Требования Российского морского регистра судоходства к композиционным материалам. Опыт наблюдения, перспективы развития Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

С.М. КОРДОНЕЦ, М.А. КУТЕЙНИКОВ

ФАУ «Российский морской регистр судоходства», Санкт-Петербург

ТРЕБОВАНИЯ РОССИЙСКОГО МОРСКОГО РЕГИСТРА СУДОХОДСТВА К КОМПОЗИЦИОННЫМ МАТЕРИАЛАМ. ОПЫТ НАБЛЮДЕНИЯ, ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

Рассматриваются требования Российского морского регистра судоходства к полимерным и полимерным композиционным материалам (ПКМ) в судостроении. Приводится опыт наблюдения за применением новых технологий получения конструкций из ПКМ. Описывается подход Регистра к применению новых материалов.

Ключевые слова: полимерные композиционные материалы, полимеры, Российский морской регистр судоходства, суда из ПКМ, контейнер-цистерна.

Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.

Для цитирования: Кордонец С.М., Кутейников М.А. Требования Российского морского регистра судоходства к композиционным материалам. Опыт наблюдения, перспективы развития. Труды Крыловского государственного научного центра. 2018; Специальный выпуск 2: 140-143.

УДК 620.22-419.8.001.76 Ш1: 10.24937/2542-2324-2018-2^-1-140-143

S.M. KORDONETS, M.A. KUTEINIKOV

Russian Maritime Register of Shipping, Dvortsovaya nab., 8, St. Petersburg, Russia

COMPOSITE MATERIAL REQUIREMENTS OF RUSSIAN MARITIME REGISTER OF SHIPPING. ExPERIENCE AND PROSPECTS FOR FUTURE DEvELOPMENTS

Requirements of Russian Maritime Register of Shipping regarding polymer composite materials for shipbuilding applications are considered. Observations of new composite material technology application are shared. RS approach to introduction of novel materials is described.

Key words: polymer composite materials, polymers, Russian Maritime Register of Shipping, composite ships, container - tank. Authors declare lack of the possible conflicts of interest.

For citations: Kordonets S.M., Kuteinikov M.A. Composite material requirements of Russian Maritime Register of Shipping. Experience and prospects for future developments. Transactions of the Krylov State Research Centre. 2018; Special issue 2: 140-143 (in Russian).

UDC 620.22-419.8.001.76 DOI: 10.24937/2542-2324-2018-2-S-I-140-143

Полимерный композиционный материал (ПКМ) является разновидностью композиционного материала. В общем случае композиционный материал - это искусственно созданный неоднородный материал из двух или более компонентов с четкой границей раздела между ними. Композиционный материал состоит из матрицы и включенного в него армированного элемента. В ПКМ в качестве матрицы используются полимеры (эпоксидные, полиэфирные смолы и пр.), что обусловило его название, а в качестве армирующих элементов - волокнистые материалы (стекловолокно, углеволокно) или твердые частицы. Армирующие элементы ПКМ обычно обеспечивают необходимые механические характеристики мате-

риала (прочность, жесткость и т.д.), а матрица - совместную работу армирующих элементов и защиту их от механических повреждений и агрессивного воздействия среды.

Полимеры, пластмассы или пластики - обобщенные названия, применяемые в Правилах [1-3] Российского морского регистра судоходства (далее - Регистр) для обозначения аморфных и кристаллических материалов, как правило, органических, состоящих из «мономерных звеньев», соединенных в длинные макромолекулы химическими или координационными связями.

Полимерные и полимерные композиционные материалы широко используются в морской индустрии:

140

Труды Крыловского государственного научного центра, Cпециальный выпуск 2/2018

s^. Kordonets, М.А. Kuteinikov. Composite material requirements of Russian Maritime Register of shipping. Experience and prospects for future developments

суда малых размерений, катера, суда для доставки персонала на буровые установки, прогулочные суда, надстройки из ПКМ для судов с металлическим корпусом, подшипники скольжения, дейдвудные подшипники, переходные мостики и пр.

В последнее время в мировом судостроении доля ПКМ увеличилась за счет внедрения новых исходных материалов, методов формования конструкций, уменьшающих трудоемкость и долю ручного труда. Применение ПКМ вместо традиционных конструкционных материалов можно объяснить и экономической выгодой.

В соответствии с действующими Правилами Регистра к объектам наблюдения относятся следующие полимерные материалы и изделия из них:

• корпуса судов и шлюпок из ПКМ;

• сосуды из ПКМ для контейнеров-цистерн (требования введены в Правила Регистра в 2017 г.);

• трубы и фасонные части из полимерных материалов для судовых трубопроводов;

• полимерные подкладки для установки главных и вспомогательных механизмов, судового оборудования (ЛосИ&Я);

• ПКМ для изготовления дейдвудных подшипников и подшипников баллера руля;

• переходные мостики из ПКМ для нефтеналивных судов;

• канаты из синтетического волокна;

• защитные покрытия.

