28-30 марта 2023 года в Москве в рамках выставки «Композит-Экспо» прошел юбилейный X форум «Композиты без границ» – главное событие года в индустрии отечественных композиционных материалов. Основная тема была продиктована актуальной технологической повесткой: экспертам отрасли предстояло оценить текущее состояние отечественной промышленности в сфере новых материалов, перспективы и пути решения стоящих перед ней задач и вызовов.
Общение представителей промышленности, науки, бизнеса и власти проходило в формате панельных дискуссий и круглых столов. Одним из ключевых мероприятий Форума стала Первая конференция «Применение термопластичных композиционных материалов в промышленности», организаторами которой выступили АО «ЮМАТЕКС» (дивизион «Перспективные материалы и технологии» Госкорпорации «Росатом»), Передовая инженерная школа «Цифровой инжиниринг» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (ПИШ СПбПУ), и российская инжиниринговая и производственная компания ООО «Би Питрон СП». Решение о проведении конференции было принято по итогам успешной работы круглого стола, который состоялся в Центре компетенций НТИ СПбПУ в июле 2022 года, впервые объединив на одной площадке основных производителей волокна, полимеров, препрегов и конечной продукции и разработчиков технологического оборудования.
Спикеры пленарного заседания
Модератор:
- Тюнин Александр Владимирович, генеральный директор АО «Юматекс»
Спикеры:
- Евтухов Виктор Леонидович, статс-секретарь – заместитель Министра промышленности и торговли РФ;
- Лихачев Алексей Евгеньевич, генеральный директор Госкорпорации «Росатом»;
- Песков Дмитрий Николаевич, специальный представитель Президента Российской Федерации по вопросам цифрового и технологического развития;
- Русских Алексей Юрьевич, губернатор Ульяновской области;
- Липа Кирилл Валерьевич, генеральный директор АО «Трансмашхолдинг»;
- Гайданский Анатолий Иосифович, первый заместитель генерального директора ПАО «Корпорация «Иркут».
На открытии Форума генеральный директор Госкорпорации «Росатом» Алексей Лихачев зачитал приветствие Председателя Правительства России Михаила Мишустина, в котором подчеркивался серьезный научный, технологический и промышленный потенциал России в создании композитов с уникальными характеристиками.
«Несмотря на санкционное давление, создание новых материалов увеличивается, стремительно растет и их потребление. В настоящее время в нашей стране выпускается полная номенклатура передовых углеродных волокон, в том числе эталонных в своих категориях», – отмечено в обращении председателя Правительства РФ.
Продолжая тему, глава «Росатома» подчеркнул, что ряд отраслей российской промышленности уже достигли стадии технологического насыщения: для дальнейшего развития композиты должны стать неотъемлемой составляющей всех технологий. Алексей Лихачев выделил ключевые направления развития сферы композиционных материалов:
«Первая задача – максимальное движение в сторону конкретных конечных продуктов: это и крылья самолетов, и обтекатели для транспорта, и хоккейные клюшки, серфы и многое другое. Одним словом, «композиты в массы»: удовлетворение широкого индустриального и потребительского спроса. Вторая задача научно-технологическая – это определенное количество фундаментальных и прикладных исследований. Третья задача – люди. Нам нужны большие программы подготовки кадров, нужны специалисты по всей производственной линейке: технологи, композитные конструкторы, химики. Наряду с этим очень важна тема рециклинга композиционных материалов», – заключил Алексей Евгеньевич.
О необходимости удовлетворять спрос широкого круга промышленных отраслей говорил в своем выступлении заместитель Министра промышленности и торговли России Виктор Евтухов. В настоящее время ведущими потребителями новых материалов являются авиакосмическая отрасль и оборонно-промышленный комплекс, между тем, растет спрос в строительстве, транспортном машиностроении, судостроении, производстве электроники.
