Результаты поиска

Поток

ЗОЛОТАЯ ЭРА ПОЛИМЕРОВ

Современному производству требуются новые полимерные композиционные материалы (ПКМ) со специальными свойствами, но при этом промышленные синтезы новых макромолекул весьма проблематичны. Поэтому основной путь решения возникающих материаловедческих проблем — создание полимерных композитов. О том, какие научно-исследовательские институты и вузы респ ублики занимаются разработкой наиболее перспективных типов ПКМ и какие предприятия страны их выпускают, «Вестнику Белнефтехима» рассказывает заведующий отделом технологии полимерных композитов Института механики металлополимерных систем (ИММС) имени В.А. Белого НАН Беларуси, член-корреспондент Степан ПЕСЕЦКИЙ. — Степан Степанович, какие проблемы встают перед учеными при создании и исследовании полимерных смесей? — В широком смысле полимерный композит — это материал, образованный объемным сочетанием двух или более химически разнородных компонентов, хотя бы один из которых является высокомолекулярным соединением. Композиты содержат в своем составе полимер и любые твердые частицы или волокна, смеси разнородных полимеров и полимеры с газообразными и жидкими включениями. В качестве высокомолекулярных компонентов, связующих, могут использоваться как термореактивные, так и термопластичные полимеры. Поскольку последние в больших объемах выпускает отечественная промышленность, то именно ПКМ на их основе и представляют наибольший интерес для белорусских ученых. Доминирующая роль сегодня отводится волокнонаполненным, прежде всего стеклонаполненным, материалам, огнестойким и смесевым. При их создании следует учитывать сильное влияние на уровень показателей свойств, оказываемое геометрическими параметрами стекловолокна, степень воздействия тепловых и силовых факторов на полимерный расплав, состав матрицы, степень термических макромолекулярных превращений при компаундировании и переработке. Актуальны работы в области ПКМ, содержащих в качестве наполнителя стекло- и углеродные волокна, поскольку они в нашей стране производятся в промышленном масштабе. Весьма интенсивно исследуется технология нано- и молекулярных композитов, динамических вулканизатов и других материалов специального назначения. У ученых возникают многочисленные вопросы, связанные с предсказанием совместимости конкурентоспособных и перспективных смесевых композитов, анализом их структуры и межфазного взаимодействия. — Особенность современных ПКМ заключается в том, что отдельные их модификации создаются под конкретное применение, порой специфическое. Какие отрасли промышленности предопределяют их новый ассортимент? — Если исходить из мировой статистики, то потребление ПКМ в развитых странах по отраслям явно неравномерно: 35—39% приходится на упаковку, 18—25% — на строительство, 10—25% — на автомобилестроение, 7—12% — на энергетику, 4—15% — на мебельную промышленность и производство товаров народного потребления. Среди многочисленных типов ПКМ следует отметить материалы специального назначения, имеющие уникальные и прогнозируемые параметры, что обеспечивает научно-технический прорыв, стратегическую и экономическую безопасность страны. Несмотря на относительно небольшой объем потребления, они активно разрабатываются, исследуются и применяются в современной технике, отвечая определенным условиям ее эксплуатации. К таким полимерам относятся радиоэкранирующие, радиопоглощающие, химстойкие, свето- и радиопрозрачные, броневые материалы, композиты для работы в тяжело нагруженных узлах трения, теплозащитные ПКМ, теплопроводные и антистатические, а также токопроводящие ПКМ, составы с высокими барьерными характеристиками для пленочных упаковок и шинных резин, биологически активные упаковочные композиты, легкие и суперпрочные материалы для авиакосмической техники. Широким промышленным использованием выделяются самозатухающие ПКМ, но при их создании возникают проблемы, связанные с усложнением состава полимерных матриц, появлением новых наполнителей и их разнообразных сочетаний. Самозатухающие ПКМ получают путем синтеза малогорючих полимеров, физико-химической модификации макромолекул, а также методом, основанным на использовании замедлителей горения — антипиренов. — Какие организации в нашей стране занимаются научными исследованиями и техническими разработками полимеров? — В Беларуси более 40 таких учреждений. Важнейшие результаты, внесшие основополагающий вклад в технологию ПКМ, получены в Институте механики металлополимерных систем НАН Беларуси. Международное признание сыскали достижения в области молекулярной структуры, ее изменений