Еженедельник "Снабженец"
http://www.snab.ru

Полная версия этой статьи в формате PDF:
СКАЧАТЬ

Материалы XXI в.: прочнее стали, легче дерева Так повелось, что главные вехи технологической истории человечест­ва мы отмеряем по основному конструкционному материалу эпохи. Когда-то в незапамятной древности на смену каменному веку пришел бронзовый, затем железный. На протяжении многих веков из железа делалось большинство орудий труда от простого топора до сложнейших металлообрабатывающих станков. А?потом с их помощью вспахивали землю, строили дома и дороги, создавали новые механизмы. Еще несколько десятков лет назад без железа было — никуда. И?дере­во не срубишь, и в космос не улетишь. Но сегодня на наших глазах мир стремительно меняется, и на смену железному приходит новый век — композиционных материалов. Композиты — материалы, состоящие из пластичной основы (матрицы) и наполнителя. Еще древние жители Египта и Месопотамии заметили, что, если в глину добавить соломы, то прочность кирпичей значительно увеличится, и они перестанут растрескиваться во время сушки на ярком солнце. Древние инки использовали растительные волокна при изготовлении керамики. В XVIII в. стал очень популярен такой материал, как папье-маше (бумага, пропитанная клеем). Из него делали различные безделушки, детские игрушки, даже мебель. Но сегодня, говоря о композиционных материалах, мы подразумеваем прежде всего полимерные композиты (ПКМ). Это направление стало интенсивно развиваться после того, как началось освоение космоса, и ученые задумались над снижением массы космических аппаратов. Во времена «холодной войны» ПКМ были наиболее востребованы военно-промышленным комплексом. В последние годы тенденция замены традиционных материалов полимерными композитами захватила и гражданские отрасли. ПКМ стали применять для производства наземных видов транспорта, спортивного инвентаря, строительных изделий и многого другого. Нынешняя популярность композитов объясняется несколькими причинами. Во-первых, правильно подобрав соотношение полимера и наполнителя, можно получить сочетание тех свойств, которые нужны в конкретном случае. Во-вторых, не­смотря на то, что цены на современные композиты достаточно высоки, процесс производства изделия из ПКМ более экономичен, чем из металла. Первое место в мире по производству сырья, оборудования, технологическим разработкам и изготовлению изделий из композитов занимают США. Далее следуют Гер­мания, Франция, Италия, Велико­британия. Наша страна тоже когда-то была одним из лидеров, но после развала СССР объем выпуска ПКМ сократился более чем в 30 раз. И сейчас на долю России приходится лишь 1,5% рынка потребления композицион­ных материалов. Однако работы в этом направлении не прекращаются. Убедиться в этом можно было, посетив выставку «Интер­пластика» в ЦВК?«Экспо­центр», а также «Ком­позит-Экспо» в МВЦ «Крокус Экспо». Стеклопластики Стекловолокно — наиболее востребованный сегодня композитный наполнитель. На его долю приходится около 90% всех производимых в мире композитов. Причин тому две — относительная дешевизна и ценное сочетание эксплуатационных свойств. При сравнительно малой плотности стеклянные волокна обладают высокой прочностью, тепловой и химической стойкостью плюс отличными диэлектрическими характеристиками. Так, например, применение стеклопластиков для производства цилиндрических емкостей и сосудов высокого давления позволяет при снижении массы изделий повысить удельную прочность конструкции в 1,5–2 раза по сравнению с цельнометаллическими корпусами. Основную часть стеклянных волокон получают из бесщелочного алюмо­боросиликатного стекла марки Е и из магний-алюмосиликатного S, от­ли­чающегося более высоким модулем упругости и прочностью. Форма сечения выпускаемых волокон может быть разнообразной (круглой, треугольной, квадратной, шести- или прямоугольной). Для получения качественных стеклопластиков с высокими физико-механическими свойствами как армирующий материал предпочитают использовать не отдельные волокна, а готовые стеклоткани или стекломаты. Однако в тех случаях, когда применяются сложные схемы армирования для получения многослойных композитов со свойствами, заданными по направлениям, возникает ряд технологических сложностей. Чтобы избежать трудоемкой послойной укладки нескольких видов стеклоткани под разными углами, целесообразно использовать мультиаксиальные ткани, в которых плотность укладки и углы взаимного расположения слоев