Предлагаемая технология позволит в 2 - 2,5 раза снизить цену на кремнийорганические смолы и в 2,5 - 3,0 - на пресс-материалы и стеклотекстолиты, что сделает более рентабельным их применение в различных областях современной техники.
Третий раздел новой Программы Союзного государства предлагается посвятить армирующим элементам.
Тема 25. "Разработка технологии производства армирующих материалов на основе аксиальных текстильных полотен для создания композитов нового поколения".
Производство технического текстиля - одно из наиболее динамично развивающихся направлений обновления современной текстильной промышленности, что связано с созданием технологии и оборудования производства аксиальных текстильных полотен.
Аксиальные, биаксиальные и мультиаксиальные текстильные полотна отечественной промышленностью не выпускаются. Благодаря своим уникальным свойствам (возможности получить заданные прочностные характеристики в определенном направлении, пластичности полотна, его способности принимать заданную форму), аксиальные полотна завоевывают все большую популярность в ряде отраслей промышленности и, прежде всего, в производстве конкурентоспособных композиционных материалов различного назначения.
В процессе реализации проекта будет:
разработан ассортимент и технология производства аксиальных технических полотен;
разработаны технические и технологические решения применения аксиальных полотен при производстве конкурентоспособных композиционных материалов различного назначения;
осуществлен выпуск опытных партий аксиальных полотен, проведены их эксплуатационные испытания.
Реализация мероприятий позволит на 30 процентов снизить себестоимость новых композитов, прежде всего за счет уменьшения цены на связующие материалы примерно в 2 - 2,5 раза. Наряду с этим будет обеспечено снижение эксплуатационных расходов техники на 40 процентов.
И, наконец, примерно на 70 процентов будет сокращена зависимость внутреннего рынка России и Беларуси от импорта аксиальных технических полотен.
Большой интерес представляют мероприятия, направленные на комплексное решение проблемы производства углеволокнистых материалов заданного состава на основе гидратцеллюлозного жгутового сырья.
В последние годы производители термопластичных и термореактивных композитов конструкционного, антиэлектростатического и теплозащитного назначения, накопителей энергии, электронагревателей, гальванотехники все более остро ставят вопрос о повышении качества и увеличении выпуска конкурентоспособных углеволокон, изготавливаемых на основе гидратцеллюлозы с заранее заданными свойствами. Это ставит проблему создания технологии и оборудования, обеспечивающих возможность гибкого варьирования технологическими параметрами всей цепочки от исходного сырья до готовой продукции.
Исторически сложилось так, что промышленное производство углеродных волокон, существующее в г. Светлогорске (Беларусь) и в г. Балаково Саратовской области (Россия), организовывались на основе уже имевшихся производств технических или текстильных волокон. Вследствие этого последующая технологическая цепочка производства УВМ была приспособлена к реалиям химической части основного производства. В Балаково - это производство текстильного волокна, в Светлогорске - производство вискозной текстильной нити и вискозного корда. Здесь относительно малые по сравнению с основным производством объемы прядильных растворов, необходимые для изготовления прекурсора для УВМ, не позволяют оперативно и гибко регулировать химическую часть технологического процесса. Положение усугубляется тем, что производства, на основе которых осуществляется выпуск сырья для УВМ, морально и физически устарели и, как следствие, неконкурентные на рынке, что ставит под угрозу само их существование. Кроме того, это приводит к удорожанию производимых УВМ.
Передовой мировой опыт производства УВМ предполагает организацию производства как единую технологическую цепочку с наличием "обратной связи", что позволяет обеспечивать требуемые показатели качества конечного материала, начиная с химической стадии производства. Кроме этого, ведущие производители УВМ изначально в массовом порядке применяли жгутовую технологию производства, позволяющую без ущерба для качественных показателей существенно снизить себестоимость конечного продукта за счет снижения энергоемкости, повышения производительности и качества переделов на каждой стадии технологического процесса и уменьшения количества самих стадий.
Разработка жгутовой технологии и аппаратурного оформления непрерывной линии по производству углеродных волокон на основе гидратцеллюлозы (УГЦВ) позволяет в ходе углубленной переработки по схеме: целлюлоза - прядильный раствор - прекурсор - УГЦВ получать материалы с заранее заданными свойствами, обеспечивающими потребности конкретного заказчика, т. е. материалы YI технологического уклада.
