Отправляясь вчера на бывший завод «Москвич» на Волгоградском проспекте, давно уже превращённый в технозону, «ЭкоГрад» прежде всего рассчитывал увидеть разрекламированный «автобус будущего» (который позже, а именно –– сегодня, уже будет испытываться на улицах Москвы), точнее –– то, из чего он будет сделан. Однако перспективы применения композитных материалов оказались куда шире и заманчивее, в чём и убедился наш корреспондент Валерий ЛОМОВ.
Кроме автобусных корпусов, в Нанотехнологическом центре композитов были представлены прочие элементов автоинтерьера и автоэкстерьера, стойкие к агрессивным веществам труб, мобильные дорожные покрытий, композитные ламели из углеродного волокна и всякие разные конструкции для дорожной инфраструктуры. «ЭкоГрад» особенно интересовали экологические характеристики композитных материалов –– и они вполне вписались в схемы нейтрализации воздействия и рециклинга (см. видео, интервью технического директора НЦК Алексея Раннева нашему журналу). Так подтверждается старая истина: всё экологичное и инновационное гораздо лучше по всем параметрам традиционного индустриального, но –– дороже. К счастью, тренд «дёшево и сердито» благополучно почил в бозе уже и на просторах нашей Родины. А то, что будущее –– за наноматериалами (по крайней мере, до 2060 года, когда наступит новый технологический уклад когнитивных технологий), стало ясно уже с открытием графена, отмеченного Нобелевской премией. И небольшая экскурсия по большому цеху авангардных нанотехнологий в этом ещё раз убеждает.
ОБЪЕКТ: НАНОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ЦЕНТР КОМПОЗИТОВ
Компания «Нанотехнологический Центр Композитов» (НЦК) была учреждена на основе инвестиционного соглашения 2011 года между ЗАО «ХК «Композит» и Фондом инфраструктурных и образовательных программ (РОСНАНО). Общий объем инвестиций в проект составил около 2 млрд 750 млн рублей, включая софинансирование Фонда инфраструктурных и образовательных программ в размере 1 млрд 100 млн рублей. В январе 2014 года компания DowAksa подписала соглашение об инвестициях в уставной капитал Центра и стала полноправным участником Центра.
НЦК открылся 21 августа 2013 года в технополисе «Москва» (бывший автозавод «Москвич», Волгоградский проспект, 42).
НЦК оказывает полный комплекс инжиниринговых услуг, включающих разработку технологий, проведение проектных работ, расчет и моделирование, прототипирование, испытания, выпуск малых серий, работы по подбору поставщиков оборудования и дальнейшему внедрению технологии на промышленных производствах.
Центр также занимается производством оснасток и изделий из полимерных композиционных материалов для различных отраслей промышленности: энергетики, строительства, судостроения, автомобилестроения, телекоммуникаций и т.д. И запуском стартапов в области производства изделий из полимерных композиционных материалов. Наноцентр проводит НИОКР и ОТР по внедрению полимерных композитов в такие компании как ГК «Росатом», ОАО «РЖД», ОАО «Газпром», ОАО «РусГидро».
«Наш центр уникален тем, что здесь сконцентрированы ключевые компетенции в области производства готовых изделий на основе полимерных композитов. По сути дела, мы создаем новые ниши для этих материалов в различных отраслях промышленности и доказываем экономическую эффективность применения композитов. Мы сотрудничаем с мировыми лидерами в области композитов и имеем возможность осуществлять трансфер технологий», — считает генеральный директор Нанотехнологического центра композитов (с момента его основания) Михаил Столяров.
Из разработок НЦК наиболее известны:
–– опоры контактной сети, армированных композитной арматурой, для ОАО «РЖД»;
–– крупногабаритные автомобильные компоненты, элементы беспилотников из композитных материалов с помощью технологии RTM-инжекции;
–– разработка композитного кузова для городского автобуса, за которую в 2016 году НЦК и венгерская компания Evopro получили международную награду JEC Innovation Award. Использование композитов позволяло значительно упростить производство, снизить массу автобуса, а значит сократить расход топлива и объем выбросов.
Сегодня на маршруте «Фили» – «Метро «Китай-город» уже проходят испытания первого в России цельнокомпозитного электробуса MODULO C68E, созданного Нанотехнологическим центром композитов и венгерским холдингом Evopro Group. Его уникальность – в использовании самонесущего модульного композитного стеклопластикового кузова, серийное производство которого ведёт НЦК. Применение композитов позволило одновременно снизить вес автобуса на несколько тонн и уменьшить его габариты на 2-3 метра.
Та самая статуэтка из 2016-го...
