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.
