В Центре НТИ СПбПУ прошел круглый стол «Применение термопластичных композиционных материалов в промышленности»

21 июля 2022 года в Центре компетенций НТИ Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) состоялся круглый стол «Применение термопластичных композиционных материалов в промышленности». Мероприятие реализовано в рамках проекта «Разработка подходов к моделированию перспективных композиционных материалов и новых методов численного анализа», входящего в состав стратегического проекта «Цифровая трансформация промышленности» программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Организаторы круглого стола:

•  Центр НТИ СПбПУ "Новые производственные технологии"
• Инжиниринговая и производственная компания ООО «Би Питрон СП».

​Среди ключевых участников – представители госкорпораций «Росатом», «Ростех», «Роскосмос», разработчики термопластичных материалов, технологий и специализированного программного обеспечения (ПО), производители оборудования по изготовлению изделий из термопластичных композиционных материалов, а также предприятия – изготовители изделий.

Основная цель круглого стола – объединить на одной площадке ключевых производителей волокна, полимеров, препрегов и конечной продукции и разработчиков технологического оборудования, представить результаты новейших разработок, обменяться опытом и обсудить новые области применения термопластичных материалов.

Мероприятия деловой программы начались с подписания соглашения о сотрудничестве между Центром НТИ СПбПУ и ООО «Би Питрон СП». Подписи на документе поставили проректор по цифровой трансформации СПбПУ, руководитель Научного центра мирового уровня «Передовые цифровые технологии», Центра НТИ СПбПУ и Инжинирингового центра (CompMechLab^®) СПбПУ Алексей Боровков и генеральный директор ООО «Би Питрон СП» Игорь Волков.

Как рассказал Алексей Иванович, соглашение касается разработки и запуска к концу 2022 года полупромышленной установки для получения термопластичных полимерных композиционных материалов (ТПКМ). Тем самым открывается новая страница в истории многолетнего успешного сотрудничества компании «Би Питрон» и Центра НТИ СПбПУ.

Игорь Волков отметил, что работа с термопластичными композиционными материалами является самым молодым направлением в истории развития ООО «Би Питрон СП».

• «Мы пробивали дорогу, доказывая свою компетентность в области термопластичных композитов, разрабатывая технологии, проектируя и изготавливая установки, реализуя сложные проекты. Подписание соглашения я расцениваю как признание наших компетенций в этом направлении со стороны Политеха и со стороны отрасли», – подчеркнул Игорь Александрович.

Обращаясь к участникам круглого стола, организаторы поблагодарили гостей за высокий интерес к заявленной теме и найденные возможности обменяться мнениями и предложениями.

Во вступительном слове Алексей Боровков познакомил присутствующих с основными показателями деятельности Центра НТИ СПбПУ и отметил высокотехнологичные отрасли, где сосредоточены основные индустриальные партнеры. Это двигателестроение и энергомашиностроение, атомная, аэрокосмическая, нефтегазовая отрасли, вертолетостроение, автомобилестроение, железнодорожный транспорт, судостроение и кораблестроение.

«Подписаны две Дорожные карты, в рамках которых ведется разработка глобально конкурентоспособной высокотехнологичной продукции нового поколения. Это Дорожная карта “Технет НТИ – ОДК” (АО «ОДК» входит в Госкорпорацию “Ростех”) и Дорожная карта между Центром НТИ СПбПУ и АО “ТВЭЛ” (управляющая компания Топливного дивизиона Госкорпорации “Росатом”)» , – отметил руководитель Центра НТИ СПбПУ.

Алексей Боровков подчеркнул, что в Центре НТИ СПбПУ с 2016 года идет поступательная работа по созданию и развитию ведущего центра компетенций по ТПКМ в России. Задача создания такого центра компетенций – в объединении на одной площадке основных технологий производства препрегов и технологий изготовления конечной продукции, а также разработчиков специализированного ПО для обеспечения опережающего развития различных отраслей промышленности.

• «К нашим задачам относятся фокусировка на разработке передовых цифровых и производственных технологий, пилотных и лабораторных установок, проведение совместно с нашими партнерами научных и технологических междисциплинарных исследований, а также разработка высокоадекватных математических моделей материалов и технологических процессов для создания программного обеспечения – в этом направлении мы традиционно сильны. Еще одна задача – это разработка и внедрение промышленного оборудования», – рассказал Алексей Иванович.

