Композиты — материалы XXI века

Все современное развитие человечества неразрывно связано с развитием индустрии полимеров и композитов на их основе – созданием новых и развитием существующих полимеров, способов их переработки, созданием композитных изделий с новыми свойствами. Сегодняшний мир уже давно невозможно представить без композитов – начиная от предметов, окружающих нас в наших домах, и заканчивая деталями космических спутников и ракет. И эти композитные конструкции и изделия поражают воображение и своими свойствами, и своими применениями, и размерами (от части корпуса трансатлантических авиалайнеров до наночастей медицинских устройств, вживляемых в организм человека).

Наблюдаемые тенденции в современной полимерной композитной отрасли определяют те материалы, то оборудование и те технологии, которые будут использоваться уже завтра. Разработчики и производители должны знать и понимать эти тенденции, чтобы иметь возможность разрабатывать, создавать и предлагать заказчикам то, что будет востребовано ими завтра.

Сегодня мы видим тесную взаимосвязь между всем развитием композитной отрасли и глобальными мировыми изменениями. Композиты стали основной составляющей повседневной жизни человека и наиболее важным материалом из всех применяемых человечеством, и именно поэтому композиты и технологии их переработки играют ключевую роль в стратегиях развития человечества, направленных на решение глобальных задач. А значит, будет существенно увеличиваться количество продукции (как по видам, так и по свойствам, и по назначению) в отраслях, связанных с решением глобальных вызовов. Основные вызовы стоят сейчас перед человечеством на таких направлениях как: Здоровье и Пища; Климат и Энергия; Коммуникации; Строительство; Безопасность; Транспорт.

 

Форум композитов

 

В 2015 году на территории Алтайского края по инициативе предприятий полимерной композитной отрасли и при поддержке региональных властей создан «Алтайский полимерный композитный кластер» (Алтайполикомпозит). Его основу составляют научно-производственные и научно-образовательные организации региона.

 

Предприятиями и организациями кластера Алтайполикопозит реализуются государственные задачи по развитию промышленности и повышению ее конкурентоспособности в плане разработки технологий получения полимерных композиционных материалов нового поколения, изделий и конструкций из них, а также задачи по подготовке высококвалифицированных кадров и трансферу технологий в другие сферы экономики и регионы России.

Номенклатура выпускаемой продукции предприятий насчитывает более 500 наименований композитных изделий и конструкций, которые внедряются и используются в таких отраслях экономики как строительство, энергетика, добыча полезных ископаемых и ЖКХ.

В нынешних экономических условиях, учитывая поддержку композитной отрасли со стороны государства и совершенствование нормативно-технической и правовой базы использования и производства композитов можно представить прогноз развития наиболее привлекательных рыночных сегментов в Российской Федерации на ближайшие несколько лет.

Развитие композитной отрасли

Прогноз развития наиболее привлекательных рыночных сегментов в РФ

Композиты в ЖКХ

Невозможно при этом переоценить значение реформы жилищно-коммунального хозяйства и в первую очередь ее энергетическую составляющую для будущего России.
Основным и, безусловно, необходимым элементом, образующим инженерные системы зданий и сооружения, являются трубопроводные системы для горячего и холодного водоснабжения, канализации и газоснабжения. В настоящее время на строительном рынке России предлагаются сотни видов различных труб.

Ряд предприятий кластера (ООО «Трубопласт-А, ООО ТПГ «Расал») разрабатывают и производят для российского рынка и стран ближнего зарубежья широкий спектр полимерных композиционных труб различного назначения.
Проведенное технико-экономическое обоснования замены и использования трубопроводов из традиционных материалов на трубы из полимерных композиционных материалов отражает существенное преимущество последних. В частности удельный вес трубы дает представление о том, насколько тяжело, и, следовательно, затратно, транспортировать элементы трубопровода и монтировать их в конечный готовый трубопровод. Сравнение по удельным весам является второстепенным фактором, по которому производится сравнение и выбор лучших труб.

Еще одним важным интегрированным показателем при выборе труб является срок службы. Он косвенно включает в себя показатели устойчивости труб к воздействию различных внешних факторов: и коррозии, и внутреннего давления, и внешних неожиданных нагрузок. Данный показатель для полимерных композитных труб составляют 40 и более лет и имеет явное преимущество по сравнению со стальными нержавеющими трубами срок службы, которых составляет 15-25 лет.

Труба ПВХ Труба НПВХ

 

Трубы из композитных материалов с успехом используются при строительстве надежных и долговечных инженерных систем, позволяющих снизить непроизводственные потери энергоресурсов и минимизировать эксплуатационные затраты в системе ЖКХ.

Продукция предприятий отличается стабильно высоким качеством в связи с тем, что используется высококачественное сырье отечественного и импортного производства, современное оборудование. Высокое качество производимых труб подтверждено сертификатами соответствия и отзывами потребителей.

Гидроизоляционная мембрана

Еще одним важным направлением предприятий кластера (ООО «Аником» и ООО «Полимерпласт») является производство геомембран.

Геомембраны – достаточно новый термин в строительстве, однако быстро набирающий популярность, в связи с уникальностью своих эксплуатационных параметров.

Геомембрана (гидроизоляционная мембрана) – это пленка, более известная как полимерный лист, полученная из полиэтилена высокой или низкой плотности с добавлением сажи, стабилизаторов и антиокислителей, значительно улучшающих технические характеристики и предназначенная для проведения гидроизоляционных работ. Места стыков полимерных листов соединяют путем сварки их специальными аппаратами, в результате получается абсолютно герметичная, водонепроницаемая поверхность.