при формовании ПКМ и переработке полимеров, итоги исследований их релаксационных свойств и механизмов разрушения при внешних эксплуатационных воздействиях, по химической технологии и физикохимии функционализированных полимеров и сополимеров олефинов. Учеными нашего института получены новые данные о межфазных взаимодействиях, реологических, механических и триботехнических свойствах новых типов ПКМ инженерно-технического назначения. На высоком научном уровне ведутся фундаментальные исследования виброакустики фрикционных полимеров при нестационарных режимах трения, а также износных характеристик базальтонаполненных фрикционных материалов и гибридных композитов, включающих наночастицы. К тому же в ИММС обнаружен эффект аномально быстрого избирательного разложения в вакууме политетрафторэтилена под действием лазерного излучения, приводящий к образованию волокон. Этот процесс положен в основу технологии фильтровальных материалов «Гриф», эффективных для очистки сжатого воздуха, природного и попутного газов от водяных паров, конденсата, аэрозолей кислот, использующихся на многих предприятиях нашей страны и за рубежом. Институт физико-органической химии НАН Беларуси проводит исследования в области химии и технологии волокнистых ионообменных материалов, селективно проницаемых полимерных ультра- и микрофильтрационных мембран, а также разработки специального технологического оборудования, обеспечивающего их практическое применение. Значительный научный интерес представляют работы Института химии новых материалов НАН Беларуси в сфере поляризационных пленок на основе поливинилового спирта и других полимеров с добавками органических красителей, а также пленок, допированных наночастицами серебра, отбеливателей, антипиренов и других аддитивов. В Институте тепло- и массообмена имени В.А. Лыкова НАН Беларуси исследованы полимер-углеродные нанокомпозиты с комплексом ценных адгезионных, трибологических и механических свойств. Предложены методы подготовки поверхности углеродных наноматериалов для ПКМ конструкционного назначения. — Имеются ли на счету вузовской науки новые наработки в области ПКМ? — Да, такие изыскания ведутся в Белорусском государственном технологическом университете. Это исследования по химической технологии стабилизированных ПМ, технические решения, которые могут быть положены в основу создания современных композитов, длительно находящихся на воздухе при повышенной температуре. Отдельного внимания заслуживает работа по электроформованию нановолокон из растворов хитозана и других полимеров, научное обоснование выбора состава полимерных связующих и других ингредиентов для лакокрасочных материалов, применяемых в машиностроении. В НИИ прикладных физических проблем БГУ имени А.Н. Севченко изучаются свойства газонаполненных полиуретанов и нанокомпозитов, предназначенных для применения в современной технике. В НИИ физико-химических проблем БГУ исследуются процессы полимеризации, структура и физико-химические свойства синтетических и природных полимеров, биополимеров, новые композиционные материалы, эластомерные композиты, многокомпонентные аддитивы, клеи-расплавы, стабилизаторы для ПКМ. В Гомельском государственном университете имени Ф. Скорины ведутся изыскания многофункциональных композиционных покрытий, в том числе наноразмерных, получаемых при электронно-лучевом и лазерном диспергировании полимеров, которые необходимы для развития электроники, оптики, а также машино- и приборостроения, энергетики, медицины. — Какие научные направления и технологии должны получить развитие для повышения конкурентоспособности, а также доли выпуска экспортно ориентированной и импортозамещающей отечественной полимерной продукции? — Усилия ведущих исследовательских центров следует направить на работы, связанные с реакционной экструзией, химией и технологией синтетических волокон, расширением ассортимента полимерных композиционных материалов конструкционного назначения. В зоне внимания наших ученых должны находиться технологии создания полимерных нанокомпозитов и концентратов наноматериалов, изыскания в области аддитивов и образования на их основе малотоннажных производств функциональных добавок — компатибилизаторов, модификаторов, пластификаторов, мастербатчей красителей, стабилизаторов, антипиренов, антистатиков, нанонаполнителей и других составляющих. Кроме того, отдельное внимание нужно уделить функциональным («активным») полимерам различного назначения, фильтропластам, биоразлагаемым полимерам, электретным, магнитным, радио- и оптически прозрачным, восприимчивым к передаче оптической и