В числе планов по развитию направления ТПКМ в Центре НТИ СПбПУ на ближайшие годы – запуск лабораторного стенда, разработка математических моделей технологических процессов, разработка соединительных технологий для ТПКМ (сварка, композитные клепки и т. п.). Кроме того, спикер подчеркнул важность опережающей подготовки специалистов и развития испытательной базы, что предполагает непрерывное взаимодействие с высокотехнологичной промышленностью.

В свою очередь, Игорь Волков добавил, что новая экономическая реальность ставит задачи-вызовы, для решения которых необходимо объединять усилия российских разработчиков материалов, технологий, ПО, а также предприятий, вузов и научного сообщества.

• «Привычные наработанные связи с зарубежными партнерами нарушены, цепочки взаимодействия необходимо выстраивать заново. Сейчас важно понять основные задачи, обобщить уже накопленный опыт и принимать консолидированные решения, чтобы в дальнейшем дать новый импульс в развитии отрасли», – заключил Игорь Александрович.  

Более детально проблемы, которые актуальны для области промышленного применения термопластичных композиционных материалов, прозвучали в докладе заместителя генерального директора по НИОКР ООО «Би Питрон СП» Игоря Словцова. В числе таковых он выделил отсутствие масштабного промышленного производства препрегов, проблемы с доступом к мировому ПО, которое ранее использовалось для разработки полимерных композиционных материалов (ПКМ), а также технологическому оборудованию. Как следствие – необходимость разработать отечественные аналоги.

• «Требуется более плотное взаимодействие между разработчиками материалов и организациями, которые занимаются освоением и внедрением технологий в сфере ПКМ», – сказал Игорь Викторович.

О применении ТПКМ в двигателестроении рассказал заместитель генерального конструктора по НИР АО «ОДК» Дмитрий Карелин. АО «ОДК» занимается внедрением ПКМ в авиационные силовые установки с 1994 года. Пионером внедрения новых технологий выступил двигатель ПС-90А. Толчком развития ТПКМ явилась задача снижения массы двигателя SaM-146.

• «Внедрение термопластичных материалов, обладающих уникальными характеристиками, является перспективным направлением для эволюционного снижения веса силовых установок на базе газотурбинных двигателей гражданского назначения», – отметил спикер

В АО «ОДК» развиваются технологии термоформования, пропитки под давлением, выкладки и сварки термопластичных материалов, которые планируется внедрить на двигателях ПД-8, ПД-14 и ПД-35. Между тем, существуют и сдерживающие факторы внедрения ТПКМ, в частности, отсутствие промышленного малотоннажного производства суперпластиков (PPS, PEEK, PEAK, PEKK) со стабильными физико-механическими характеристиками и умеренной стоимостью, недостаток квалифицированных материалов для применения в авиационной промышленности и их промышленного производства.

• «АО “ОДК” заинтересовано в расширении научно-технологической кооперации с институтами и предприятиями, обладающими российскими технологиями формообразования деталей и изготовлением термопластичных материалов», – заключил Дмитрий Карелин.

Председатель НТС, советник генерального директора Холдинговой компании АО «ОНПП «Технология» им. А. Г. Ромашина» Валерий Литвинов обозначил основные пути и перспективы применения армированных термопластов в авиации. Среди преимуществ спикер назвал более высокую ремонтопригодность: внедрение технологии сварки позволит повысить эффективность ремонтов в 1,5-2 раза. Данная технология способна стать полной или частичной заменой механическим соединениям, сократить трудоемкость сборки, уменьшить вес изделия.

• «Необходима разработка и реализация программы исследований с целью создания надёжных методов прогноза поведения конструкции из ТПКМ на этапах производства и эксплуатации», – отметил Валерий Борисович.

Авиация и автомобилестроение являются ключевыми драйверами роста мирового рынка термопластов. В России данные отрасли также имеют перспективы для масштабного внедрения термопластичных материалов и наращивания объемов потребления. Об этом, в том числе, говорилось в докладе руководителя проекта «Термопласты» АО «Юматекс»  Антона Шумакова.

Научно-исследовательский центр UMATEX (дивизион «Перспективные материалы и технологии» ГК «Росатом») является одним из ведущих международных центров, занимающихся исследованиями и разработками в области технологий получения углеродных волокон на основе ПАН-прекурсора и углеволокнистых полимерных композиционных материалов. Спикер затронул некоторые виды продукции: консолидированные пластины, тоупреги 6,35 мм, филаменты из непрерывного волокна, имеющие применение в авиации и автомобилестроении, а также двигателестроении, космической отрасли, медицине.

