Композитный мир 2005 №3

Подождите немного. Документ загружается.

www.composite.su

КОМПОЗИТНЫЙ МИР

№ 2005 (0)

Одним из важнейших преимуществ ВМС как

конструкционного материала является гибкость

в выборе технологического процесса переработки

в готовые изделия. Наряду с классическим прямым

и более прогрессивным трансферным прессовани-

ем в стальных обогреваемых формах с ручным или

механизированым порционированием и закладкой

заготовки в форму, этот материал может также пере-

рабатываться аналогично термопластическим мате-

риалам путем прямого литья на специальных литье-

вых машинах. При этом достигается максимальная

степень автоматизации (необслуживаемые машины

с роботом-съемщиком изделий, механизированое

удаление облоя на струйных агрегатах). Следует

учесть и короткий период времени отверждения (до

12–15 сек), высокую экономичность производства,

которые имеют решающее значение при производс-

тве деталей миллионных серий (в автомобильной

промышленности, производстве электробытовых

приборов и пр.) и делают ВМС в полной мере конку-

рентноспособным с инженерными термопластами,

такими как ПА, ПБТ, ПФС.

ВМС относится к группе термореактивных поли-

мерных материалов, что делает невозможным пря-

мое вторичное использование отходов производства

и старых деталей, как это делается при переработке

термопластических масс. Однако это не означает,

что рекуперация невозможна. В настоящее время

разработаны технологии вторичного использования

отходов путем их размалывания до размера частиц

0,1–1,0 мм и использования полученого сырья

в качестве наполнителя при производстве ВМС

в дорожном строительстве и т.д. С учетом поло

жительного энергетического баланса и отсутствия

вредных продуктов сгорания (галоген- или фосфор-

содержащих веществ) возможно сжигание отходов

в месте с бытовым мусором в мусоросжигательных

печах для получения энергии.

В настоящее время техника и технология пере-

работки и использования ВМС являются одними

из наиболее быстроразвивающихся в мире поли-

мерных материалов, и мы надеемся, что предостав-

леный обзор послужит толчком для поиска новых

областей применения этого материала с бесконеч-

ными возможностями.

М. Полоцкий, фирма Тетра-Дур ГмбХ, ФРГ

мАТЕРиАЛы

www.composite.su

КОМПОЗИТНЫЙ МИР

№ 2005 (0)

Все начиналось в далеком 1995 году, когда осенью

в Москве были организованы и проведены крупные

по тем временам мероприятия – семинары по ком-

позиционным технологиям в автомобилестроении

на базе ГНЦ НАМИ и по искусственному камню

на базе института по полимербетону, которые за-

интересовали специалистов из многих регионов

России и СНГ. Семинары были очень успешными

и сделали новую фирму достаточно известной на

московском рынке.

Первыми покупателями компании стали НПП

«Полет», АпАТэк, СП «Компитал», «Леброн», ДГУП

«Сант» и многие другие. Сейчас эти предприятия –

производители стеклопластика и искусственного

камня, являются элитой московской публики.

А сотрудничество этих фирм с компанией «КМТ»

является для нее одной из главных побед.

В процессе деятельности компании «КМТ» ус-

пешно продвигалась тогда еще малоизвестная на

рынке марка продукции финского концерна Neste.

До того как компания начала реализовывать ком-

поненты для производства стеклопластика и искус-

ственного камня, на рынке Москвы импортного

сырья не продавалось. Сейчас, конечно же, ситу-

ация изменилась. Изделия из композиционного

сырья используются во многих отраслях промыш-

ленности: в автомобилестроении, судостроении, на

железной дороге, в производстве сантехники, малых

архитектурных форм, в строительстве, авиастрое-

нии, химической промышленности.

После начала деятельности компании «КМТ»

по поставкам сырья, оборудования и технологий,

появились и другие компании предлагающие ком-

позиционные материалы. Рынок композитов раз-

вивается, но покупатели «КМТ» по-прежнему ос-

таются с компанией, выбирая качество, надежность

и професианализм! На сегодняшний день коллек-

тив «КМТ» не остановился на одном поставщике,

анализируя потребности своих покупателей, здесь

предлагают новые композитные материалы напря-

мую от заводов-производителей.

