Может ли Сибирь обеспечить страну многокомпонентными материалами
Нужна госпрограмма
Николай Ляхов, академик РАН, главный научный сотрудник Института химии твердого тела и механохимии СО РАН:
- Композиты уже находят широкое применение даже в быту. Например, полиэтиленовое ведро, которое можно купить в любом хозяйственном магазине, по сути, изготовлено из композитного материала, так как в прозрачный полиэтилен добавлен пигмент, придающий изделию зеленый, красный или другой цвет. Но дело не только во внешнем виде - окрашенное ведро будет дольше служить. Эта разница работает в пользу композитов, которые постепенно вытесняют традиционные материалы. Даже сталь и чугун сегодня модифицируют дисперсными добавками. Наш институт продал в Китай лицензию на такую технологию. А в России продать некому. Хотя износостойкость литого металла увеличивается на семьдесят процентов, коррозионная стойкость - вдвое, прочность - на тридцать процентов.
Прочность - это несущая способность. Если несущие конструкции вагона облегчить без потери прочности на тридцать процентов, то можно настолько же увеличить загрузку. Для авиации это имеет важнейшее значение, поскольку от массы самого самолета зависит расход топлива, следовательно, затраты на перевозку пассажиров и конкурентоспособность авиакомпании. Есть огромное количество композитов, которые решают самые разные проблемы. Но есть и проблемы, которые мешают внедрять композитные материалы. Например, в России не хватает углеродного волокна для производства углепластиков. И карбид кремниевое волокно, которое используется для изготовления керамоматричных композитов, можно приобрести только в Японии и США. Между тем керамоматричные композиты - настоящий клад для двигателестроения, турбиностроения, так как выдерживают высокие температуры и обеспечивают высокий КПД при сжигании топлива. Наш институт участвует в программе разработки двигателей нового поколения ПД-35, и без использования высокотемпературных композитов здесь не обойтись.
Чтобы преодолеть зависимость от импорта, наладить собственное производство компонентов, нужны инвестиции, и я абсолютно уверен в том, что это должна быть государственная программа.
Почему мы ввозим ОСП из-за рубежа? Потому что для их производства нужен большой и дорогой пресс. Такие вложения малый или средний бизнес сделать не в состоянии. И государству нужно задуматься над этим. Ведь была же в свое время поставлена задача - обеспечить медицину томографами, и ее выполнили, теперь томографию делают везде.
Мы даже плохо представляем, какую выгоду может получить государство от внедрения композитных материалов. У "Газпрома" проложено много тысяч километров стальных труб, но однажды их нужно будет заменить, потому что из-за внутренней коррозии они начнут рваться. По некоторым подсчетам, в следующем десятилетии нужно будет заменить две с половиной тысячи километров. В ЖКХ давно уже используют полипропиленовые трубы. Разница лишь в том, что труба для газа должна выдерживать соответствующее давление. Но можно создать модифицированный волокнами сшитый полипропилен, выдерживающий 150 атмосфер. Во-первых, это будет уже вечная труба, во-вторых, это фантастическая экономия металла и денег.
Авиация наряду с космосом и "оборонкой" у нас остается главным потребителем композитных материалов. Посмотрите, какие крылья у современных "Боингов" - это ведь совсем другого качества материалы, которые реагируют на нагрузку совсем не так, как сталь, металлы. У них практически нет усталостного разрушения. Мы можем делать композитные обтекатели, например, на том же Чкаловском авиазаводе, но материалы приходится завозить из-за рубежа. Это типичная картина для сегодняшней России, и из этой паутины надо выпутываться.
Я убежден, что композитами стоит заниматься. Пока это свободный рынок, и если мы наладим собственное производство, то при нынешнем дефиците обеспечим мощный приток валюты. Китайцы, вьетнамцы, индусы будут стоять в очереди, чтобы купить у нас эти изделия.
Екатерина Курганова, начальник управления научной и инновационной политики министерства науки и инновационной политики Новосибирской области:
- В "Стратегии научно-технологического развития РФ" разработка и внедрение новых материалов относятся к числу приоритетных направлений. В Новосибирской области эта работа идет давно - она нашла отражение в "Стратегии социально-экономического развития региона", утвержденной еще в 2007 году.
