Недорогой и разносторонний, бетон является одним из лучших строительных материалов во многих предложениях. Являясь настоящим композитом, типичный бетон состоит из гравия и песка, связанных вместе в матрице из цемента, с металлической арматурой, обычно добавляемой для усиления прочности. Бетон превосходно ведет себя при сжатии, но становится хрупким и непрочным при растяжении. Растягивающие напряжения, так же как и пластическая усадка во время отверждения, приводят с трещинам, которые поглощают воду, что, в конечном счете, приводит к коррозии металлической арматуры и существенной потере монолитности бетона при разрушении металла.
Композитная арматура утвердилась на строительном рынке благодаря доказанному сопротивлению коррозии. Новые и обновленные конструкторские руководства и тестовые протоколы облегчают инженерам выбор армированных пластиков.
Усиленные волокнами пластики (стеклопластик, базальтопластик) с давних пор рассматривались как материалы, позволяющие улучшить характеристики бетона.
Композиционные материалы
За последние 15 лет композитная арматура перешла от экспериментального прототипа к эффективному заменителю стали во многих проектах, особенно в связи с повышением цен на сталь.
Композитные сетки в сборных бетонных панелях: высокий потенциал углеродно-эпоксидные сетки C-GRID заменяют традиционную сталь или арматуру в сборных структурах в качестве вторичного армирования.
C-GRID является крупной сеткой из жгутов на основе углерода/эпоксидной смолы. Используется как замена вторичной стальной армирующей сетки в бетонных панелях и архитектурных приложениях. Размер сетки меняется как в зависимости от бетона и типа заполнителя, так и от требований к прочности панели
Использование коротких волокон в бетоне для улучшения его свойств было признанной технологией на протяжении десятилетий, и даже веков, если принять во внимание, что в Римской Империи строительные растворы были армированы конским волосом. Армирование волокнами усиливает прочность и упругость бетона (способность к пластической деформации без разрушения) посредством удерживания части нагрузки при повреждении матрицы и препятствуя росту трещин.
Добавление волокон позволяет материалу деформироваться пластично и выдерживать растягивающие нагрузки.
Усиленный волокнами бетон был использован для изготовления этих предварительно напряженных мостовых балок. Использование арматуры не потребовалось из-за высокой эластичности и прочности материала, которая была придана ему стальными армирующими волокнами, добавленными в бетонную смесь.
Алюминиевый композитный материал — это панель, состоящая из двух алюминиевых листов и пластикового либо минерального наполнителя между ними. Композитная структура материала придаёт ему лёгкость и высокую прочность в сочетании с упругостью и стойкостью к излому. Химическая и лакокрасочная обработка поверхности обеспечивает материалу превосходную устойчивость к коррозии и температурным колебаниям. Благодаря сочетанию этих уникальных свойств, алюминиевый композитный материал является одним из наиболее востребованных в строительстве.
Композиционные материалы
Алюминиевый композит обладает рядом существенных преимуществ, обеспечивающих ему растущую с каждым годом популятность как отделочного материала.
— Минимальный вес в сочетании с высокой жёсткостью. Панели алюминиевого композитного материала отличаются низким весом, обусловленным применением алюминиевых покрывающих листов и облегченного центрального слоя в сочетании с высокой жесткостью, задаваемой комбинацией вышеуказанных материалов. В условиях применения на фасадных конструкциях данное обстоятельство выгодно отличает алюминиевые композитные материалы от альтернативных материалов, таких как листовые алюминий и сталь, керамический гранит, фиброцементные плиты. Применение алюминиевого композитного материала значительно снижает общий вес конструкции вентилируемого фасада. композитный бетонный алюминиевый металлический
Алюминиевый композитный материал способен противостоять скручиванию. Причина — в нанесении верхнего слоя методом прокатки. Плоскостность обеспечивается применением прокатки вместо обычной прессовки, которая дает высокую равномерность нанесения слоя. Максимальная пологость составляет 2мм на 1220 мм длины, что составляет 0,16% от последней.
- — Устойчивость лакокрасочного покрытия к воздействию окружающей среды. Благодаря чрезвычайно устойчивому многослойному покрытию материал в течение длительного времени не теряет интенсивность окраски под воздействием солнечного цвета и агрессивных компонентов атмосферы.
- — Широкий выбор цветов и фактур. Материал выпускается с покрытием, выполненным лакокрасками: солидные цвета и цвета «металлик» в любом диапазоне цветов и оттенков, покрытиями под камень и дерево. Помимо этого выпускаются панели с напылением «хром», «золото», панели с фактурной поверхностью, панели с полированным покрытием из нержавеющей стали, титана, меди.
Панели алюминиевого композитного материала имеют сложную структуру, образованную алюминиевыми листами и наполнителем центрального слоя. Сопряжение данных материалов обеспечивает панелям жесткость в сочетании с эластичностью, что делает алюминиевые композитные материалы устойчивым к нагрузкам и деформациям, создающимся окружающей средой. Материал не утрачивает своих свойств в течение чрезвычайно длительного времени.
Устойчивость материала к коррозии определяется применением в структуре панели листов алюминиевого сплава, защищенного многослойным лакокрасочным покрытием. В случае повреждения покрытия поверхность листа защищается образованием оксидной пленки
Композиционная структура панели алюминиевого композитного материала обеспечивает хорошую звукоизоляцию, поглощая звуковые волны и вибрации.
Панели легко поддаются таким видам механической обработки как гибка, резка, фрезеровка, сверление, вальцовка, сварка, склеивание, без ущерба покрытию и нарушению структуре материала. При нагрузках, возникающих в процессе сгибания панелей, в том числе в радиус не отмечается расслаивание панелей либо нарушения поверхностных слоев, такие как растрескивание алюминиевых листов и лакокрасочного покрытия. При производстве на заводе панели защищаются от механических повреждений специальной пленкой, удаляемой после завершения монтажных работ.
Панели легко принимают практически любую заданную форму, например радиусную. Пригодность материала к спаиванию позволяет добиваться сложной геометрии изделий, что невозможно ни с одним другим облицовочным материалом, кроме алюминия, перед которым алюминиевые композитные материалы значительно выигрывает по весу.
Применение алюминиевого композитного материала позволяет создавать панели облицовки различных размеров и форм, делает данный материал незаменимым при решении сложных архитектурных задач.
- — Длительный срок службы. алюминиевого композитного материала в течение длительного времени устойчивы к воздействию внешней среды, таким как солнечный свет, атмосферные осадки, ветровые нагрузки, колебания температуры, благодаря применению устойчивого покрытия и достигнутому в материале сочетанию жесткости и эластичности. Расчетный срок службы панелей на открытом воздухе составляет около 50 лет.