Решить эту проблему смогут две совершенно разные по своей специализации группы научных и производственных организаций. Одна должна будет решать задачи технологии и техники производства вискозного жгутика, другая - проблему технологии и аппаратурного оформления производства углеродных волокон. Поэтому вся проблема разбивается на два мероприятия.
Тема 26. "Разработка технологии и оборудования для производства гидратцеллюлозного жгутика (прекурсора) с заданными свойствами мощностью 200 т/год".
Предстоит решить следующие задачи:
разработать технологию и оборудование для производства вискозного раствора с гибко регулируемым составом химических компонентов, обеспечивающим выпуск вискозного жгутика с заданными свойствами;
разработать технологию, аппаратурное оформление производства технического жгутика (прекурсора) из гидратцеллюлозы с линейной плотностью в диапазоне 200 - 200000 текс мощностью 200 т/год;
изготовить опытный образец комплекта оборудования для оснащения химического производства вискозного раствора регулируемого состава;
изготовить опытный образец линии для производства вискозного жгутика (прекурсора) заданного состава и технологии;
провести промышленные испытания всего потока по производству вискозного прекурсора требуемого состава;
доработать конструкторскую документацию.
Тема 27. "Разработка технологии и оборудования для производства углеродного жгутика на основе гидратцеллюлозы с созданием модульной непрерывной линии мощностьют/год, позволяющей получить материалы с заданными свойствами".
Предстоит решить следующие задачи:
разработать современную технологию;
спроектировать и изготовить опытную непрерывную линию карбонизации и графитации гидратцеллюлозного жгута (ГЦЖ) в диапазоне температур от 400 до 2500 °C мощностью до 30 т/год;
разработать систему управления технологическим процессом производства УВМ от химии до конечных продуктов с заранее заданными свойствами с максимальным исключением человеческого фактора;
провести испытания непрерывной линии и на их основе доработать конструкторскую документацию для ее возможного тиражирования и создания условий для быстрого роста объемов производства.
В ходе проведения лабораторных исследований в обществе с ограниченной ответственностью "Балаково Карбон Продакшн" на мини-установках получены первые положительные результаты при термообработке гидратцеллюлозных жгутов. Так при конечной температуре термообработки (КТТО) °C получены образцы УГЦВ со следующими показателями:
Таблица 5
Свойства углеродного жгута УГЦВ-1
N | Наименование показателей | Норма по ТУ6-06-И87-81 | Факт УГЦВ-1 |
1. | Удельное электрическое | 0,043 +/- 0,012 | 0,038 |
2. | Электрическое сопротивление | 3 | 2,7 |
3. | Механическое напряжение | 430 | 531 |
4. | Механическое напряжение жгута | 100 | 230 |
5. | Фактическая влажность | 3,0 | 0,5 |
6. | Содержание углерода, %, | 90 | 95 |
7. | Содержание золы, %, не более | 3,0 | 2,2 |
При термообработке с температурой 1°C удельное сопротивление снижается при сохранении остальных физико-механических свойств.
Реализация данного проекта позволит создать условия для оснащения многотоннажного (от 500 т/год до 4000 т/год) производства УГЦВ с использованием энергосберегающих технологий, что позволит решить проблемы получения материалов с заранее заданными свойствами в необходимом количестве. Разрабатываемая техника создаст материальную базу для производства новых материалов на основе нанотехнологий с использованием отечественного сырья с себестоимостью на 70 - 80 процентов дешевле существующей с обязательным выполнением всех стандартов в области экологии и защиты окружающей среды. Большую заинтересованность в создании такого крупнотоннажного производства УГЦВ в г. Балаково проявили открытое акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега", объединяющее 21 предприятие, общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "ГраНаТ", Институт теоретической и прикладной электродинамики Российской академии наук.
Тема 28. "Разработка композиционных материалов на основе полимерных отходов и наноразмерных силикатных и углеродных наполнителей и технологии их переработки в конструкционные изделия".
В настоящее время в России и Беларуси наблюдается увеличение объемов производства композиционных материалов и изделий из них. Наряду с этим происходит накопление полимерных отходов, значительная часть которых практически не используется. Только по Беларуси ежегодно образуется более 1,5 млн. тонн полимерных отходов. В России эти объемы значительно больше. Это усугубляет, с одной стороны, экологическую проблему, а с другой стороны, не позволяет удлинять жизненный цикл полимеров и реализовывать все их возможности как ценного полимерного сырья.
