Препрег

«Современные технологии и свойства препрегов, на
основе наномодифицированных углеродных и
минеральных волокон и нанонаполненных связующих
Авдеев Виктор Васильевич
Ген.директор ЗАО «Препрег-СКМ»,
Зав.кафедрой
Химической технологии и новых материалов,
профессор, д.х.н.
ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ
ПРЕПРЕГОВ
Препреги – волокнистые материалы, заранее пропитанные
точно определенным количеством равномерно распределенного
связующего
и
переработанные
таким
образом,
чтобы
максимально
реализовать
физико-механические
свойства
армирующего материала
и обеспечить воспроизводимость
свойств отверженного композита.
ПРЕПРЕГ
пропиточное оборудование
АРМИРУЮЩИЙ
МАТЕРИАЛ
СТЕКЛЯННЫЕ
ВОЛОКНА
УГЛЕРОДНЫЕ
ВОЛОКНА
БАЗАЛЬТОВЫЕ
ВОЛОКНА и ДР.
МОДИФИКАЦИЯ
ПОВЕРХНОСТИ
ВОЛОКОНА,
НАНЕСЕНИЕ
АППРЕТОВ
ТЕКСТИЛЬНАЯ
ПЕРЕРАБОТКА,
КОНСТРУКЦИОННЫЕ
ТКАНИ
СВЯЗУЮЩЕЕ
ЭПОКСИДНЫЕ
НАНОМОДИФИЦИРОВАННЫЕ
И НАНОНАПОЛНЕННЫЕ
ПОЛИИМИДНЫЕ
ИНИЦИАТОР ПРОЕКТА «ПРЕПРЕГ»
ИНСТИТУТ НОВЫХ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ТЕХНОЛОГИЙ
СОУЧЕРЕДИТЕЛИ
•Общая численность сотрудников -130 чел., в том числе:
докторов наук – 11, кандидатов наук – 19, научных и
инженерно-технических сотрудников – 81
•Наличие СКБ (более 20 человек), укомплектованого
специалистами – выпускниками ведущих инженерных и
технологических ВУЗов страны, современным пакетом
программ «SolidWorks»
•Наличие отдела интеллектуальной собственности
возглавляемого патентным поверенным РФ и
евразийский поверенный
НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
•исследования и разработки в области фундаментального и прикладного
материаловедения, нанотехнологий;
•разработка технологий, нестандартного технологического оборудования
и новых материалов;
•коммерциализация разработок и организация производства новых
неметаллических конструкционных и композиционных материалов;
•испытания инновационной продукции, в том числе, для целей
сертификации;
•патентные исследования и защита интеллектуальной собственности;
•обучение специалистов различных отраслей опыту применения
инновационной продукции.
НПО УНИХИМТЕК
•численность персонала - 610 чел.,
•производственные площади 42 000 кв. м,
•сеть сбыта в 11 регионах России,
•научно-производственная инфраструктура
в гг. Москва, Климовск, Челябинск, КировоЧепецк, Новосибирск
•объем продаж более 1,7 млрд. руб.
•клиентская база - более 3500 потребителей:
ОПЫТ ИННОВАЦИОННЫХ ПРОЕКТОВ И ВНЕДРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ
НПО УНИХИМТЕК
Разработано 69 новых
технологий,
защищенных более чем
100 патентами. Создано
48 опытных образцов
оборудования, а также
промышленные линии
на их основе.
Огракс®
В основе
конкурентоспособности
– превосходство в
технических
показателях продукции
Графлекс®
ЛИНИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПРЕПРЕГОВ НА ОСНОВЕ РАЗЛИЧНЫХ ТЕКСТИЛЬНЫХ
СТРУКТУР И НИЗКОВЯЗКИХ СВЯЗУЮЩИХ
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ 150-1200 т/год
•
•
•
•
Полностью автоматизированная линия.
Обеспечивает различные варианты нанесения точно
дозированного количества связующего.
Позволяет производить препреги однонаправленные, тканевые,
шириной от 300 до 2000 мм для изготовления конструкций
планера воздушных судов перспективных моделей и др.
отраслей применения.
В зависимости от плотности ткани производительность линии
составит от 150 т/год (для тонких тканевых препрегов на основе
лент типа ЭЛУР и УОЛ с толщиной монослоя 0,12 мм,
применяемых в несущих конструкциях) до 1200 т/год (на основе
7-слойного мультиаксиального полотна с поверхностной
плотностью 700 г/м2 для применении в авиастроении и др.
отраслях).
