О концепции научно-технической программы союзного государства "разработка инновационных технологий и техники для производства конкурентоспособных композиционных материалов, матриц и армирующих элементов на 2годы" (стр. 4 )

<*> В настоящее время нить ПЭ-1 (аналог нити SK.-65 фирмы ДСМ) выпускается в масштабе опытной установки, а нить ПЭ-2 (аналог самой прочной в мире нити SK.-75 фирмы ДСМ) - в условиях экспериментальной установки.

Кроме высоких механических показателей повышенный интерес к нитям из СВМ ПЭ, выпускаемых на опытном производстве федерального государственного унитарного предприятия "Научно-исследовательский институт синтетического волокна с экспериментальным заводом", объясняется их способностью к поглощению и рассеиванию высокоскоростного динамического удара, положительным влиянием скорости деформации на прочность, невосприимчивостью к действию влаги, низких температур и солнечной радиации, радиопрозрачностью во всем радиолокационном диапазоне длин волн, а также уникальными диэлектрическими характеристиками. Указанные уникальные свойства ПЭ нити могут быть реализованы в КМ различного назначения.

За рубежом на основе высокопрочной ПЭ нити уже разработаны десятки видов изделий и конструкций специального назначения, в том числе средств индивидуальной и коллективной бронезащиты, корпусных элементов В и ВТ, конструкционных материалов для авиа - и вертолетостроения, радиопрозрачных защитных экранов и т. д. К другим массовым областям использования КМ на основе ПЭ нити относятся судо - и автомобилестроение, пищевая и фармацевтическая промышленность, производство армированных труб и кабелей, изготовление суперпрочных и износостойких резинотехнических изделий, материалов, используемых в условиях Крайнего Севера, и др. Общий мировой объем высокопрочной ПЭ нити, перерабатываемый в различного рода КМ, составляет в настоящее время 6 - 7 тыс. тонн/год, что соответствуеттыс. тонн/год КМ, и имеет устойчивую тенденцию к росту в размерепроцентов в год даже в условиях мирового экономического кризиса.

В Союзном государстве технология переработки ПЭ нити в КМ до сих пор отсутствует. В то же время предварительные исследования, проведенные в этом направлении, указывают на возможность ее практической реализации. ПЭ нить, имея полностью насыщенные химические связи, обладает слабой адгезией практически ко всем полимерным матрицам, в том числе и к наиболее распространенным в промышленной практике - эпоксидным. Разрушение образцов КМ происходит в силу этого обстоятельства на границе раздела нить - матрица. Поиск путей усиления межфазного взаимодействия между ПЭ и полимерным связующим имеет в этой связи определяющее значение.

Главная задача - интенсифицировать процесс производства КМ и обеспечить получение материалов с различными свойствами: от жестких конструкционных до стойких к баллистическим ударным воздействиям. Предполагается, что выполнение комплекса работ по оптимизации структуры и поверхности ткани, состава связующего и технологии производства КМ в целом, а также применение более прочной нити ПЭ-2 позволит обеспечить дополнительное увеличение механических свойств полиэтиленпластика, что приведет в итоге к разработке технологии производства нового поколения легких отечественных КМ, удельные прочностные показатели и ударная стойкость которых будут соответствовать, а в ряде случаев превосходить, уровень лучших мировых образцов.

Вторым особо привлекательным направлением предлагаемой к реализации темы является разработка технологии производства гибридных КМ, послойно армированных тканями из высокопрочной ПЭ нити и стекловолокна. Указанный подход способствует одновременному решению нескольких задач:

- общему повышению удельных механических свойств стеклопластика;

- резкому снижению склонности стеклопластика к разрушению при изгибе;

- значительному увеличению стойкости стеклопластика к растрескиванию при ударных воздействиях.

При этом массовое содержание ПЭ нити в гибридных КМ будет составлять лишь около 30 процентов, что обеспечит, благодаря низкой стоимости стекловолокна, его сравнительную дешевизну. По сути, речь идет о создании нового, отсутствующего в Союзном государстве, КМ для массовых областей потребления. За рубежом такого рода гибридные КМ широко применяются в производстве контейнеров, защитных панелей, строительных касок, корпусных элементов, компонентов авиационной, судо - и автомобилестроительной техники и т. д.