- — Минимальный уход в процессе эксплуатации. Наличие высококачественного покрытия способствует самоочищению панелей от внешних загрязнений. Так же панели легко моются не агрессивными очистителями.
Два перспективных пути открывают комбинированные материалы, усиленные либо волокнами, либо диспергированными твердыми частицами.
У первых в неорганическую металлическую или органическую полимерную матрицу введены тончайшие высокопрочные волокна из стекла, углерода, бора, бериллия, стали или нитевидные монокристаллы. В результате такого комбинирования максимальная прочность сочетается с высоким модулем упругости и небольшой плотностью. Именно такими материалами будущего являются композиционные материалы.
Композиционный материал конструкционный (металлический или неметаллический) материал, в котором имеются усиливающие его элементы в виде нитей, волокон или хлопьев более прочного материала. Примеры композиционных материалов: пластик, армированный борными, углеродными, стеклянными волокнами, жгутами или тканями на их основе; алюминий, армированный нитями стали, бериллия.
Все эти комбинированные материалы объединены в систему. Система усиления из композитов используется практически для всех видов конструкций:
- 1. Бетонных и железобетонных
- 2. Металлических (в том числе стальных и алюминиевых)
- 3. Деревянных
- 4. Кирпичной (каменной) кладкой.
Также они обеспечивают целый спектр потребностей жизнеобеспечения:
- 1. Защита от взрывов, взломов и повреждения.
- 2. Усиление конструкций
- 3. Баллистическая защита стен и защита от взрывов.
- 4. Защита кабелей и проводов от взрывов
Рассмотрим достоинства и недостатки композитных материалов. Достоинство:
- 1. Коррозийная стойкость
- 2. Прочность на растяжение
- 3. Простота применения
- 4. Низкая стоимость рабочей силы
- 5. Короткое время реализации
- 6. Отсутствие размерных ограничений
- 7. Экстремально высокая усталостная прочность
- 8. Не требует консервации
- 9. Возможность использования конструкций из разного материала
- 1. Относительная стоимость материала
- 2. Ограничение сферы применения
Из выше изложенных достоинств и недостатков можно сделать вывод: что по сравнению с обычными материалами, композитные имеют практически единственный недостаток-это их достаточно высокая цена. Поэтому может сложиться мнение, что этот метод является дорогостоящим, однако если сравнивать объём расхода материалов-стали на усиление идёт больше чем композитов примерно в тридцать раз. Другими преимуществами композитных материалов является значительное уменьшение стоимости усилия из-за сокращения времени производства работ, использование рабочей силы и механического оборудования. Следовательно композитные системы усиления являются основными конкурентами перед применением стали.
Однако, не смотря на преимущества перед обычными материалами, композиционные материалы имеют характерные для них минусы. К ним следует отнести низкую огнестойкость, изменение свойств при воздействии ультрафиалетового излучения, возможное трещинообразование при изменении объёма в условиях ограничения свободы деформаций. Физико-механические свойства этих материалов делают их восприимчивыми к температурным колебаниям. При высоких температурах они склонны к значительным деформациям ползучести.
Источник: vuzlit.com
ДОРОГУ КОМПОЗИТАМ. Перспективы применения композитных материалов в строительной отрасли.
Рынок строительных материалов и технологий — один из крупнейших в мире. Его динамичное развитие обусловлено постоянным повышением требований заказчиков и инвесторов к качественным характеристикам зданий и сооружений. Российские разработчики и производители готовы расширить свое присутствие на мировом рынке, но этому препятствуют внутренние факторы, которые блокируют попытки реализовать имеющиеся возможности. Это видно и на примере применения в конструкциях и изделиях отечественной арматуры композитной полимерной.
О зарубежном и отечественном опыте по развитию и применению композитных материалов в строительстве говорилось на состоявшейся в Москве международной научной конференции «Техническое регулирование в строительстве. Актуальные вопросы строительной физики». В частности, отмечалась необходимость развития системы нормативно-технической базы композитных материалов в строительстве.
Композитные материалы, а также конструкции и изделия из них находят во всем мире все большее применение при строительстве объектов транспортной инфраструктуры и жилищно-коммунального хозяйства, гражданских и промышленных зданий и сооружений и имеют бесспорные преимущества благодаря таким качествам, как высокая прочность, коррозионная стойкость и низкий удельный вес. По оценкам специалистов, объем мирового рынка подобных материалов составляет около 80 миллиардов евро в год, а общий объем мирового производства — более 8 миллионов тонн.
При этом лидирующие позиции по производству и потреблению занимают США, Япония и Китай. Одним из важнейших сегментов их применения является строительство. Применение композитных материалов в строительстве в обозримой перспективе будет только расширяться, так как современное оборудование, технологии и материалы позволяют решать задачи, которые еще вчера казались непосильными. Россия, являясь одним из первых разработчиков композитных материалов, представлена в этом сегменте очень слабо — ее доля не превышает нескольких процентов.
И это несмотря на то, что в 2012 году в соответствии с перечнем поручений Президента РФ и поручениями Председателя Правительства РФ по модернизации экономики и инновационному развитию России композитное направление было определено приоритетным для развития промышленности. Особое место при этом уделяется внедрению композитов в строительство и жилищно-коммунальное хозяйство.
На строительном рынке России представлены следующие композитные материалы: системы внешнего армирования (холсты, ткани, ламели, ламинаты), композитные трубы и профили (уголки, швеллера, тавры и т.д), шпунты. В некоторой степени к ним можно отнести и фибробетон со стальной или неметаллической фиброй. В число композитных материалов с высоким коммерческим потенциалом входит и арматура композитная полимерная (далее — АКП), которая является перспективной альтернативой стальной арматуре при строительстве зданий и сооружений, особенно в условиях воздействия агрессивной среды.
На основе анализа отечественного и зарубежного опыта, собственных разработок и опыта проектирования нами сформулированы эффективные области применения АКП в строительстве. В их числе:
объекты дорожно-транспортной инфраструктуры;
• сооружения, эксплуатируемые в условиях высоких электромагнитных полей и разности потенциалов, конструкции, подвергаемые воздействию токов утечки;
• объекты водоподготовки и водоочистки;
• конструкции, подвергающиеся воздействию агрессивных сред, вызывающих коррозию стальной арматуры (хлористые соли, агрессивные газы повышенных концентраций и др.);
• объекты городской инфраструктуры;
• земляные работы и грунтоукрепление;
• многослойные теплосберегающие ограждающие конструкции;
• бетонные сборные и монолитные конструкции (фундаменты, дорожные плиты и др.);
• реконструкция, реставрация, усиление, ремонт и восстановление элементов зданий и сооружений.