«Технологический суверенитет невозможен без применения в экономике новых материалов, в том числе и композитных. Российская композитная промышленность за последние годы существенно продвинулась вперед и выстроила активную работу с самыми разными отраслями. Со своей стороны правительство активно поддерживает производителей. Например, сейчас реализуется более 150 проектов на общую сумму инвестиций 160 млрд рублей. Существуют определенные вызовы, например, связанные с оснащенностью оборудованием и сырьевой базой химических компонентов, но они активно решаются», – подчеркнул Виктор Леонидович.
По словам ВиктораЕвтухова, несмотря на более высокую стоимость композитов в сравнении с другими материалами, по жизненному циклу они серьезно выигрывают, давая экономию с точки зрения эксплуатационных расходов конечной продукции. В свою очередь генеральный директор АО «ЮМАТЕКС» Александр Тюнин, выступавший модератором заседания, отметил, что ключевая задача для российской композитной отрасли – не просто обеспечить технологический суверенитет, а побороться за лидерские позиции в мире к 2030-35 годам.
Обсуждению перспектив российского рынка термопластичных композиционных материалов (ТПКМ), возможностей ТПКМ для отраслей экономики и отдельных предприятий была посвящена Первая конференция «Применение термопластичных композиционных материалов в промышленности». Проректор по цифровой трансформации СПбПУ, руководитель НЦМУ СПбПУ, Передовой инженерной школы (ПИШ) СПбПУ «Цифровой инжиниринг», Центра компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии» и Инжинирингового центра (CompMechLab®) СПбПУ Алексей Боровков выступил одним из ключевых спикеров.
Участники пленарного заседания
- Семен Кишилов, заместитель генерального директора по исследованиям и разработкам АО «Юматекс» (модератор);
- Владислав Васильев, директор департамента металлургии и материалов Министерства промышленности и торговли РФ;
- Дмитрий Карелин, заместитель генерального конструктора по НИР АО «Объединенная двигателестроительная корпорация»;
- Валерий Литвинов, советник генерального директора Холдинговой компании АО «ОНПП «Технология» им. А. Г. Ромашина», член НТС Государственной корпорации «Ростех»;
- Александр Дворецкий, первый заместитель генерального директора АО «Композит»;
- Антон Шумаков, руководитель проектов по созданию термопластичных композитов АО «Препрег-СКМ»;
- Алексей Боровков, проректор по цифровой трансформации СПбПУ, руководитель НЦМУ СПбПУ, Передовой инженерной школы (ПИШ) СПбПУ «Цифровой инжиниринг», Центра компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии» и Инжинирингового центра (CompMechLab®) СПбПУ.
Старт конференции дал директор Департамента металлургии и материалов Министерства промышленности и торговли РФ Владислав Васильев. Он подчеркнул, что такие площадки позволяют собраться представителям разных сфер: науки, производства и тех, кто эксплуатирует готовое изделие из композитных материалов, чтобы сообща определять пути дальнейшего развития индустрии отечественных композитов. Владислав Викторович отметил, что в условиях санкционного давления, когда закрыты привычные пути поставок компонентов для производства композитных материалов, возникают новые возможности, которые необходимо увидеть и использовать.
«Использование композитов сопряжено с увеличением потребления спецсплавов и цветных металлов, таких как титан, алюминий, поэтому отрасль может дать большой толчок для развития смежных направлений и науки. Закрытые рынки других стран создают колоссальные возможности для развития малотоннажной химии, особенно с учетом того, что Россия является номером один в мире по добыче нефти, газа, то есть, исходного сырья для малотоннажной химии для производства материалов для композитов. Это возможности, которые мы видим и понимаем всю важность поддержки», – сказал Владислав Васильев. Он добавил, что ближайшая задача – начать с накопления научных разработок в области композитов, следом переходить к формированию сырьевой базы.
«В перспективе объем композитной отрасли может превзойти объем по черной металлургии», – заключил спикер.