задаются заранее. На конференции, проходившей в рамках выставки «Композит-Экспо», ООО «Стеклонит» (г. Москва) провело презентацию новой продукции — мультиаксиальных тканей «Арма­тон». Это нетканые материалы, в которых нити из Е-стекла выложены в слои параллельно друг другу. Каждый слой укладывается под определенным углом, в зависимости от необходимого направления армирования. Стандартной является ориентация нитей в направлениях 0, 90 и ±45°. Но при необходимости угол ориентации может быть изменен в диапазоне от ±20 до ±90°, что позволяет использовать прочность стеклянных волокон в композиционном материале в нескольких направлениях. Применение мультиаксиальных тканей позволяет задавать свойства композитов уже на стадии проектирования в зависимости от требований, предъявляемых к будущим изделиям. При этом можно добиться снижения толщины и веса изделия почти на 50% при сохранении прочностных свойств. Применение мультиаксиальных тканей позволяет на 20–30% снизить расход полимерной составляющей, т. к. отсутствие зазора между слоями способствует лучшему течению связующего в основной структуре материала. С другой стороны, плотно примыкающие друг к другу слои и пряди волокна дают возможность повысить объемную долю стеклонаполнителя в композите. В зависимости от количества слоев различают четыре вида мультиаксиальных тканей: моно-, би-, три- и квадроаксиальные (по количеству углов ориентации волокон). На сегодняшний день компанией освоено производство более 10 видов би-, три- и квадроаксиальных материалов с поверхностной плотностью 450–1200 г/м2. Отдельно хотелось бы отметить наличие в ассортиментном ряду пред­приятия комбинированных муль­ти­аксиальных материалов. В?них наряду со стеклом присутствует слой рубленого волокна (чоп-мата). Его наличие на поверхности многослойной ткани позволяет получать композиты с гладкой поверхностью. Углеродные материалы Углеродные волокна получают путем термической обработки химических или природных органических нитей, благодаря которой в материале остаются, главным образом, атомы углерода. Происходит это в несколько этапов. Первый представляет собой окисление исходного волокна на воздухе при температуре 250 °C в течение 24 ч. Потом следует стадия карбонизации (нагрева в среде азота или аргона при 800–1500 °C), в результате чего происходит образование графито­подобных структур. Завершает процесс графитизация при температуре 1600–3000 °С, также проводящаяся в инертной среде. При этом количест­во углерода в волокне может быть доведено до 99%. Для производства углеродных волокон используют два основных типа сырья — вискозные или полиакрилонитрильные волокна. До 80% выпускаемых в мире углепластиков армируются именно ими. Однако могут быть также использованы нити из фенольных смол, лигнина, каменноугольных и нефтяных пеков. В?зависимости от исходного материала и технологии обработки можно получить продукцию с разными характеристиками. В ряду общих свойств углеродных волокон следует отметить высокий модуль упругости и прочность, низкую плотность, малый коэффициент трения, а также повышенную стойкость к атмосферному влиянию и химическим реагентам. Кроме того, подобные материалы и композиты на их основе хорошо проводят электрический ток и имеют очень низкий, почти нулевой температурный коэффициент линейного расширения. Поэтому углепластики зачастую используют в качестве нагревательных элементов. Высокая теплостойкость (при нагреве до 1600–2000 °С в отсутствии кислорода механические показатели волокна не изменяются) предопределила применение углепластиков в качестве тепловых экранов и теплоизоляционного ма­териала в высокотемпературной технике. К?тому же композиты на основе углеродных волокон незаменимы в качестве самосмазывающихся подшипников скольжения и сальников. Во многих случаях углепластики комбинируют с другими материалами (борным стеклянным или органическим волокном) для получения изделий с гибридными свойствами, необходимых при изготовлении деталей самолетов, ракет, а также спортинвентаря. Сравнивая углеродные волокна со стекловолокном, надо сразу же отметить, что они гораздо дороже. Поэтому такие композиты предпочитают использовать там, где определяющим фактором является не цена, а набор уникальных эксплуатационных свойств материала. В России одним из ведущих произ­водителей углеродных волокон и композитов на их основе является НПК «Химпроминжиниринг» (г. Мос­ква), в состав которого входят Завод углеродных и