Проведенные в настоящее время исследования показали, что решить эти проблемы могут новые уникальные материалы на основе базальтовых, стеклянных и других типов специальных волокон. Новые полимерные композиционные материалы в 3,5 раза легче металла, при этом существенно прочнее и гибче, не подвержены коррозии, сохраняют механические свойства в широком диапазоне температур.
Применение этих материалов позволит увеличить теплосопротивление стен, улучшить их температурную однородность и сэкономить теплоизоляционные материалы. Изделия в виде арматуры "сделают" бетон стойким к внешним воздействиям и структурным нагрузкам для обеспечения длительного функционирования.
Реализация данной темы предусматривает разработку принципиально новых изделий в виде арматуры и анкеров из полимерных композиционных материалов с заданными эксплуатационными свойствами:
- диаметр изделий в виде цилиндрических стержней от 5 до 15 мм;
- диаметр изделий в виде трубок от 15 до 40 мм;
- прочность при растяжении не менее прочности стальной арматуры;
- плотность 2,0 - 2,2 г/куб. см.
Разработанные изделия, благодаря своим высоким эксплуатационным свойствам, будут высокоэффективны и конкурентоспособны на рынке композиционных материалов. Спрос на них составляет не менее 350 тонн в год. Это обусловлено их низкой массой, по сравнению с металлом, что делает сопоставимыми их цены в пересчете на погонные метры изделий, а также обеспечивает удобство в монтаже и дальнейшей эксплуатации их в составе строительных конструкций. Низкая теплопроводность исключает образование "мостиков холода" и тем самым уменьшает толщину необходимого теплоизоляционного слоя, следовательно, экономит количество применяемых теплоизоляционных материалов.
Долговечность и высокая коррозионная стойкость новых композиционных материалов позволит снизить расходы на ремонт и замену изношенных строительных конструкций. Высокая прочность изделий позволит сэкономить количество материалов, применяя, например, арматуру из композиционных материалов меньшего диаметра, по сравнению со стальной. Технология изготовления изделий в виде арматуры и анкеров из полимерных композиционных материалов, в сравнении с металлической арматурой, менее энергоемкая, компактная, с возможностью тиражирования технологических линий под необходимую производительность.
Тема 12. "Разработка ресурсосберегающих технологических процессов изготовления крупногабаритных деталей и агрегатов многофункционального назначения из углепластиков нового поколения".
Реализация темы позволит создавать современные конструкции для различных отраслей промышленности с физико-механическими характеристиками, намного превышающими существующие. Разрабатываемые технологические процессы изготовления углепластиковых деталей и агрегатов основаны на применении углеродных волокон нового поколения: высокопрочных с прочностью при растяжении 5МПа и модулем упругости 220 - 240 ГПа, среднепрочных с прочностью при растяжении 4МПа и модулем упругости 250 - 290 ГПа. Такое повышение качества углеродных волокон и углепластиков на их основе станет возможным в результате разработки и организации выпуска волокон полиакрилнитрильного (ПАН) прекурсора с улучшенными свойствами.
Реализация проекта позволит:
разработать ресурсосберегающие технологические процессы изготовления углепластиковых крупногабаритных деталей и агрегатов со стабильными прочностью и модулем упругости, превышающими современный уровень в 1,4 - 1,7 раза;
разработать и организовать выпуск в опытном масштабе исходных волокон ПАН-прекурсора с прочностью, превосходящей существующий уровень на 40 - 70 процентов;
разработать экологически безопасную технологию изготовления крупногабаритных изделий из углепластиков нового поколения и организовать их выпуск.
Новые изделия по комплексу физико-механических и эксплуатационных характеристик, а также по технологическим параметрам их изготовления не будут уступать лучшим зарубежным аналогам аэрокосмического, энергетического и транспортного машиностроения.
Тема 13. "Разработка технологии и оборудования для производства термопластичных текстолитов многофункционального назначения методом пошагового прессования".
Термопласты, упрочненные волокнами, в последнее время становятся все более конкурентоспособным классом материала, который наряду с использованием в авиационной и космической промышленности находит все большее применение в машино - и автомобилестроении. Этому способствуют их специфические свойства, позволяющие изготавливать конструкции с мультифункциональным диапазоном применения, обладающие малой массой, высокой удельной прочностью, коррозионной стойкостью, демпфирующей способностью и т. д. Не последнюю роль играет и тот факт, что эти материалы могут быть подвергнуты вторичной обработке, в результате которой можно изменить форму и размеры полуфабриката. Могут быть вновь использованы бракованные и отслужившие свой срок детали без нанесения вреда окружающей среде. Все эти качества делают их серьезными конкурентами термореактивных пластмасс.