Общие требования к ПКМ приведены в Главе 6.2 Части XIII «Материалы» Правил классификации и постройки морских судов, 2018 г. [1].

Необходимо отметить, что связующие и армирующие материалы для ПКМ являются объектом наблюдения Регистра. Производителю выдаются свидетельства о типовом одобрении (СТО). Срок действия СТО составляет 5 лет. Все выдаваемые Регистром документы в области промышленности размещаются на сайте Регистра в свободном доступе. ПКМ также являются объектами наблюдения Регистра. СТО выдается предприятию-изготовителю ПКМ. Принципиальным является соблюдение технологии изготовления. Изготовление контролируется путем отбора образцов и их испытания.

Требования к корпусам судов и шлюпок из ПКМ приведены в Части XVI «Конструкция и прочность корпусов судов и шлюпок из стеклопластика» Правил классификации и постройки морских судов [1], которая с учетом накопленного опыта в текущем году будет переиздана под названием «Конструкция и прочность су-

дов из полимерных композиционных материалов». Переиздание Части XVI Правил [8] - это результат НИР.

Новая редакция Части XVI распространяется на следующие объекты:

• водоизмещающие суда с корпусом и надстройкой из ПКМ длиной от 15 до 70 м (в предыдущей редакции - от 12 до 30 м);

• надстройки из ПКМ водоизмещающих судов с металлическим корпусом (отсутствовали в предыдущей версии);

• шлюпки и катера из ПКМ длиной от 4,5 до 15 м (в предыдущей редакции - от 4,5 до 12 м).

• Новая редакция учитывает:

• появление новых армирующих и связующих материалов и, соответственно, ПКМ с более высокими прочностными характеристиками;

• новые подходы к проектированию, позволяющие применять современные вычислительные методы;

• появление новых технологий формования конструкции: методы закрытого формования, к которым относятся метод инфузии и RTM-методы (Resin Transfer Molding); формование на основе препрегов, эластичных матриц.

Опыт наблюдения за новыми ПКМ пока невелик. В общем случае при рассмотрении вопросов применения новых материалов, ранее не описанных Правилами, Регистр основывается на том, что уровень безопасности конструкций из них должен быть не ниже, чем у конструкций из традиционных материалов. Клиенту (проектанту) предлагается совместный план работ, доказывающих приемлемый уровень безопасности. Результатом такой работы могут стать предложения в Правила Регистра.

Показательными примерами опыта применения новых материалов являются проекты пассажирского катамарана 23290 и контейнера-цистерны с сосудом из ПКМ.

В июне 2017 г. Международная морская организация (ИМО) выпустила «Временную инструкцию по использованию элементов из ПКМ в судовых конструкция» - Циркуляр MSC.1/Circ. 1574 от 09.06.2017 [5], где рассматриваются вопросы противопожарной безопасности неответственных конструкций.

Опыт наблюдения

Пассажирский катамаран, пр. 23290 с корпусом из углепластика, АО «Средне-Невский судостроительный завод»

При наблюдении за материалом были одобрены технические условия на материал, технологическая инструк-

ФГУП «Крыловский государственный научный центр»

141

СМ. кордонец, М.А. кутейников. Требования Российского морского регистра судоходства к композиционным материалам. Опыт наблюдения, перспективы развития

ция по изготовлению корпуса и определен выбор материала на соответствие условиям эксплуатации.

Проведен комплекс физико-механических испытаний образцов материала в соответствии с программой квалификационных испытаний по определению свойств прочности при растяжении, при изгибе и межслойном сдвиге, плотности; также проверялось падение свойств при воздействии эксплуатационных факторов: испытания после ускоренного старения, при повышенной температуре, после выдержки в морской воде.

Корпус катамарана изготовлен методом вакуумной инфузии, целиком «в один проход».

Наблюдение за изготовлением корпуса состояло из следующих этапов:

• входной контроль армирующих и связующих материалов;

• физико-механические испытания образцов корпуса;

• проверка фактических характеристик, сравнение с характеристиками, заложенными в расчете прочности;

• дефектация корпуса - визуальный контроль, тол-щинометрия;

• неразрушающий контроль.

Дефектация проводилась по согласованной с Регистром программе. Были применены доступные методы: толщинометрия - электромагнитным методом; неразрушающий контроль (выявление расслоений, непропиток) акустическим методом (импедансная дефектоскопия).

