Алла Чередниченко

Страна и мир 08 декабря 2021

Перспективные материалы. Как развивается композитное направление в России

Появление новых композитных материалов – это потребность времени. Они считаются перспективными практически во всех отраслях экономики: от судостроения и энергетики до городской транспортной инфраструктуры и ЖКХ. Особенно активно это направление развивается в Петербурге.

Без современных материалов сейчас не обойтись даже хоккеистам. / ФОТО Егора АЛЕЕВА/ТАСС

Утраченные возможности

По данным композитного кластера Петербурга, озвученным на XIV Петербургском международном инновационном форуме в ноябре, сегодня в России объем рынка композитных материалов составляет более 80 млрд рублей и за последние два года он вырос на 23,8%. При этом мировой рынок ежегодно растет в среднем на 6,8%, и при таких темпах к 2027 году его объем составит 112 млрд долларов.

Статья по теме:

От булочек до пирожных. Как развивается хлебопекарный бизнес в России

Участники отечественного рынка уверены, что российские предприятия имеют хорошие перспективы не только на внутреннем рынке, но и для экспорта. Это неудивительно, ведь в свое время Советский Союз занимал третье место по освоению композитов. Один из самых известных композитов, созданных в СССР, – древесный слоистый пластик ДСП-10.

Сегодня до третьего места нам после потерь в 1990-е годы далеко, однако есть и положительные тенденции. С начала XXI века идет постепенно возвращение в число значимых игроков, хотя развитие происходит медленнее, чем могло бы. Основное препятствие – высокая себестоимость производства, обусловленная в том числе сложностью технологического процесса. Мешают также нехватка российского сырья и необходимого оборудования. Сдерживает развитие отрасли и длительный процесс сертификации отечественных разработок (три года и более), а также дефицит нормативной документации применения композитных материалов в ряде отраслей экономики.

От самана к полимерам

В принципе ничего революционного в этих технологиях нет. Композит – это материал, созданный из двух и более компонентов, отличных друг от друга. Полученный материал обладает свойствами, которых не имеют его компоненты, взятые по отдельности. И первое известное использование этого метода относится к 1500 году до нашей эры, когда в Египте и Месопотамии применяли глину и солому для строения зданий из «саманных» кирпичей. А древние монголы из древесины, костей и клея животного происхождения создали первый «композитный» лук.

Но сегодня востребованы в основном полимеры. Это уже не солома в кирпичах, а сложные в производстве материалы, иногда предполагающие изменения на наноуровне. В целом же композитные материалы состоят из матрицы (связующего компонента) и армирующего элемента (наполнителя). Матрица обеспечивает совместную работу армирующих элементов, а также защиту от механических повреждений и агрессивной химической среды, наполнитель же отвечает за прочность и жесткость. Например, стеклопластик – это композитный пластик, армированный стеклянными волокнами.

По сравнению с традиционными материалами композиты обладают рядом преимуществ. Прежде всего это легкий вес, но с сохранением жесткости и прочности. Они обладают высокими антикоррозионными свойствами и долговечностью.

Трубы базальтовой прочности

Сегодня композиты востребованы в самых разных отраслях. В строительстве, автопроме, транспортной инфраструктуре, ЖКХ, медицине (особенно в стоматологии). А использование полимерных композиционных материалов при производстве авиационной и космической техники позволяет снизить вес летательного аппарата до 50%. Композитные материалы отлично подходят для использования в промышленности и строительстве, в том числе в сложных климатических условиях.

На XIV Петербургском международном инновационном форуме ведущий специалист центра по ресурсному обеспечению инжиниринга компании «Газпромнефть – НТЦ» Евгений Койнов рассказал о разработке и внедрении композитных строительных конструкций при обустройстве месторождений. Так, при строительстве резервуаров, технологических трубопроводов, мачт связи, освещения и прочих объектов планируют использовать стеклопластик. Для удаленных станций в труднодоступных местах специалисты центра предлагают использовать аддитивные технологии, печатая на 3D-принтере конструкции из полимерных материалов на строительной площадке.