Содержание работ по теме включает:

разработку технологии получения тканей из ПЭ нити с оптимальной поверхностной плотностью и структурой переплетения;

модификацию базового связующего введением в его состав нанодисперсных наполнителей и полимерных добавок;

разработку технологии получения КМ на основе тканей из высокопрочной ПЭ нити;

разработку технологии получения гибридных КМ на основе тканей из высокопрочной ПЭ нити и стекловолокна;

определение удельных физико-механических показателей КМ в зависимости от уровня прочности и соотношения армирующих компонентов, содержания связующего и модификаторов;

изготовление и испытание опытных партий продукции.

Тема 17. "Разработка технологии производства базальтофибробетонных плоскостных конструкционных элементов различной фактуры и цветовой гаммы для отделки цоколей, панелей, балконов и лоджий".

Потребность отечественной строительной индустрии в новых высококачественных композиционных материалах ежегодно увеличивается. Наиболее высокие требования предъявляются к строительным материалам на основе цементно-песчаной матрицы, так как именно от них зависит надежность и долговечность сооружения. Материалы должны обеспечивать высокие физико-механические характеристики, морозостойкость, иметь минимальные значения по водопоглощению и истираемости и, соответственно, быть конкурентоспособными на строительном рынке.

За последние шесть лет объем ввоза керамической облицовочной плитки только из Китая вырос враз, что привело к суммарному росту импорта допроцентов. Отечественные производители облицовочной плитки не всегда выдерживают конкуренцию с зарубежными поставщиками, в результате чего тенденция к росту количества ввозимых строительных изделий сохраняется. В связи с этим особое внимание необходимо уделять качеству и стоимости отечественных облицовочных материалов (плитка, керамогранит, композитные панели и т. д.).

Современные материалы, разработанные российскими и зарубежными научно-техническими центрами на основе органических соединений с повышенными физико-механическими свойствами цементно-песчаной матрицы, армированные дорогостоящими стальными Z-образными отрезками диаметром 0,25 - 0,30 мм, защищенных от влаги цинкованием или кадмированием, не выгодны и приводят к значительному удорожанию строительных изделий.

Проведенные предварительные эксперименты обществом с ограниченной ответственностью "Мосспецпромпроект" на базе открытого акционерного общества "Мосинжжелезобетон ЖБИ-15" показали возможность изготовления базальтофибробетонных плит различной цветовой гаммы и фактуры, армированных отрезками базальтового ровинга различной длины, диаметра и процентного содержания в армируемой массе.

Получены положительные результаты по водонепроницаемости, ударной вязкости, водопоглощению, прочности на растяжение с изгибом и твердости. Проведены эксперименты с различными марками цементов, серых и белых с добавками отечественных и зарубежных красителей. Исследовались формы для литья, изготовленные из различных материалов: АБС, полипропилен, поликарбонат и ПВХ.

В обществе с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт бетона и железобетона" исследовалась долговечность - рубленое базальтовое волокно только на крахмальном замасливателе в цементно-песчаной матрице показало 85 лет без потери прочности.

Данная работа даст возможность:

обеспечить композицию базальта с цементом за счет применения при производстве базальтового ровинга крахмала в качестве замасливателя специального состава, который растворяется в воде и освобождает базальт, тогда как обычные замасливатели препятствуют сцеплению базальта с цементными связующими;

разработать технологию равномерного распределения микроволокон базальта в цементно-песчаной матрице за счет применения высокоскоростных турбулентных смесителей для пластических масс;

разработать технологию воздухоудаления из армированной цементно-песчаной матрицы;

разработать технологию ускорения набора отправной прочности плоских базальтофибробетонных изделий;

исследовать влияние диаметра и длины базальтовых волокон, а также используемого при их производстве замасливателя на физико-механические характеристики получаемого базальтофибробетонного материала;

создать отечественное опытное производство базальтофибробетонных блоков на основе цементно-песчаной матрицы, армированной отрезками базальтовых нитей.