ЛИНИЯ ПРОИЗВОДСТВА ОСНОВ ДЛЯ ПРЕПРЕГОВ
СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ ЛИНИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛОТЕН С РАЗЛИЧНЫМИ
ТЕКСТИЛЬНЫМИ СТРУКТУРАМИ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНЫХ ВОЛОКОН
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ 20-30 т/год
• получение полотен шириной до 1270 мм (в соответствии с наиболее
•
•
•
•
•
•
распространенными стандартами артикулов применяемых полотен в
авиастроении и др. отраслях);
возможность получения одновременно 2 полотен авиационной
номенклатуры (тканых и однонаправленных) шириной 300 – 400 мм;
возможность получения комбинированных тканей (использование 2 и
более типов волокон по основе и утку);
получение полотен с обрезной кромкой;
использование шпулярника, специализированного для переработки
углеродных волокон;
специальную защиту электронной системы управления и
автоматизации линии от воздействия углеродной пыли;
оснащена системой применения термопластичных уточных нитей с
точным регулированием зоны нагрева в печи.
ЛЕНТОТКАЦКИЙ СТАНОК JACOB MULLER
В настоящее время производится НИОТР по
текстильной переработке углеродных и минеральных
волокон.
ПОЛУЧЕНЫ
опытные образцы лент и тканей из ровинговых
углеродных и минеральных волокон шириной до
0.35 м, в том числе текстильные структуры для 1D
препрегов
УНИВЕРСАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ПОЛУЧЕНИЯ ПРЕПРЕГОВ НА ОСНОВЕ РАЗЛИЧНЫХ
ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ И ТЕРМОРЕАКТИВНЫХ СВЯЗУЮЩИХ И ТЕКСТИЛЬНЫХ СТРУКТУР С
ШИРИНОЙ ПОЛОТЕН ДО 400 ММ.
•
•
•
•
•
Полностью автоматизирована, позволяет создавать электронный паспорт качества на каждый рулон
выпускаемого препрега.
Обеспечивает 100% контроль качества пропитки при получении препрегов, что является
обязательным условием для выпуска препрегов для применения в авиастроении.
Установка универсальна по связующим – обеспечивает использование связующие в виде
растворов, расплавов, пленок, волокон.
Линия позволяет осуществлять НИР и получать опытные партии материалов с применением всех
известных в мире современных связующих и армирующих наполнителей (углеродных, стеклянных,
базальтовых и др.).
Позволяет напрямую работать со шпулярника, производить однонаправленные безутковые
препреги.
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ 10-40 т/год
ПРОЕКТ «ПРЕПРЕГ»
ЦЕЛЬ ПРОЕКТА
Организация крупносерийного промышленного производства широкого
ассортимента высококачественных препрегов из углеродных и минеральных
волокон на основе полиимидных и эпоксидных наномодифицированных и
наполненных наночастицами связующих с низкой себестоимостью для нужд
авиастроения и ветроэнергетики с перспективой применения в судо-,
автомобилестроении, строительстве, оборонно-промышленном комплексе, в
производстве спортивных товаров и др.
СУТЬ ПРОЕКТА
За счет объединения усилий и возможностей участников проекта (ИНУМиТ,
Porcher Industries, Diamond), внедрения в производство уникальных разработок,
связанных с наномодификацией углеродных и минеральных волокон, эпоксидных
связующих, освоением производства полиимидных связующих добиться на первом
этапе
соответствия
свойств
выпускаемых
препрегов
по
техническим
характеристикам мировому уровню (обеспечить повышение прочностных,
температурных и других характеристик продукции).
Занять лидирующее положение прежде всего в области производства препрегов на
основе эпоксидных связующих наномодифицированных имидными олигомерами.
На единой производственной площадке сконцентрировать производственное
оборудование ведущих мировых производителей, рассчитанное на серийный выпуск
препрегов. Внедрить ряд не применяемых ранее в России технологий.
Создать уникальное производство, обеспечивающее ключевые компетенции
предприятия на рынке неметаллических композиционных материалов, возможности
быстрого освоения выпуска продукции для нужд различных отраслей-потребителей.
СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СОЗДАВАЕМОГО ПРОИЗВОДСТВА
ПЛАНИРУЕМОЕ К ЗАКУПКЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПО ПОЛУЧЕНИЮ ПРЕПРЕГОВ
Проект размещения, необходимый объем инжиниринговых работ и работ по
обучению персонала берут на себя поставщики оборудования
ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ЛИНИЯ ПРОПИТКИ CAVITEC
• Получение 1D и 2D препрегов шириной до 1.84 м. Технология
нанесения пленки связующего с бумаги, технология пропитки
раствором связующего однонаправленных препрегов,
технология пропитки мультиаксиальных тканей.
• Производительность до 1.5-2.5 тыс. т/год (в зависимости от
номенклатуры).
• Срок поставки 7 мес.
• Необходимый персонал – 3 ч/смену.
• Энергопотребление 180 кВт. Занимаемая площадь – 580 м2.
• Ориентировано на производство препрегов высочайшего
качества для авиации. Аналогичное оборудование
используется для производства препрегов применяемых на
самолетах Боинг и Аэробус.
ВЕРТИКАЛЬНАЯ ЛИНИЯ ПРОПИТКИ CAVITEC
•Производит препреги тканевые (2D) шириной до 1.84 м.