композиционных материалов (г. Челябинск) и ОАО «Аргон» (Саратовская обл.). С изделиями последнего можно было познакомиться на выставке «Композит-Экспо». Предприятие выпускает углеродные волокна в разнообразном виде: это непрерывные нити марок ГЖ, УК, УКН, УКН-М-3К, ленты ЛУР, ЭЛУР и ЭЛУР-П, тканые материалы УТ-400 шириной 400–900 мм. Производство всех видов текстильной продукции осуществляется по обычным технологиям. При необходимости предприятие может изготовить материал с конкретно заданными характеристиками для решения определенных задач. Древесно-полимерные композиты Древесно-полимерные композиты (ДПК) — это материалы, содержащие полимер и древесный наполнитель, модифицированный, как правило, химическими добавками. В их производстве могут использоваться любые термопластичные полимеры и их смеси, однако на практике предпочтение отдается полиэтилену, полипропилену и поливинилхлориду. Коли­чество древесины в композите, как правило, составляет 40–60%, хотя может быть доведено и до 80–90%. Свойства готового материала зависят от типа полимерного связующего и древесины, а также характера связей и взаимодействий между ними. Дерево, используемое при изготовлении ДПК, чаще всего выбирается в зависимости от до­ступности и затратности. Иссле­дования показали, что обычно мягкие сорта имеют лучшие рабо­- чие параметры ударопрочности по срав­нению с твердыми породами. С другой стороны, у последних более высокий предел прочности при статическом изгибе. Для управления технологическим процессом и получения материалов с определенным набором свойств в состав ДПК вводят различные модифицирующие добавки. В их число входят антиокислители, антимикробные средства, поверхностно-активные вещества, связующие, противоударные модификаторы, смазочные материалы, термо- и светостабилизаторы, пигменты и огнезащитные средства. Есть примеры использования вспенивающих агентов, обеспечивающих снижение плотности композитов. Материал может окрашиваться в массе или подвергаться лакокрасочной отделке обычными красками и эмалями. Помимо того, зачастую он?облицовывается синтетическими плен­ками или натуральным шпоном. Существует технология покрытия ДПК тонким слоем пластмассы непо­средственно в процессе его выдавливания в экструдере. Широко распространенная в пластиковой индустрии, она называется со- или коэкструзия. Многие рецептуры ДПК обладают исключительной стойкостью к атмосферному и биологическому воздейст­вию. Они могут принимать в себя до 4% влаги, не теряя при этом формы и прочности, и восстанавливать прежние свойства при высыхании без коробления. При обработке ДПК сочетают в себе свойства дерева и пластмассы. Их можно легко пилить, строгать, сверлить. Они превосходно удерживают гвозди, скобы, шурупы. Неко­торые рецептуры поддаются склеиванию, а другие можно сваривать как пластмассу. Ценным технологичес­ким показателем является возможность гнуть детали в подогретом виде, подобно пластикам. Первое коммерческое применение композита древесины и пластмассы имело место в автоиндустрии при создании автомобилей Rolls Roys в 1916 г. Это сочетание материалов использовалось для изготовления круглой ручки переключения скоростей. С тех пор у ДПК появились и другие области применения. На­пример, внутренние облицовочные панели и структурные компоненты дверей автомашин. В 1990-е гг. ДПК стремительно завоевали североамериканский ры­нок благодаря растущему спросу на садовый паркет, или декинг. По­следний представляет собой плиточные модули, которые можно укладывать на твердую ровную поверхность. Таким образом, красивый и прочный настил создается практически на любом основании. Для российской полимерной ин­дустрии создание древесно-наполненных композитов — направление относительно новое. Поэтому настоящей сенсацией стало состоявшееся на выставке «Интерпластика» представление ОАО «Каустик» (Рес­пуб­лика Башкортостан) композиционного материала на основе ПВХ с использованием древесного напол­нителя и стабилизатора. В настоящее время на предприятии выполнена самая сложная стадия технологического процесса — подбор рецептур композита с соотношением содержания древесной муки и ПВХ в пропорциях 50/50, 60/40, 70/30 и 80/20. А также установлена последовательность введения стабилизирующих добавок. Выбор ПВХ в качестве связующего отнюдь не случаен. Этот полимер не поддерживает горения и обладает низким температурным коэффициентом линейного расширения. Послед­нее свойство позволяет создавать строительные