Ежегодно крупные компании, работающие в сфере

композитов, съезжаются со всех стран мира во Фран-

цию на самую престижную и известную выставку

JEC. Компания «КМТ» является ее постоянным

участником. Выставка дает возможность получить

информацию о последних разработках в области

композитов, изучить новые технологии, выбрать но-

вых поставщиков композитного сырья – и, выбрав

лучшее, предлагать его на Российском рынке. Так

в этом году партнерами «КМТ» стали «Crаy Valley»

и «Saint-Gobain». Смолы и гелькоуты фирмы «Crаy

Valley» (Франция) благодаря высокому качеству явля-

ются лидерами на мировом рынке во многих областях.

«Saint-Gobain» — известный мировой производитель

стекловолокна — покоряет все больше Российских

производителей своими отличными характеристи-

ками и демократичными ценами.

«Самое дорогое, что мы приобрели за эти годы –

это наши покупатели, мнение которых очень важно

для нас», — так считают в компании «КМТ»:

Лоскутова Л.Н. (г. Москва, производство хи-

мических емкостей): «Компания «КМТ» является

фирмой, которая за 10 лет сотрудничества доказала

нам свою профессиональную устойчивость, не-

смотря на всевозможные катаклизмы различного

масштаба: дефолт, структурные реорганизации.

КМТ оперативно решает поставленные задачи,

реализует комплексную маркетинговую линию:

продажа сырья и оборудования — обучение работе

с ними — помощь клиенту достичь оптимального

соотношения цена-качество».

Свиридов А. Б. (г. Москва, производство акрило-

вых ванн): «Мы очень обрадовались, когда в Москве

появилась КМТ, она первой предложила качествен-

ное импортное сырье. На протяжении 10 лет непре-

рывных партнерских отношений мы работали на

доверии и профессионализме. Вместе развивались

и достигали успеха, приобретали производственный

опыт в новой отрасли, посещали семинары, изучая

технологические тонкости».

За десять лет успешной работы мы многое сде-

лали и многого добились, но впереди предстоит

сделать еще больше! Наш успех напрямую зависит

от успеха Вашего предприятия, мы благодарим Вас

за оказанное нам доверие. Вместе мы достигнем

любой цели!

Мы будем рады увидеть Вас по адресу:

г. Москва, ул. Берзарина, 34

услышать по телефону:

(095) 196-05-50, 196-04-50, 196-08-11

ответить на Ваши письма:

info@moskmt.ru, tehnolog@moskmt.ru

На нашем сайте Вас ждет новая интересная

информация:www.moskmt.ru

ГЕНЕРАЛьНый ДиРЕКТОР КУРАмшиНА фАРиДА сАиЛОвНА:

«Мы перешагнули 10-ти летний рубеж и достигли поставленной цели –

в России появился рынок композитов. Во второе десятилетие своей работы мы

вошли с новыми целями и задачами – предстоит выход Российских производите-

лей стеклопластика и искусственного камня на мировой рынок. Вместе с Вами

мы с уверенностью вступаем в новый этап развития композитной отрасли

в России!»

21 сентября этого года компания «КмТ»

отметила свой 10-ти летний юбилей.

сОБыТиЕ

www.composite.su

КОМПОЗИТНЫЙ МИР

№ 2005 (0)

Основу современной мировой энергетики состав-

ляют тепло- и гидроэлектростанции. Однако их

развитие сдерживается рядом факторов. Стои-

мость угля, нефти и газа, на которых работают

тепловые станции, растет, а природные ресурсы

этих видов топлива истощаются. По оценке специ-

алистов, если существующие тенденции потребле-

ния нефти и угля сохранятся,

то их запасов хватит толь-

ко на ближайшие 30 и 200

лет. Гидроэнергетические

ресурсы в развитых странах

использовали практически

полностью: большинство

речных участков, пригодных

для гидротехнического стро-

ительства, уже освоены.

Еще 30 лет назад выход

из создавшегося положения

виделся в развитии атомной

энергетики. Однако топли-

вом для АЭС служит урано-

вая руда – дорогостоящее и

трудно добываемое сырье,

запасы которого ограниче-

ны. Строительство и экс-

плуатация АЭС сопряжены с большими трудно-

стями и затратами, и к тому же они экологически

небезопасны.