Сегодня для строительного сегмента РФ в рамках действующих Программ по стандартизации и разработке сводов правил разрабатывается около 67 нормативно-технических документов, которые позволят расширить спектр применения композитных материалов. За период с 2010 по 2016 год, опираясь на накопленные с 60-х годов прошлого столетия собственные научные исследования и экспериментальные данные, а также на нормативно-технические и руководящие документы, разработанные в США, Канаде, Японии, Италии и т.д., НИИЖБ им. А.А. Гвоздева АО «НИЦ «Строительство» разработано большое количество нормативных документов. Среди них — межгосударственные стандарты, определяющие технические требования и методы испытаний АКП, и проекты сводов правил, определяющие правила проектирования и конструирования:
• СП «Конструкции из бетона с композитной неметаллической арматурой. Правила проектирования»;
• СП «Конструкции и изделия фибробетонные. Правила проектирования»;
• СП «Усиление железобетонных конструкций композиционными материалами. Правила проектирования».
АКП внесена в СП 28.13330.2012 «Защита строительных конструкций от коррозии» и дано изменение № 1 к СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения». Разработанные документы открыли путь проектным организациям для активного использования композитных материалов в строительных конструкциях. Следует отметить, что большая часть документов разработана по заказу Департамента градостроительной политики города Москвы, одного из главных инициаторов широкого применения строительных композитов. Так, на одном из последних заседаний научно-технического совета Стройкомплекса Москвы принято решение о проведении научно-технической работы по расчету технико-экономической эффективности комбинированного армирования с применением композитной арматуры при проектировании одного из типовых городских объектов.
Однако, несмотря на огромные перспективы, поддержку на самом высоком уровне и растущую стоимость металла, существуют трудности с внедрением композитных материалов, вызванные, прежде всего, активной деятельностью на рынке фиктивных лабораторий и органов по сертификации, связанной с незаконным обеспечением документами о безопасности продукции, получением подложных сертификатов без проведения необходимых испытаний. Такая деятельность приводит к поступлению на строительный рынок некачественной, контрафактной и просто опасной для жизни и здоровья граждан продукции. НИИЖБ им. А.А. Гвоздева АО «НИЦ «Строительство» совместно с Ассоциацией КСМ, Союзом производителей композитов ведет работу по учету таких организаций и выпущенных ими документов.
Для дальнейшего развития отрасли композитных материалов необходимо расширять исследования, и здесь ведущую роль должны сыграть отраслевые институты или центры. Повсеместное расширение применения композитных материалов в строительстве должно осуществляться комплексно, и одновременно с развитием нормативно-технической базы должна формироваться база правовая и законодательная. Следует отметить важность и своевременность разработки Минстроем РФ проекта отраслевой программы внедрения композиционных материалов, конструкций и изделий из них в строительном комплексе Российской Федерации до 2020 года, которая позволит повысить спрос на соответствующую продукцию, увеличить ее производство и государственные закупки.
В целях закрепления достигнутых позиций и дальнейшего становления композитной отрасли в строительном комплексе, необходимо:
— передать функции по разработке, внедрению и контролю нормативно-технической документации на композитные строительные материалы в Министерство строительства и ЖКХ РФ;
— ввести обязательную сертификацию композитных строительных материалов и изделий них, а также производств на базе специализированных отраслевых научных центров;
— подготовить перечень композитных строительных материалов и технологий для разработки сметных нормативов;
— организациям, осуществляющим функции заказчика, включать в задания на проектирование требования об обязательном применении композитных инновационных строительных материалов и технологий;
— проектным организациям, работающим в рамках исполнения государственных и городских заказов, при выборе технологических и технических решений обеспечивать приоритет инновационных материалов и технологий российского производства.
Источник: niizhb-fgup.ru
ПРИМЕНЕНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ. — презентация
Презентация на тему: » ПРИМЕНЕНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ.» — Транскрипт:
1 ПРИМЕНЕНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
2 2 углеродная ткань + эпоксидное связующее Углеродные ткани: Толщина ткани (0,1-0,4мм) зависит от количества волокон в жгутах, диаметра волокон и расположения жгутов. Масса -0,15-0,5 кг/м2 Ткани выпускают разной ширины, как правило от 100мм до 500мм. Углеродные ткани применяют для создания композитных материалов путем проклейки ткани полимерной смолой Прочность ткани при растяжении МПа Модуль упругости- 250 ГПа Относится к группе трудносгораемых строительных материалов. Клеящий состав: Прочность сцепления – 1.5…3МПа Предел прочности при сдвиге – 20…30МПа Предел прочности при изгибе – 30…40МПа Предел прочности при растяжении – 40…60МПа Модуль упругости – 3000… 3500МПа Предельная относительная деформация при растяжении – 1…3% Температура эксплуатации — (-40…+60)ºС Срок годности – 1 год
3 3 Ж/б обойма Металлическа я обойма Примеры внешнего армирования традиционные и с применением углепластика ПРИМЕР 1: УСИЛЕНИЕ БАЛОК Усиление углепластиком ПРИМЕР 2: УСИЛЕНИЕ КОЛОНН Ж/б обойма Металлическая обойма Усиление углепластиком
4 4 Сравнение сроков выполнения работ по усилению малых мостов Ж/б обойма Металлическая обойма Шпренгельная система усиления армированиеЖ/Б обоймаметаллическая углеродными лентами обойма проектирование111 выполнение основных работ1>10 выдержка (набор прочности)130 срок выполнения проекта (недели)31411
5 5 Металлическими элементами Замена арматуры Примеры внешнего армирования традиционные и с применением углепластика ПРИМЕР 3: ВНЕШНЕЕ АРМИРОВАНИЕ ФЕРМ ПРИМЕР 4: ВНЕШНЕЕ АРМИРОВАНИЕ ПЕРЕКРЫТИЙ Усиление углепластиком Усиление углепластиком Ж/б рубашка Металлические элементы
6 6 Технология применения системы внешнего армирования (1) СИСТЕМА ХОЛСТОВ СИСТЕМА СТЕРЖНЕЙ
7 7 Технология применения системы внешнего армирования (2)
8 8 Технология применения системы внешнего армирования (3)
9 9 3. Мосты из композитного материала, с применение углеродного волокна Парк 50-летия октября 9 Применение композиционных материалов: значительно увеличивает срок эксплуатации и, как следствие, снижает эксплуатационные издержки; существенно повышает коррозионную стойкость конструкции; сокращает сроки и стоимость монтажных работ; требует менее объемных опор и фундамента (экономия бетона и арматуры).