•Технология пропитки раствором связующего.
•Производительность до 2.5-5 тыс. т/год (в зависимости от
номенклатуры).
•Срок поставки 7 мес.
•Необходимый персонал – 3 ч/смену. Энергопотребление
170 кВт.
•Занимаемая площадь – 580 м2.
•Ориентировано на производство препрегов для авиации,
машиностроения и др. отраслей.
КОМПЛЕКС ИСПЫТАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Универсальные испытательные машины: разрыв,
сжатие, изгиб, сдвиг, расслоение, коэффициент трения
(нагрузки от 1 г - 10 т, скорость – 0.001-500 мм/мин ,
интервал измерений от -70 до 300 °С)
Определяемые характеристики:
Весь комплекс физико-механических
характеристик по отечественным и
зарубежным стандартам.
Hounsfield H100KS
X1
X2
D1
D2
АССОРТИМЕНТ ПРЕПРЕГОВ И ПРОДУКТОВ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ В
РОССИ И В МИРЕ
КОНСТРУКЦИОННЫЕ ТКАНИ ПРОИЗВОДИМЫЕ В
РОССИИ
ШИРИНА, мм.
ПРИМЕНЕНИЕ
Номенклатура и ассортимент
ограничены (3 типа: ЭЛЛУР, УОЛ,
УТ).
Оборудование физически и
морально устарело.
до 900
КОНСТРУКЦИОННЫЕ ТКАНИ ПРОИЗВОДИМЫЕ В
МИРЕ
ШИРИНА, мм.
50-2000
ПРИМЕНЕНИЕ
Номенклатура и ассортимент
насчитывают несколько десятков
(под конкретные задачи)
Используется принципиально
новое оборудование и подходы.
Тип препрегов
РОССИЯ
В МИРЕ
1Д
ширина 300÷700 мм
нить крученая
высокие цены
ширина до 2000 мм
площеные жгуты из ровницы
относительно низкие цены (использование
жгутов до 1600 текс)
ТКАНЕВЫЕ
ширина - только 900 мм,
ограничено типом плетения
Ширина до 2000 мм, широкая номенклатура по
плотности утка и основы
2,5Д
отсутствуют
широко применяется для изделий сложной
формы
мультиаксиальные
отсутствуют
широко применяется
ширина 2500 мм
количество слоев – до 7
ЦЕЛИ И СУТЬ ПРОЕКТА «ПРЕПРЕГ»
ВНЕДРЕНИЕ НОВЫХ ДЛЯ РОССИИ ТЕХНОЛОГИЙ
Технологии промышленного производства полиимидных связующих
Технологии наномодификации эпоксидных связующих имидными
олигомерами, металлическими и керамическими наночастицами.
Технологии получения площеных жгутов углеродных волокон.
Новых технологий текстильной переработки углеродного волокна
Ткани различного типа плетения (сатин, саржа
и др.)
Мультиаксиальные ткани
Тестильные структуры для получения 1D
препрегов
Контурные ткани (2.5 D препреги)
Ткани на основе площеных жгутов
УЧАСТОК ТЕКСТИЛЬНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ
Текстильная переработка стекловолокна
Установка для получения
контурных тканей (2.5 D)
Текстильная переработка углеродного волокна
МИРОВЫЕ ПРОИЗВОДИТЕЛИ ПРЕПРЕГОВ
Крупнейшие производители препрегов, 2007 г.
Характеристики производителей, 2007 г.
Изменение
капитализации,
янв08/янв09, %
15%
Выручка от
препрегов, % от
общей выручки, 2007,
$ млрд.
0,67
56%
Выручка
2007, $ млрд.
30%
-67%
5%
1,2
 Hexcel
Рост выручки, 20032007, %
8%
-58%
6%
-39%
-47%
8%
3,3
 Cytec
 Toray
13,3
16%
0,29
0,53
22%
12%
2%
Частная компания
-53%
13%
Hexcel
Tencate
23%
Cytec
ACG
В денежном выражении
Toray
Прочие
Gurit
Nikkei 225
-41%
NASDAQ
-37%
DJIA
-34%
Ключевые факты
 Рынок препрегов имеет высокую степень концентрации – 3
крупнейших поставщика контролируют 66% рынка.
 Из 6 крупнейших поставщиков, 3 компании являются
вертикально-интегрированными и совмещают производство
препрегов с выпуском углеродных волокон, связующих и
прочей химической продукции
 Gurit
0,3
 Tencate
 ACG
0,16 53%
1,0
0,14 14%
0,6
7%
0,12 20%
19%
Отраслевая специализация, 2007 г.
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
10%
3%
10%
3%
7%
15%
32%
35%
11%
6%
11%
19%
22%
24%
13%
35%
Ав иация
Hexcel
Cytec
Toray
В денежном выражении
Источники: Lucintel
-3%
24%
20%
Спорт и отдых
Промышленность
Gurit
Tencate
ACG
Прочие