В связи с этим в мире идет поиск альтернативных,

экологически чистых источников энергии. Разра-

батываются и внедряются установки и устройства,

использующие энергию ветра, воды, солнца, кос-

моса, геотермальную энергию и т. д. (рис.1).

Одним из наиболее актуальных источников

энергии, на данный момент, являются топливные

элементы (Т.Э., Fuel Cells), и неслучайно на разви-

тие программ по созданию топливных элементов

в США, европейских странах, в Японии и Корее

выделяются сотни миллионов долларов ежегодно.

Например, в 1996 году в США на основе закона

о водородном будущем была принята всеобъем-

лющая национальная энергетическая стратегия,

разработанная Министерством энергетики. Зако-

ном устанавливалось, что базовыми элементами в

разработках водородных технологий должны быть

именно ТЭ. Частью данной стратегии в США ста-

ла «Водородная программа», на подъем которой

выделено $350 млн. на 2002-2006 годы. Существует

такая программа и в России. В конце 2003 года

Ю.С.Осипов, президент РАН, и гендиректор

ГМК «Норильский никель» М.Д.Прохоров,

а также руководство Минатома РФ и «Газпрома»

подписали комплексную Программу НИОКР

(научно-исследовательских работ) по водород-

ной энергетике и топливным элементам. У Рос

сии есть два преимущества перед всеми осталь-

ными странами: фун-

даментальная наука

и компания, произ

водящая более поло-

вины палладия в мире

(Норильский никель).

Вице-президент РАН,

академик Г.Месяц за-

являет: «Сейчас на-

ступил исторический

момент – труд ученых

наконец-то востре-

бован. Мы планируем объединить усилия двух де-

сятков институтов и через несколько лет получить

коммерчески пригодный продукт – батарею на

топливных элементах». В этой программе приняли

участие Санкт-Петербургский Государственный

Университет Технологии и Дизайна и фирма «ПАН-

ТЭКС».

Топливные элементы относятся к химическим

источникам тока. Они осуществляют прямое пре-

вращение энергии топлива в электричество, минуя

малоэффективные, идущие с большими потерями,

процессы горения (рис. 2–4).

Впервые принцип работы топливного элемен-

та был продемонстрирован Вильямом Гровзом

в 1839 году. Гровз показал, что водород и кислород

могут быть соединены химическим путем с образо-

ванием электричества.

КОмПОзиТы

в ТОПЛивНыХ эЛЕмЕНТАХ –

эКОЛОГичЕсКи чисТыХ

исТОчНиКАХ эЛЕКТРОэНЕРГии

Рис.1 .

мАТЕРиАЛы

www.composite.su

КОМПОЗИТНЫЙ МИР

№ 2005 (0)

КАК РАБОТАЕТ ТОПЛивНый эЛЕмЕНТ?

Основу ТЭ составляют два электрода, разделён-

ных твёрдым или жидким электролитом (рис. 5,6).

Топливо и окислитель подаются в полости, гра-

ничащие с электродами; на поверхности раздела

электролит/электрод в присутствии катализатора

происходят реакции окисления и восстановле-

ния и образуется разность потенциалов на катоде

и аноде:

OHeHO

→++⋅

−+

При замыкании внешней цепи в ней появляется

электрический ток, совершающий полезную ра-

боту.

Для эффективной работы ТЭ необходима рацио-

нальная организация процессов отвода электронов

и продуктов реакции, высокая чистота реагентов

и развитая поверхность электродов (до сотен м

/г

вещества).

Конструкционная особенность подобных элек-

тродов заключается в том, что электрод должен

быть пористым - это предотвращает «затопление»

батареи.

Основными материалами для изготовления по-

ристых электродов применяемых в топливных эле-

ментах могут быть:

пористые металлы

(вспененные, прессованные);

пористый графит;

сажа с катализатором;

пористые углеродные волокнистые материалы.

Газодиффузионные углерод-углеродные элек-

троды (ГДЭ) на основе углеродных волокнистых

материалов, таких как бумаги, нетканые материалы

или ткани, открывают особые перспективы в раз-

•

витии технологий электрохимических источников

тока и являются наиболее перспективными, т.к. они

легки, высокопористы, хемостойки, обладают боль-

шей прочностью, чем графит и сажа, и могут быть

изготовлены по более простой технологии.