Главным образом, это обусловлено пониженными показателями физико-механических свойств термопластичных отходов, что значительно ограничивает их использование для получения конструкционных материалов. Еще одним фактором, сдерживающим широкое применение термопластичных отходов, является низкая энтропия смешения их макромолекул, что не обеспечивает большинству термопластичных отходов термодинамической совместимости. В результате этого при формировании на их основе композитов наблюдается фибрилляция компонентов. Поэтому важнейшей задачей при получении технически ценных композиций является подбор добавок, влияющих на совместимость полимерных компонентов в композиционной системе и ее эксплуатационные свойства.
В настоящее время весьма актуальны исследования, направленные на разработку составов и технологий с использованием новых видов наполнителей, в особенности высокодисперсных частиц неорганического происхождения, выявление особенностей формирования структуры и регулирование реологических и эксплуатационных свойств материалов такого класса, а также разработка методов, обеспечивающих активацию вторичных термопластов в процессе их переработки и совместимость в композиционной системе. Очевидно, что развитие материаловедческих и технологических аспектов обозначенной проблемы может быть осуществлено при анализе закономерностей взаимодействия высокодисперсных наполнителей с компонентами композиционных смесей при переработке, а также изучении работоспособности конструкционных изделий на их основе в различных условиях эксплуатации.
Научная значимость ожидаемых результатов определяется тем, что будут разработаны физико-химические основы синтеза новых активирующих добавок на основе органосиликатных и углеродных соединений для композиционных материалов, в том числе с использованием вторичных термопластов. С этой целью методами ИК-спектроскопии, рентгенофазового и дериватографического анализа, сканирующей и атомно-силовой микроскопии, электрохимии будут исследованы структурно-фазовые и химические превращения в гетерогенных системах на основе полимерной матрицы, в том числе вторичной, и активных включений органосиликатного происхождения. В результате будут получены химически активные модифицирующие органоминеральные и углеродные соединения, способствующие управлению структурой композита и повышающие его прочностные и другие функциональные свойства.
Практическая значимость ожидаемых результатов обусловлена тем, что разрабатываемые материалы остро востребованы в настоящее время как изделия в телекоммуникационных системах (трубные изделия для проводных коммуникаций), в строительстве и машиностроении (конструкционные изделия, направляющие и опоры скольжения, транспортирующие ленты и др.), в сельском хозяйстве (обвязочные материалы, упаковочные ленты и др.). При этом экономия первичного полимера будет достигать 100 процентов утилизации полимерных отходов, объемы накопления которых неуклонно возрастают. Снижение себестоимости 1 кг полимерного сырья составит 1,5 - 2 раза.
Тема 29. "Разработка технологии модифицирования углеродных наноматериалов и получения концентратов армирующих наполнителей для конструкционных пластиков и шинных резин".
Анализ современных тенденций развития полимерного материаловедения свидетельствует о широких перспективах и возможностях полимерных нанокомпозитов. Особая роль при этом принадлежит полимер-углеродным и полимер-силикатным нанокомпозитам (Н-ПКМ), а также материалам, содержащим гибридные наполнители, например, волокна и наночастицы углерода или глин.
Так, введение в полимер-углеродных наноматериалов (УНМ) приводит к следующим изменениям свойств: ускоренной кристаллизации частично-кристаллических термопластов, ингибированию цепных радикальных реакций термораспада полимеров и термоокислительной деструкции, повышению модуля упругости и теплостойкости, улучшению динамических механических свойств и электропроводности, повышению износостойкости. Следует отметить также, что полимеры, содержащие фуллерен и другие УНМ, могут обладать необычными электронными, оптическими, электро - и фотопроводящими, каталитическими, сенсорными и другими свойствами.
Введение наночастиц глин в полимеры и эластомеры улучшает их барьерные свойства по отношению к диффузии газов и снижает сорбцию растворителей. Сочетание в Н-ПКМ нанонаполнителей и традиционных или специально подготовленных волокнистых наполнителей позволяет создавать композиты с комплексом улучшенных показателей физико-механических свойств. Поэтому проведение исследований по отработке рецептур и технологий Н-ПКМ, имеющих широкие перспективы промышленного применения и способствующих качественному улучшению эксплуатационных характеристик деталей и узлов современной техники, имеет большую актуальность.