С учетом этих приоритетов правительство региона оказывает поддержку проектам создания композитных материалов, продуктов с новыми свойствами. С 2016 года действует соглашение с Российским фондом фундаментальных исследований о проведении конкурсов проектов, в том числе реализуемых молодыми учеными. Финансовая поддержка осуществляется на паритетных с РФФИ условиях - 50 на 50. В 2018-м ее общий объем составил около 100 миллионов рублей, в этом году будет выделено 130 миллионов. Всего мы поддерживаем тринадцать направлений, в том числе проекты, связанные с новыми материалами. Понятно, что мало финансировать сами фундаментальные исследования, они должны воплощаться в новые технологии, внедряемые в производство. Для этого предусмотрены субсидии субъектам инновационной деятельности - поддерживаются проекты, направленные на коммерциализацию разработок. Здесь мы работаем в тесной связке с областным министерством промышленности, торговли и развития предпринимательства.
На мой взгляд, все необходимые элементы господдержки в регионе есть, но заинтересованные стороны должны активнее взаимодействовать, чтобы получать конкретный результат, рассчитанный на производство.
Евгений Пазников, руководитель управления стратегического развития и экономики администрации Бийска:
- Десять лет назад, занимаясь организацией Алтайского полимерного композитного кластера, мы не просили ни у кого денег. Исходили из того, что есть бизнес, есть широкий растущий рынок, сохранились научные кадры, научные школы. Это дало возможность создать производство.
В Алтайском крае большое количество промышленных предприятий, которые занимаются традиционными полимерными композитными материалами. Мы написали для них общую программу развития, в подготовке которой принимали участие не чиновники, а промышленники, ученые, и она получилась достаточно реалистичной. Сегодня в крае есть программа с отдельным финансированием предприятий полимерно-композитной отрасли. Мы занимаемся совместным продвижением нашей продукции на рынок. Разработали технико-экономическое обоснование использования полимерных материалов в различных отраслях, написанное понятным языком и доступным для потребителей, объяснили строителям и энергетикам, почему композитные материалы, которые сегодня стоят дороже, через три-четыре года после того как их начнут использовать, дадут экономический эффект. И дело сдвинулось с мертвой точки - мы чувствуем интерес к нашей продукции.
Тесно работаем с Союзом производителей композитов, и за последние пять лет появилось более 600 стандартов на изделия и материалы. Их можно использовать, но уровень проектировщиков остался прежним - они не владеют информацией о композитных материалах.
Елена Ананьева, начальник научного управления Алтайского государственного технического университета:
- В Новосибирске превосходная научная фундаментальная школа исследований в области материаловедения, а мы - прикладники, инженерно-технические специалисты. Только в тесном симбиозе фундаментальных исследований и прикладной науки мы можем внести весомый вклад в развитие этой отрасли.
В 1987 году АлтГТУ стал четвертым вузом в СССР, на базе которого была открыта кафедра конструирования и производства изделий из композиционных материалов. Такая необходимость возникла в связи с активной деятельностью производственного центра "Алтай". Мы представляем классическую школу армированных пластиков, которые применяются в высоконагруженных конструкциях. И в настоящее время продолжаем готовить специалистов, приблизившись к современным реалиям.
Если говорить о проблемах, то, к сожалению, мы упустили специалистов и опыт, накопленный в стране до 1990-х годов. Тогда почему-то решили, что и кадры старые, и подходы у них старые, давайте возьмем новых, молодых менеджеров. Но оказалось, что эти менеджеры плохо разбираются в том, чем они управляют. И это бич. Выход - в широком использовании программ переподготовки специалистов, чтобы человек, который работает на производстве, представлял, с чем он имеет дело. Раньше мы сотрудничали с новосибирским НАПО имени Чкалова и знаем, как это бывает. Рабочий делает обтекатель, ему нужно только поднести кусочек ткани к детали и положить так, как показывает стрелка. Но вдруг на ткани образовалась маленькая закладка - он надрезал материал, выровнял, и доволен. А это уже дефект, разрушение материала, и при эксплуатации идет отбраковка. Даже такие вещи имеют значение, поэтому нужна профессиональная подготовка и понимание специфики материалов.