Катамаран пр. 23290 является высокоскоростным судном, и в соответствии с Правилами [2] Регистра материал корпуса должен быть из негорючих или огнезадерживающих материалов, что определяется Международным кодексом по применению процедур испытаний на огнестойкость, Резолюция ИМО М8С.307(88) - Кодекс ПИ02010 [6]. Для упомянутого проекта материал является горючим, но в сочетании с негорючей противопожарной изоляцией требования по противопожарным характеристикам в проекте выполняются.

Сосуд из ПКМ для контейнера-цистерны, предназначенного для перевозки опасных грузов Модель контейнера-цистерны - КЦХ. ПКМ 25/0,4, изготовитель - АО «УралКриомаш».

В 2014-2016 гг. в Регистре была рассмотрена и одобрена документация, произведен комплекс испытаний материала и контейнера-цистерны в сборе,

в том числе проведены противопожарные испытания с удовлетворительным результатом (необходимо отметить, что снаружи сосуд был покрыт противопожарным вспучивающимся покрытием). Контейнер-цистерна был испытан в полном объеме, как это требуется для металлического контейнера-цистерны. По результатам были выданы свидетельства о допущении типа конструкции. В 2016-2018 прошла опытная эксплуатация - нареканий нет.

В 2017 г. изданы новые разделы Правил [4] Регистра, регламентирующие проведение технического наблюдения за изготовлением, испытаниями и эксплуатацией контейнеров-цистерн с сосудами из ПКМ. Необходимо отметить, что упомянутые нормативные требования появились впервые в практике классификационных обществ. После внедрения требований в Правила [4] Регистра началась работа в Международной морской организации - ИМО.

Контейнеры-цистерны с сосудом из ПКМ на сегодняшний день не регулируются Международным кодексом по перевозке опасных грузов морем - IMDG Code [7], другими словами, не допускаются к перевозке морем, но при этом транспортировка наземным транспортом разрешена и имеются соответствующие требования к сосудам из ПКМ для контейнеров-цистерн.

В 2017 г. Регистр принял участие в разработке нормативных предложений от РФ к IMDG Code для возможности перевозки опасных грузов морем в контейнерах-цистернах с сосудом из ПКМ. ИМО поддержала предложение РФ. Данный вопрос в настоящий момент направлен в экспертную комиссию ООН для реализации проекта в международных нормативных документах.

Библиографический список

1. Правила классификации и постройки морских судов. СПб.: ФАУ «Российский морской регистр судоходства», 2018.

2. Правила классификации и постройки высокоскоростных судов. СПб.: ФАУ «Российский морской регистр судоходства», 2018.

3. Правила технического наблюдения за постройкой судов и изготовлением материалов и изделий для судов. СПб.: ФАУ «Российский морской регистр судоходства», 2017.

4. Общие положения по техническому наблюдению за контейнерами. Правила изготовления контейне-

142

Труды Крыловского государственного научного центра, ^ециальный выпуск 2/2018

s^. kordonets, М.А. kuteinikov. Composite material requirements of Russian Maritime Register of shipping. Experience and prospects for future developments

ров. Правила допущения контейнеров к перевозке грузов под таможенными печатями и пломбами. Правила технического наблюдения за изготовлением контейнеров. СПб.: ФАУ «Российский морской регистр судоходства», 2015.

5. Временная инструкцию по использованию элементов из ПКМ в судовых конструкциях / Interim guidelines for use of fibre reinforced plastic (FRP) elements within ship structures: fire safety issues. Циркуляр ИМО MSC.1/Circ. 1574 от 09.06.2017.

6. Международный кодекс по применению процедур испытаний на огнестойкость, 2010 (Кодекс ПИ02010). Резолюция ИМО MSC.307(88).

7. Международный кодекс морской перевозки опасных грузов (МКМПОГ/ IMDG Code).

8. Кутейников М.А., Кордонец С.М. Федонюк Н.Н. Разработка новых правил по конструкции и прочности морских судов из полимерных композиционных материалов // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. Июнь 2017. № 46/47. С. 64-71.

Сведения об авторах

Кордонец Сергей Михайлович, главный специалист ФАУ «Российский морской регистр судоходства». Адрес: 191186, Россия, г. Санкт-Петербург, Дворцовая наб., 8. Телефон: +7 (812) 312-85-72. E-mail: [email protected].

Кутейников Михаил Анатольевич, д.т.н., начальник отдела ФАУ «Российский морской регистр судоходства». Телефон: +7 (812) 312-85-72. E-mail: [email protected].

Поступила / Received: 03.03.18 Принята в печать / Accepted: 03.05.18 © Коллектив авторов, 2018

ФГУП «Крыловский государственный научный центр»

143