Материалы будущего, или как сделать качество доступнее

Композитные материалы - это словосочетание приобретает всё большую актуальность в раз­ных областях человеческой дея­тельности. Авиация, медицина, особенно стоматология, конечно же, строительство, а теперь и атомная промышленность осваи­вает преимущества углеволокна и других композитов, о чём на­шему корреспонденту стало из­вестно на семинаре по нанотехнологиям, прошедшем в рамках выставки «Атомекс-2010». В этом выпуске журнала ТОЧКА ОПОРЫ мы сделаем акцент на строительных технологиях. Пос­ледними достижениями в про­цессе внедрения материала буду­щего для решения задач строи­тельства в настоящем поделятся специалисты холдинговой ком­пании «Композит», организато­ры встречи, и её партнёры, кото­рые нашли применение данных материалов в своей сфере дея­тельности.

В приветственном обраще­нии к слушателям Кирилл Дани­лович ВАСИЛЬЕВ, директор по продажам холдинговой компа­нии, отметил, что основная цель организации подобных мероприя­тий - создание рынка углеволок­нистых материалов в нашей стра­не и вывод их на мировой уро­вень по цене и по качеству.

Сегодня в структуре компа­нии три завода, находящиеся на контроле РОСАТОМА (в Сара­тове, Челябинске и Клину), для которых компания «Композит» с декабря 2009 года является уп­равляющей. Эти заводы произво­дят полный цикл углеволокнис­тых материалов: от белого волок­на до ткани из чёрного волокна. Так, например, завод в Клину ус­пешно производит уже 22 вида артикулов ткани, а в середине 2011 года планируется открытие производства на территории АЗЛК в Москве.

Было отмечено и следующее важное достижение: российская компания ЗАО «Препрег - сов­ременные композитные материа­лы», организованная при под­держке Госкорпорации РОСНА­НО, и французская компания «PORCHER INDUSTRIES» под­писали предварительное согла­шение акционеров о создании в России производства тканевых материалов из углеродного во­локна. Данное соглашение всту­пило в силу 12 октября 2010 года. Стороны намерены сотрудни­чать с целью реализации совмест­ных проектов в различных секто­рах экономики, представляющих взаимный интерес на террито­рии Восточной Европы (СНГ и страны Балтии) и Средней Азии. Также стороны выразили своё намерение организовать произ­водство тканевых материалов из углеродного волокна в РФ. Доли участия в акционерном капитале совместного предприятия: 51% - PORCHER INDUSTRIES, 49% - ЗАО «Препрег - СКМ». Общая сумма финансирования - 3,5млрд. рублей, целевой показатель - примерно 1,5млрд. рублей вы­ручки к 2015 году.

В настоящее время осущест­влены закупки производствен­ных линий новейшего поколения на общую сумму 2,2 млрд. рублей, из них уже смонтировано и прошли испытания:

• ткацкая линия Dornier – два современных специализирован­ных станка, производитель­ностью до 60 т/год;
• линия пропитки Diamond - препреги тканевые, производи­тельностью до 1200 т/год;
• линия пропитки Syltex - безутковые однонаправленные ленты, производительностью до 40 т/год;

Производственные площадки:

• Климовск - 2000м3
• Москва (территория АЗЛК) - 13500м3.

С первым докладом выступит Юрий Георгиевич КЛЕНИН. представляя НПП «АпАТэК». Юрии Георгиевич поделился опытом компании по примене­нию нанотехнологий при созда­нии мостовых конструкций из композиционных материалов и отметил эффективность пер­спективы использования этих материалов при строительстве автодорожных мостов.

Основными технологически­ми процессами в формировании наноструктурного материала яв­ляются пулгрузия и вакуумная инфузия. Благодаря этим техно­логиям был получен такой мате­риал как порошкообразная на­номедь, применение которой способствует повышению огне­стойкости композиционных ма­териалов, снижению внутренних напряжений в композиционном материале при формировании, при этом объём применения наномеди составляет всего лишь 0,1...0,8% от массы конструкции, и уже сегодня в России налажено её серийное производство. Стоит упомянуть и углеродные нано­трубки (УНТ), стабилизирую­щие процесс формирования конструкции, повышающие её трещиностойкосгь, которые так­же серийно производятся в Рос­сии и объём применения их столь же оптимален - 0,01...0,05% от массы конструкции.

Вместо впечатляющих прав­дивых, но всё же слов, приведём официальные результаты испы­таний МЧС России дат огнестой­ких стеклопластиков, получен­ных с использованием наномеди (Рис. 1).

Впечатляют и данные по энер­госбережению на всём жизнен­ном цикле мостовой конструкции. Для сравнения докладчик привёл данные анализа затрат на содер­жание типового композитного, железобетонного и металлическо­го моста (покраску, гидроизоля­цию, ремонт покрытия, заделку трещин и т.д.) (Рис. 2).

По данным исследования компании ВЕСО Group (Голлан­дия), выполненном в мае 2009 го­да, если мост длиной 12 метров изготовить из композита вместо бетона или стали, то экономия энергии составит 2700 и 1300ГДж соответственно. Поэтому в од­ной из провинций решено в бли­жайшем будущем заменить 169 мостов. Если эти мосты изгото­вить из стеклопластика, то экономия энергии будет равна годо­вому энергопотреблению 27000 домов!