1. Слабая сырьевая база. Как рассказал начальник управления стратегического развития и экономики администрации Бийска Евгений Пазников, даже если сырье для производства композитных материалов имеет российское происхождение, оно поступает на отечественный рынок по общемировым ценам. Причина - учредителями локализованного в России производства являются зарубежные компании. Проблема и с основными компонентами - олигомерами и полимерами, и с наполнителями (присадки, добавки и так далее).
2. Инерционность рынка. Композиционные материалы могут дать огромный экономический эффект, однако их внедрение требует от потребителей (энергетических, добывающих, строительных, транс-портных компаний и других) определенных усилий. Потребители предпочитают избегать сложностей, с которыми связано внедрение инноваций. Пример привела представитель АлтГТУ Елена Ананьева: "Директора одного из предприятий, который входил в комиссию по защите дипломов, заинтересовала разработка студента - трубы для системы теплоснабжения. Студент говорит: вы сейчас вкладываете десять рублей (условно) и забываете о трубе на пятнадцать-двадцать лет. Директор: нет, мне это невыгодно. Сегодня я директор, а завтра - неизвестно. Я лучше каждый год буду по два руб-ля тратить на раскопку, ремонт труб, чем сразу отдам столько денег, а результатов не увижу".
3. Отсутствие полного спектра государственных стандартов на новые материалы. Проще говоря, характеристики композиционных материалов недостаточно изучены. Традиционные материалы эксплуатируют уже давно, и выработаны модели испытаний, по которым можно с 95-98-процентной вероятностью оценивать ресурс работоспособности конструкции. По композиционным материалам прогнозов с таким высоким процентом вероятности сегодня не дадут нигде в мире. Сотрудник Института теоретической и прикладной механики СО РАН Артем Филиппов считает проблему долговечности, проч-ности композиционных материалов очень серьезной. "По испытательному оборудованию, по определению характеристик волокна высококлассных специалистов не так много, а исследований нужно огромное количество, - подчеркнул ученый. - Описание только одной из характеристик нового материала требует минимум сотни исследований".
4. "Гаражное" производство, или большое количество производителей некачественных композиционных материалов. Они портят репутацию отрасли в целом. По словам Евгения Пазникова, если в Канаде одно предприятие по производству стеклопластиковой арматуры, в США - два, в Европе два или три, то за последние четыре года в России таких открылось больше ста, и далеко не все они выпускают качественный продукт.
Улучшая свойства
Татьяна Брусенцева, младший научный сотрудник лаборатории физики быстропротекающих процессов Института теоретической и прикладной механики СО РАН:
- Подбирая определенным образом матрицу, наноразмерный наполнитель и способы их совмещения, мы можем получать композиционный материал с заранее заданными физико-механическими характеристиками.
Я занимаюсь материалами на основе эпоксидных смол, и одно из исследований у нас проводилось по запросу тюменского завода композиционной арматуры. Такая арматура не подвержена коррозии, но модуль упругости у нее намного ниже, чем у металлической. Для улучшения механических свойств композиционного материала мы использовали нанопорошок диоксида кремния, который, кстати, производится в нашем институте. Мы добились того, что, вводя всего 1,2 процента нанопорошка в смолу, увеличили модуль упругости и напряжение при разрушении на 30 и 35 процентов.
Другая наша разработка проводилась для новосибирского завода "Элсиб". Там эпоксидной смолой пропитывают ленты из слюды, которые используют для обмотки электрогенераторов. В этом случае нужно было улучшить электроизоляционные свойства материала, и нам это удалось. Мы разработали полную технологию производства - как вводить порошок в смолу, как диспергировать, какие температуры нагрева использовать.
Заказчикам все понравилось, но в обоих случаях, по независящим от нас причинам, внедрение разработок в производство затормозилось.
Артем Филиппов, младший научный сотрудник лаборатории физики быстропротекающих процессов Института теоретической и прикладной механики СО РАН:
- Одно из направлений, которым я занимаюсь, - создание металлокерамических композиционных материалов методами, разработанными в ИТПМ, - холодным газодинамическим напылением и селективным лазерным спеканием. Металлический порошок в смеси с керамическим распыляется специальным соплом на подложку, а потом сверху по нему проходят лазером. Образуется покрытие с уникальными свойствами. Это - пример активно развивающихся сейчас аддитивных технологий.
