Стр. 2
| Стр.1 | Стр.2 | Стр.3 | Стр.4 | Стр.5 | Стр.6 | Стр.7 | Стр.8 |
Кроме того, в ходе проводимых исследований совместно с ИНЭОС
Академии наук Российской Федерации выявилась возможность получения
полимерных композиционных материалов с принципиально новыми
свойствами. Удалось резко улучшить антифрикционные свойства и
износостойкость таких материалов, обнаружив эффект неаддитивности
трибологических характеристик при использовании полиоксадиазольных
волокон совместно с рядом других полимерных волокон и компонентов
для направленного образования граничных слоев (полимер-волокно). При
этом сохраняется основное достоинство этих волокон - способность
сохранять комплекс механических свойств в сочетании с приемлемой для
технического применения ценой.
При включении граничных слоев в процесс трибопревращений на
поверхности за счет эффекта «трибохимической» смазки волокна имеют
весьма низкий (0,04-0,1) коэффициент трения, что способствует
повышению износостойкости всего узла трения с применением таких ПКМ
при сухом трении. Кроме того, обнаружено, что использование
композитов с полиоксадиазольными волокнами в чистом виде, с их
смесями с другими волокнами и с некоторыми добавками позволяет
значительно уменьшить износ металлического контртела.
Обнаруженный эффект резкого улучшения трибологических
характеристик определяет возможность разработки новых
технологических подходов к производству ПКМ и изделий на их основе,
базируясь на существующем промышленном оборудовании с
соответствующей его модернизацией.
Опытная проверка материалов на базе фенолформальдегидных
матриц, армированных тканями из полиоксадиазольных волокон в
подшипниках прокатных станов, узлах фрикционных клиньев и скользунов
пассажирских вагонов показала, что эти материалы позволяют увеличить
ресурс работы узлов трения в 4-6 раз в сравнении с такими
традиционными материалами, как оловянистые бронзы, капрон,
фторопласт, сталь 50, текстолит.
Анализ результатов опытной проверки уже созданных изделий из
ПКМ на основе «Арселона» и предварительная оценка областей
использования таких материалов показали, что изделия из арселоновых
композиционных материалов можно разбить на три основные группы:
I - маломерные изделия с массой до 150 г;
II - среднемерные изделия с массой до 5 кг;
III - крупномерные изделия с массой >5 кг.
В настоящее время выпускаются изделия II группы (скользуны,
сухари для ж/д вагонов), где используется тканевый армирующий
материал, наиболее удобный в технологии прессования. Потребность в
таких изделиях покрывается существующим уровнем выпуска арселоновых
волокон и составляет порядка 60 т/год.
Проблемы технологического порядка и в создании оборудования
возникают при изготовлении маломерных изделий (с малой толщиной
стенок) и, особенно, имеющих сложную конфигурацию по срезу. Для них
необходима разработка технологии приготовления и укладки армирующего
компонента (стренг, лента, шнур, тонковолокнистый жгут и др.),
условий пропитки с модернизацией оборудования. Потребность в
«Арселоне» для таких изделий только в изученных областях (насосы для
нефтедобычи и в промышленности химических волокон) составляет
порядка 40-50 т/год.
В крупномерных изделиях (подшипники прокатных станов,
дендвудные подшипники для судов) возникают вопросы удаления летучих
компонентов, рационального построения армирующего каркаса,
разработки оптимального состава полимерной матрицы. Потребность в
«Арселоне» для подобных изделий составляет 50-60 т/год.
В качестве заказчиков на первом этапе работы на изготовление
подшипников скольжения с использованием ПКМ на основе арселоновых
волокон являются машиностроительные предприятия, изготавливающие
насосы для добычи нефти, и предприятия химических волокон.
ООО ПНФ «Термиз» по поручению Правительства Москвы провело
исследовательские работы по изготовлению безасбестовых фрикционных
материалов. В процессе этой работы были изготовлены накладки на диск
сцепления автомобиля УАЗ и тормозные колодки для автомобиля ЗИЛ-
5301. В состав композиционного материала было включено
полиоксадиазольное волокно. В заключении ОАО «ЗИЛ» указано, что
данный материал является очень перспективным, он не изнашивает
металлические части, срок службы изделий резко возрастает.
Полиоксадиазольное волокно не имеет аналогов в дальнем
зарубежье. Его можно сравнить с термостойким волокном «Номекс»
(фирмы «Du Pont» США). Однако такие преимущества волокна Арселон-С,
как безусадочность под воздействием повышенных температур,
равновесное влагопоглощение: 12-15 против 5-6 процентов, стоимость
10 $ за один килограмм против 40 $, делают это волокно
конкурентоспособным не только в Республике Беларусь и России, но и
других странах ближнего и дальнего зарубежья.