В этой связи следует выделить группу листовых упрочненных термопластов (ЛУТ), которые вследствие возможности изменения формы при нагревании выше температуры стеклования или вязкотекучего состояния обладают большим потенциалом для дальнейшего применения. Важным фактором при разработке новых материалов и процессов служит их экономическая конкурентоспособность.
В настоящее время технология получения термопластичных текстолитов имеет широкое распространение в мире. В отечественной практике подобное производство отсутствует.
Реализация данного мероприятия позволит провести разработку технологии получения исходных препрегов, монолитизации препрегов с различной природой термопластичной матрицы и тканого наполнителя, оптимизировать параметры формования непрерывных профилей различной геометрии методом пошагового прессования, а также осуществить апробацию опытной технологии пошагового прессования термопластичных текстолитов заданной природы и профильных изделий на их основе.
В результате реализации мероприятия планируется повысить упруго-прочностные свойства термопластичных текстолитов напроцентов, снизить пористость материала на 20 процентов, уменьшить разброс показателей по свойствам напроцентов в зависимости от природы используемой матрицы, снизить технологические отходы продукции в 3 - 6 раз. Ожидаемая стоимость одного килограмма текстолита составит около 2504 руб., что в 1,5 раза ниже стоимости термопластов, закупаемых в настоящее время по импорту (3784 руб.).
Тема 14. "Разработка технологии и оборудования для производства композиционных материалов с применением термостойкого волокна Арселон взамен асбеста для фрикционных и антифрикционных изделий и прокладочных материалов".
Актуальность замены асбеста в тормозных колодках, теплоизоляционных, прокладочных и уплотняющих устройствах общеизвестна. Пыль голубого асбеста (кроцидолита) провоцирует три вида заболеваний: злокачественную несоталиому, рак легких и асбестод. По данным Агентства по охране окружающей среды, в США от раковых заболеваний, причиной которых являются асбестосодержащие изделия, ежегодно умирает от 3 до 12 тыс. человек. Поэтому в этой стране намерены полностью запретить использование асбеста в любых изделиях.
Из шести различных типов асбеста пять были запрещены в Европейском Союзе (EEC) в 1991 г., а оставшийся тип (хризолит, или белый асбест) был запрещен в 14 категориях продукции.
Асбест запрещено применять и в России, но использование асбеста, несмотря на его канцерогенность, что признано Минздравсоцразвитием России, продолжается.
В настоящее время в мировой практике универсальный эффективный заменитель асбеста для всех изделий не подобран. В США и Канаде применяют с 1982 г. арамидные волокна для фрикционных накладок грузовых автомобилей, поездов, автобусов. Срок службы тормозных накладок увеличился в 5 раз по сравнению с асбестовыми, срок службы барабанов повысился в 2 раза, переоборудование автобусов в Германии снизило износ тормозного барабана.
В данной работе предусматривается использовать в качестве заменителя асбеста волокно Арселон. Это волокно не теряет своей массы и формы до 450 °C, не плавится, практически не усаживается при высоких температурах, хорошо пропитывается связующими составами, по сравнению с рядом волокон имеет высокую износостойкость.
