МНОГООБЕЩАЮЩИЕ ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИТЫ

В Институте механики металлополимерных систем имени В.А. Белого НАН Беларуси (ИММС) разрабатываются и совершенствуются перспективные типы полимерных композитных материалов (ПКМ). Их производство в основном сосредоточено на предприятиях концерна «Белнефтехим». Мы попросили директора ИММС, академика Николая МЫШКИНА рассказать о новых разработках института и перспективах развития этой отрасли.

— Николай Константинович, какие полимеры, разработанные в институте, серийно выпускаются на предприятиях концерна «Белнефтехим»? — Современные тенденции потребления продукции из ПКМ основываются на использовании материалов, наиболее полно соответствующих предъявляемым эксплуатационным требованиям. Ассортимент таких материалов огромен, на основе одного базового полимера могут создаваться десятки и сотни марок технически ценных композитов. Среди разработанных нашим институтом материалов особое место занимают огнестойкие полиамиды типа ПА6-С. Их промышленный выпуск впервые начат в ПТК «Химволокно» ОАО «Гродно Азот» около 10 лет назад, и за истекший период произведено более 6 тыс. т материалов на сумму, эквивалентную 12 млн долларов. Основные потребители — белорусские и российские компании, которые специализируются на производстве электроизоляционных материалов, предназначенных для длительной эксплуатации под напряжением до 10 кВт. В ОАО «Гродно Азот» изготавливается ряд базовых марок смесевых полиамидных композитов «Этамид». Они обладают улучшенной формуемостью при переработке и могут использоваться при получении мало- и крупногабаритных изделий с повышенной стойкостью к короблению. Поэтому их охотно покупают МАЗ, МТЗ, «Гомсельмаш» и другие предприятия, выпускающие автотракторную и сельскохозяйственную технику. В ОАО «Могилевхимволокно» действует производство полиэфирных композитов с использованием разработок ИММС, потенциальная мощность которого составляет 1 800 т в год. Учеными нашего института вместе со специалистами ОАО «СветлогорскХимволокно» и Гродненского механического завода разработан композит «Флувис», который по основным параметрам превосходит широко используемый в странах СНГ «Флубон». С момента создания выпущено более 40 т этого ПКМ на сумму свыше 500 тыс. долларов, причем большая часть его поставлена на экспорт. Для улучшения эксплуатационных   характеристик «Флувиса» наши специалисты разработали технологию, позволяющую с помощью плазмы тлеющего разряда в среде фторорганических соединений формировать на поверхности углеволокон покрытие из фторполимера толщиной в несколько десятков нанометров. При этом износостойкость получаемого композита увеличивается в 1,5—2,5 раза. Он получил название «Суперфлувис» и применяется на компрессорных заводах СНГ — в частности, на одном из крупнейших предприятий Украины — в Сумском машиностроительном НПО. Из этого композита разработаны конструкции уплотнений для узлов трения, работающих без смазки и обеспечивающих функционирование компрессора при рабочем давлении 250 атм более 5 тыс. часов, а ранее удовлетворительным считался ресурс 500—600 часов. В настоящее время «Суперфлувис» считается эталоном качества среди композитов на основе фторопласта-4 в СНГ, уплотнения из него обеспечивают до 8—12 тыс. часов работы без смазки и используются, кроме компрессоров, в шаровых кранах, особенно работающих при температурах до 240 ºС, станках для распиловки алмазов и других изделиях. — Широкий класс композитов, используемых в трансмиссиях и тормозных узлах машин, представляют полимерные фрикционные материалы. Потребности отечественного рынка в них удовлетворяются в настоящее время в основном за счет закупки за рубежом. Решаются ли в институте проблемы импортозамещения такой продукции? — Промышленность и транспорт выступают наиболее емкими потребителями фрикционных материалов. Они используются в металлургии, нефтегазодобывающем комплексе, на железной дороге, а также во многих других машинах и механизмах. По статистическим данным, в 2010—2015 годах Беларусь импортировала фрикционные изделия на десятки миллионов долларов. Поэтому мы активно работаем над рецептурами новых импортозамещающих и экологически безопасных составов. В частности, для ПО «Белоруснефть» разработана технология производства фрикционных материалов и тормозных накладок для дисковых тормозов буровых установок. Непосредственно в ИММС освоен выпуск таких полимеров и изделий из них и для ОАО «БМЗ», ОАО «Гомсельмаш», ОАО «МТЗ», ОАО «СтанкоГомель» и др. — Процесс переработки нефтепродуктов сопряжен с их очисткой от воды и механических примесей. Ведутся ли в ИММС НАН Беларуси работы в этом направлении? — Нами получен уникальный фторопластовый волокнисто-пористый материал под названием «Грифтекс». Научные основы принципа получения материала отмечены в топ-10 научных разработок Беларуси за 2015 год. Все качества материала сохраняются от температуры