магнитной информации, структурно-чувствительным к воздействию лазерного и ионизирующих излучений, ионообменных, высокотермостойких; компьютерному проектированию ПМ, прогнозированию поведения при переработке и эксплуатации; развитию испытательной базы и укреплению независимых аккредитованных лабораторий по испытаниям разрабатываемых ПМ, сертификации ПКМ и готовой продукции. — Степан Степанович, какие отечественные предприятия выпускают полимеры, наполнители и аддитивы для нефтехимического комплекса страны? — Синтетические ПМ, а также такие важнейшие наполнители, как стекло- и углеволокна, изготавливаются в основном на предприятиях концерна «Белнефтехим». Так, ОАО «Могилевхимволокно» является крупнейшим в Европе комплексом, объединяющим ряд производств, которые связаны единым технологическим циклом — от получения исходного сырья до выпуска конечной продукции. Тут стоит упомянуть диметилтерефталат, полиэтилентерефталат, полиэфирные волокна, жгуты и нити различного назначения, преформы из пищевого ПЭТ, полиэфирные композиционные материалы и полотна, товары народного потребления. Кроме того, в последние годы ассортимент пополнился полиэтилентерефталатной обвязочной лентой, напорными пожарными рукавами, шнурами бытового назначения. На базе двухшнекового экструдера немецкого производства выпускаются полиэфирные композиты под торговым названием «БЕЛТЕР». В ближайшей перспективе ОАО «Могилевхимволокно» планирует построить установку непрерывной поликонденсации ПЭТ с прямым формованием волокна и технических нитей. Это позволит сделать их производство более энергосберегающим, перейти на одностадийную и экономичную технологию выпуска продукции. — Расскажите, пожалуйста, о проектах, реализуемых в ОАО «Гродно Азот»? — Это крупный продуцент полиамидных и полиэфирных нитей и волокон, а также полиамида-6 и полимерных композиционных материалов на его основе. Причем эти продукты выпускаются в широком ассортименте с различными физико-механическими свойствами и показателями качества в зависимости от области применения. Ежегодно на рынок поставляется более 100 тыс. т продукции из полиамида-6 следующего ассортимента: кордная ткань для шинной промышленности, техническая нить и текстурированная нить коврового ассортимента, ковровые покрытия, шнуры, теплоизоляционные материалы, ПА-6 в гранулах, полиамидные композиты, различные виды товаров народного потребления. Производится 10 тыс. т полиамидных композитов при потенциальной мощности около 15 тыс. т в год. Для углубленной переработки полиамида планируется модернизировать установку полимеризации, что позволит вводить в гранулят ПА-6 добавку диоксида титана и наладить выпуск полиамидной текстильной нити. Важным является тот факт, что в ОАО «Гродно Азот» осуществляется производство мономера, мощность которого в среднесрочной перспективе планируется довести до 140 тыс. т в год и соответственно увеличить объемы получаемого ПА-6. Более 40 марок полиамидных композитов в Беларуси приходится на Филиал «Завод Химволокно». К их числу относятся литьевые ПКМ типа Гроднамид, стеклонаполненные материалы и композиты с содержанием CВ от 10 до 60%, с добавками лубриканта. А также высокопрочные с хорошими показателями упругости и деформационной теплостойкости, минералонаполненные, с комбинированными наполнителями, ударопрочные, антифрикционные ПКМ, в том числе на основе стеклонаполненного ПА-6, трудновоспламеняемые и самозатухающие, экструзионные; ПКМ на базе полиамида-66. Такой широкий спектр полиамидных композитов обеспечивает устойчивый сбыт примерно 10 тыс. т в год на сумму более 20 млн долларов. Кроме того, на данном предприятии выпускаются аддитивы, необходимые для получения ПКМ в виде полимерных концентратов, в том числе полимерный концентрат стабилизатора; концентрат, дополнительно содержащий органический стабилизатор; концентрат диоксида титана, используемый для изготовления матированных нитей и др. — Полиэфирные текстильные нити и искусственные волокна, углеродные, полимерные материалы и товары народного потребления давно стали визитной карточкой ОАО «СветлогорскХимволокно». Каково ваше мнение о выпускаемых здесь ассортиментах? — Предприятие выпускает 150—200 т в год углепластиков конструкционного назначения, используемых на предприятиях Беларуси и России; вискозные технические и текстильные нити; вискозную кордную ткань; углеродные волокнистые материалы; термостойкие волокна Арселон, ткани и нити из них; полиэфирные технические нити и ткани; полипропиленовые тканые и нетканые материалы Спанбонд, Спанбел, натрий-карбоксиметилцеллюлозу, товары