Тема 18. "Разработка технологии производства базальтофибропенобетонных блоков на основе цементно-песчаной матрицы, армированной отрезками базальтовых нитей".

Широкое применение блоков ячеистых и пеноблоков на основе цементно-песчаной матрицы и различного рода пенообразователей (органических и синтетических) требуют повышенных характеристик не только на сжатие, но и на трещиностойкость и ударную вязкость.

Последние два параметра необходимы, т. к. пеноблоки начинают использоваться не только как ограждающие и теплоизоляционные, но и как конструкции, к которым крепятся жесткие и полужесткие теплоизоляционные плиты и отдельные конструкции "вентилируемых" фасадов, где предусматривается крепление противопожарных рассечек и деталей внешнего архитектурного декора.

Именно эта необходимость расширения областей применения пеноблоков, удержания без растрескивания пластмассовых и металлических дюбелей, уменьшения их количества при увеличении статических и ветровых нагрузок требует разработки практических мер, обеспечивающих рост нормируемых параметров ударной вязкости и трещиностойкости. Увеличение показателей этих параметров может быть достигнуто только микроармированием пеноблоков.

В настоящее время известен ряд работ по армированию пеноблоков отрезками хлопковых тканей, синтетическими полимерными нитями (полипропилен, нейлон), отрезками льняных нитей, но только направленных на увеличение прочности на сжатие, без исследований на долговечность и пожаробезопасность изделий.

Наряду с этим начатые работы по микроармированию пеноблоков показали значительное увеличение их трещиностойкости. В настоящее время достигнуты успехи в области сухого и мокрого помола цементно-песчаной матрицы, известны новые перспективные методы высокоскоростного перемешивания пеномасс с отрезками микроволокон базальта. Получили широкое распространение отечественные пенообразователи на основе протеинов.

В достаточном количестве производятся высокопрочные базальтовые непрерывные нити диаметром 6 - 9 мкм (ранее выпускались нити толькомкм). Созданы агрегаты рубки волокон базальта на отрезки от 3 мм до 50 мм с шагом +/-2 мм.

Серийно выпускаются отечественной промышленностью пеногенераторы и домольно-смешивающие комплексы, с помощью которых в пеноблоках используется меньшее количество цемента. Вместо Ц : П = 4 : 1 можно применять Ц : П = 1 : 1.

Перечисленные выше достижения позволят выполнить поставленные задачи и расширить применение пеноблоков в массовом промышленном и гражданском строительстве, что в свою очередь даст возможность разработать и ввести соответствующие технические условия и ГОСТы на армированные стеновые изделия.

Тема 19. "Разработка технологии и оборудования для опытного производства композиционного твердого топлива из отходов нефтепродуктов и гидролизного лигнина".

В ближайшие полвека вследствие роста мировой экономики и населения потребность в энергии в мире увеличится в 2 - 3 раза. В настоящее время до 90 процентов мировой энергии вырабатывается от сжигания органических ископаемых - угля, нефти, газа, запасы которых ограничены и не возобновляются. Это означает, что в перспективе "дешевые" нефть и газ закончатся и энергия станет очень дорогой.

В Беларуси, например, как и в других странах с высокой энергоемкостью и недостаточной обеспеченностью собственными углеводородными энергетическими ресурсами, одним из приоритетных направлений энергетической политики и энергетической безопасности является создание внутреннего рынка энергоэффективных товаров и переход на местные виды топлива. К 2012 году их доля в общем энергопотреблении Республики Беларусь должна составить 25 процентов.

В странах Евросоюза использование альтернативных источников топлива должно возрасти в ближайшие 5 лет до 20 процентов. Крайне важной признана замена ископаемых видов топлива биотопливом или их совмещение, повышение "калорийности" твердых видов топлива путем их изготовления в виде пеллет, брикетов и более широкое использование отходов при их изготовлении.

Опыт использования твердого биотоплива в последние годы непрерывно расширяется в европейских странах (скандинавские страны и страны региона Балтийского моря). Современные технологии производства и сжигания твердого топлива позволяют эффективно применять практически все отходы лесной, деревообрабатывающей и гидролизной промышленностей.