Технологическая цепочка получения ГДЭ может

быть представлена следующим образом:

Рис.2

Эффективность работы различных

источников энергии (КПД).

Рис.3

Уровень производимого шума

у различных источников энергии.

Рис.4

Переход энергии топли-

ва и окислителя в элект-

рическую энергию.

Рис.5-6

Конструкция ТЭ.

Тепловые Микро-

турбины

Дизели

100

Топливные

элементы

Тепловые

Высокий

Средний

Низкий

Микро-

турбины

Дизели

Топливные

элементы

Звук

разговора

мАТЕРиАЛы

www.composite.su

КОМПОЗИТНЫЙ МИР

№ 2005 (0)

В качестве исходных полимерных

текстильных материалов могут выступать

ткани и нетканые материалы и бумаги из

вискозных, полиакрилопропиленовых,

фенольных и др. волокон.

Глубокая термообработка – карбонизация

и графитация при температурах вплоть

до 2500°С, при такой термообработке из

исходных полимерных волокон образуются

токопроводящие углеродные волокна.

Углеродная ткань, нетканый материал или

бумага.

Пропитка или напыление связующего с целью

получения плотного, тонкого и сплошного

препрега.

Препрег — предварительно пропитанный

материал.

См. №2.

Сплошной, тонкий, электропроводный

композит- подложка для получения ГДЭ.

Гидрофобизация – нанесение на поверхность

волокон подложки гидрофобного слоя, чаще

всего фторполимерного.

Пористый композиционный волокнистый,

токопроводящий, гидрофобизированный

материал, способный легко впускать в зону

реакции, водород и кислород (топливо)

и отводить воду (продукт реакции).

Нанесение каталитически активной

сажи, в слое которой происходит реакция

взаимодействия между веществами:

/О

; Н

/воздух; метанол/О

и т.д.

Готовый ГДЭ способный отводить

электрический ток из зоны реакции; впускать

в зону реакции реагирующие вещества

и отводить продукты реакции.

При создании ГДЭ приходится контролировать

все элементы композита на каждой стадии его

получения. Так, например, невозможно создать

углеродный текстильный материал с высокой по-

ристостью и электропроводностью из «плохих»

полимерных материалов. Исходные полимерные

материалы должны обладать высокоорганизован-

10.

11.

ной структурой. Обычные текстильные материалы

здесь не подходят. Кроме того, высокотемператур-

ная обработка должна проводиться таким образом,

чтобы получался волокнистый материал с высокой

электропроводностью.

Ниже (рис.8) представлена зависимость удельно-

го электрического сопротивления от температуры

термообработки для гидратцеллюлозных волокон.

Очевидно, что высокотемпературная обработка

должна вестись при температурах выше 1500°С.

С экономической точки зрения очень важно,

каков выход углеродных волокон после глубокой

термообработки, т.е. сколько вещества по массе ос-

тается в конечном итоге. Важно использовать такие

исходные полимерные волокна, которые позволяют

получить углеродные пористые материалы с высо-

ким выходом, высокой электропроводностью и вы-

сокой пористостью. Сотрудниками кафедры «Тех-

нологии химических волокон и композиционных

материалов» Санкт-Петербургского Университета

Технологии и Дизайна совместно с сотрудниками

фирмы «Пантэкс» за последние два года разработа-

на технология получения углерод/углеродных под-

Рис.8

Зависимость удельного электрического сопротивления

от температуры термообработки гидратцеллюлозных

волокон.

Рис.7

мАТЕРиАЛы

www.composite.su

КОМПОЗИТНЫЙ МИР

№ 2005 (0)

ложек (ГДП) на основе полимерных волокнистых

материалов различного состава.

Характеристики разработанных и выпускаемых

по заказу композитов не уступают зарубежным

аналогам, в то время как их стоимость в 2–4 раза

ниже (см. таб. 1).

Таб.1.

Характеристики зарубежных и отечественных ГДП.

Характеристики

Компании

ПАНТЭКС Ballard Toray E - TEC SGL

Нетк.

материал

Ткань

Нетк.

материал

Ткань Бумага

Нетк.