В Государственном научном учреждении "Институт тепло - и массообмена им. Лыкова НАН Беларуси" разработана технология получения УНМ в виде нанотрубок и нановолокон. Совместно с Государственным научным учреждением "Институт механики металлополимерных систем им. НАН Беларуси" проводятся исследования, направленные на разработку технологии функционализации поверхности УНМ с целью направленного изменения их адсорбционной (хемосорбционной) активности и реакционной способности по отношению к макромолекулярным превращениям на стадии компаундирования Н-ПКМ в полимерном расплаве. Государственное предприятие "Институт нефти и химии" Республики Беларусь разрабатывает новые типы полимерных матриц и n-композитов при их использовании.
Полученные результаты лабораторных исследований свидетельствуют о широких перспективах применения функционализированных УНМ при создании Н-ПКМ различного функционального назначения высокомодульных инженерных пластиков, полиамидного и полиэфирного нанокорда, шинных резин, армированных гибридными наполнителями. Большую актуальность представляют также эластомерные Н-ПКМ с улучшенными барьерными свойствами.
Подобные материалы требуют разработки специальных технологий для их получения. Поэтому основная цель работы заключается в создании научно-обоснованной технологии получения направленно модифицированных углеродных наноматериалов, а также получения концентратов армирующих наполнителей, в том числе гибридных нанонаполнителей, для инженерных пластиков и шинных резин.
Тема 30. "Разработка технологии производства микроармирующих полимерных наполнителей для сухих строительных смесей, бетонов и конструкций на их основе".
За последнее десятилетие в строительной отрасли в России и за рубежом для улучшения механических и эксплуатационных характеристик изделий из бетона стали широко использоваться различные типы органических и неорганических волокон. Применение таких добавок обеспечивает уменьшение риска возникновения трещин из-за пластичной усадки и появления микротрещин при морозе, повышение устойчивости к циклическим температурным нагрузкам (замерзанию/оттаиванию), повышение сопротивлению удару, подверженности к истиранию, проникновению воды и химических веществ. Армирование волокнами усиливает прочность и упругость бетона (способность к пластической деформации без разрушения) посредством удержания части нагрузки при повреждении матрицы и препятствуя росту трещин. Способность волокон к хорошему перемешиванию обеспечивает их равномерное распределение в бетоне и армирование его по всему объему.
Опыт применения универсальных полипропиленовых волокон как строительных добавок для бетона и строительных растворов показывает, что эти волокна не только значительно снижают образование внутренних микротрещин, но и способствуют микроструктурному уплотнению, что является основным фактором повышения долговечности бетона и защиты стальной арматуры.
Производство и широкое использование микронаполнителей для минеральных вяжущих осуществляют такие известные зарубежные фирмы, как Lafarge SA (Франция), производящая высокоэффективный армированный волокнами бетонный материал с торговым названием Ductal, P. Baumhuter GmbH (Германия), производящая для строительной промышленности моно - и мультиволокна и полипропилена PB EUROFIBER, американская корпорация Propex concrete systems и др. Компания SI Concrete Systems. (Chattanooga, Tenn.) является производителем армирующих волокон, она предлагает Novomesh, Fibermesh и другую продукцию из волокон, которая используется в качестве альтернативы сетке из стальных нитей и легкой арматуры.
В России вопросами производства органических волоконных наполнителей начали заниматься только в последнее время. Производство вышеуказанных органических волокон как за рубежом, так и в России осуществляется на дорогостоящем специализированном оборудовании для производства штапельных синтетических волокон или на специализированных линиях по производству мононитей с использованием первичного полимерного сырья.
В данном проекте предлагается разработать технологию производства армирующих волокнистых материалов на широко распространенных в мире, в том числе и в России, относительно недорогих экструзионно-пленочных линиях для получения пленочных нитей из полиолефинов. Данные линии позволяют получить тонкие пленочные фибриллированные высоко ориентированные полипропиленовые нити различной линейной плотности. Последующая резка (штапелирование) этих нитей позволит получить волокнистый материал, пригодный для использования в качестве армирующего наполнителя минеральных вяжущих.
В заключение данного раздела Концепции необходимо отметить, что решение научно-технических проблем, включенных в данную Программу, позволит создать технологическую и техническую базу по выработке принципиально новых материалов, расширить ассортимент и улучшить качество выпускаемой продукции, уменьшить материалоемкость и энергоемкость производства, повысить конкурентоспособность продукции и освободиться от импортной зависимости в ее поставках. Это позволит укрепить экономическую безопасность обоих государств в части обеспечения оборонной и гражданской промышленности необходимыми уникальными материалами, консолидирует имеющие силы ведущих технологических организаций, конструкторских бюро и машиностроительных заводов России и Беларуси, занимающихся созданием и разработкой новых процессов и оборудования для производства новых полимерных и композиционных материалов, даст мощный импульс переводу промышленности Российской
Федерации и Республики Беларусь на инновационный путь развития.