Настоящий проект направлен на разработку и освоение опытно-промышленного производства нового вида твердого комбинированного топлива в виде гранулята и пеллет из жидких нефте - и маслосодержащих отходов в композиции с гидрофобизованным лигнином.

Выбор гидролизного лигнина в качестве исходного сырья для производства композиционного топлива обусловлен тем, что лигнин является побочным продуктом (отходом) гидролизных и целлюлозно-бумажных производств и в Беларуси находится в отвалах при гидролизных заводах в г. Речица и в г. Бобруйске. Такие заводы и такие же отвалы есть и в России, например, в г. Кировске. Запасы этого продукта, накапливаемые десятилетиями, исчисляются сотнями тысяч тонн, и только сейчас пришло время для его эффективного целевого использования.

Основные источники нефтеотходов в Республике Беларусь и России:

- разливы нефтепродуктов и амбарные могильники открытого и закрытого типа с объемом нефтепродуктов на территории Беларуси от 0,5 до 1 млн. тонн;

- отходы нефтеперерабатывающих заводов, на которых уровень глубины переработки нефти не превышает 75 процентов;

- брошенные котельные (более 250), ранее работавшие на мазуте, а также котельные, перешедшие на газ, но имеющие захоронения нефтепродуктов от 20 до 100 куб. м каждая;

- бывшие нефтебазы
Министерства обороны СССР на территории Республики Беларусь: Крупки, Орша, Бокуны, Свислочь, Неман, Мосты, Жабинка, Бобруйск, Гомель, Молодечно - имеют подземные линзы легких углеводородных фракций авиационного и дизельного топлива;

- остатки моторных, дизельных, авиационных, индустриальных, трансмиссионных, трансформаторных, компрессионных масел, потерявших потребительские свойства;

- нефтеотходы после мойки подвижного состава и оборудования;

- кислый гудрон, шламы нефтеловушек, нефтеотделительных установок, шлам очистки трубопроводов и емкостей (бочек, контейнеров, цистерн, гудронаторов) от нефти.

Перечисленные отходы загрязняют окружающую среду, и поэтому их использование для получения топливного композита с использованием гидролизного лигнина позволит решить не только экологическую проблему (утилизация отходов гидролизных производств и нефтепродуктов), но и частично региональную энергетическую проблему.

В настоящее время в "Научно-исследовательском институте физико-химических проблем" Белорусского государственного университета уже изготовлен новый вид гидрофобизованного лигнина - "Лигносорб" и проведены его лабораторные испытания. Он эффективно сорбирует различные виды нефтепродуктов: нефть, дизельное топливо, бензин, керосин, печное топливо, различные виды индустриальных масел, превращая их в твердую гидрофобную субстанцию, легко отделяемую от примесей воды. Уже первые опыты показали, что получаемые при этом твердые образцы являются высококалорийным топливным композитом, легко сжигаемым в обычных печах, предназначенных для утилизации твердых отходов (древесины, угля, лигнина, торфа и т. п.). По предварительным оценкам теплота сгорания специально подготовленного и совмещенного с нефтепродуктами лигнина составляет в зависимости от вида нефтепродуктаМДж/кг, что существенно выше, чем теплота сгорания самого лигнина, торфа или угля. Их теплота сгорания примерно одинаковая и составляетМДж/кг. Таким образом, лигнин после модификации в композиции с отходами нефтепродуктов может быть эффективно использован в качестве "калорийного" твердого топлива.

Рабочая программа выполнения проекта:

определить условия получения твердых топливных композитов на основе гидрофобизованного лигнина и жидких нефте - и маслосодержащих отходов;

разработать лабораторный технологический регламент получения твердых топливных композитов, наработать опытную партию и определить топливные характеристики;

выдать исходные данные для организации опытного производства топливных пеллет;

скорректировать и изготовить опытную установку по получению топливных пеллет на основе отходов нефтепродуктов и гидролизного лигнина;

наработать опытную партию твердого топливного композита;

разработать проекты ТУ на твердое топливо на основе отходов нефтепродуктов и гидролизного лигнина;

провести сертификацию твердого топлива;

освоить производство твердого композиционного топлива на основе отходов нефтепродуктов гидролизного лигнина.