Теме развития технологии разработки изделий из ТПК и вопросам достижения технологического суверенитета в данной области был посвящен доклад Алексея Боровкова. Проректор по цифровой трансформации СПбПУ назвал яркие примеры применения композиционных материалов в отраслях промышленности, начиная еще с 1917 года, отметив при этом, что в современных условиях глобальной конкуренции при создании высокотехнологичной продукции так называемый центр тяжести сместился на этап проектирования.
«На этапе разработки учитываются все свойства материалов, технологические особенности процессов. Мы имеем дело с проектированием финального изделия. Оно выходит на рынок, поэтому мы должны рассматривать композиционные материалы, конструкции из них, включая термопласты, как сложную систему на разных уровнях (микро-, меза-, макро-) и разных стадиях жизненного цикла», – пояснил Алексей Иванович.
Спикер представил подход к оптимизации изделия, используя триаду «Материалы & Технологии & Конструкция», а также подробно рассказал о технологии разработки цифрового двойника на цифровой платформе CML-Bench™. Основным элементом цифрового двойника выступает многоуровневая матрица требований, целевых показателей и ресурсных ограничений, предназначенная для обеспечения балансировки большого количества целевых характеристик как объекта в целом, так и его компонентов. Алексей Боровков подчеркнул, что данный подход, закрепленный в стандарте ГОСТ Р 57700.37–2021 «Компьютерные модели и моделирование. ЦИФРОВЫЕ ДВОЙНИКИ ИЗДЕЛИЙ. Общие положения», применим к композиционным материалам и композитным структурам:
«Мы должны накопить богатый опыт в моделировании тех тонких процессов, которые наблюдаются, вплоть до оснастки, вплоть до создания композиционного материала, в том числе конструкции изделия и ее эксплуатации с учетом всех возможных особенностей. <…> Фактически идет объединение цифрового и материального миров, композиционных материалов. Продукт, изделие для любой отрасли подразумевают оптимизацию многих вещей, где ключевыми являются конструкция, технология и материалы. Возникает цифровой двойник на этапе разработки, а не на стадии выхода в эксплуатацию».
Применение технологии цифрового двойника позволяет снижать стоимость разработки и время вывода продукта на рынок, максимально сокращая объемы натурных испытаний. Алексей Боровков подчеркнул, что доступная стоимость композитов – это один из определяющих факторов в решении озвученной ранее задачи: создании массового рынка новых материалов и их широкого применения в разных отраслях промышленности.
Переходя от экономической составляющей к научной, Алексей Иванович представил таймлайн развития направления ТПКМ в ПИШ СПбПУ «Цифровой инжиниринг».
Спикер отметил, что в число направлений для решения фронтирных инженерных задач, предусмотренных программой ПИШ СПбПУ, входит разработка и применение новых материалов, включая полимерные композиционные материалы для ракетно-космической отрасли, нефтегазовой отрасли (в том числе для применения на Крайнем Севере), импортозамещение материалов в металлургии.
В настоящее время идет работа над созданием к 2024 году в ПИШ СПбПУ Центра компетенций по термопластичным полимерным композиционным материалам. Миссией данного центра должно стать объединение в рамках консорциума на одной исследовательской площадке ключевых участников рынка: производителей волокна, полимеров, препрегов, разработчиков технологического оборудования и производителей конечной продукции для опережающего развития отрасли. Алексей Боровков назвал компании, которые могут войти в консорциум, и обозначил основные задачи развития направления ТПКМ в рамках ПИШ СПбПУ:
- разработка перспективных технологий и пилотных установок для широкого круга заказчиков;
- проведение совместных научных и технологических междисциплинарных исследований;
- разработка высокоадекватных математических моделей материалов и технологических процессов;
- создание отечественного ПО для работы с композитами;
- подготовка высококвалифицированных специалистов для промышленности и создание новых образовательных пространств.
«Объединяя опыт и ресурсы различных организаций, мы можем достигать результатов, которые фактически будут свидетельствовать о достижении технологического суверенитета», – заключил Алексей Боровков.
