CC BY
3
УДК 685.65 + 691.175
Ренжина В.И., Аверина Ю.М., Зубарев А.М.
ПРИМЕНЕНИЕ НОВЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛЫЖНОГО ИНВЕНТАРЯ
Ренжина Валерия Игоревна, студентка 1 курса магистратуры, факультета цифровых технологий и химического инжиниринга, e-mail: valeriarenzhina@gmail.com;
Аверина Юлия Михайловна, к.т.н,, доцент, заведующая кафедры Логистики и Экономической Информатики Зубарев Андрей Михайлович, ассистент кафедры Инновационных материалов и защиты от коррозии Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл., д. 9
Проведен анализ и представлены выводы по выбору материалов и технологии производства для производства лыжного инвентаря в зависимости от нужд потребителя.
Ключевые слова: лыжный инвентарь, технология производства, композиты, полимеры, армирование.
THE USE OF NEW COMPOSITE MATERIALS TO IMPROVE THE TECHNOLOGICAL CHARACTERISTICS OF SKI EQUIPMENT. Renzhina V.I., Averina U.M., Zubarev A.M.
D. Mendeleev University Of Chemical Technology Of Russia, Moscow, Russia
Abstract: The analysis is carried out and conclusions are presented on the choice of production technology and
materials to produce ski equipment, depending on the needs of the consumer.
Key word: ski equipment, production technology, composites, polymers, reinforcement
Основной текст:
Использование различных материалов в производстве обуславливает итоговые свойства изделия, а также требует подбора наиболее соответствующей технологии. В данной работе выделяются две технологии производства армированных полимеров - жидкофазное совмещение (препреги) и твердофазное совмещение (полуфабрикаты) [1].
Эти представленные технологии требуют введения в производство дополнительной аппаратуры и оборудования, однако выбор технологии производства, необходимый используемым материалам, позволяет быстро окупить данное вложение ввиду улучшения дальнейшей технологии.
Жидкофазное совмещение компонентов (препреги). Жидкофазное совмещение подходит для тех связующих, вязкость которых можно уменьшить за счет введения в них различных растворителей [2].
Недостатками данной технологии являются высокая пористость препрега (16-20%); высокая токсичность некоторых растворителей, которые трудно извлечь после пропитки из связующего; высокая липкая структура получаемых препрегов.
Данная технология также подходит и для термопластичных связующих, которые нагревают до температуры давления и пропитывают ими волокна наполнителя. Однако недостатком данного способа является необходимость несколько раз подвергать нагреванию и остужению полимер.
Из положительных характеристик можно выделить низкую липкость получаемых препрегов; низкую пористость (2-5%).
Вторая представленная технология -твердофазное совмещение компонентов. Оно подходит для термопластичных связующих и позволяет
избавиться от необходимости подвергать их действию температуры несколько раз [3].
Преимуществами является получение изделия с определенным весом; высокая технологичность по сравнению с жидкофазным совмещением; отсутствие необходимость подвергать термопластичное связующее воздействию температуры более одного раза.
Недостатки - это высокая пористость полуфабриката (до 21%); риск изменения итоговых свойств изделия [5].
В таблице 1 представлено сравнение технологических режимов технологий. На основе представленных данных можно сделать вывод о наименьшей энергоемкости производства, в котором используется растворная технология, однако данная технология имеет множество минусов, что не позволяет использовать ее для получения высокотехнологичных композитов.
Таблица 1 - Сравнение технологий производства армированных полимеров [4]._
Характеристики Жидкофазная Твердофазная
Растворная Расплавная
Температура плавления, С - 320 320
Температура отверждения, С 20-200 - -
Давление, МПа 2-5 40-100 40-100
Таблица 2 - Удельные энергозатраты на производство 1 кг материалов и изделий из них на мировой практике [4].
Материалы Энергозатраты, кВт/ч
Материал Изделие
Углепластик 33,0 72,7
Стеклопластик 10,0 14,0
Удельные энергозатраты на производство (таблица 2) показывают, что при участии в производстве углепластиков его энергоемкость возрастает более чем в 3 раза. Однако, тот факт, что углепластик требуется для производства лыжного инвентаря премиум-качества с высокими характеристиками, что позволяет говорить о достаточной актуальности его использования [4].