жидкого азота до 250 ºС, в контакте с самыми агрессивными реагентами, что позволяет применять его в разных областях. В первую очередь материал используется в фильтрах «Гриф», особенно эффективных для очистки сжатого воздуха, природного и попутного газов от аэрозолей полярных и неполярных жидкостей: водяных паров, водомасляного конденсата, аэрозолей кислот. Они работают на многих предприятиях нашей страны и за рубежом — на нефтеперерабатывающих заводах, магистральных газопроводах, газотурбинных электростанциях — и выполняют функции финишной очистки сжатого воздуха в процессах окраски, гальванических производствах, оборудовании по промывке алмазов. Разработаны и выпускаются многослойные фильтры, содержащие слой волокнисто-пористого фторопласта «Грифтекс» и обеспечивающие эффективную замену импортных аналогов на предприятиях газовой промышленности. Так, в настоящее время ИММС поставляет фильтры для Белорусского газоперерабатывающего завода в Речице и на предприятия «Газпрома» в Тюмени. Благодаря исключительно низкой поверхностной энергии и развитой поверхности на этом материале реализуется так называемый эффект лотоса, когда краевой угол смачивания водой достигает 150º. С использованием именно этого эффекта были достигнуты высокие результаты по очистке дизельного топлива и трансформаторного масла от воды и других примесей, а также разработаны новые типы аэрозольных фильтров. — Николай Константинович, перечислите ПКМ и готовую продукцию из них, которые производятся ИММС и поставляются на предприятия Беларуси и России. — Остановлюсь только на нескольких разработках. Для скоростных и тяжелонагруженных железнодорожных трасс созданы эластичные ПКМ, предназначенные для изготовления прокладок-амортизаторов рельсовых скреплений. Материалы для новых конструкций обеспечивают их работоспособность в интервале температур от минус 60 ºС до плюс 60 ºС. Они успешно прошли стендовые и эксплуатационные испытания. А с 2014 года институтом налажены выпуск композита «ЭКМ-Д» и серийное производство из него прокладок-амортизаторов скреплений СБ-3. Объем продаж — около 250 тыс. штук на сумму более 1 млн рублей. Есть большие перспективы их использования на железных дорогах России и Казахстана. Для НПП РУП «Белгазтехника» разработаны и серийно поставляются седла шаровых кранов магистральных газопроводов. За последние пять лет изготовлено более 15 тыс. штук уплотнений семи типоразмеров. Специальные огнестойкие композиты экспортируются в Россию на Смоленский электротехнический завод для выпуска патронов ламп накаливания, армированные полиэфирные пластики и готовая продукция из них — в ОАО «Поликс+» (г. Кирово-Чепецк). — На каких предприятиях концерна «Белнефтехим» сегодня освоено промышленное производство ПКМ? — Филиал «Завод Химволокно» ОАО «Гродно Азот» ежегодно изготавливает около 10 тыс. т композитов более 40 марок на базе полиамида-6 (ПА-6). В среднесрочной перспективе здесь планируется увеличить их выпуск до 15 тыс. т. Развитие ОАО «Белшина» на период до 2020 года предполагает техническое перевооружение завода, увеличение ассортимента и объемов производства крупногабаритных цельнометаллокордных шин радиальной конструкции для комплектации БелАЗов грузоподъемностью 220—360 т, а также для зарубежных самосвалов за счет освоения выпуска крупногабаритных шин. В этой связи большое значение имеют исследования, направленные на повышение их срока службы. Особый интерес представляют разработки в области концентратов модификаторов, предназначенные для улучшения техничес- ких характеристик отдельных частей протектора. При тесном сотрудничестве со специалистами ОАО «Белшина» в ближайшей и среднесрочной перспективе могут быть отработаны технологии и организованы производства концентратов наночастиц для модифицирования гермо- и подканавочного слоя сверхкрупногабаритных шин, а также осуществлен выпуск гибридных наполнителей, обеспечивающих повышение герметичности гермослоев, снижение разогрева подканавочного слоя при эксплуатации шин, увеличение стойкости протектора к порезам и проколам. Исследования по данным направлениям проводятся в ИММС и ИТМО НАН Беларуси, БГТУ и ЦЗЛ ОАО «Белшина». — Какие работы в области полимерных композитов наиболее актуальны в настоящее время? — ПКМ необходимы при производстве оптоволоконных изделий, беспилотной техники, ценных документов и денег, для современной 3D-печати. Они имеют широкий спектр физико-химических свойств, а модели из них могут использоваться в разных областях. Уже сейчас в качестве расходных материалов для 3D-печати широко применяются АБС-пластики, полилактиды, полиамиды, поликапролактон, поликарбонат, полипропилен и полиэтилен, фотоотверждаемые мономеры. Одним из быстро развивающихся направлений в технологии ПКМ является разработка многослойных пленочных материалов с высокой степенью защиты для ценных документов и денежных купюр, которые, по мнению аналитиков, в недалеком будущем станут