В результате выполнения темы будет разработана технология получения различных композиционных твердых топлив на основе гидрофобизованного лигнина и отходов нефтепродуктов и масел, проведена их сертификация (разработаны и утверждены ТУ) и организовано опытное производство топливных пеллет мощностью не менее 10000 кг/год. В стоимостном отношении это будет самый дешевый вид твердого топлива, производство которого одновременно улучшит и экологическую обстановку в наших странах.

По предварительным оценкам экономический эффект производства топливного композита в виде пеллет составит примерно 100 у. е. на 1 т утилизируемых нефтепродуктов.

Второй раздел Программы предлагается посвятить решению проблем создания производства матриц композиционных материалов.

Состояние производства, технический уровень и качество отечественных связующих в решающей степени определяют развитие всей промышленности композиционных материалов.

В свою очередь состояние отрасли полимерных композиционных материалов (ПКМ) сегодня в значительной степени определяет уровень развития технологической базы промышленности России
и Беларуси в связи с ускоряющимся темпом внедрения этих материалов, помимо авиакосмической, в другие высокотехнологичные отрасли промышленности - оборонное и гражданское машиностроение, электронику, транспорт, строительство, производство медицинского оборудования и бытовой техники.

Следует признать, что производство полимерных композитов как в России, так и Беларуси с начала 80-х годов так и не было по-настоящему развернуто, несмотря на некоторые положительные сдвиги в этом направлении в последние годы. В отечественной промышленности имеются потенциал, традиции и научные школы, благодаря которым отрасль ПКМ может занять значимое место как в гражданских отраслях промышленности, так и оборонно-промышленном комплексе. Внедрение композиционных материалов в гражданские отрасли промышленности требует совершенствования и удешевления технологических процессов их получения и переработки в различные изделия и конструкции, в том числе за счет развития производства современных матричных материалов.

Тема 20. "Разработка теплостойких компаундов и расплавных модифицированных эпоксидных связующих для получения современных высококачественных полимерных композиционных материалов на основе волокнистых наполнителей по безрастворным технологиям".

В качестве полимерной матрицы для изготовления высокоэффективных ПКМ в основном используют термореактивные связующие. Сегодня отечественные полимерные композиционные материалы с повышенными физико-механическими свойствами изготавливают из препрегов, полученных из растворов термореактивных связующих. Все разработки связующих относятся кым годам прошлого века.

В мировой практике в настоящее время одно из направлений совершенствования связующих для композиционных материалов состоит в разработке тепло - и термостойких материалов с повышенным ресурсом эксплуатации, которые обладают повышенными экологическими и токсикологическими свойствами при сохранении технологичности и хороших эксплуатационных характеристик.

В связи с этим на смену растворной приходит расплавная технология, которая позволяет снизить пористость композиционных материалов, их влагопоглощение, увеличить механические показатели, создать экологически более чистые и пожаробезопасные технологии изготовления ПКМ, что способствует повышению их качества. Кроме того, расплавные связующие позволяют эффективно использовать технологии изготовления композитов, которые удешевляют массовое изготовление изделий из ПКМ, - пропитку под давлением, внеавтоклавное формование.

Расплавные технологии получения связующих и препрегов будут реализованы в данном проекте путем сочетания эпоксидных и бисмалеимидных (БМИ) смол. Модификация эпоксидных смол, характеризующихся высокой технологичностью, бисмалеимидными смолами с высокой тепло - и термостойкостью, способствует повышению ресурса эксплуатации ПКМ при температурах не ниже 180 °C с сохранением хорошей технологичности. Широкий спектр выпускаемых смол позволяет подобрать состав, обладающий требуемыми реологическими характеристиками для эффективной пропитки волокнистых наполнителей из расплава.