Кроме того, совместно с Татьяной Брусенцевой мы занимаемся разработкой теоретических моделей по определению механических свойств композитных материалов с матрицей из эпоксидной смолы. Хочу отметить, что проблема долговечности и прочности композиционных материалов - очень серьезный вопрос, требующий проведения огромного количества исследовательских работ. При этом физическая природа явления разрушения - как при предельных нагрузках ведут себя волокно и матрица - остается открытой задачей для науки. Возможно, после того, как построят источник синхротронного излучения "СКИФ", мы сможем с его помощью получить ответы на некоторые вопросы в этой области.
Обеспечить заказами
Александр Люлько, начальник департамента промышленности, инноваций и предпринимательства мэрии Новосибирска:
- Ряд новосибирских предприятий выпускает продукцию с использованием композитных материалов.
Так, "НЭВЗ-Керамикс" производит нанокерамические изделия для оборонной промышленности, радиоэлектроники, медицины. Компании "Сибалюкс" и "Артекс Композит" - изделия, востребованные в строительстве.
Конечно, особую ценность композитные материалы имеют для авиации. Институт СибНИА имени Чаплыгина изготовил цельнокомпозитный самолет ТВС-2ДТС, более известный как "Байкал". Сейчас идет речь о его серийном производстве. На базе НАПО имени Чкалова создано ЗАО "Авиакомпозит" - оно производит носовые радиопрозрачные обтекатели из полимерных композитных материалов.
Важно подчеркнуть, что продукция таких предприятий может быть востребованной в городском хозяйстве. Например, новосибирская компания "Феникс-88" производит из композитов опоры для линий электропередачи. В прошлом году такие опоры, светящиеся изнутри, в качестве эксперимента установили на улице, ведущей к технопарку новосибирского Академгородка. Глава администрации Советского района выступил с инициативой обустроить ими одну из центральных улиц Академгородка. Появилась идея использовать такие опоры при установке светофоров.
Конечно, есть сложности. Например, часть материалов сегодня приходится закупать за границей. Но участие предприятий в программе импортозамещения позволит решить эту проблему.
Валерий Керат, директор ООО "Композит" (Барнаул):
- Мы делали из отечественного сырья стеклопластиковое покрытие технологических поддонов для вибропрессования. Потом стали производить древесно-слоистый пластик. Сырье - это отходы. Фанерный комбинат в Заринске сжигает в день пять "КамАЗов" древесных отходов. Мы взяли их за основу, немного изменили формулу пластификации (работаем в этом направлении с АлтГТУ) и получили абсолютно другой продукт. Создаем материал с заданными свойствами: надо негорючий - добавляем одно вещество, влагостойкий - другое. Сегодня себестоимость материалов для производства стекловолокна - 150 рублей на килограмм продукции, а здесь - 63 рубля за смолу и два рубля за дерево. В декабре прошлого года показали эту продукцию на выставке в Санкт-Петербурге, и, хотя производство у нас еще в стадии запуска - монтируется оборудование, работаем в тестовом режиме, - есть заказы на десять месяцев вперед. Главное, развивать и продвигать cвои технологии, а не заимствовать то, что создано в Европе или Китае.
Владимир Яровицын, коммерческий директор ЗАО "Феникс-88" (Новосибирск):
- Наше предприятие выпускает опоры освещения на основе стеклопластиков. Также мы ведем диалог со связистами (им нужны различные виды стоек, а стеклопластик радиопрозрачен), с железнодорожниками и другими отраслями. Пытаемся продвигаться в разных направлениях. Уверен, что выход - в кластерах, которые, с одной стороны, должно поддерживать государство, а с другой стороны, представляют собой конгломерат взаимосвязанных предприятий.
Олег Шелудяков, директор ООО "Атолл" (Барнаул):
- Программы, поддерживающие это направление, есть. В 2015 году мы получили грант Фонда содействия инновациям - десять миллионов рублей на условиях софинансирования. А несколько месяцев назад краевая администрация предоставила нам два миллиона рублей на разработку нового продукта. Это небольшие деньги в сравнении с нашим оборотом, но тем не менее стимул для развития. Проблемы есть - например, практика откатов при заключении госконтрактов и прочее. К сожалению, приходится отдавать продукцию перекупщикам.