конструкционные элементы, способные заменить сталь, алюминий и бетон. С помощью добавок свойства можно варьировать для различных сфер применения. Материал выпускается в виде гранулята, из которого потом методами экструзии или термопрессованием можно производить элементы садовой архитектуры (декинг, заборы, террасные ограждения), дверной и оконный профиль, подоконники, строительные конструкции и даже мебель. Представители ОАО «Каустик» уверены, что рынок древесно-наполненных композитов в нашей стране через 3–5 лет станет самым крупным в Европе и мы даже войдем в пятерку крупнейших мировых производителей ДПК. Марина Народовая, фото автора ЗАО «Фирма »Стоик»» (Вологод­ская?обл.) создало технологию отделки опорных валков, открывающую новые возможности по мехобработке наружных поверхностей больших диаметров. Она направлена на увеличение ресурса эксплуатации опорного валка за счет решения проблемы обрыва болтов крепления подушек во время прокатки, которая приводила к простоям стана. Как планируется, подобная новация будет использоваться при ремонтах промышленного оборудования прокат­- ных цехов. ООО «Электроремонт» (Вологод­ская?обл.) приобрело стенд для входного инструментального контроля подшипников качения. Оборудование стоимостью 1,5?млн руб. не допускает попадание в произ­водство негодных деталей, что значительно сокращает общее количество случаев брака. Установка, изготовленная ООО?«Диа­мех» (г.?Москва), выполняет полную оценку технического состояния подшипников и диагностирует внутренние дефекты по результатам измерения параметров вибрации в соот­- ветствии с установленными техническими условиями. Юргинский машиностроительный завод (ООО «Юргинский машзавод», Кемеровская обл.) вводит в эксплуатацию новое оборудование. В настоящее время ведется монтаж двух современных робототехнических комплексов, предназ­наченных для резки фасок на деталях. Ранее эти операции осуществлялись на предприятии вручную. Планируется, что с началом работы комплексов производительность участка повысится примерно на?30%. ОАО «ХК «Электрозавод»» (г. Москва) отгрузило четыре шунтирующих реактора РОМБСМ 60 000/500 для невинномысской подстанции — филиала ОАО?«ФСК?ЕЭС» (г. Мос­ква). Вес каждой установки составляет почти 75 т. Для доставки столь тяжелого груза проводились специальные восстановительные работы на гидротехнических сооружениях от железнодорожного узла «Невинномысск» непосредственно до подстанции. В ближайшее время для этого же предприятия компания планирует изготовить и поставить шесть трансформаторов АОДЦТН-167000/500/330 массой около 166 т каждый. ЗАО «НГ-Энерго» (г. Санкт-Петербург) представило новейшие разработки в области энергообеспечения бурения. В?числе новинок дизельный энергокомплекс мощностью 4360 кВт, а также уникальный силовой агрегат для привода насосов, разработанный на базе двигателя Cummins. В ближайшее время будут проведены полевые испытания агрегатов, по результатам которых руководство компании примет решение об их серийном выпуске. Сейчас на предприятии ведется разработка единой схемы управления агрегатами буровой установки и электростанции, а также системами передачи и распределения мощности и регулирования работы привода совместно с электродвигателем. ООО «Электропром» (Кемеров­ская?обл.) освоило производство нового вида продукции. Тормозной цилиндр типа ТЦ?188-Б является главной частью тормозной системы железнодорожного вагона, отвечающей за безопасность движения подвижного состава. Одновременно с началом выпуска устройств введен в эксплуатацию новый сборочно-испытательный участок для проверки их деталей и сборки. К настоящему времени изготовлено шесть опытных агрегатов для сертификационных испытаний. Компания планирует выпускать 400–500 ТЦ?188-Б в месяц. Однако при необходимости мощность производства можно довести до 1000 шт/мес. Исполнилось десять лет, как без остановки работает на Рязанской ГРЭС роторный укладчик-заборщик УЗР 1500/1500, изготовленный ОАО «МК »Ормето-ЮУМЗ»» (Оренбургская обл.). Агрегат предназначен для укладки угля в штабель и его забора на открытых складах промышленных предприятий и в портовых терминалах. В сравнении с грейферными кранами-перегружателями и бульдозерами, использовавшимися ранее на ГРЭС, УЗР 1500/1500 отличается экономичностью, надежностью и неприхотливостью в работе. Благодаря программе, заложенной в систему управления машины, можно без дополнительных затрат смешивать уголь в определенных пропорциях