Устойчивый спрос на композиционные материалы демонстрирует и судостроение. Начальник опытного производства Средне-Невского судостроительного завода Михаил Алексеев напомнил, что именно на этом заводе впервые в мире был построен корабль из композитных материалов. Сегодня предприятие выполняет заказ на пассажирские катамараны. Только что на воду был спущен сделанный из углеродных материалов катамаран, на котором впервые в России будут отрабатывать технологии безэкипажного вождения. Кроме того, на заводе успешно производят композитные лопасти для ветряных электростанций.

Осенью в Петербурге начали испытывать инновационные трубы из стеклопластика и стеклопластика с базальтом. По данным ГУП «ТЭК СПб», десятиметровые участки композитных труб диаметром 100 мм установили в подвале одного из домов на Новочеркасском проспекте. Экспериментальные материалы легче стали, при этом их прочность в 20 раз выше обычных. Зато теплопроводность базальтовых труб, по данным производителей, в 150 раз меньше стали, и потери тепла сократятся на 50%. Тестируемые образцы изготовили пермская компания «Торговый дом «Базальтовые трубы» и красноярская компания «Синтез». Пробные участки сетей будут находиться под наблюдением теплоэнергетиков ТЭКа в течение всего отопительного сезона.

А специалисты петербургской «Лаборатории карбона» в рамках социального проекта сконструировали суперлегкое инвалидное кресло из углепластика. Образцы, которыми пользуются инвалиды, весят около 20 кг, облегченные варианты с алюминиевым основанием – порядка 15 кг.

Спасибо санкциям

Стоит подчеркнуть, что для развития отрасли в нашей стране много сделали петербургские предприятия. Так, в 2016 году инжиниринговая компания «ЛАР Технологии» в тандеме с Московским авиационным институтом (МАИ) произвела экспериментальную установку «квазинепрерывного прессования термопластичных текстолитов и профильных изделий». Таким образом, в России впервые появилась полностью контролируемая техника получения композитных материалов. Осенью 2019 года специалистами предприятия совместно с сотрудниками МАИ была изготовлена опытная роботизированная линия производства листовых и профильных изделий из композиционных материалов с новыми термопластичными полимерными матрицами.

По иронии судьбы, важную роль в развитии отечественной композитной индустрии сыграли санкционные ограничения на поставки подобных материалов из-за рубежа. К примеру, с 2019 года удалось полностью заместить импорт компонентов для российского пассажирского самолета МС-21-300, крыло которого целиком выполнено из композитных материалов. Используются российские композиты при производстве современных истребителей и БПЛА для нужд ВКС.

В начале 2021 года в Научно-исследовательском институте космических и авиационных материалов в Переславле-Залесском Ярославской области был создан композит нового поколения «аристар». Пластина шириной 5 мм весом 2 г выдерживает груз массой более 500 кг. Американский аналог такого материала появился раньше российского, но значительно уступает ему по свойствам.

Цифровое материаловедение

«К отрасли композитов у нас особый подход, мы видим в ней огромные перспективы для развития высокотехнологичных направлений промышленности, – отметил заместитель главы Минпромторга Виктор Евтухов. – До 2030 года ожидается существенный рост потребления композитов на формируемом российском рынке ветроэнергетики и транспорта на газомоторном топливе. В этой связи я высоко оцениваю перспективы роста отечественной композитной отрасли, объем которой к 2024 году должен достигнуть 100 млрд рублей». В целом Минпромторг прогнозирует увеличение доли российского рынка композитов в мировом объеме с 1,2 (2020 год) до 3% (к 2030 году).

Говоря об общемировых тенденциях развития отрасли, стоит добавить, что сегодня специалисты всего мира работают над экологичностью композитных материалов. Особое внимание уделяется и информатике материалов, позволяющей прогнозировать появление материалов будущего. Причем разработку новых материалов уже сейчас начали поручать искусственному интеллекту.

Материал опубликован в газете «Санкт-Петербургские ведомости» № 230 (7067) от 08.12.2021 под заголовком «Возвращение композитов».