10 10 Пример усиления конструкции автомобильных мостов Мост в поселке Татищево Саратовской области
11 11 Габариты моста: длина – 15,65м; ширина – 8,29 м Год постройки – 1950; Проектные нагрузки:H-13;НГ-60(Д) Число полос на дороге : 2 Категория дороги: IV Общие сведения о состоянии моста по результатам обследования от июня 2007года Сведения о ремонтах: переустройство мостового полотна. Замена ограждений в 2003г. Статическая система: балочная, разрезная Тип несущей конструкции: ребристые балки с диафрагмами Ограничение временной нагрузки до 20 т из-за повреждения конструкций моста
12 12 арматура подвержена поверхностной коррозии дополнительный слой дорожной одежды создает непроектную нагрузку имеются участки разрушения бетона, с обнажением рабочей арматуры продольные трещины (глубина трещин не выявлялась) Недостаточная несущая способность из-за повреждений конструкций и несоответствие новым нормативным нагрузкам Дефекты, выявленные в результате обследования
13 13 Ремонт моста через ручей п. Татищево, Саратовская область г. 13
14 14 Технико-экономическое обоснование эффективности усиления системой внешнего армирования Калькуляция себестоимости ремонта моста (п.Татищево, Саратовская обл.) системой внешнего армирования углеродными лентами Калькуляция себестоимости ремонта моста (п.Татищево, Саратовская обл.) традиционным методом усиления металлическими шпренгелями Статьи затратСумма, руб.Статьи затратСумма, руб. Проектирование ,00Проектирование ,00 Материалы ,00Материалы ,00 Проведение работ ,00Проведение работ649231,00 Итого: Сметная стоимость с НДС ,00Сметная стоимость с НДС ,00 Экономический эффект ,00 рублей % Несущая способность моста (п.Татищево, Саратовская обл.) обозначение нормативной нагрузки значение единичной нагрузки, тонн Проектная нагрузка до усиленияН-13; НГ-60(Д)48,00 Фактическая нагрузка до усиления 20,00 Фактическая нагрузка после усиленияАК-1482,23 Увеличение несущей способности 62,23
15 15 Другие примеры усиления конструкции автомобильных мостов
16 16 Другие примеры усиления конструкции автомобильных мостов
17 17 Пример усиления конструкции общественных зданий
18 18 Пример усиления конструкции промышленных зданий
19 19 Пример усиления конструкции промышленных зданий До ремонта После ремонта
20 20 Пример усиления конструкции причальных сооружений
21 21 Пример усиления бассейнов
22 22 Фибра – мелкодисперсное волокно, выпускается из волокон 3-х типов: на основе специального ПАН- волокна, ПАН-окисленного волокна и углеродного волокна. Используется в качестве армирующей добавки в цементные, бетонные, пенобетонные и асфальтобетонные смеси. 2. Системы внутреннего армирования Перспективная продукция ЗАО «ХК Композит» – фибра (армирующая добавка ) Применение фибры позволяет: уменьшить образование трещин и повышает качество поверхности бетона; повысить устойчивость асфальтобетона к воздействию антиобледеняющих солей, к проникновению воды и химических веществ; повысить прочностные свойства асфальтобетона; повысить ударную вязкость асфальтобетона. 22
23 Асфальтобетонные смеси с армирующими волокнистыми наполнителями Асфальтобетонные смеси с волокнистыми наполнителями позволяют получить армированные асфальтобетоны, обладающие повышенной трещиностойкостью при пониженных температурах и устойчивостью в отношении образования пластических деформаций при высоких температурах. В качестве армирующих волокон могут быть использованы природные или синтетические минеральные волокна (в т.ч. асбестовое волокно, стекловолокно, базальтовые волокна и др.), полимерные, целлюлозные и другие виды волокон… ТР Москва-2007
25 25 исследование волокон Спец ПАН фибры (текс, длина резки) исследование гранул (вяжущее, способ, оборудование) лабораторные испытания исследование сочетаний стройматериалов (фибра-доломитовая мука, фибра-известь и тд) Выбор оптимального продукта Подготовка внутреннего СТО на СПАН Подготовка СТО по применению Рекомендации из РодДорНИИ Подготовка ОДМ (отраслевые дорожные методики) Рекомендации региональных заказчиков Подготовка нормативных документов Исследование оптимального метода и оборудования для подачи фибры Исследование дополнительных нагрузок производства (время замеса, расход битума) Исследование фибры для различных типов асфальта Промышленные испытания Исследование оптимального мет да и оборудования Выбор дорожных участков Контроль замеса и укладки Регулярный анализ кернов Сравнительный анализ аналогичных участков без добавки фибры Мониторинг качества Укладка, Мониторинг
26 26 Адрес: г. Москва, ул. Кржижановского, д. 14, корп. 3 Телефон: Факс: (4001) Web: ХК«Композит»
Источник: www.myshared.ru
Главная
В очередном номере международного промышленного журнала «Металлы Евразии» опубликована статья Генерального директора ВИАМ, академика РАН Евгения Николаевича Каблова «Композиты: сегодня и завтра».
Предлагаем вам ознакомиться с данным материалом.
Композиты: сегодня и завтра
Начавшийся бум в применении композиционных материалов, очевидно, является ответом на повышение требований современной техники и высокотехнологичных отраслей. Практика показала, что путем подбора состава и свойств компонентов композиционных материалов (матрицы и наполнителя, их соотношения, ориентации наполнителя) можно обеспечить получение практически любых изделий с заранее заданным сочетанием эксплуатационных и технологических свойств.
Чем объяснить стремительно растущий интерес к композиционным материалам именно сегодня? Прежде всего тем, что традиционные материалы (главным образом, металлы) не всегда отвечают потребностям современной инженерной практики. Например, в особо жестких условиях эксплуатации незаменимость композитов обеспечивается сочетанием таких важнейших характеристик, как высокая механическая прочность, теплостойкость, коррозионная стойкость, малая плотность. Во-вторых, многообразие комбинаций различных исходных материалов и их компонентов, а также технологий их переработки в композитные материалы и изделия практически бесконечны и ограничены только уровнем развития науки и техники. При этом используются такие преимущества композитов, как возможность «бесстружечной» обработки (литье, прессование, экструзия) с получением изделий любой формы, что существенно снижает производственные затраты.