материал

Нетк.

материал

Толщина, мм

0,25-0,40 0,2-0,4 0,11-0,24 0,38 0,19 0,19 0,19-0,42

Поверхностная плотность, г/м2

100-200 120-300 60-80 118 85 75 40-140

Плотность, г/м

0,31 0,45 0,41 ---

Удельное сопротивление, Ом*см (мОм)

0,03-0,07

0,017-

0,035

--- 0,009 0,0055 --- ---

Воздухопроницаемость, см

/см

*С

106 55 8 0,5 0,4-100

Пористость

60-75 50-70 --- --- --- --- 76-88

Радиус пор, мк

--- --- --- 0,09 ---

Стоимость, долл. США за 1 м

250-350 650-1200

1100-

1600

1200-1700 2900-4500

Исследования пористой структуры показали, что

объем и размер пор у Российских и зарубежных ма-

териалов аналогичны (рис. 9, 10).

Разработанные Российские материалы уже се-

годня могут быть использованы в высокоэффек-

тивных топливных источниках тока - топливных

батареях.

Топливные элементы до сих пор в значительной

степени являются экспериментальной технологией,

но уже несколько компаний продают их на ком-

мерческом рынке. Только за последние десять лет

были достигнуты значительные успехи в области

технологии топливных элементов.

Так, например, Японские корпорации NTT

DoCoMo и Fujitsu Laboratories объявили о разра-

ботке новой модификации портативного зарядно-

го устройства для мобильных телефонов на основе

топливного элемента. Следует добавить, что топлив-

ные источники питания для мобильных телефонов

разрабатывают также компании Toshiba и Hitachi.

Предполагается, что элементы DMFC-типа (Direct

Metanol Fuel Cell) сначала будут выпускаться в виде

отдельных модулей, а несколько позднее появится

встраиваемая версия устройства. Примечательно,

что, помимо Toshiba и Hitachi, в исследованиях

принимает участие корпорация KDDI, второй по

величине (после NTT DoCoMo) оператор связи

в Японии.

Лысенко А.А., Тарасенко А.А.,

СПГУТД, E-mail: LYSSENKO@SUTD.ru

Лысенко В.А., «Физико-технический

центр»

Рис.9

Порограммы подложек СПГУТД-ПАНТЭКС (а)

и Е-ТЕС (б).

Рис.10

Структура пористых материалов.

Образец фирмы

E-TEC (фото 1)

Объем пор -1,7 см3/г

Образец полученный

по предлагаемой

технологии «СПГУТД-

ПАНТЭКС» (фото 2,3)

Объем пор -2,2 см3/г

Рис. 11

Зарядное устройство для мобильных

телефонов на основе ТЭ.

мАТЕРиАЛы

www.composite.su

КОМПОЗИТНЫЙ МИР

№ 2005 (0)

Натяжные текстильные материалы, называемые

еще композиционные мембранами, представляют

из себя ткань, пропитанную полимерным свя-

зующим. Для защиты от внешних атмосферных

воздействий, композиционные мембраны сверху

покрывают поливинилиденфлоридом.

ТЕКсТиЛьНАя АРХиТЕКТУРА:

фУНКциОНАЛьНОсТь

и изящЕсТвО

В настоящее время наблюдается тенденция использования самых прогрессивных технологий

в современной архитектуре. Помимо функциональности новые материалы должны удовлет

ворять потребности в индивидуальном выражении, реализации самых необычных идей. Одно

из наиболее динамично развивающихся направлений на Западе – натяжные текстильные

конструкции. С одной стороны, использование текстиля в создании сооружений позволяет не

только сэкономить средства и время на возведение конструкций, но и, что немаловажно, делает

конструкцию легкой, мобильной. С другой стороны, использование текстиля – это создание

невероятных форм, безграничный полет фантазии, воплощение самых безумных идей.

100% PVDF

высокопрочная

полиэфирная нить

полимерное покрытие

мАТЕРиАЛы

www.composite.su

КОМПОЗИТНЫЙ МИР

№ 2005 (0)

Области применения натяжных конструкций

достаточно широки. Это — разборные купольные

конструкции для выставок и ярмарок. Своды и на-

весы для кортов, бассейнов, стадионов, аэропортов.