Решение поставленных задач по разработке теплостойких расплавных связующих позволит получать высококачественные ПКМ не только автоклавным способом, но и другими технологиями, которые либо исключают стадию изготовления препрегов (пропитка под давлением), либо позволяют получать изделия высокого качества без использования автоклава (RFI, вакуумное формование), тем самым, удешевляя массовое производство изделий из ПКМ, делая их доступными для гражданских отраслей промышленности.

Предлагаемая разработка направлена на расширение области применения ПКМ в автомобильном и железнодорожном транспорте, а также в композитных сложнопрофильных крупногабаритных оснастках с повышенными требованиями по температуре эксплуатации и механическим характеристикам для формования композитных конструкций.

Использование композиционных материалов конструкционного назначения для наземных транспортных средств имеет своей целью снижение массы и повышение эффективности использования топлива. В настоящее время мировые производители автомобильной техники постепенно повышают количество композитных деталей в составе своей продукции: бамперы, крыши кабин, капоты, дверные панели и др. (Kenworth T2000, Ford Aeromax 9500). Применение композитов с непрерывными наполнителями ограничивается проблемой высокой стоимости их изготовления, варианты решения которой предлагаются при выполнении настоящей работы.

Постоянно растущие требования к увеличению эксплуатационных и ресурсных характеристик изделий предприятий автомобильного машиностроения (открытое акционерное общество "Минский автомобильный завод", производственное объединение "Белорусский автомобильный завод") выдвигают задачи совершенствования полимерных электроизоляционных материалов, повышения температуры их эксплуатации. В связи с этим предлагается разработка теплостойких электроизоляционных компаундов для новых перспективных дизельных двигателей автотракторного оборудования и дорожно-строительной техники, позволяющих получить высокий уровень механических свойств и их сохранение при повышенных температурах.

Тема 21. "Разработка технологий синтеза термостойких сополимеров (связующих) для создания технологичных композиционных материалов".

Целью работы является создание технологичных композиционных материалов нового поколения, в том числе разрабатываемых на основе аксиальных полотен технического назначения, обеспечивающих выполнение возросших технических требований потребителей авиационной промышленности, электроники, микроэлектроники, специальной техники и других отраслей промышленности.

Работа направлена на создание современных технологий получения термостойких полимерных матриц на базе термо - и реактопластов, а именно:

сополимеров сульфонового ряда (полиарилсульфонов, полифениленсульфидсульфонов и др.), в том числе полимеров, не имеющих аналогов на мировом рынке;

ароматических и алифатических полиимидных материалов (ПИМ), в том числе термопластов (полиэфиримидов) на базе отечественного сырья с комплексом свойств, превосходящих известные отечественные полиимидные материалы;

ароматических полиамидов, полиэфирамидов и метилолированных полиамидов;

алкилфенолноволачных смол;

связующих на основе полимерных ароматических циклоэфиров (ПАЦЭ).

Хорошо известно, что для получения композиционных материалов нового поколения, обладающих повышенными эксплуатационными характеристиками, существенное значение имеет тип полимерной матрицы. При этом возросшие технические требования потребителей авиационной промышленности, электроники, микроэлектроники, специальной техники и других отраслей промышленности определяют необходимость разработки наряду с традиционной полимерной матрицей на основе реактопластов, полимерной матрицы на основе термостойких термопластов. Преимущество последних заключается в возможности вторичной переработки материалов, более безопасной с экологической точки зрения технологии изготовления изделий при использовании традиционных для переработки термопластов способов переработки.

В мировой практике для получения композиционных материалов нового поколения используются следующие типы полимерных матриц:

препреги на основе термореактивных олигомеров (ненасыщенных полиэфирных, эпоксидных, фенолформальдегидных смол). Общепринятое название этой группы материалов SMC (Sheet Molding Compound) - листовой формовочный материал;

термопластичные полимеры (полипропилен, полиамиды, ПЭТФ, поликарбонат, полимерные смеси и сплавы);

суперконструкционные полимеры (полиимиды, ароматические полиамиды, полисульфоны, полиэфиркетоны, полифениленсульфид и др.).

Мировой объем производства полимеров составляет примерно 330 млн. тонн, причем на долю суперконструкционных полимеров приходятся только 1,5 процента, но именно суперконструкционные полимеры определяют уровень развития техники.