Малая энергоемкость же производства стеклопластика и изделий из него также усиливается низкой ценой данного материала, что позволяет получать лыжный инвентарь более низкого качества и ценовой категории, рассчитанной на более широкую аудиторию.
Несмотря на простоту растворной пропитки необходимо отметить несоответствие итогового качества изделия с требуемым, поэтому наиболее целесообразным является выбор между жидкофазным расплавным способом и твердофазным совмещением [6].
Высокая пористость изделия, получаемого методом твердофазного совмещения, дает возможность применения данной технологии при производстве лыжного инвентаря, так как потери технологических свойств не так существенны, если принять во внимание условия эксплуатации лыжного инвентаря. Другим плюсом будет уже указанное ранее отсутствие необходимости повторно нагревания термопласт при формовке изделия из полуфабриката [5].
Таблица 3 - Сравнения изделий из стекло- и углепластика [2]__
Материал Преимущества Недостатки
Стеклопластик Низкая цена получаемого изделия, низкие энергозатраты при производстве Большой вес, меньшая жесткость
Углепластик Жесткость, легкость, термостойкость Высокая цена
Из таблицы 3 можно увидеть различия в характеристиках изделий из стекловолокна и углеродного волокна.
Таким образом можно сделать вывод о том, что выбор технологии производства и материалов для лыжного инвентаря напрямую зависит от требований к итоговому продукту. Для самых простых лыж достаточно использовать стекловолокнистый наполнитель для полимера вместе с жидкофазной технологией совмещения компонентов, так как высокий вес и небольшая себестоимость готового изделия предпочтительны для начинающих. В это же время для производства лыжного инвентаря более высокого класса для профессионалов стоит
использовать углеродное волокно в комплекте с твердофазным совмещением так как это поможет добиться легкости и маневренности итогового продукта, необходимого для профессиональных спортсменов. В настоящее время основным производителем углеродных волокон является компания ЮМАТЕКС. У данной компании уже есть опыт в производстве спортивного инвентаря, поэтому можно говорить о том, что производимые ЮМАТЕКС волокна обладают необходимыми качествами, для применения производства лыжного инвентаря [7-9].
Список литературы:
1. ГОСТ 32794-2014 Композиты полимерные. Термины и определения. - Москва: Изд-во Стандартинформ, 2015. - 94 с.
2. Кравченко Т.П., Горбунова И.Ю., Технология получения композиционных полимерных материалов на основе армированных полимеров [Текст]: учебное пособие / Кравченко Т.П., Горбунова И.Ю., Осипчик В.С., Костягина В.А.,
- М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2013. - 80 с.
3. Нелюб В.А., Технологии получения препрегов. // Все материалы. Энциклопедический справочник
- 2013. - с. 12-17.
4. Кербер М.Л., Виноградов В.М., Головкин Г.С., Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология: учеб. пособие / М.Л. Кербер, В.М. Виноградов, Г.С. Головкин и др.; под ред. А.А. Берлина. - СПБ.: Профессия, 2008. - 560 с.
5. Zhang L., The application of composite materials in sports equipment. // 5th International Conference on Education, Management, Information and Medicine (EMIM 2015) - 2015. - P. 450-453.
6. Субчева Е.Н., Аверина Ю.М., Композиционные материалы. Классификация, особенности свойств, применение и технологии получения -М.: РХТУ - 2017. - 128 с.
7. Бобков В.И., Борисов В.В., Дли М.И., Мешалкин В.П., Многокритериальная оптимизация энергоэффективности технологических процессов термической подготовки сырья // Теоретические основы химической технологии.
- 49 (6). - 2015. - 665 с.
8. Богомолов Б.Б., Болдырев В.С., Зубарев А.М., Мешалкин В.П., Меньшиков В.В., Интеллектуальный логико-информационный алгоритм выбора энергоресурсоэффективной химической технологии // Теоретические основы химической технологии - 53 (5). - 2019. - 483492 с.
9. ЮМАТЕКС // Сайт компании ЮМАТЕКС Росатом [Электронный ресурс] URL: https://umatex.com/ Дата обращения: 29.11.2022