народного потребления. Согласно прогнозам, в ОАО «СветлогорскХимволокно» будет организовано производство дублированного нетканого материала, бумажной навивочной и намоточной тары, расширен выпуск углеродных ПКМ, намечена реконструкция цеха хранения продукции. — Что можете сказать с точки зрения науки о заводе «Полимир» ОАО «Нафтан»? — Сегодня предприятие занимает лидирующие позиции в области производства первичных форм полиолефинов и синтетических волокон. Здесь запланировано введение новых мощностей по производству олефинов и обеспечению этиленом и пропиленом надлежащего качества. В числе перспективных проектов — строительство новой этилен-пропиленовой установки ЭП-200, которая наряду с наращиванием объемов основной продукции позволит увеличить выпуск побочных продуктов пиролиза как базы для дальнейшего развития акционерного общества. К примеру, разделение гидростабилизированного пироконденсата даст возможность организовать изготовление полистирола, а выпуск пропилена полимеризационного качества создает предпосылки для запуска линии синтеза полипропилена. В среднесрочной перспективе полимировцы ставят задачу увеличить количество полиэтилена низкой плотности (ПЭНП), нитрила акриловой кислоты. Среди продукции завода, пользующейся спросом, стоит отметить композиты для кабельной промышленности, термостабилизированные техуглеродом, экструзионную высокоскоростную и самозатухающую композиции. На основе ПЭНП выпускаются также суперконцентраты различных пигментов, окисленный и неокисленный полиэтиленовые воски. — Немаловажный вклад в белорусскую композитную копилку вносит и ОАО «Полоцк-Стекловолокно». Расскажите подробнее о возможных новациях. — Да, здесь намечена модернизация процессов стекловарения, выработки волокна и производства товарных нитей, ровингов и рубленого волокна, предполагающая реконструкцию стекловаренных печей и строительство собственной энергоустановки. К тому же будет создано ориентированное на экспорт производство тонких электроизоляционных и конструкционных тканей, конструкционных стекломатов — одного из перспективных материалов для армирования композитов, материалов специального назначения, комбинированных нетканых и кремнеземных материалов. Это стеклоткани с противодымной пропиткой, обработкой на основе силиконов и нанесением оксида хрома, которые применяются в качестве высокотемпературной изоляции. Налажен выпуск непрерывного базальтового волокна и продукции на его основе, предполагается также нарастить объемы существующего производства стеклопластиковой арматуры строительного назначения, гибких гидроизоляционных кровельных материалов, стеклохолста для рулонных кровельных материалов, стеклопластиковых труб. — Степан Степанович, согласно обзору, сделанному вами, полимерная промышленность в целом развивается стабильно и эффективно. Есть ли факторы, сдерживающие ее активный рост? — К ним относятся ограниченность собственных сырьевых источников, высокая энергоемкость производств, нестабильный спрос на отечественные полимеры со стороны белорусских предприятий, потребляющих продукцию концерна, обострение конкуренции в экспортной сфере. Немаловажным является тот фактор, что многие предприятия, перерабатывающие полимеры, сориентированы на выпуск продукции, производимой из импортных составляющих. Так, по данным статистической отчетности, Беларусь ввозит вдвое больше пластических масс и изделий, чем экспортирует аналогичной продукции. К тому же из-за низких в ряде случаев технико-экономических параметров и потенциальной непригодности имеющегося и отсутствия необходимого современного оборудования выпуск многих видов конкурентоспособной продукции из отечественных ПМ является проблематичным. Серьезно тормозит работу отсутствие на предприятиях концерна и в республике в целом малотоннажных производств полимеров в первичных формах, которые могли бы использоваться в качестве связующих. К их числу, в частности, можно отнести полиэфирные термоэластопласты и полибутилентерефталат, различные сополиэфиры, отдельные сополимеры олефинов. ПКМ — самый многочисленный и бурно развивающийся вид современных материалов, перечень которых постоянно обновляется. Помимо улучшения свойств постоянно совершенствуются технологии производства изделий из них, а также сборка и диагностика эксплуатационной надежности. Для обеспечения стабильного функционирования предприятий необходимы инвестиции в их развитие. При этом предполагается, что продукция данной отрасли, являясь основным сырьем для изготовления полимеров, обусловит в ней стабильность и прирост объемов.

 

04 Июля 2017
26
Рейтинг: 4