Будущее сделано из композитов

При изготовлении и проектировании композитного материала разработчик может придать ему строго индивидуальные характеристики. Фото Reuters

Два года назад в результате санкций США против АО «Аэрокомпозит» было поставлено под угрозу создание так называемого композитного «черного крыла» для перспективного проекта – самолета МС-21. Замена материала крыла на металл могла бы решить вопрос. Но это значительно увеличивало стоимость проекта, которую Счетная палата оценила в 438 млрд руб. Но в России смогли изготовить собственные композиты. Однако они тяжелее, чем американские. В результате вес российского крыла оказался на 300 кг больше. Возможно, этот факт повлияет на сертификацию МС-21.

Будут ли в России собственные композиты, что мешает их появлению, нужна ли помощь государства в их продвижении на внутренний и мировой рынки?

«Перспективы развития композитной мировой индустрии опираются на три ключевых фактора, – отмечал генеральный директор компании UMATEX Александр Тюнин, выступая в Москве на IX форуме «Композиты без границ». – Первый – развитие альтернативной энергетики с применением композитов: ветролопасти, баллоны для водорода, панели солнечных батарей, увеличение доли композитов в авиалайнерах и других видах транспорта. Второй – развитие технологий переработки отходов и вторичного использования для решения в том числе экологической проблемы, поскольку углепластик работает до 100 лет и более. Третий – цифровизация, которая резко сократит срок и стоимость разработки новых материалов».

Однако развитие российского рынка композитов сдерживает негибкая система государственных закупок: цена материала – ключевой критерий; долгие сроки квалификации и сертификации материалов; проблемы импорта материалов. Наконец, отсутствие у инженеров баз данных по композитным материалам и программного обеспечения для проектирования изделий из них.

Тем не менее, по мнению генерального директора госкорпорации «Росатом» Алексея Лихачева, композиционные материалы в полной мере соответствуют целям устойчивого развития. «Одним из ключевых критериев выбора материала является жизненный цикл. Композиты в этом вопросе дают серьезную фору традиционным материалам. Срок службы изделий из композитов превышает 50 лет», – подчеркивает он.

В строительстве, по словам Лихачева, применение композитов позволяет снизить углеродный след за счет сокращения потребления традиционных материалов – стали и бетона. Применение композитов в авиастроении повышает топливную эффективность авиалайнеров. Термопластичные композитные водородные баллоны для экологичного транспорта способны выдерживать давление до 700 атмосфер и в 3–4 раза легче аналогов из металла.

Сейчас мировой рынок композитов составляет 80 млрд долл. На нем лидируют Китай 32% (25,6 млрд долл.) и США с 26% (21,6 млрд долл.). Сегмент России – 1% (1,1 млрд долл.). В структуре российского рынка композитов преобладает, в частности, строительная индустрия – 35% (22,9 млрд руб.). Это водоотводные лотки, изолирующие накладки, композитные материалы и т.д. На втором месте – гражданское авиа- и судостроение: 19% (12,4 млрд руб.).

Некоторое время назад «Росатом» подписал соглашение с правительством РФ о разработке «дорожной карты» развития высокотехнологичной области «Технологии новых материалов и веществ». «Дорожная карта» разрабатывается в «сквозной» логике: от фундаментальной науки до серийных производств в РФ и за рубежом. Цель – обеспечить глобальное технологическое лидерство России в сфере новых материалов и веществ. Композитные материалы – один из ключевых треков: продажи российских углекомпозитов в год (с 2030 года) – 200 млрд руб.

Заметим, что весьма актуально применение композитов на Дальнем Востоке, особенно на удаленных территориях, где наиболее остро стоит вопрос создания инфраструктуры – прежде всего транспортной и жилищной. Для нашей страны с ее геоклиматическими особенностями это немаловажный фактор.

Первый заместитель генерального директора корпорации «Иркут» Анатолий Гайданский отмечает, что российским композитным материалам удалось полноценно заместить импортные аналоги. Он уверен, что отечественные композиты будут востребованы в других авиастроительных проектах, например, в развитии семейства самолетов МС-21, в создании российско-китайского широкофюзеляжного самолета.

Генеральный директор АО «АэроКомпозит» Михаил Лифшиц напоминает, что важно заниматься не только внедрением композитов, но и развивать разработку и производство гибридных материалов. Они позволяют совместить свойства металлов и композитов и уже показали эффективность в традиционных и новых отраслях промышленности.

Конечно, композиты не панацея. Они всегда создаются для реализации конкретных задач, следовательно, они не могут сочетать в себе все возможные достоинства. Как говорится, «где-то находишь, где-то теряешь». То есть при проектировании композитного материала разработчик может придать ему определенные характеристики, которые в значительной степени будут превосходить по аналогичным параметрам традиционные материалы. Но в то же время уступать по другим.

Другими словами, нельзя создать какой-то один универсальный материал. Инженер-проектировщик должен заранее знать, в каких условиях будет эксплуатироваться его изделие, выполнить все необходимые подсчеты и лишь затем выбрать оптимальный состав материалов.

Кроме того, у композитов есть ряд недостатков, притом существенных. Это прежде всего анизотропия – одни и те же свойства композитного материала могут в десятки раз различаться в зависимости от направления внешнего воздействия (вдоль волокон или поперек). Композиты, изделия из них имеют большой удельный объем. Они гигроскопичны, то есть им свойственно впитывать влагу.

Еще один немаловажный аспект: композиты токсичны. При изготовлении и в процессе эксплуатации эти материалы могут выделять вредные для здоровья человека пары.

Наконец, экономика! Композитные материалы обычно имеют высокую цену. Это объясняется тем, что при их производстве довольно часто используется дорогостоящее оборудование. Все это отражается на их себестоимости. Так что всегда надо тщательно оценивать все варианты, прежде чем применять в какой-то отрасли композиты.