Статистика подкрепляется и практикой. Среди выполненных проектов компании:

• первый рос­сийский цельнокомпозитный мост в Чертаново (2004г.); пер­вый российский композитный мост со сходами в Косино (2005г.);
• композитный настил площадью 228 м² и весом 8,5 тонн (вес бетонного аналога для срав­нения 150 тонн!) на пешеходном переходе на 23 км Ленинградско­го шоссе (2006г.), смонтирован­ный за один подъём, что позво­лило снизить затраты на возведе­ние на 12%;
• мобильный сборно­-разборный мост «АпАТэК» в Москве (2006г.);
• мост на Садо­вом Кольце, смонтированный 3 декабря 2006 года за 20 минут!;
• арочный мост в парке 50-летия Октября в Москве (2008г.), а так­же гибридные мостовые конст­рукции «АпАТэК» (2005-2007гг.)

В проекте у компании аэро­динамические экраны для защи­ты пролётных строений от авто­колебаний (для обеспечения ла­минарного обтекания пролётных строений моста). Их высота сос­тавит 3 м, а масса - всего 140кг (масса металлического аналога - 560кг). Технология производства - вакуумная инфузия. Такие эк­раны будет отличать повышен­ная коррозионная стойкость и практическое отсутствие затрат на обслуживание.

Второй докладчик - Влади­мир Лазаревич ЧЕРНЯВСКИЙ, Лауреат Премии Совета Минист­ров СССР, директор Инженер­но-производственного центра «ИнтерАква» - рассказал о сис­темах внешнего и внутреннего армирования строительных конст­рукций. Эти системы предназна­чены для ремонта и усиления различного рода строительных конструкций с целью устранения последствий разрушения бетона и коррозии арматуры в результа­те длительного воздействия при­родных факторов и агрессивных сред в процессе эксплуатации. Результатом применения явля­ются:

• значительное увеличение со­противления ударным и динами­ческим нагрузкам,
• повышение несущей способ­ности транспортных сооруже­ний, требующих усиления в свя­зи с увеличением статической и динамической транспортной нагрузки,
• восстановление несущей спо­собности сооружений различно­го назначения при усталости эле­ментов конструкции, наличии трещин, прогибов, коррозии ар­матуры,
• сохранение несущей способ­ности конструкций при измене­нии конструктивных схем,
• повышение сейсмостойкости зданий и сооружений, находя­щихся в районах с угрозой зем­летрясений.

Главными преимущества сис­тем армирования перед традици­онными методами являются ма­лый вес и малая общая толщина, высокая прочность и отсутствие коррозии, химическая стойкость, простота выполнения работ, от­сутствие потребности в тяжёлом подъёмном и установочном оборудовании, а также возможность изготовления элементов системы любой длины (нет необходимости в сложных стыках).

Стоит отметить и информа­тивное выступление Евгения Ва­лерьевича НИКОЛАЕВА, ком­мерческого директора «Гален», г.Чебоксары. Евгений Валерьевич рассказал о преимуществах композитной арматуры, а имен­но стержней из базальто-, стек­ло- и углепластика. Изготовле­ние такой арматуры производит­ся метолом пултрузии, при этом диаметр изделия 2,5 - 32мм, дли­на - до 12м (или скручены в бух­ты), также возможно различное финишное покрытие. Композит­ную арматуру отличают абсо­лютная коррозионная стойкость, наилучшее соотношение веса и усилия на разрыв (лёгкость и прочность), долговечность в сре­де бетонов (щелочестойкость), низкая плотность (уменьшение расходов при транспортировке). Среди реализованных проектов мирового опыта специалистом компании было отмечено приме­нение композитной сетки на Thompson Bridge (новый одно­пролётный мост на двух полосной дороге класса А в Северной Ирландии, Co. Fermanagh).

Докладчик отметил важную мысль, которая тонкой нитью связывала все выступления семи­нара. Композитные материалы на сегодняшний день дорогостоя­щее, но качественное решение существующих проблем. Тем не менее, дороговизна более чем оправдана, что подтверждается опытом, хотя пока преимущест­венно зарубежным. Ведь дейс­твительно, жизненный цикл объ­ектов инфраструктуры включает в себя и первоначальные затраты (расходы в период закупки мате­риалов для строительства до мо­мента ввода объекта в эксплуата­цию), и эксплуатационные рас­ходы (расходы в течение срока эксплуатации объекта), и, нако­нец, расходы по окончании эксплуатации (связанные с лик­видацией, разрушением или за­меной сооружения). Исходя из этого, применение композитных материалов весьма затратное на первом этапе жизни какой-либо строительной конструкции, но эта «переплата» полностью ком­пенсируется на основном, экс­плуатационном периоде. Анало­гия напрашивается простая: ста­нете ли вы ремонтировать свои зубы материалами среднего ка­чества и с определённой перио­дичностью обращаться к врачу за помощью, либо же с первого раза качественно вылечитесь и забудете о зубной боли на деся­тилетия - решать вам.

Семинар «Применение угле­волокнистых наноматериалов в атомной промышленности» не первый и, конечно же, не пос­ледний, организуемый молодой активной холдинговой компа­нией «Композит» на тему воз­можностей использования ком­позитных материалов в различ­ных отраслях производства. Это с уверенностью могут подтвер­дить компании-партнёры, они же постоянные участники и док­ладчики подобных семинаров.

Большое спасибо за интересное обсуждение, инновации, качест­во. До новых встреч! До новых достижений!

Спецкор Майя ЭТРЕКОВА