В настоящее время для всех отраслей мировой экономики характерна тенденция уменьшения доли серийной (массовой) продукции и увеличение доли специализированной продукции, что определяет необходимость разработки различных типов полимерной матрицы в зависимости от технологии изготовления и последующих условий эксплуатации изделий. При этом сама полимерная матрица должна обеспечивать полный комплекс свойств, который должен быть реализован в изделиях, в том числе теплостойкость, термостойкость, пожаробезопасность и др.

Разработка современных высокоэффективных и ресурсосберегающих технологий синтеза термостойких (со)полимеров, перечисленных выше, а также модернизация существующих технологий, оптимизация аппаратурного оформления процессов, включая оснащение современными системами КИП и А, позволит:

снизить затраты на производство продукции;

обеспечить получение полимеров требуемого качества, отвечающих мировому уровню;

минимизировать отходы производства.

В рамках НИОКР будут созданы высокопроизводительные опытные установки, отвечающие современным требованиям и необходимые для отработки технологических режимов производства как полимеров, так и композиционных материалов на их основе.

Тема 22. "Разработка технологии получения модифицированных эпоксидных связующих для современных волокон с целью получения высокопрочных и трещиностойких полимерных композиционных материалов".

В настоящее время полимерные композиционные материалы на основе модифицированных эпоксидных смол и стеклянных, углеродных, базальтовых и полиоксадиазольных волокон широко востребованы в различных отраслях отечественной промышленности. И если ранее в основном они применялись в авиации, космонавтике, специальном машиностроении и электротехнике, то теперь такие материалы все шире используются в строительстве, транспорте, где объемы потребления на порядки больше, чем в указанных отраслях.

Новые материалы и изделия модифицированных эпоксидных смол благодаря своим высоким эксплуатационным свойствам будут высокоэффективны и конкурентоспособны на рынке композиционных материалов. Долговечность и высокая коррозийная 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. Также снизится доля импорта модифицированных эпоксидных смол и тем самым снизится себестоимость материалов и изделий на их основе.

Новая технология синтеза эпоксидных смол менее энергоемкая, компактная, с возможностью тиражирования технологических линий под необходимую производительность.

Тема 23. "Разработка технологии синтеза термостойких полиимидных связующих полимеризационного типа с длительной эксплуатацией композитов при  °C".

Развитие высокотехнологичных отраслей в России и Беларуси - аэрокосмического комплекса, транспортного, энергетического и атомного машиностроения ставит задачи создания термостойких, трудногорючих, радиационностойких и высокопрочных полимерных композиционных материалов. Высокая сложность поставленных задач состоит в том, что для большинства полимерных связующих сочетания этих свойств в одном материале делает его уникальным.

Такими связующими являются термореактивные полиимиды, способные в составе композиционных материалов после отверждения длительно работать при температуре 250 - 300 °C, сохраняя прочностные свойства в критических условиях, при циклическом и долговременном воздействии криогенных (до минус 269 °C) и высоких (до 300 °C) температур, при контакте с пламенем, топливом и агрессивными средами, при воздействии радиации.

Уникальные свойства отвержденных термореактивных полиимидов связаны с наличием в их структуре сопряженных гетероциклических фрагментов, жесткостью цепи и сильным межмолекулярным взаимодействием. Обратной стороной такого сочетания структурных элементов является сложность в переработке при получении композиционных материалов, так как требуются высокие температуры и давления формования, т. е. практически методы, применяемые в порошковой металлургии. Таким образом, можно получать только полиимидные пресс-материалы "Vespel", ПИ-ПР-20, ПИ-ПР-40, а не высокопрочные угле - и стеклопластики.

Для этих целей переработку ведут из растворимых олигомеров (например, полиамидокислот), для превращения которых в полиимиды необходима высокотемпературная конденсация, проходящая с выделением низкомолекулярных летучих продуктов.

