронещитов, бронежилетов, противоосколочных огнетермостойких противопорезных костюмов, средств огнезащиты, систем бронезащиты различных видов техники и грузов, штурмовых трапов и водолазных шлемов. Самым главным и успешным направлением своей деятельности Центр Армоком считает разработку


Применение

бронированных шлемов. Общевойсковые шлемы массой 1,0–1,2кг признаны лучшими и поставляются вооруженным силам в рекордных для современной России количествах — более 50 тыс. в год. На производстве существует многоступенчатый постоянный контроль качества, начиная от входного тестирования поступающих исходных материалов и кончая огнестрельными и эксплуатационными испытаниями готовой продукции. Значительная часть сотрудников имеет высшее и среднее-специальное образование. Выпускать продукцию гарантированного качества позволяют наличие собственных производственных мощностей, внедрение современных технологий и оборудования. Вся продукция имеет необходимые свидетельства и сертификаты полностью соответствуют требованиям ГОСТов и другой нормативной продукции. Для справки: Базовым элементом при производстве практически всех средств индивидуальной бронезащиты (СИБ) являются тонковолокнистые материалы на основе арамидных и сверхвысокомолекулярных полиэтиленовых волокон. Их химическое строение и микроскопическая толщина обусловливают фантастическую прочность — до 600 кгс/мм2. На растровой электронной фотографии при многократном увеличении показано сравнение арамидного волокна с человеческим волосом — толщина волокна почти в 10 раз меньше. Из таких волокон состоит любой бронежилет и шлем. В одном кубическом сантиметре находятся сотни тысяч волокон диаметром 8–15 мкм. Их совокупная работа создает противодействие пуле и осколку. Изучение микромеханики разрушения тонковолокнистых материалов позволяет понять закономерности сопротивления защитных структур проникновению пули или осколка и создать наилучшую бронезащиту.

Композитный мир | #1 (82) 2019

67


Календарь событий

Выставки/конференции 2019 12–14 марта | Петербургская Техническая Ярмарка | Санкт-Петербург | www.ptfair.ru 19–22 марта | Выставка Техтекстиль Россия | Москва | www.techtextil-russia.ru.messefrankfurt.com 23–25 апреля | Выставка Композит-Экспо | Москва | www.composite-expo.ru 23–25 апреля | Выставка Полиуретанэкс | Москва | www.polyurethanex.ru 22–23 мая | Международная конференция «Композиты России: игроки и рынки» Санкт-Петербург | www.composites-conf.com 18–20 июня | Выставка Rosmould | Москва | www.rosmould.ru.messefrankfurt.com/moscow/ru 11–12 июля | Семинар компании ЕТС «Композиты — от теории к практике» | Санкт-Петербург 26 августа | Всероссийская научно-техническая конференция «Материалы и технологии нового поколения для перспективных изделий авиационной и космической техники» | Москва | www.conf.viam.ru 27 августа — 1 сентября | Международный авиационно-космический салон — МАКС Жуковский | www.aviasalon.com cентябрь | Конференция «Полиэфирные и эпоксидные смолы» | www.creonenergy.ru 26–27 сентября | Конференция «Композиты СНГ» | Баку | www.composites-cis.com октябрь 2019 | Форум | Выставка «К-Экспо» | Санкт-Петербург | composite-forum.ru 18 октября | Всероссийская научно-техническая конференция «Полимерные композиционные материалы нового поколения» | www.conf.viam.ru октябрь | Форум «Композиты без границ» | Москва | umatex.com/composites/forum октябрь | XXII Международная научно-техническая конференция «Конструкции и технологии получения изделий из неметаллических материалов» Обнинск | www.technologiya.ru/ru/327 21–22 ноября | Международный форум «Ключевые тренды в композитах: наука и технологии» | forum.emtc.ru 6 декабря | Всероссийская научно-техническая конференция «Полимерные композиционные материалы для авиакосмической отрасли» | www.conf.viam.ru

68

Композитный мир | #1 (82) 2019


Специальные приложения 2019

Оборудование

Полиуретаны

Оснастка

Искусственный камень

Авиация и космос

Awards

По вопросам размещения Рекламных материалов и статей o.gladunova@kompomir.ru editor@kompomir.ru


Организатор

Международная конференция

Композиты России: игроки и рынки 22-23 мая 2019, AZIMUT Отель, Санкт-Петербург, Россия

Ключевые темы: • Тенденции развития мирового рынка композиционных материалов • Отраслевая структура применения композитов в России • Стеклопластики, углепластики, базальтопластики и органопластики: потенциал замещения одних видов композитных материалов другими • Сырьевая база для производства композитов • Применение композитов на рынке труб • Потенциал использования композитной арматуры и др.

Для производителей деталей из композиционных материалов действуют специальные условия! +7 499 346 03 42 conf@composites-conf.com www.composites-conf.com


19-22

МАРТА

2019 Международная выставка технического текстиля и нетканых материалов Сырье, оборудование, продукция ЦВК «Экспоцентр»

ПРЯЖА И СИНТЕТИЧЕСКИЕ НИТИ

ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОСНАЩЕНИЕ

КОМПОЗИТЫ

ТЕХНИЧЕСКИЕ ТКАНИ

ТЕКСТИЛЬ С ПОКРЫТИЕМ

ТЕХНОЛОГИИ СКЛЕИВАНИЯ

БЕСПЛАТНЫЙ БИЛЕТ

НЕТКАНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

НАУЧНОИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ РАЗРАБОТКИ

СПЕЦИАЛЬНАЯ И ЗАЩИТНАЯ ОДЕЖДА И ОБУВЬ


Profile for Композитный Мир

Журнал "Композитный Мир" № 1 (82) 2019 / Composite World # 1 (82) 2019  

Журнал "Композитный Мир" № 1 (82) 2019 / Composite World # 1 (82) 2019  

Profile for kompomir
Advertisement