Очень важная работа предстоит по созданию технологического
оборудования по выпуску ПАН-жгута технического назначения мощностью
80 т/год. Особое значение эта работа приобретает из-за необходимости
улучшения качества и повышения производства ПАН-жгута как исходного
сырья для создания высококачественных углеродных материалов.
Одним из прорывных направлений Программы является задание по
созданию оборудования для выпуска волокон с уникально высоким
уровнем прочностных показателей - нитей из сверхвысокомолекулярного
полиэтилена (ПЭ).
Выпуску опытных партий таких нитей предшествовали многолетние
научные, технологические и аппаратурные проработки. Выяснилось, что
от иных высокопрочных волокон (углеродных, арамидных, борных и др.)
ПЭ нити выгодно отличаются более высоким значением удельных
механических характеристик, сильным положительным влиянием скорости
деформации на прочность, полной радиопрозрачностью, а также
способностью совмещаться с высокоэластичными аморфными полимерами
(например, бутилкаучуками), не склонными к механическому стеклованию
и трещинообразованию даже при очень высоких (баллистических)
скоростях нагружения.
Последнее отличие принципиально, поскольку позволяет получать
на базе ПЭ нитей изделия нового класса - легкие, баллистически
стойкие композиционные материалы (КМ) с недостижимой до настоящего
времени ударной прочностью. Масса защиты снижается по сравнению с
броневой сталью в 2-2,5 раза, что обеспечивает существенные тактико-
технические преимущества.
В настоящее время в результате совместной деятельности многих
организаций отработаны принципы аппаратурного и технологического
оформления процесса, выявлены требования к сверхвысокомолекулярному
волокнообразующему ПЭ, решены вопросы научного и методического
обеспечения производства, а также создана и введена в эксплуатацию
экспериментальная установка производительностью 5 кг/сутки.
Полученные на установке партии волокон прошли всесторонние
испытания, были переработаны в полуфабрикаты и готовые изделия
различного ассортимента.
В итоге достигнута готовность к предусмотренной в Программе
разработке тиражируемого модуля опытно-промышленного производства
мощностью 55-60 кг/сутки, способного обеспечить выпуск ПЭ нити 30-35
текс с соответствующими лучшему мировому уровню свойствами
(прочность: 300-350 сН/текс, начальный модуль: 10 000 - 12 000
сН/текс).
По данным МВД России для оснащения внутренних войск, милиции и
спецподразделений легкими боевыми шлемами, бронепластинами и другими
современными средствами защиты необходимо около 100 тонн нити в год.
С учетом потребностей Минобороны России, погранвойск, ФСБ, а также
возможных экспортных поставок в страны СНГ общий объем производства
такой полиэтиленовой нити прогнозируется на уровне 150-180 т/год.
В связи с этим следует подчеркнуть, что за счет выполнения
предусмотренных Программой работ удельные капитальные затраты на
тиражирование производства сократятся примерно в 3 раза и составят в
пересчете на 1 модуль 35-40 млн. рублей. Это обстоятельство
переводит работы по расширению выпуска полиэфирной нити в разряд
инвестиционно привлекательных не только для производителей военной
техники, но и других более массовых изделий.
Раздел 2.7 Программы посвящен исследованиям, изготовлению и
внедрению оборудования для изготовления непрерывной базальтовой нити
«Создание и организация производства машин для выпуска непрерывной
базальтовой нити и изделий из нее».
По признанию ведущих специалистов мира базальтовые материалы
являются материалами XXI века. В справедливости этого заключения
можно еще раз убедиться, рассмотрев представленную область
применения непрерывной базальтовой нити (НБН) и базальтоволокнистых
материалов.
Дело в том, что на основе НБН могут быть изготовлены различные
материалы и изделия, в частности:
сетки для армирования дорожного полотна;
базальтовая арматура, длинномерные многопрофильные изделия;
трубы, в том числе для химических агрессивных жидкостей;
гидроизоляционный и кровельный материал;
фольгированный базальтотекстолит, имеющий высокие
температурные характеристики.
Новейшим и исключительно перспективным является использование
базальтовых волокон в сочетании с углеродными волокнами, создание и
организация производств которых является одним из основных заданий
настоящей Программы.