Арселон относится к классу полиоксидиазольных волокон, по термостойкости не уступает арамидным волокнам, а по стоимости - значительно ниже их. Он может быть использован, как показали поисковые исследования, в качестве заменителя асбеста. С этой целью необходимо провести следующие мероприятия:
разработать технологию получения пульпы из термостойкого волокна Арселон со свойствами, обеспечивающими пригодность ее для изготовления композиционных и прокладочных материалов;
провести ОКР по созданию опытного оборудования для получения пульпы, изготовить опытный образец оборудования, наработать и испытать опытные образцы пульпы;
провести НИР по созданию технологии получения связующих и ОКР по созданию оборудования для обработки пульпы;
разработать технологию получения мелконарезанного волокна;
провести ОКР по созданию опытного оборудования для получения мелконарезанного волокна;
наработать и испытать опытные партии мелконарезанного волокна;
провести НИР по созданию технологии получения связующих и ОКР по созданию оборудования для обработки мелконарезанного волокна;
изготовить опытные образцы композиционных и прокладочных материалов с применением пульпы из мелконарезанного волокна;
провести эксплуатационные испытания опытных образцов с получением заключения;
выдать рекомендации по замене асбеста при изготовлении композиционных и прокладочных материалов;
разработать технологию получения жгута из нитей Арселон оптимальной структуры и линейной плотности с наработкой опытной партии;
провести НИР по обработке технологического процесса и ОКР по созданию оборудования для изготовления сальниковой набивки с наработкой опытной партии;
провести испытания сальниковой набивки в промышленных условиях с получением заключения;
выдать рекомендации по замене асбеста в сальниковых набивках.
Работа осуществляется по инициативе ОАО "Волжский завод асбестовых технических изделий", являющегося крупнейшим российским производителем фрикционных и прокладочных изделий (см. приложение).
Тема 15. "Разработка технологии производства новых видов волокнистых фильтрующе-сорбционных композиционных материалов на полимерной матрице с повышенной драпируемостью для создания высокоэффективных и комфортных средств защиты органов дыхания и кожи от комплексного воздействия токсичных вредных веществ".
Техногенные катастрофы, террористические акты, угроза распространения новых видов вирусных заболеваний, неблагоприятная экологическая обстановка, вызванная активной производственной деятельностью человека, требуют принятия соответствующих мер, адекватных возникающим угрозам. Одним из важных направлений в решении указанных проблем является создание новых эффективных систем жизнеобеспечения и средств защиты населения от воздействия вредных факторов окружающей среды, базирующихся на основе современных технологий и материалов.
В настоящее время наряду с гранулированными и порошкообразными сорбентами для создания различных средств защиты и жизнеобеспечения населения все чаще стали применяться комплексные функциональные сорбционно-активные материалы (КФСМ) в виде волокон, тканей и нетканых материалов. Вследствие высокоразвитой удельной поверхности они обладают в десятки, сотни раз более высокими скоростями сорбции, чем гранулированные сорбенты, т. к. зернистая форма не может обеспечить сорбенту высокие динамические характеристики из-за крупных размеров гранул (обычно от 0,3 - 0,5 мм до нескольких миллиметров). Для компенсации этого обычно используют повышенный объем гранулированных сорбентов.
Кроме того, волокнистые сорбенты обладают малым сопротивлением потоку воздуха и удобны в эксплуатации. Благодаря высоким скоростям массообмена, применение волокнистых сорбентов позволяет сократить толщину рабочего слоя в изделиях, уменьшить их вес и габариты, повысить степень улавливания высокотоксичных и агрессивных веществ, в т. ч. наноразмерного порядка.
Разрабатываемый многофункциональный композиционный материал состоит, как минимум, из 4-х слоев. При этом каждый слой выполняет свои функции. 1-ый слой (наружный - тканый) придает материалу прочностные свойства и в определенной мере способствует защите от капельных отравляющих веществ; 2-ой слой (из ультратонких полипропиленовых волокон с диаметром 1,5 - 3 мкм) является фильтрующим и задерживает частицы размером от 0,35 мкм и более (дымы, пыль, туман); 3-ий слой угленаполненный (на основе ПАН и полиуретана) выполняет роль фильтрующе-сорбирующего компонента; 4-ый слой (трикотаж или бязь) придает материалу необходимые органолептические свойства.
При получении КФСМ для защитной одежды и средств коллективной защиты применяются прочные ткани с определенной воздухопроницаемостью и драпируемостью.
При получении КФСМ для респираторов могут быть использованы более легкие ткани с повышенной драпируемостью, небольшой поверхностной плотностью и высокой воздухопроницаемостью.
Все слои композиционного материала скрепляются между собой с помощью адгезивов, что придает материалу большую прочность и монолитность. Соединение различных слоев КМ осуществляется на одной технологической установке. Полученный таким образом материал может непосредственно использоваться для пошива одежды, изготовления респираторов и средств коллективной защиты.