Недостатком таких материалов является их высокая пористость на уровне 6 - 10 процентов. Представителями таких полиимидных связующих являются Skybond (Du Pont), СП-97С (Институт пластмасс), разработанные в 70-ые годы прошлого века. В США в 80 - 90-ые годы появились так называемые "полимеризационные" термореактивные смолы PMR-15, PMR-II с концевыми ненасыщенными группами, которые отверждаются без выделения на последней стадии отверждения летучих продуктов. На основе таких смол в США создан ассортимент высокопрочных стекло - и углепластиков.

Аналогичных термостойких связующих, обеспечивающих высокое качество композитов (беспористость), в России и Беларуси нет.

Разрабатываемая технология синтеза новых полиимидных связующих для высокотермостойких полимерных композиционных материалов является принципиально новой, она позволяет получать олигомеры в одну стадию в каталитически активной среде, что снижает технологический цикл получения полиимидов более чем в 2 раза.

В результате на основе растворимых полиимидных олигомеров и полностью циклизованных плавких полиимидных порошков будут получены стекло-, базальто - и углепластики с улучшенными механическими свойствами (за счет снижения пористости композита).

Реализованная технология синтеза новых полиимидных связующих позволит обеспечить развитие высокотехнологичных отраслей промышленности как в России, так и в Беларуси (аэрокосмический комплекс, транспортное, энергетическое и атомное машиностроение) конкурентоспособными материалами, полученными по принципиально новой отечественной технологии.

Тема 24. "Разработка технологии синтеза термостойких кремнийорганических связующих для получения стеклобазальтопластиков диэлектрического назначения для радиопрозрачных структур и дугостойких изделий".

Отечественная промышленность - электроника, электротехника,

машиностроение (авиация и космонавтика) не могут обходиться без современных

полимерных композиционных материалов с длительной температурой эксплуатации

до 350 °C, дугостойких материалов, с низкими диэлектрическими потерями в

10

широком диапазоне частот до 10 Гц и температур от -60 до 350 °C, с

пониженной горючестью, высокой атмосферостойкостью.

Вые годы ХХ столетия трудами отечественных ученых был создан марочный ассортимент кремнийорганических смол, связующих, лаков, клеев, пресс-материалов и стеклопластиков. Однако широкому распространению кремнийорганических материалов препятствует их высокая стоимость, что в значительной степени связано с многостадийностью при получении кремнийорганических смол и использованием токсичного сырья - метанола.

Промышленные кремнийорганические смолы по устаревшим многостадийным процессам изготавливаются в открытом акционерном обществе "Жилевский завод пластмасс" (Московская область), там же и выпускаются кремнепласты и клеи. В открытом акционерном обществе "Химпром" (г. Новочебоксарск) - смолы, лаки и эмали.

Общество с ограниченной ответственностью "Суперпласт" выпускает связующее К-9-70, по собственным разработкам лаки КО-1, КО-2, КО-3; в Государственном научном центре Российской Федерации Федеральном государственном унитарном предприятии "Государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений" освоено производство смол К-9 и К-0, на базе которых выпускается связующее К-9-70. Производство смол К-9 и К-0 многостадийное (9 стадий), опасное с санитарной точки зрения, так как метанол является ядом. В процессе синтеза используется уксуснокислый калий, который в настоящее время в России не производится. В качестве отходов производства олигометилфенилсилоксановых смол по существующей технологии образуются отходы метилацетата ~350 кг на 1 т смолы, метанола ~200 кг на 1 т смолы; воды - 36000 кг на 1 т смолы.

Данный процесс не позволяет увеличивать объем выпуска олигометилфенильных смол и связующих, так как является экологически и экономически не перспективным. Многостадийность процесса приводит к большому разбросу физико-химических свойств олигомеров. Методы контроля качества готовой продукции устарели. Техническими условиями вообще не предусмотрено измерение вязкости - важнейшего параметра, характеризующего молекулярную массу олигомеров, нет современных методов оценки отверждаемости кремнийорганических смол (для этих целей используется примитивный способ определения времени желатинизации на полимеризационной плитке). Из-за высоких цен на кремнийорганические смолы практически сняты с производства кремнийорганические стеклотекстолиты электротехнического назначения.