Геомембрана ПВД

Специалисты выделяют несколько возможных критериев классификации гидроизоляционных мембран, одним из которых является вид сырья. Два наиболее распространенных класса геомембран, применяемых на сегодняшний день в различных сферах – HDPE и LDPE.

Геомембрана HDPE (High Density Polyethylene, HDP) – полимерная мембрана, изготовленная из полиэтилена низкого давления. Она отличается высокой прочностью, химической и физической стойкостью и, как правило, имеет жесткую структуру, что делает возможным ее применение при сооружении водоемов,строительстве накопителей твёрдых и жидких промышленных отходов, антикоррозионном и гидроизоляционном покрытии металлических, бетонных, кирпичных и прочих поверхностей, резервуаров с питьевой водой, полигонов ТБО.

Геомембрана LDPE (Low Density Polyethylene, ПВД), напротив, производится из полиэтилена высокого давления и обладает высокой эластичностью, в связи с чем такой материал способен справиться с решением задач, которые не под силу выполнить жесткой геомембране HDPE. Используется при гидроизоляции фундаментов зданий, построенных на неустойчивом грунте, гидроизоляции тоннелей, а также локализации полигонов бытовых отходов.

Геомембрана в строительстве пруда Искусственный пруд

 

В числе бесспорных достоинств и преимущества геомембраны выделяют уникальную стойкость к проникновению – диффузионному воздействию и УФ-излучениям. Химическая устойчивость данного полимерного материала распространяется на полный диапазон кислотного показателя рН от 0,5 до 14. Второе преимущество – механическая прочность. Такая мембрана устойчива к растрескиванию и повреждениям (относительное удлинение под действием максимальной нагрузки доходит до 850%). Третьей сильной стороной гидроизоляционной пленки является прочность на разрыв, которая определяет минимальный показатель прикладываемого напряжения для растягивания материала, в результате чего происходит его разрушение. В зависимости от типа геомембраны, данный показатель максимально может быть равен 35 МПа.
Стойкость к колебанию температурных диапазонов (от -70 °С до +60 °С), микроорганизмам и образованию плесени, устойчивость к термоокислению, а также высокий срок службы, превышающий 50 лет без потери основных свойств позволяют обеспечить широчайший диапазон использования полиэтиленовых геомембран в условиях различных климатических зон.

Кроме вышеперечисленных характеристик, производство геомембраны осуществляется в сравнительно небольшие сроки, а укладка (монтаж) легко осуществима, более того данный материал не наносит никакого ущерба окружающей среде, нетоксичен и абсолютно безопасен для человека.

 

Огромный опыт производства сетклопластиков

Важным и перспективным направлением предприятий кластера (ООО «Бийский завод стеклопластиков», АО НПП «Алтик», ООО «ПКМ-Алтай») является разработка и производство стеклопластиковых изделий различного назначения для строительства, энергетики и добывающей промышленности.
Здесь следует отметить успешное становление малой инновационной компании ООО «ПКМ-Алтай», занимающейся производством стеклопластиковых труб – стеклопластиковые отводы и тройники для дегазационных трубопроводов угледобывающей промышленности.
За пять лет своего существования, компания разработала и запустила в серийное производство такие стеклопластиковые изделия. Собственный механический участок с необходимыми станками и оборудованием, сварочный участок, гальванический участок позволяют изготавливать собственное технологическое оборудование для производства стеклопластиковых изделий. Денежный оборот за 2015 г составил более 20 млн. руб.

Стеклопластиковые отвод Тройиник дегазации

 

Сегодня предприятием производится или поставляется такая продукция как:

  • трубы и фитинги стеклопластиковые диаметром 300-1600 мм длиной 0,5…2,5 м с внутренним рабочим давлением 0,3…2,0 МПа;
  • емкости стеклопластиковые диаметром 300-2500 мм и длиной 0,5…8 м., объёмом от 0,3 до 16 м3 с внутренним рабочим давлением 0,3…2,0 МПа;
  • листы и панели стеклопластиковые размером 1,2 х 3,2 м и толщиной от 0,3 до 20мм. Возможно по заказу ламинирование алюминиевой фольгой;
  • химические аппараты (реакторы, циклоны, смесители, дозаторы) стеклопластиковые.

 

Изделия из стеклопластика характеризуются высокими прочностными, диэлектрическими свойствами, сравнительно низкой плотностью и теплопроводностью, высокой атмосферо-, водо- и химстойкостью и не подвержены электрохимической коррозии.
Небольшой удельный вес стеклопластика сочетается с высокими физико-механическими характеристиками, стеклопластик, по удельной прочности превосходит даже легированные стали.

Изделия из стеклопластика при изготовлении хорошо окрашиваются в любой цвет и при использовании стойких красителей могут сохранять его при любой погоде неограниченно долго. При пониженных температурах стеклопластик увеличивает свою прочность и поэтому используется в криогенной технике. Стеклопластик имеет длительный срок эксплуатации (более 50 лет).

В целом кластер Алтайполикомпозит обладает высоким потенциалом, который обеспечивается тесной кооперацией предприятий с научно-образовательными центрами, от этапа лабораторных исследований до полного сопровождения производственного процесса. В ближайшие годы планируется сохранить имеющийся инфраструктурный потенциал, повысив интеграционные и кооперационные связи между участниками кластера.

Для развития и формирования полноценной композитной отрасли в России необходимо создание новых и модернизация действующих предприятий по производству и расширению сырьевой базы, к которым относятся полимерные и олигомерные связующие и армирующие материалы, пигменты, присадки, необходимые для придания композитным материалам требуемых технических характеристик. Все это возможно только при комплексном подходе и участии всех ветвей власти, науки и бизнеса.