В мировой практике в зависимости от материала матрицы композиционные материалы подразделяются на полимерные, керамические, металлические, а также углерод-углеродные композиты. В настоящее время на международном и российском рынке наибольшее распространение получили полимерные композиционные материалы (ПКМ), которые, в свою очередь, делятся по типу используемого волокна: углепластики создаются на основе углеродных волокон, стеклопластики – стеклянных, органопластики – органических, базальтопластики – базальтовых волокон и т.п. ПКМ также делятся на непрерывно армированные (в качестве наполнителя выступают текстильные материалы на основе непрерывных волокон: нити, жгуты, ленты, ткани, объемноплетеные формы), дискретно армированные (упрочненные дискретными – рубленными или штапельными волокнами), наполненные (упрочненные различного рода дисперсными частицами). В современной технике наибольший интерес представляет класс непрерывно армированных ПКМ. Такие материалы, по праву относящиеся к классу конструкционных, способны обеспечить максимальную реализацию прочностных характеристик при создании уникальных изделий и конструкций нового поколения применительно к ответственным сооружениям и сложным техническим системам.
Рынок полимерных композитов
По экспертным оценкам, объем мирового рынка полимерных композитов за 2011 год составил около 13 млн т. Основными производителями композитов в мире (в объемном выражении) являются Китай (28%), США (22%) и Европейский Cоюз (14%). Объем российского рынка составляет 0,5–1% от мирового, то есть практически находится в пределах статистической погрешности. Статистика мирового потребления конструкций и изделий из ПКМ (в стоимостном выражении) показывает, что основный их объем сосредоточен в гражданских секторах экономики. Среди них следует выделить строительную индустрию, включая строительство объектов транспортной инфраструктуры (18% мирового объема потребления), энергетику и электронику (21%), транспортное машиностроение (15%), жилищно-коммунальное хозяйство (12%), ветроэнергетику (более 11%). Таким образом, основным драйвером роста выступает строительный сектор, на который с учетом транспортной и коммунальной инфраструктуры приходится 30% общего объема мирового потребления ПКМ и изделий из них.
Направления развития производства и потребления ПКМ в гражданских отраслях промышленности России в целом соответствуют мировым тенденциям. По оценкам, основными потребителями ПКМ в гражданском секторе к 2020 году будут транспортная инфраструктура, строительная индустрия, энергетика, силовая электроника и радиотехника (без инфраструктуры), транспортное машиностроение, включая автомобилестроение, цветная металлургия, химия и нефтехимия, жилищно-коммунальный комплекс, нефте- и газодобыча, гражданское авиа- и судостроение.
Роль ВИАМ в создании композитов
Первый отечественный композиционный материал был создан в 1939 году. Этот материал, получивший название «дельта-древесина», был разработан учеными ВИАМа под руководством профессора Я.Д. Аврасина на основе шпона карельской березы и бакелитового лака. В годы Великой Отечественной войны в условиях дефицита алюминиевых сплавов дельта-древесина стала основным конструкционным материалом планеров самолетов и воздушных винтов. Инициатором дальнейшего развития ПКМ, прежде всего для отраслей ВПК, также стал ВИАМ.
В конце 60-х годов после соответствующей инициативы начальника ВИАМа, члена-корреспондента АН СССР А.Т. Туманова были приняты государственные решения и выделены основные направления первоочередных НИОКР: двигателестроение, транспортная авиация, ракетная техника, фронтовая авиация, вертолетостроение.
Были созданы производства армирующих волокнистых наполнителей, полимерных связующих и специальных химических добавок, технологическое оборудование и т.д. В профильных учреждениях высшего и профессионального образования была организована целевая подготовка специалистов.
ВИАМ был определен головной научной организацией, на которую возлагалась разработка основных компонентов и разработка требований к специальным химическим соединениям и армирующим наполнителям, а также координация работ предприятий различных отраслей по данному направлению. Кроме того, в задачу ВИАМа входило проведение квалификации композиционных материалов, согласование нормативной документации на исходные компоненты, а также технологической документации и материальной спецификации на изготовление изделий.
Начальник ВИАМа А.Т. Туманов был назначен руководителем секции «Композиционные материалы» Научного совета АН СССР по конструкционным материалам для новой техники, который возглавил первый заместитель начальника ВИАМа академик С.Т. Кишкин. В общей сложности для нужд предприятий авиационной и ракетно-космической промышленности в ВИАМе было разработано более 300 марок ПКМ, и на базе этих разработок предприятия отрасли освоили в общей сложности производство около 700 марок полимерных материалов.
Следует отметить, что до начала 90-х годов на мировом рынке наша страна наряду с США и Японией входила в число лидеров по объему производства и применения ПКМ. При этом СССР и США развивали отрасль ПКМ главным образом применительно к изделиям оборонно-промышленного комплекса, в то время как основные области применения ПКМ в Японии сосредоточились в гражданском сегменте.
С 1992 года развитие отрасли ПКМ в России фактически было прекращено. Новое руководство страны вернуло это направление в число приоритетных, поставив задачу создать новое поколение полимерных композиционных материалов и расширить объемы их производства и применения в различных секторах экономики.
В мае 2002 года мне, как Генеральному директору ФГУП «ВИАМ», была предоставлена возможность изложить состояние дел и внести предложения на докладе у главы государства. По инициативе Президента РФ В.В. Путина была разработана и утверждена программа по созданию авиационно-космических материалов и организации их малотоннажного производства. Впервые был реализован поддержанный Президентом РФ принцип малотоннажного производства дефицитных и импортозамещающих материалов на базе ведущих НИИ. Реализация данной программы позволила создать 55 производственных участков для выпуска 273 материалов и их компонентов.
В 2009 году в связи с критическим увеличением объема дефицитных и импортируемых материалов для производства ВВСТ была разработана и утверждена ФЦП «Разработка, восстановление и организация производства стратегических, дефицитных и импортозамещающих материалов и малотоннажной химии для вооружения, военной и специальной техники на 2009–2011 годы и на период до 2015 года». В области ПКМ реализация данной программы позволила к 2015 году создать 27 новых производственных объектов, восстановить и разработать 272 технологии производства материалов и обеспечить импортозамещение 361 материала. При этом создано новое поколение арамидных волокон с пониженным влагопоглощением и повышенными механическими характеристиками, разработан комплекс высокодеформативных связующих, не уступающих, а по отдельным характеристикам превосходящих зарубежные аналоги, восстановлено производство ряда других стратегически важных материалов и компонентов. На базе ВИАМ создан центр компетенций по разработке, квалификации и производству полуфабрикатов ПКМ, в ОНПП «Технология» (ОАО «РТ-Химкомпозит» ГК «Ростехнологии») начал работать центр компетенций по производству крупногабаритных конструкций из ПКМ авиационного и космического назначения и т.п.