пластиковыми. К примеру, Австралия полностью перешла с бумажных денег на полимерные. Этому предшествовали жесткие испытания (кипячение, девять месяцев пребывания в земле и несколько часов в работающей стиральной машине), которые такие банкноты с достоинством выдержали. Легкой промышленности Беларуси, прежде всего обувной, весьма необходимы клеи-расплавы, в качестве матричных материалов для которых вполне подойдут легкоплавкие полиэфиры. Их, по-видимому, вполне может выпускать ОАО «Могилевхимволокно». Возможно получение адгезионно-активных полиамидных или полиамидо-полиэфирных клеев-расплавов. Однако для того, чтобы получить полимерное сырье с пониженной температурой плавления, требуется комплекс исследований по разработке и освоению соответствующих технологий. — Постоянный рост объемов производства на 3—4% в год демонстрирует упаковочная отрасль, порой даже опережая таких гигантов, как автомобилестроение, сельское хозяйство, металлургия. Располагает ли Беларусь базой для изготовления соответствующих материалов? — У нас выпускается ряд важнейших упаковочных материалов: полиэтилентерефталат, ПА-6 и полиэтилен низкой плотности. Создание на их базе ПКМ, пригодных для изготовления разнообразных упаковок, должно давать преимущества Беларуси по импортозамещению и экспорту. Поэтому работы в этой области актуальны, и к ним нужно привлекать лучших представителей отечественных научных школ — ученых из Института физико-органической химии, Института химии новых материалов, Института биоорганической химии НАН Беларуси; Белорусского государственного технологического университета, НИИ физико-химических проблем БГУ и др. К числу важнейших разработок, в которых ИММС активно участвовал, следует отнести технологию многослойной рукавной пленки для упаковки и хранения влажного плющеного зерна, которая освоена на Борисовском заводе пластмассовых изделий, что позволило отказаться от импорта аналогичной продукции на 200 тыс. долларов в год. Но перед отечественными учеными встает многообразие материаловедческих задач, которые нужно решать. Среди них — улучшение барьерных свойств, создание антисептической упаковки, активных упаковочных материалов с расширенными возможностями: способностью регулировать нагрев продуктов питания; направленно изменять состав продукта, вводя ароматизаторы, консерванты, поглотители газов и влаги, антимикробные препараты, ферментные добавки. Важно также отработать технологии ПКМ для многослойной упаковки мясных продуктов (колбасных и сосисочных оболочек), сыров и другой скоропортящейся продукции. Следует уделить внимание ингибированным упаковочным материалам для машиностроения и строительства; пленкам, содержащим ингибиторы коррозии, стабилизаторы, антистатики и др. Особого рассмотрения заслуживает проблема, касающаяся обеспечения экологической безопасности упаковочных материалов. Их «жизнь», как известно, чрезвычайно коротка — от нескольких минут до нескольких месяцев, что влечет за собой быстрое накопление отходов. В Беларуси только бутылок из ПЭТФ ежегодно собирается несколько тысяч тонн. Рециклинг бытовых и производственных упаковочных ПМ обеспечит экономию средств и ресурсов, а также создание новых рабочих мест. Другим перспективным направлением снижения отходов полимеров и их вредного влияния на окружающую среду является создание материалов, способных разлагаться под действием факторов окружающей среды. В связи с этим следует признать перспективной организацию производства в республике полилактидов, базирующихся на синтезе из возобновляемого сырья молочной кислоты и мономеров на ее основе. — Что сдерживает развитие отечественных полимерных композитных материалов? — Использование белорусского полимерного сырья для выпуска композитов пока невозможно без закупки импортного оборудования и ряда аддитивов. К их числу относятся добавки для улучшения формуемости, снижения внутреннего трения при переработке, термостабилизаторы, пластификаторы, вспенивающие агенты, антистатики, полимерные концентраты красителей и др. Разработка их конкурентоспособных отечественных вариантов должна стать предметом деятельности отдельных научных подразделений. Организация их производства может осуществляться на специально создаваемых предприятиях, ориентированных на выпуск продукции малотоннажной химии. Однако основанием для оптимизма в развитии исследований, новых производств ПКМ и готовой продукции из них является наличие контактов и деловых связей специалистов НАН Беларуси с предприятиями концерна «Белнефтехим». Будем надеяться, что тесный тандем ученых с представителями ОАО «Гродно Азот», ОАО «СветлогорскХимволокно», ОАО «Полоцк-Стекловолокно», ОАО «Могилевхимволокно», ОАО «Белшина», Борисовского завода пластмассовых изделий, а также с рядом других предприятий республики позволит в ближайшей перспективе создать и освоить наиболее важные для Беларуси производства ПКМ многофункционального назначения. Ирина ЕМЕЛЬЯНОВИЧ