Для достижения поставленной цели необходимо:
разработать технологические принципы получения полипропиленовых нетканых материалов из ультратонких волокон диаметром 1,5 - 3 мкм;
разработать конструкторскую документацию на создание экспериментальной установки для получения нетканых полипропиленовых материалов из волокон с диаметром 1,5 - 3 мкм;
испытать, оценить и выбрать ассортименты тканей, трикотажных и нетканых материалов, пригодных для получения КФСМ с требуемым комплексом свойств;
подобрать адгезивные материалы и изучить условия взаимодействия субстрата с адгезивом, обеспечивающие создание наиболее оптимальных структурных, прочностных и фильтрующих свойств КФСМ;
проработать схемы, методы и режимы получения КФСМ;
разработать технические решения и конструкторскую документацию на создание экспериментальной установки для соединения слоев КФСМ;
изготовить и смонтировать экспериментальные установки, отработать технологические режимы получения нетканых полипропиленовых материалов с диаметром волокон 1,5 - 3 мкм и режимы получения КФСМ;
изготовить и испытать опытные образцы КФСМ;
разработать нормативно-техническую документацию и исходные требования на создание базового модуля для производства КФСМ.
Основные характеристики создаваемых КФСМ и сравнение их с зарубежными аналогами приведены ниже, в таблице 3.
Таблица 3
Основные свойства КФСМ и зарубежных аналогов
| Показатели материалов | |||
| КФСМ для |
|
| |
Поверхностная плотность, | 640 | 290 | ||
Прочность на раздир, Н | >=20 | >=20 | 25 - 30 | 15 - 20 |
Содержание | 50 - 65 | 50 - 65 | 50 | 60 - 65 |
Воздухопроницаемость, | 30 - 60 | |||
Драпируемость, % | >=10 | >=5 | 0 | 10 - 12 |
Паропроницаемость, | >=11 | >=11 | 8 - 10 | 11 - 12 |
Статическая сорбционная | 200 |
<*> Образец "Саратога" (Германия) состоит из трех слоев: 1-ый слой - камуфляжная ткань, 2-ой слой - сорбционный из клеевых участков и углеродных шариков в количестве ~50%, 3-ий слой - трикотаж.
<**> Образец фирмы Paul Boge (Франция).
Состав - три слоя: 1-ый слой - камуфляжная ткань, 2-ой слой - сорбционно-фильтрующий (полиэфир - вспененный полиуретан, в котором распределено ~6процентов активированного угля), 3-ий слой - трикотаж.
Предварительное сравнение свойств разрабатываемого КФСМ с аналогичными отечественными и зарубежными материалами показывает, что создаваемые материалы по одним из основных показателей статической сорбционной емкости по бензолу, прочности на раздир, содержанию сорбента находятся на уровне существующих аналогов, а по показателям драпируемости, поверхностной плотности, воздухопроницаемости превосходят их. Высокий показатель драпируемости разрабатываемого материала позволяет варьировать в широких пределах форму изделия и придавать ему комфортность.
Тема 16. "Разработка компонентной базы и технологии производства легких композиционных материалов нового поколения на основе ткани из высокопрочной полиэтиленовой нити и гибридных композиционных материалов на основе тканей из высокопрочной полиэтиленовой нити и стекловолокна с использованием структурных модификаторов наноразмерного порядка".
Одно из основных требований к КМ - сочетание высокой прочности с легкостью - привлекло внимание исследователей к идее армирования полимерных матриц полиолефиновыми непрерывными волокнами, в частности высокопрочными высокомодульными нитями из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМ ПЭ).
По уровню удельных прочностных показателей нити из СВМ ПЭ превосходят все виды армирующих волокон, выпускаемых в Союзном государстве (таблица 4).
Таблица 4
Свойства высокопрочных армирующих нитей и волокон
| Удельная разрывная | Удельный модуль | Плотность, |
Нити из СВМ ПЭ <*> | |||
ПЭ-1 | 8 | 0,97 | |
ПЭ-2 | 13 | 0,97 | |
Параарамидные нити | |||
СВМ | 8500 | 1,42 - 1,45 | |
Русар | 9400 | 1,42 - 1,45 | |
Армос | 10 | 1,42 - 1,45 | |
Углеродные волокна | |||
Элур П-0,1 | 190 | 12900 | 1,70 |
УКН-П-5000М | 13700 | 1,75 | |
Стеклянные волокна | |||
УП | 3450 | 2,47 | |
ВМП | 3700 | 2,56 |
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 |