Традиционно в нашей стране инновации в области ПКМ создавались и создаются преимущественно в государственном секторе науки, в основном для оборонно-промышленного комплекса и сложных технических систем в авиационной, ракетно-космической, атомной промышленности и судостроения. Основной объем научно-исследовательских работ, направленных на разработку новых полимерных связующих, ПКМ, технологий их производства и переработки в конструкции, выполняют отраслевые материаловедческие научные центры и научные организации с государственным участием, такие как ФГУП «ВИАМ», ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей», ФГУП «ГНИИХТЭОС», ОАО «Композит», ОАО «НИИПМ» и др., а львиная доля (около 80%) опытно-конструкторских работ, связанных с разработкой изделий на основе ПКМ, выполняется отраслевыми КБ, входящими в интегрированные структуры с государственным участием (ОАК, ОДК, «Вертолеты России» и др.).
Гражданские сферы применения ПКМ
В современной России расширяется применение ПКМ в гражданских секторах экономики: строительной индустрии, инфраструктуре, транспортном, сельскохозяйственном и общем машиностроении, химической и нефтехимической промышленности, энергетическом комплексе. Это способствовало появлению во второй половине 90-х – начале 2000-х годов коммерческого сегмента исследований и разработок, выполняемых как за счет средств бизнес-сообщества (70%), так и с привлечением разных форм бюджетного софинансирования. На текущий момент, по экспертным оценкам, объем производства ПКМ и изделий из них в РФ составляет не более 20–25 тыс. т и не более 12–16 млрд руб. в стоимостном выражении.
К наиболее перспективным рынками ПКМ в нашей стране сегодня можно отнести строительную отрасль, нефтегазовую промышленность, железнодорожный и автомобильный транспорт, судостроение. На долю этих отраслей в мире приходится около 60% объема производимых полимерных композиционных материалов, чему способствует, в частности, ужесточение экологических норм и задачи снижения энергопотребления. Кроме того, в этих отраслях реализуются главные преимущества ПКМ, такие как высокая устойчивость к воздействию агрессивных сред и неблагоприятных условий эксплуатации, а также сравнительно низкая плотность самих материалов.
Использование композитов становится важным фактором конкурентоспособности выпускаемой продукции. В условиях возрастающей конкуренции формируются компании, специализирующиеся на производстве сырья и компонентов для композитных материалов, инвестирующие крупные средства в исследование и развитие новых материалов, таких как термопластические смолы, угольные и стекловолокна нового поколения, композиты на основе растительных материалов. По-видимому, в обозримой перспективе можно ожидать развития подобных тенденций и в обрабатывающей индустрии.
Разработка сравнительно дешевых технологий в ближайшем будущем приведет к тому, что различные композиционные материалы, и в первую очередь углепластики, получат широкое применение в автомобилестроении. Они могут обеспечить серьезное снижение массы автомобиля, а значит, существенную экономию горючего и, соответственно, снижение вредных выхлопов. По расчетам, снижение массы автомобиля на 7 кг может обеспечить повышение его экономичности на 0,0042 км/л. Замена деталей из черных металлов на детали из углепластиков, стеклопластиков и других конструкционных полимерных материалов позволит снизить массу автомобиля в среднем на 320 кг. Так, в Германии фирма BMW уже начала серийно выпускать модели с использованием ПКМ на основе углеродного волокна, производимого немецкой компанией SGL Group.
Полимерные композиционные материалы позволяют создавать безнаборные или редко подкрепленные набором корпусные конструкции современных, в том числе высокоскоростных, судов. Важно, что создание крупногабаритных элементов из ПКМ не требует применения сварки, а это снижает стоимость работ не менее чем на 10% и повышает надежность эксплуатации судов. Без использования композиционных материалов практически невозможно создание суперглубоководных средств. Высокая демпфирующая способность ПКМ в сочетании с высокими физико-механическими характеристиками обеспечивает уменьшение перегрузок сложных технических систем. Малая плотность материалов при обеспечении пожаробезопасности позволяет применять их в архитектуре надводной части судов всех типов, что способствует улучшению устойчивости, уменьшению радиолокационной заметности судов, облегчению эксплуатации корпуса.
Высокая устойчивость ПКМ к коррозионным воздействиям, ровная и плотная поверхность изделий, получаемая при формовании, позволяют в ряде случаев отказаться от окрашивания, что играет немаловажную роль в строительной индустрии. Уже сегодня за рубежом из общего объема производства ПКМ (около 8 млн т/год на сумму около 59 млрд евро) почти треть идет для использования в строительстве.
В среднем объемная масса ПКМ в 2 раза меньше, чем у алюминия, и в 5–8 раз меньше, чем у стали, меди, свинца. Пределы прочности при сжатии и растяжении ПКМ достаточно высоки и превосходят в этом отношении многие строительные материалы силикатной группы (кирпич, бетон). В целом комплекс свойств строительных материалов можно описать коэффициентом конструктивного качества, который для кирпичной кладки составляет 0,02 (самый низкий из всех строительных материалов), у цементного бетона марки 150 – 0,06, стали марки Ст.3 – 0,5, сосны – 0,7, дюралюминия – 1,6, композиционных конструкций – 2,2. Внедрение в строительство материалов с высоким коэффициентом конструктивного качества предопределяет решение одной из основных задач – снижение веса зданий и сооружений, увеличение сроков их эксплуатации и межремонтного обслуживания.
Применение ПКМ в строительстве мостов значительно сокращает массу сооружения по сравнению с железобетонными конструкциями, что позволяет возводить их быстро, практически не нарушая движение транспорта. Кроме того, при сравнительно более высокой стоимости исходных материалов (в настоящее время) по затратам на весь период эксплуатации мост из ПКМ значительно более выгоден, чем железобетонный, поскольку не требует капитального ремонта и обеспечивает безопасную эксплуатацию до 50 лет, так как ПКМ практически не подвержен коррозии. Как показал зарубежный опыт, использование полимерных композиционных материалов в мостовых сооружениях обеспечивает получение качественно новых долговечных конструкций.
По экспертным оценкам, при замене, например, чугунных ограждений на конструкции из ПКМ стоимость монтажных работ сокращается с 13200 до 2500 руб. за погонный метр, транспортировочные расходы – с 880 до 50 руб./п.м, расходы при эксплуатации – с 8200 до 1300 руб./п.м. По сравнению с аналогичными металлическими трубами, трубы из композиционного материала имеют также ряд преимуществ: срок службы без капитального ремонта в 2–2,5 раза больше, чем у стальных труб. Малый удельный вес композиционного материала и высокая заводская готовность конструкций позволяют существенно упростить монтаж и сократить его длительность в несколько раз. Весьма перспективно использование композитов в строительстве вантовых мостов, армировании сооружений в сейсмоопасных регионах, усилении высотных сооружений и сложных инженерных конструкций.
