Инновационные решения задач внедрения нанокомпозитов

Курс на модернизацию промышленного производства, провозглашенный руководством нашей страны, предопределяет возрастание потребности в эффективных коррозионно-стойких (в широком смысле этого определения) материалах для технологического оборудования, эксплуатируемого в промышленном секторе экономики.

Холодников Ю.В.,
директор ООО СКБ «Мысль», к.т.н.

В этой связи актуальны также новые защитные системы, повышающие надежность работы как действующего оборудования, так и допускающие интенсификацию производственных процессов на вновь вводимых предприятиях различных отраслей производства.
Один из эффективнейших способов защиты технологического оборудования от воздействия агрессивных производственных факторов — применение композитов в качестве конструкционного материала или в виде адаптированных защитных систем. Наиболее приемлемым вариантом является внедрение стеклоармированных композиционных материалов с  термореактивной матрицей (стеклопластики). Известно [1], что применение стеклопластиков в машиностроении позволяет снизить массу изделия в 3–4 раза, трудоемкость изготовления в 1,5–3 раза, энергоемкость производства в 8–10 раз.

Рис. 1. Направления промышленного использования композитов

Применение композитов позволяет обеспечить: увеличение ресурса техники в 2–3 раза; повышение надежности эксплуатации в жестких производственных условиях; сокращение потерь от коррозии; снижение транспортных и эксплуатационных расходов. Эргономичность и дизайн конечного продукта в случае применения композитов можно довести до совершенства. Композиты промышленного назначения (в отличие от композитов, предназначенных для применения в авиации, судостроении, ветроэнергетике, транспорте и др.) должны обладать рядом специфических свойств, определяемых условиями работы технологического оборудования промышленных предприятий: химической стойкостью, износостойкостью, тепло-, термо-, огнестойкостью, биостойкостью, высокими физико-механическими параметрами, определенными триботехническими характеристиками и др. В большинстве реальных производственных ситуаций требуется комплексная стойкость к ряду агрессивных факторов. Промышленные композиты наиболее предпочтительны для внедрения наноструктурированных наполнителей и получения новых эксплуатационных свойств стеклопластиков, адаптированных к конкретным условиям работы технологического оборудования промышленных предприятий.
Доля композитов в общем объеме машиностроительной продукции в России составляет 1,2–1,5 % [6]. При этом основная продукция производственно-технического назначения, изготавливаемая в настоящее время из композитов, это трубы и емкости, получаемые методами намотки. Все остальные возможные варианты промышленного применения композитов носят эпизодический и опытный характер.
На рис. 1 представлены возможные направления внедрения композитов в промышленный сектор экономики. Очевидно, что композиты могут найти применение в различных отраслях промышленности в качестве как изделий, так и материалов для защитных и ремонтно-восстановительных работ.
Пример эффективного внедрения композитов в технологический процесс трубопрокатного завода: замена ванн травления труб в растворе азотно-серной кислоты, выполненных их коррозионностойкой стали, но не подлежащих ремонту вследствие коррозионной усталости металла. По расчетам цена ванны из коррозионностойкой стали — около 7 млн руб, из стеклопластика — 5 млн руб., из углеродистой стали с футеровкой химстойким композитом — 2 млн руб. Таким образом, только на одной ванне достигается экономия до 5 млн руб., а речь шла о десятках ванн только в одном цехе предприятия.
К сожалению, за последние 10–12 лет существенного прогресса в развитии отрасли производства композитов не наблюдается, появляются лишь отдельные предприятия, пытающиеся освоить производство высокотехнологичной конкурентоспособной продукции. В стране практически не производятся смолы для композитов, нет собственного оборудования, недостаточно кадров, а главное — нет спроса на данный вид продукции.
Тем не менее есть отдельные предприятия, занимающиеся разработкой и внедрением инновационных продуктов из композиционных материалов промышленного назначения. К ним относится и ООО СКБ «Мысль». На предприятии разработали конструкцию, технологию и изготавливают промышленные вентиляторы из композитов, успешно конкурирующие с аналогами из специальных марок стали, в том числе и импортного производства (рис. 2).
Получены патенты РФ на узлы вентиляторов из композитов [3, 4], идет работа над внедрением композитных насосов для перекачки высокоагрессивных жидкостей и пульпы (рис. 3).

Рис. 2. Центробежный вентилятор из композитов — аналог ВЦ 4-75 № 3,15

Рис. 3. Насос из композитов для перекачки пульпы в растворе серной кислоты

На наш взгляд весьма перспективна защита технологического оборудования методами футеровки защитными композитами. В таблице представлены основные виды футеровочных технологий, некоторые из которых разработаны ООО СКБ «Мысль» [5, 6].
На основе защитных футеровочных работ разработан и согласован с Ростехнадзором пакет нормативно-технической документации, включающий технические условия, регламент, методики и инструкции. Подготовлены несколько проектов ГОСТов по данной теме, принятие которых запланировано на 2012–2013 гг. В настоящее время мы ведем практические работы по защите оборудования на ряде ведущих предприятий горнодобывающей и химической отраслей промышленности России и других стран СНГ. Поступают заявки на работы с предприятий сферы ЖКХ, атомной, транспортной, энергетической и других отраслей промышленности, проводятся НИОКР по разработанным технологиям и испытания перспективных в этом отношении материалов. На новые технологии производства защитных работ и новые виды изделий из композитов получены патенты, либо оформляются заявки на получение патентов на изобретения. Большие перспективы развития обозначенного направления деятельности мы связываем с применением нанокомпозитов, что позволит обеспечить повышение защитных свойств покрытий. Уже сейчас совместно с финскими партнерами мы проводим исследования новых огнестойких и износостойких покрытий, созданных в Финляндии с применением наноструктурированных наполнителей.

Основные виды футеровочных технологий, применяемые для защиты технологического оборудования

Подводя итог вышесказанному, считаем необходимым отметить следующее:
1. Технологии композиционных материалов относятся к приоритетным направлениям развития научно-технического потенциала страны, входят в перечень критических технологий РФ и в планы развития и модернизации различных отраслей реального сектора экономики.
2. В настоящее время проблеме развития производства композиционных материалов и изделий из них для промышленного сектора экономики уделяется недостаточно внимания и поддержки со стороны государства, что тормозит внедрение высокотехнологичных, наукоемких, конкурентоспособных материалов, технологий и изделий, способных вывести промышленность нашей страны на качественно новый уровень производства.
3. ООО СКБ «Мысль» разработан и внедрен ряд перспективных технологий и изделий промышленно-технического назначения из композиционных материалов, причем уровень этих разработок не уступает мировому.

Литература

1. Справочник по композиционным материалам/под ред. Дж. Любина. Т.1. — М.: Машиностроение, 1988. — 447 с.
2. Холодников Ю.В. Перспективы развития в России производства композиционных материалов и изделий из них // Вестник машиностроения, 2009. № 8. — С. 80–84.
3. Патент на полезную модель 86186. Лопатка вентилятора. Заявл. 21.05. 2009; опубл. 27.08. 2009.
4. Патент 2395725. Рабочее колесо вентилятора. Заявл. 23.03. 2009; опубл. 15.06. 2009.
5. Патент 2365678. Способ получения защитного футеровочного покрытия. Опубл. 27.08. 2009.
6. Патент на полезную модель. 92383. Лист футеровочный слоистый. Заявл. 30.12. 2009; опубл. 20.04. 2010.