В военной промышленности — это мобильные гос-

питали, бытовые сооружения.

Среди многообразия идей есть и действительно

эксклюзивные проекты.

Один из таких замыслов – натяжная текстильная

конструкция в деловом центре Ла Дефанс в приго-

роде Парижа, символ динамики, современности

и нестандартных подходов к решению задач.

Еще один, не менее величественный проект –

отель Burj Al Arab в Объединенных Арабских Эми-

ратах. Отель, выполненный в виде парусника, воз-

двигнут на искусственно созданном острове. При

конструировании здания использовались самые

новейшие материалы и технологии. Фасад здания

декорирован натяжными текстильными конструк-

циями, создающими эффект необыкновенной лег-

кости и элегантности.

Нет сомнений в том, что применение текстиля

в строительстве предоставляет массу возможностей

для воплощения самых смелых и безумных идей,

позволяет создавать новые образы городской ар-

хитектуры

Использование передовых материалов и техно-

логий — верный шаг стать лидером на рынке!

Ольга Мамаева

мАТЕРиАЛы

www.composite.su

КОМПОЗИТНЫЙ МИР

0

фАКТОРы, ОПРЕДЕЛяющиЕ

выБОР мАТЕРиАЛА.

В цветовых решениях каждый материал имеет

свои плюсы и минусы. Здесь сложно сравнивать,

и выбор делает заказчик. Но в дальнейшем появ-

ляются ограничения на использование материала

определённого производителя.

При изготовлении прямолинейных изделий раз-

ница незначительна, возможны сложности при сты-

ковке листов из различных партий при отсутствии

цветовой стабильности. Это необходимо учитывать

и при сочетании материалов различной толщины.

Acrylic Solid Surface представляет собой ориги-

нальный материал со сплошной поверхностью. Это

композит на основе специальных наполнителей

(АТН — тригидрата алюминия) и смолы (полиэ-

фирной, модифицированной акрилатами) изго-

товленый по определенной технологии. Готовое

изделие получается беспористым и однородным

в массе. Тригидрат алюминия определяет пожа-

ростойкость изделия при воздействии температуры

2Al(OH)3 ----Al2O3 + 3H20, при перегреве

материал меняет цвет и текстуру. Во избежание

перегрева и изменения структуры материала, ис-

пользуется метод плавного и объёмного разогрева.

Чтобы не возникло напряжения в массе материа-

ла, его охлаждение должно быть как можно более

продолжительным и однородным. Для наилучшего

сохранения отпечатавшейся формы и во избежание

ее деформации, изделие необходимо оставить на

матрице до его охлаждения до температуры 60–70

С.

Формы (матрицы и пуансоны) изготавливают из

различных материалов: древесины, алюминия,

стали. Формовку можно проводить и простыми

способами, например, поместив материал после

нагрева на выпуклую или вогнутую форму, где он

под равномерным давлением пресса приобретает

её очертания.

Вторым фактором, определяющим возможность

качественной формовки, является равномерность

изДЕЛия из исКУссТвЕННОГО КАмНя

НА ОсНОвЕ АКРиЛОвОй смОЛы:

фАКТОРы, ОПРЕДЕЛяющиЕ КАчЕсТвО.

Опыт обработки материала с 1998 года показал востребованность потребителем необычных изделий,

полученных методом термического формования Acrylic Solid Surface. В производстве используются мате-

риалы практически всех производителей. Их характеристики можно обобщить в сводной таблице.

Наименование

Стабильность

цвета в партиях

Состав

Термо-

стойкость,

Размеры, мм

Толщина/ ширина/

длина

Кол-во

цветов

Corian DuРont

Стабильно

по партиям

Акрил, тригидрат

алюминия, пигмент

170 6,13/760/3680 103

LG HI-MACS LG

Стабильно

по партиям

Акрил, тригидрат

алюминия, пигмент

104 6,9,12/760/2490, 3070, 3680 39

GetaCore

Westag&Getalit

Полная,

независимо

от партии

Акрил, гидроксид

алюминия, пигмент

180 3,12/1250/4100 52

Staron Samsung нет

Акрил, тригидрат

алюминия, пигмент

160 6,12/ 760/3680 77

№ 2005 (0)

ПРимЕНЕНиЕ