Перспективы применения композитов в России
Министерство промышленности и торговли РФ на конкурсной основе выделяет субсидии на поддержку развития производства композиционных материалов и изделий из них в рамках реализации программы «Разработка технологий получения комплекса композиционных материалов (композитов) нового поколения, изделий и конструкций из них» и подпрограммы «Развитие производства композиционных материалов (композитов) и изделий из них». Главная цель – стимулирование развития отрасли конструкционных и композиционных материалов нового поколения.
В ходе реализации подпрограммы будет создана современная нормативно-правовая и нормативная техническая база, регламентирующая разработку, производство и широкое внедрение композиционных материалов и изделий из них в ключевых секторах экономики. Будут разработаны и реализованы пилотные масштабируемые инновационные проекты на основе первоочередных отраслевых проблемно-ориентированных НИОКР, а также сформирована национальная база интеллектуальной собственности в области производства современных композиционных материалов и изделий из них гражданского назначения.
Основной ожидаемый результат заключается в росте объема внутреннего производства продукции композитной отрасли, который к 2020 году составит 120 млрд руб., а объем потребления продукции отрасли на душу населения к 2020 году составит не менее 1,5 кг. Количество разработанных технологий мирового уровня, прошедших опытную отработку и готовых к коммерциализации или переданных в производство, к 2016 году составит не менее 65 единиц, а количество полученных патентов, ноу-хау и других правоохранных документов, удостоверяющих новизну технологических решений, – не менее 58 единиц.
В рамках данной подпрограммы ФГУП «ВИАМ» реализует два пилотных масштабируемых инновационных проекта. Первый проект: «Разработка технологий получения композиционных материалов нового поколения и конструктивных решений для применения при строительстве быстровозводимых мостовых сооружений с использованием в качестве надземных частей опор арочных элементов и профилированного настила, а также освоение производства высокотехнологичной продукции на основе полученных технологически решений».
Соисполнителем в данном проекте является ОАО «НИИ Графит». Быстровозводимые мостовые сооружения с использованием в качестве надземных частей опор арочных элементов и профилированного настила из композиционных материалов нового поколения обладают рядом существенных преимуществ. Они устойчивы к коррозии и воздействию высоких и низких температур, в 20 раз легче бетонных и в 5 раз легче стальных конструкций, что позволяет сократить расходы на строительство и эксплуатацию. Изготовление арочного моста на строительной площадке занимает всего два-три месяца, и, следовательно, это позволяет резко сократить экономические потери и уменьшить загрязнение окружающей среды. Помимо этого, возведение арочных мостов с применением элементов конструкции из ПКМ возможно в труднодоступных районах (горная местность и местность с вечной мерзлотой).
В целом по двум сегментам (автомобильные и железные дороги) емкость рынка мостовых сооружений оценивается на уровне 80 тыс. штук. При условии, что средний срок эксплуатации мостов составляет 20–25 лет, каждый год необходимо заменять или проводить капитальный ремонт не менее 3000 мостов. Однако на сегодня фактическое количество мостов, требующих замены, в 2–3 раза больше в связи с тем, что последние 10–15 лет обновление транспортной инфраструктуры в стране проводилось крайне медленно.
Пилотный объект по данному проекту будет построен в 2016 году в Ульяновской области.
Второй инновационный проект – «Разработка технологий получения композиционных материалов нового поколения и конструктивных решений для создания опорных плит и электроизолирующих стяжек соединительных элементов из композиционных материалов для силовых сборок блоков коммутаторов на основе импульсных фототиристоров, предназначенных для создания сверхмощных электромагнитных полей в схемах импульсно энергетики, а также освоение производства высокотехнологичной продукции на основе технологических решений». Соисполнителями по данному проекту являются ООО «Центр нанотехнологий и наноматериалов» и ООО «Новые композитные материалы» (г. Саранск). Применение опорных плит и электроизолирующих стяжек соединительных элементов из композиционных материалов приводит к снижению совокупной стоимости владения, увеличению срока службы оснований сборок за счет уменьшения сроков ремонта, а также снижению веса конструкций на 80%.
Заключение
Композиционные материалы являются одним из наиболее востребованных материальных ресурсов современного промышленного производства. Особенно широко и эффективно они используются в высокотехнологичных отраслях. В настоящее время нет ни одного летательного аппарата, в конструкции которого не были бы использованы композиты.
В некоторых конструкциях планера современных летательных аппаратов объем использования ПКМ достигает 60%. Подсчитано, что, например, благодаря композитным составляющим вес Ту-204 удалось снизить на 1200 кг по сравнению с аналогичной металлической конструкцией. А поскольку каждый сэкономленный килограмм веса воздушного судна снижает потребление топлива на 2–3 кг в год, то при цене авиационного керосина 30–40 руб./кг ежегодная экономия доходит до 144 тыс. руб.
В России общепризнанным лидером в разработке состава и технологии производства композитов является Всероссийский институт авиационных материалов. Новые поколения композитов, разработанных ВИАМом, находят свое применение в создании новых образцов авиационной и ракетной техники и не уступают, а по ряду показателей превосходят зарубежные аналоги.
Полимерные композиционные материалы обеспечивают в силовых конструкциях высокую эксплуатационную надежность и долговечность, что помимо традиционных отраслей применения (авиация, космонавтика, судостроение) весьма актуально в строительной индустрии, энергетике, машиностроении, конструкциях дорожной инфраструктуры (в частности, мостовые сооружения) и других отраслях.
Источник: viam.ru
Композитные материалы – инновация, дающая огромные косвенные экономические эффекты
Термин «композиты» вошел в обиход несколько десятилетий назад. Им обозначают неоднородные сплошные материалы, состоящие из двух составных частей – армирующего компонента и матрицы, обеспечивающей совместную работу армирующих компонентов.
Однако сами композитные материалы существуют уже миллионы лет в живой природе. Например, птичьи гнезда, которые сделаны из веток, склеенных глиной.
В антропогенной среде самый распространенный композит – железобетон, сочетающий железную арматуру и бетон. Бетон плохо работает на растяжение и изгиб, но хорошо – на сжатие. Арматура хорошо работает на растяжение и изгиб, их соединяют и получают материал, который включает лучшие свойства двух различных материалов.