В докладе Антон Шумаков подчеркнул высокую актуальность темы круглого стола и высказал мнение, что подобные мероприятия и тематические конференции должны стать регулярными.

• «Очень рад, что организаторы определили именно такой состав участников. Желательно подобные встречи поставить на поток и взаимодействовать регулярно. Идеально – на разных площадках, чтобы была возможность сразу посмотреть производство, увидеть «вживую» технологии», – сказал Антон Алексеевич.

Об исследованиях в области ТПКМ, которые проводит Центр НТИ СПбПУ, рассказал младший научный сотрудник лаборатории «Моделирование технологических процессов и проектирование энергетического оборудования» Илья Кобыхно.

Он, в частности, упомянул разработку технологии получения композиционных однонаправленных термопластичных лент на основе полиэфирэфиркетона (ПЭЭК) и углеволокна. Технология отработана для различных типов полимеров. Разработка композиционных материалов нового поколения ведется совместно с КБГУ им. Х. М. Бербекова.

Напомним, в 2019 году в КБГУ был создан Университетский зеркальный инжиниринговый центр (УЗИЦ) «Новые производственные технологии «Эльбрус», а в 2021 году в Центре НТИ СПбПУ была открыта лаборатория «Полимерные композиционные материалы» под руководством д.т.н., профессора Светланы Хашировой.

• «На сегодняшний день мы получили образцы, которые по ключевым физико-механическим свойствам сопоставимы со всеми мировыми лидерами», – отметил Илья Кобыхно.

Опытная установка Центра НТИ СПбПУ обеспечивает непрерывное автоматизированное производство до 10 кг ленты в месяц. После запуска в конце года полупромышленной установки производительность возрастет до 100 кг ежемесячно, добавил спикер.

• «Та работа, которая проводится под руководством Алексея Ивановича, очень важна для объединения компетенций по всей стране для развития и разработки термопластичных композиционных материалов.
  Буквально в 2019 году мы создали ЗИЦ. За очень короткий период времени запущена сетевая образовательная программа «Компьютерный инжиниринг и цифровое производство». Выполнено несколько проектов в интересах ГК «Роскосмос». Я считаю, что создание ЗИЦ – это работающий реальный механизм для развития промышленности», – отметила и. о. проректора по научно-исследовательской работе КГБУ им. Х. М. Бербекова Светлана Хаширова.

В основном докладе Светлана Юрьевна более подробно остановилась на разработках КГБУ для высокотехнологичных отраслей промышленности, отметила преимущества суперконструкционных полимеров и композитов и области потенциального применения. Отдельно спикер упомянула полимерные аддитивные технологии.

• «У нас есть всё оборудование для всех существующих методов 3D-печати, мы можем синтезировать материалы для этого метода в больших количествах», – сказала Светлана Хаширова.

В рамках круглого стола также говорили о перспективах создания и внедрения российского ПО для проектирования изделий из композиционных материалов. Проблематику отразил в докладе Директор по стратегическому маркетингу ООО «АСКОН» Павел Щербинин. Руководитель проекта ООО «СПРУТ-Технология» Александр Грошев продемонстрировал возможности программирования выкладки лент и нитей при технологической подготовке производства изделий из ПКМ в CAM-системе SprutCAM.

Завершением круглого стола стала дискуссия по всем озвученным проблемам и предложенным способам решения. Участники сошлись во мнении, что запрос рынка на производство изделий из ТПКМ есть в различных отраслях. Проведенный круглый стол – это важный шаг к созданию фактически заново сектора промышленности, который связан с термопластичными композитами.

• «Организована специализированная площадка, которая объединила всех, кто имеет прямое отношение к развитию термопластичных композиционных материалов. И те, кто занимается исследованиями в области теоретического материаловедения, создает новые материалы, и те, кто разрабатывает технологию и оборудование под эти материалы, а также производственные площадки, которые эти материалы выпускают или планируют выпускать серийно. Фактически это вся цепочка, и такие встречи очень важны для эффективного взаимодействия, потому что все мы говорим на одном языке, но глоссарий абсолютно разный», – высказал мнение заместитель директора Департамента реализации программы создания КРК СТК ГК «Роскосмос» Денис Пудков.

Прозвучавшие в ходе круглого стола предложения легли в основу итогового решения, проект которого предстоит утвердить участникам. Основным решением стала инициатива разработать проект программы по развитию ТПКМ в Российской Федерации.