в зависимости от калорийности и других свойств. Таким образом, можно получать однородное, усредненное по своему физическому и химическому составу топливо, соответствующее требованиям определенного теплоагрегата. По сообщениям пресс-служб компаний подготовил Виталий Мареченков Ульяновский автомобильный завод (ОАО «УАЗ») завершает отгрузку автомобилей для нужд сельского хозяйства Туркменистана. Договоренность о поставке 928 машин была достигнута в 2008 г. Продукция предприятия, по мнению представителей Правительства республики, наиболее приспособлена для эксплуатации и техобслуживания в условиях этой страны. Поэтому УАЗы по всем параметрам обошли другие автомобили. В рамках контракта компания поставляет в дружественное государство внедорожники и полноприводные микроавтобусы четырех моделей: УАЗ-315122, УАЗ-31519-017, УАЗ-31519-095-01 и УАЗ-22069-033. Первые 314 машин были отгружены еще в конце прошлого года, а в мае планируется отправить последнюю партию в количест- ­ве 128 ед. Ижевский завод нефтяного машиностроения (ОАО «Ижнефтемаш», Удмурт­ская Республика) закончил подготовку технической документации на произ­водство нового изделия — подвесного штангового ключа КПШ-3. Инструмент предназначен для автоматизации процесса свинчивания-развинчивания насосных штанг при монтаже и ремонте оборудования для добычи нефти. В?нем реализован ряд оригинальных конструктивных решений (уменьшение габаритов и массы), значительно снижающих трудоемкость при работе и обеспечивающих максимальное удобство для опе­раторов. Специалисты Стойленского горно-обогатительного комбината (ОАО «Стой­ленский ГОК», Белгородская обл.) прошли предаттестационную подготовку по требованиям промбезопасности. Обуче­ние включало в себя широкий спектр вопросов по промышленной безопасности для предприятий горнорудной отрасли. Качественно проведенная подготовка в немалой степени повлияла на положительную аттестацию работников в аттестационной комиссии Федеральной службы РФ по экологическому, технологическому и атомному надзору. Камский автомобильный завод (ОАО?«КамАЗ», Республика Татарстан) временно остановил главный сборочный конвейер. За время вынужденного простоя, вызванного падением спроса на тяжелые грузовики, рабочие и инженеры получают зарплату из расчета две трети тарифа. Планируется, что некоторые другие производства компании могут возобновить работу ранее. Эта остановка конвейера стало четвертой в нынешнем году. Вместе с тем, с октября 2008 г. предприятие перешло на сокращенную четырехдневную рабочую неделю, а в декабре были сокращены 3 тыс. рабочих мест. ОАО «АБС ЗЭиМ Автоматизация» (Чувашская Республика) завершило разработку нового продукта — одноконтурного регулятора ПБР-3(2)ИР. Он выполнен на основе хорошо зарекомендовавшего себя интеллектуального бесконтактного пускателя ПБР-3(2)И (электронного микропроцессорного устройства для управления электрическим исполнительным механизмом). В основе регулятора заложен принцип применения импульсного закона ПИД-регулирования. Прибор может быть изготовлен в одном из трех исполнений серийного пускателя ПБР-И (А, СА или ПА). Специалистами управления автоматизации Магнитогорского металлургического комбината (ОАО «ММК», Челябинская обл.) разработана автоматизированная система информационного обмена технологической информацией с клиентами. Она позволяет в режиме реального времени предоставить заказчику данные о факте отправки вагона с грузом в его адрес с указанием количественных и качественных показателей продукции. На сегодняшний день запущен поток информации об отгружаемой для ОАО «ЧТПЗ» (Челябинская обл.) продукции цехов ЛПЦ-4 и ЛПЦ-10. Речь идет об электронном паспорте, основанном на сертификате качества. Система позволяет гибко настраивать подключение дополнительной информации, и с пуском стана 5000 этот информационный обмен будет значительно расширен. Региональная лесопромышленная компания «Кода Лес» (ООО «РЛК »Кода Лес»», Ханты-Мансийский автономный округ) готовится к запуску домостроительного завода по производству комплектов деревянных каркасно-панельных зданий. Все оборудование установлено, линия работает в режиме пусконаладки. Обучением персонала и организацией процессов работы предприятия в промышленном масштабе руководят специалисты фирмы Homag (Германия). Разработанная с учетом современных требований по эргономике, конструкция имеет защиту от внешних ударов. По сообщениям пресс-служб компаний подготовил Виталий Мареченков