Главным двигателем эволюции композитов всегда была авиация, потому что она предъявляет наибольшие требования к материалам. Два ярких примера:
1) Дельта-древесина (ДСП-10, балинит), созданная в ВИАМе (Всесоюзном научно-исследовательском институте авиационных материалов) в начале 1940-х, была одним из секретов нашей Победы. Дело в том, что в СССР того времени не было материалов для поточного производства самолетов: ни технологичных металлов (алюминиевых сплавов и высоколегированных сталей), ни древесины для цельнодеревянных конструкций (отечественные породы деревьев не подходили для авиации).
Тогда наши ученые и придумали склеить шпон карельской березы фенолформальдегидными смолами (бакелитовым лаком), а потом подвергнуть его горячему прессованию под высоким давлением. Получившийся композит, который еще называют авиационной фанерой, плохо горел и не уступал по прочности алюминию. Этот материал и сейчас можно купить в магазинах. Его используют в строительстве и производстве мебели.
2) Плитка теплозащитного покрытия для корабля «Буран», созданная в том же ВИАМе из материала на основе особо чистых кварцевых волокон, сейчас используется в пекарнях и на хлебозаводах. Эта плитка выдерживает температуру свыше 1500 градусов, но сама почти не нагревается: через минуту после изъятия из печи ее спокойно можно брать голыми руками.
Раз композиты существуют уже многие десятки лет, почему их всё равно можно считать инновацией? Потому что сейчас под новые задачи постоянно разрабатываются новые композиты. Более того, материаловеды, используя разные исходные компоненты, разные режимы совмещения, разные отвердители, научились создавать композиты с необходимыми индивидуальными свойствами. Это есть основное ноу-хау.
Если сравнить металлы и композиты, то по любому физическому свойству (твердость, прочность, мягкость, теплопроводность и т. д.) в 99 % случаев композиты будут лучше. Именно поэтому композиты продолжат теснить металлы и другие широко распространенные материалы.
Особенности композитных материалов
Как композитам удалось опередить металлы по физическим характеристикам? Просто свойства композита превосходят свойства его составных элементов. Представьте себе прутик. Сломать его проще простого. Но если много прутиков связать в веник, то сломать его практически невозможно.
Другие ключевые особенности композитных материалов:
— два и более компонента;
— новые уникальные свойства, отличные от свойств его составных частей;
— неоднородность в микромасштабе и однородность в макромасштабе;
— состав, форма и распределение компонентов заданы заранее.
Также композитам присуща анизотропия свойств – в разных направлениях эти материалы могут иметь разную прочность, жесткость и т. д. Умелые инженеры и конструкторы успешно используют эту особенность.
Где применяют композитные материалы
Двух- и более компонентные материалы всё шире применяются в авиа- и судостроении. Для конвейерного производства автомобилей они еще слишком дороги, поэтому пока композиты стали неотъемлемой частью гоночных болидов и машин премиум-класса. Композитный кузов автомобиля существенно легче металлического, что позволяет улучшить маневренность и уменьшить расход топлива.
В число других сфер, где все чаще используются композиты, входят:
— энергетика. Из композитов делают ребра жесткости ветролопастей, которые могут достигать длины 90 метров. Сейчас ученые работают над созданием композитных материалов, которые помогут улучшить эффективность турбин за счет увеличения их рабочей температуры;
— строительство. Углепластиковыми композитами армируют дорожное полотно. Это увеличивает срок его эксплуатации на несколько лет. Мост в селе Языково Ульяновской области через реку Соловей, созданный с применением композитов, рассчитан на нагрузку до 100 000 кг, то есть по нему спокойно может проехать комплекс «Тополь-М» (80 тонн). Система внешнего армирования композитами способна восстановить несущую способность конструктивных элементов зданий. Причем такой ремонт можно произвести в короткие сроки без длительной приостановки эксплуатации объекта;
— медицина. Кристаллическая решетка углепластика биологически инертна, так что иммунитет не распознает ее как нечто чужеродное и ткани спокойно в нее прорастают. Поэтому из композитов делают искусственные суставы, кости и зубы. В ЮФУ сейчас разрабатывают композит для создания роговицы;
— добыча полезных ископаемых. Обычные износостойкие ролики для горно-обогатительных комбинатов служат 1 год, а композитные – не менее 5 лет. Таков срок гарантии производителя на это изделие.
Также композиты применяются в производстве бытовой техники и спортивного инвентаря. И число сфер их применения будет только расти.
Композитные материалы в России
Рынок композитов в России растет в среднем на 10–15 % в год, успешно развиваясь благодаря научным открытиям. Поэтому его можно считать одним из самых перспективных в нашей стране, что понимают и в Правительстве.
В конце января 2021 года Михаил Мишустин распорядился основать в Тульской области инновационный научно-технологический центр «Композитная долина», где будет организован полный цикл создания высокотехнологичной продукции – от науки до действующего производства.
Вообще, в середине прошлого века наша страна была лидером «композитной гонки». В Советском Союзе раньше, чем в Японии создали высокопрочные углеродные волокна на основе полиакрилонитрильных (ПАН) волокон, из которых сейчас изготавливают многие композитные материалы.
Однако в СССР композиты массово использовались лишь в оборонке и в космической отрасли, а на гражданке их не было. Итог – разрушение отрасли, которая, к счастью, сейчас возрождается, поскольку производство и широкое применение композитов, кроме понятного прямого экономического эффекта, дает массу косвенных. Простые примеры из недавнего прошлого:
— в свое время самолет Ан-124 «Руслан» был лидером по числу деталей, созданных из композитов (5500 кг). Это облегчило крылатую машину настолько, что за годы ее эксплуатации удалось сэкономить 18 тыс. тонн топлива;
— композиты в конструкции ракеты-носителя «Протон» обеспечили экономию в $2,5 млн при каждом пуске;
— использование отечественных стеклопластиковых труб на северокавказских нефтяных месторождениях не менее чем в 10 раз уменьшило количество порывов трубопроводов.
Ближайшее будущее остается за композитами еще и потому, что, во-первых, традиционные материалы давно приблизились к пределу своих физических возможностей, а во-вторых, композиты будут дешеветь, а значит, их можно будет применять при производстве все большего количества товаров народного потребления. Так что те страны, которые организуют полный цикл их производства, получат серьезное конкурентное преимущество.
А вот в средне- и долгосрочной перспективе на передний план, возможно, выйдут интеллектуальные материалы, которые смогут меняться, подстраиваясь под условия окружающей среды. Они будут иметь некое подобие нервной системы. И самолет уподобится живому существу и, как птица, никогда не уйдет в штопор.
Источник: sdo-regional.ru