КОНТЕКСТ: НАНОКОМПОЗИТЫ И СФЕРЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
Терминология определяет нанокомпозит как многокомпонентный твердый материал, в котором один из компонентов в одном, двух или трех измерениях имеет размеры, не превышающие 100 нанометров; также под нанокомпозитами понимаются структуры, состоящие из множества повторяющихся компонентов-слоев (фаз), расстояние между которыми измеряется в десятках нанометров.
В последнее время наиболее востребованы полимерные нанокомпозиты, содержащие полимерную матрицу с распределенными по ней наночастицами или нанонаполнителями, которые могут иметь сферическую, плоскую или волокнистую структуру. В качестве матрицы в этом виде нанокомпозитов применяют полипропилен, полистирол, полиамид или нейлон, а нанокомпонентами выступают частицы оксидов алюминия или титана, либо углеродные, а также кремниевые нанотрубки и волокна. Нанокомпозиты на основе полимеров отличаются от обычных полимерных композитных материалов меньшим весом и при этом большей ударопрочностью и износостойкостью, а также хорошим сопротивлением химическим воздействиям, что позволяет использовать их в военных и аэрокосмических разработках. Главное условие для создания полимерного нанокомпозита с необходимыми свойствами заключается в полной совместимости основного материала и добавляемых к нему наночастиц, однако не менее важно для конечного результата правильно распределить наночастицы на полимере. Нанокомпозиты благодаря своим впечатляющим физическим и химическим характеристикам способны принести пользу в самых разных сферах производства, электроники и даже медицины.
Например, исследователям, занимающимся нанокомпозитами, удалось изобрести метод создания анодов из кремниевых наносфер и углеродных наночастиц для литиевых элементов питания. Аноды, изготовленные из кремниево-углеродного нанокомпозита, намного более плотно прилегают к литиевому электролиту, уменьшая вследствие этого время зарядки или разрядки устройства. Из нанокомпозитов, состоящих из целлюлозной основы и нанотрубок, можно производить токопроводящую бумагу. Если такую бумагу поместить в электролит, появится нечто вроде гибкой батареи. Также в электронной промышленности нанокомпозиты собираются применять для получения термоэлектрических материалов, демонстрирующих сочетание высокой электропроводности с низкой теплопроводностью.
Особое место в разработке нанокомпозитных материалов занимает графен. Нанокомпозит, содержащий графен и олово, способен заметно увеличить емкость литий-ионных аккумуляторов и уменьшить их вес. Недавно было установлено, что добавление графена к эпоксидным композитам приводит к увеличению жесткости и прочности материала по сравнению с композитами, содержащими углеродные нанотрубки. Графен лучше соединяется с эпоксидным полимером, более эффективно проникая в структуру композита. Нанокомпозиты на основе графена можно использовать при производстве компонентов авиатехники, которые должны оставаться одновременно легкими и устойчивыми к физическому воздействию.
Нанокомпозиты на основе полимерных матриц и нанотрубок способны изменять свою электрическую проводимость за счет смещения нанотрубок относительно друг друга под влиянием внешних факторов. Это свойство можно применить для создания микроскопических сенсоров, определяющих интенсивность механического воздействия за сверхкороткие промежутки времени.
Ученые также надеются, что нанокомпозиты помогут ускорить восстановление структуры поврежденных костей, если вдоль них установить направляющие рост и регенерацию тканей костей шарниры, сделанные из полимерного нанокомпозита, содержащего нанотрубки. А в 2012 другая группа исследователей предложила использовать нанокомпозиты в стоматологии для восстановления зубной эмали. Если соединить магнитные частицы с флуоресцирующими частицами, появится возможность получить материал, которому присущи оба эффекта. За счет магнитных качеств такого нанокомпозита можно быстрее и проще обнаружить опасные образования в организме, а во время оперативного вмешательства подсветка облегчит работу хирургам.
Нанокомпозиты, содержащие частицы оксида циркония и обладающего отличными каталитическими свойствами, по мнению синтезировавших их ученых из Ирана, пригодятся не только в фармакологии и медицине, но и в процессе очистки объектов окружающей среды от органических загрязнителей, а также для их переработки в безопасные материалы («зеленая химия»).
В автомобильной промышленности из нанокомпозитных материалов можно изготавливать различные элементы интерьера, электронного оборудования, систем безопасности, шин, модулей двигателей автомобилей. Это позволит снизить общий вес конструкции, сократить выбросы углекислого газа, увеличив помимо того и эффективность самого двигателя, снизить износ деталей и частей корпуса, повысить прочность автомобильного кузова и надежность бортовой электроники.
Фото и видео Валерия ЛОМОВА.