Отобранная и обоснованная выше научно-техническая тематика Программы изложена в следующем третьем разделе Концепции в соответствии с требованиями Порядка разработки и реализации программ Союзного государства, предъявляемым к "Системам мероприятий Программы" (приложение N 2, пункт 3). В связи с этим особое внимание обращено на выделение по каждому мероприятию сроков исполнения, объемов финансирования с указанием их источников, определению потенциальных потребителей, емкости рынка продукции, конечных результатов НИОКР и ожидаемого эффекта от использования этих результатов.
3. Перечень намечаемых основных мероприятий Программы
┌────┬─────────────────────────┬────────────────────────────────────────────────┬─────────────────────┬─────────────────────┬──────────────────────────────────────┐
│ │ │ Объемы финансирования работ │ │ │ │
│ │ │ (млн. российских руб.) │ │ │ │
│ │ │ всего, в том числе: │ │ Чем заканчивается │ │
│ │Наименование мероприятия,│ из бюджета Союзного государства │ Потребители │ НИОКР (технология, │ │
│ N │ вероятная территория │ │ продукции, емкость │ НТД, КД, опытный │ Ожидаемые результаты работ │
│темы│ реализации, сроки │ из внебюджетных источников │ рынка │ образец │ │
│ │ выполнения ├────────┬──────┬───────┬───────┬───────┬────────┤ │ оборудования, │ │
│ │ │ 2012 - │ 2012 │ 2013 │ 2014 │ 2015 │ 2016 │ │ образцы продукции) │ │
│ │ │2016 гг.│ год │ год │ год │ год │ год │ │ │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │
├────┼─────────────────────────┼────────┼──────┼───────┼───────┼───────┼────────┼─────────────────────┼─────────────────────┼──────────────────────────────────────┤
│ 1 │ 2 │ 3 │ 4 │ 5 │ 6 │ 7 │ 8 │ 9 │ 10 │ 11 │
├────┴─────────────────────────┴────────┴──────┴───────┴───────┴───────┴────────┴─────────────────────┴─────────────────────┴──────────────────────────────────────┤
│ Раздел 1. Композиционные материалы │
├────┬─────────────────────────┬────────┬──────┬───────┬───────┬───────┬────────┬─────────────────────┬─────────────────────┬──────────────────────────────────────┤
│ 1. │Разработка технологии │ 110,0 │19,36 │ 20,2 │23,983 │25,222 │ 21,235 │Железнодорожный │Технология; опытные │Высокоэффективная технология │
│ │производства сотовых │ │ │ │ │ │ │транспорт, │образцы продукции; │производства конкурентоспособных │
│ │заполнителей на основе │ 55,0 │ 11,1 │ 10,2 │ 11,8 │ 11,9 │ 10,0 │судостроение, │КД и ТД литеры О1 │стеклосотопластов (ССП) позволит: │
│ │стеклотканей для │ ---- │ ---- │ ---- │------ │ ----- │ ------ │ОАО "ОАК", ФГУП │ │- организовать опытное производство │
│ │трехслойных силовых и │ 55,0 │ 8,26 │ 10,0 │12,183 │13,322 │ 11,235 │"ОНПП "Технология". │ │ССП с повышенными прочностными │
│ │средненагруженных │ в т. ч. │ │ │ │ │ │Емкость рынка - │ │характеристиками; │
│ │конструкций воздушного, │ РБ │4,885 │ 5,42 │ 5,25 │ 5,355 │ 3,5 │250 куб. м/год │ │- увеличить габаритные размеры │
│ │наземного и водного │ 24,41 │ │ │ │ │ │ │ │выпускаемых сотоблоков в 1,5 раза; │
│ │транспорта, │ │ │ │ │ │ │ │ │- увеличить объемы производства ССП │
│ │Российская Федерация, │ 19,25 │3,885 │ 3,57 │ 4,13 │ 4,165 │ 3,5 │ │ │в 1,5 - 2 раза; │
│ │2гг. │ ----- │----- │ ---- │ ---- │ ----- │ --- │ │ │- снизить трудоемкость на│
|
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 |