О текущем применении термопластичных материалов в производстве высокотехнологичной продукции на конференции рассказали представители госкорпораций и ведущих промышленных предприятий России. Заместитель генерального конструктора по НИР АО «Объединенная двигателестроительная корпорация» Дмитрий Карелин отметил, что внедрение термопластичных материалов, обладающих уникальными характеристиками, является перспективным направлением для эволюционного снижения веса и стоимости силовых установок на базе газотурбинных двигателей гражданского назначения.
«Целевая функция, по которой мы работаем в части внедрения композитов, – это снижение массы авиационного двигателя. Широкое применение ПКМ обеспечивает снижение массы двигателя на 8-12% при неизменном снижении стоимости деталей, изготовленных по новым технологиям. При эксплуатации самолета показатель снижения массы двигателя нужно умножать на три, то есть если мы уменьшаем массу двигателя на 1 кг, то применительно к самолету можно говорить сразу о 3 кг, соответственно, возрастает топливная эффективность», – рассказал Дмитрий Владимирович.
В АО «ОДК» развиваются технологии термоформования, 3D-печати, пропитки под давлением, ультразвуковой и индукционной сварки термопластичных материалов для применения в отдельных элементах двигателей ПД-8, ПД-14 и ПД-35: мотогондолы, шумоглушащие панели, лопатки и корпуса вентилятора, кожухи, статорные детали, трубопроводы.
Устойчивый интерес к новым материалам в космической отрасли подтвердил Александр Дворецкий, первый заместитель генерального директора АО «Композит» – головного предприятия ГК «Роскосмос» в области материаловедения ракетно-космической техники. Он подчеркнул, что к современным агрегатам предъявляются повышенные требования по длительности сроков существования в космической среде, устойчивости к перепадам температур и возможности многоразового использования, и именно термопласты обладают данными преимуществами. Так, ведутся работы в части применения ТПКМ в производстве баллонных систем космических аппаратов.
Советник генерального директора Холдинговой компании АО «ОНПП «Технология» им. А. Г. Ромашина», член НТС Государственной корпорации «Ростех» Валерий Литвинов подробно остановился на таком важном преимуществе термопластиков как возможность практически полной переработки.
«Термопласты могут существенно сократить и количество циклов, и время изготовления композиционных конструкций. Они имеют существенное преимущество по сравнению с термореактивными материалами на основе термопластичных связующих. Очень важны вопросы экологии и комфорта тех, кто использует данные конструкции. Материалы на основе термопластичных композитов можно практически полностью переработать, во время обработки практически не выделяются летучие органические вещества», – подчеркнул Валерий Борисович.
На конференции говорили и о том, какие инновационные материалы производители ТПКМ уже сейчас готовы предложить промышленности. Так, руководитель проектов по созданию термопластичных композитов АО «Препрег-СКМ» (входит в структуру «ЮМАТЕКС» ГК «Росатом») Антон Шумаков рассказал о производстве разных номиналов технических тканей и препрегов на основе углеродных, стеклянных, арамидных волокон для использования в судостроении, авиастроении, строительстве. Он отметил, что углеродные полотна, мультиаксиальные ткани и препреги в составе композиционных материалов отличаются необычайной легкостью, прочностью и коррозионной стойкостью.
Также в секции конференции выступил научный сотрудник лаборатории «Моделирование технологических процессов и проектирование энергетического оборудования» ПИШ СПбПУ Илья Кобыхно. Он представил базовые и перспективные технологии переработки термопластичных композиционных материалов, над разработками которых трудятся специалисты СПбПУ.
Подводя итог выступлений, эксперты сошлись во мнении, что российские композитные материалы способны полноценно замещать импортные аналоги, а потребность в их применении существует в различных отраслях промышленности и в дальнейшем будет все более возрастать. Необходимо и дальше вести активную работу по объединению научных организаций, бизнеса и крупных промышленных производителей с привлечением мер государственной поддержки. Вместе с тем задача вузов и работодателей – создавать условия для подготовки технологов, конструкторов, инженеров, химиков, способных вывести композитную индустрию на новый уровень развития.