Базальтовые волокна сочетаются также с различными металлами,
керамическими волокнами, что позволяет получить новые гибридные
композиционные материалы и технологии. Применение базальта в этом
случае существенно удешевляет продукцию, и в то же время, благодаря
уникальным свойствам, сохраняет, а в большинстве случаев улучшает
эксплуатационные характеристики изделий.
В НИИГрафит, который является одним из ведущих исполнителей
указанной Программы, наработано более 100 таких технологий. Все
разработки оригинальны, аналогов в мире не имеют и обладают
патентной чистотой. Перспективность изделий из материалов на основе
НБН обусловлена следующими причинами:
неограниченность сырьевых запасов базальта на территории
России;
одностадийность и экологическая чистота технологии получения
волокон: возможность получения НБН на установках с электронагревом;
широкий температурный диапазон эксплуатации: от -200°С до
+700°С (стеклянные волокна разрушаются при 500°С);
высокий уровень тепло-, звуко- и электроизоляционных свойств;
высокая кислото- и щелочестойкость (более высокие, чем у
изделий из стекла);
низкая гигроскопичность базальтовых волокон - менее 1 %
(стеклянных волокон - до 20 %).
Однако развитие этого важнейшего направления научно-
технического прогресса сдерживается только малыми объемами
производства НБН. Сегодня в мире НБН производят только два
предприятия России и одно Украины с объемом выпуска менее 1000 тонн
в год. Это волокно производится по собственным запатентованным
технологиям на опытных или полупромышленных установках.
Вместе с тем официально подтвержденная потребность в НБН
только московских предприятий - участников специальной программы
«Базальт» составляет 37 тыс. тонн в год, в том числе:
Производство различных тканей 1 500 т/г
Армирующие сетки для дорожного строительства 2 000 т/г
Рубленная НБН для дисперсионного армирования 450 т/г
композиционных материалов
Радиационный тканевый, ровинговый и рубленный 600 т/г
препрег
Строительная арматура (диаметр 3-32 мм) 15 000 т/г
Трубы (диаметр 50-2000 мм) 18 000 т/г
Недостаточная развитость производства НБН во многом вызывается
тем, что во всех установках фильера узла формования нити выполняется
из платинородиевого сплава, вес которого превышает 4 кг. Из-за
высокой химической агрессивности и тугоплавкости базальтовых
расплавов ресурс эксплуатации фильеры значительно меньше, чем при
производстве стеклянных волокон.
Заменить платину можно только углерод-карбидокремниевым
материалом, то есть силицированным графитом, который по
эксплуатационным свойствам при температуре 1300°С на воздухе и в
контакте с базальтовым расплавом сопоставим с платинородиевым
сплавом.
В ФГУП «НИИГрафит» впервые в мире разработана технология
получения углерод-карбидокремниевого материала. В настоящее время
первоочередной задачей является разработка конструкции фильерных
узлов из углерод-карбидокремниевого материала и оборудования для
изготовления данных изделий. Замена в производстве базальтовых и
стеклянных волокон драгоценных металлов углерод-карбидокремниевым
материалом существенно снизит себестоимость продукции, так как
стоимость драгоценных металлов составляет до половины всех затрат на
создание и эксплуатацию оборудования.
В ходе создания машины для производства НБН помимо решения
проблем использования систем газового и электрического обогрева,
фильер из платины и углерод-карбидокремниевого материала (проблемы
плавильно-формовочной части) необходимо выработать технологические и
конструкторские решения и проверить в производственных условиях
разработки приемно-намоточной части машины и, в частности:
принципиально новой системы автоматизированного управления
температурой и скоростью вытяжки непрерывной базальтовой комплексной
нити, постоянством ее диаметра и физических характеристик;
конструкции опытных питателей для вытяжки непрерывного
базальтового волокна с целью повышения производительности процесса и
увеличения съема НБН с кв. м варочной части опытной установки;
применяемости различных типов горных пород: габбро,
порфиритов, диабазов, базальтов, андезитобазальтов в технологическом
процессе вытяжки непрерывных базальтовых нитей.
Отсюда отчетливо видно одно принципиальное требование:
отработку приемно-намоточной части и системы автоматики в
значительной мере определяющих качество выпускаемой нити, необходимо
вести с использованием стабильно работающего плавильно-формовочного
устройства, то есть с использованием газового обогрева и
платинородиевой фильеры.
Исполнителем этих работ должно быть ОАО «Селивановский
машиностроительный завод». Это предприятие является единственным в
| Стр.1 | Стр.2 | Стр.3 | Стр.4 | Стр.5 | Стр.6 | Стр.7 | Стр.8 |
|