Umatex запустил новую линию по производству высокомодульного углеволокна

Челябинский Завод углеродных и композиционных материалов (ЗУКМ) — ​ветеран отечественной композитной отрасли. Сравнительно недавно он вошел в состав дивизиона «Росатома» Umatex. Теперь здесь запущена новая линия по производству высокомодульного углеродного волокна, открыт участок рециклинга, выпущены опытные образцы перспективных композитов. В конце января на заводе побывали генеральный директор «Росатома» Алексей Лихачев и журналисты «СР».

ЗУКМ с 1982 года производит углерод-углеродные композиционные материалы и высокомодульное углеродное волокно, а также изделия из них. Эти материалы обладают низким удельным весом, высокой прочностью, высоким модулем упругости. Детали из композитов, армированных высокомодульными волокнами, могут выдерживать большие эксплуатационные нагрузки, и при этом они гораздо легче аналогичных изделий из стали и алюминия.

Традиционная продукция завода востребована в атомной энергетике, авиастроении, ракетостроении и других отраслях. Заместитель генерального директора, операционный директор Umatex Александр Дмитриков продемонстрировал Алексею Лихачеву традиционную и новую линейки углеродных волокон с высоким модулем упругости, которые не уступают по технико-экономическим характеристикам лучшим мировым аналогам. «Эти материалы обладают низким удельным весом при высоких упруго-прочностных характеристиках, выдерживают высокую температуру, — ​рассказывает Александр Дмитриков. — ​Производство изделий освоили еще в 1980-е годы, и оно актуально по сей день».

Вторая жизнь

«Ветеран отечественной отрасли композитов, ЗУКМ получил вторую жизнь за счет создания современной линии по производству высокомодульного углеродного волокна, системы рециклинга и изготовления новых перспективных композитов для разных отраслей промышленности», — ​отметил генеральный директор Umatex Александр Тюнин.

Алексею Лихачеву показали производство высокомодульного углеродного волокна с модулем упругости более 500 ГПа, налаженное в 2019 году (до этого завод делал волокна с модулем упругости до 300 ГПа). «Высокий модуль упругости нашего материала обусловлен минимальным удлинением при разрыве — ​меньше 1 %, — ​говорит ведущий инженер-технолог ЗУКМ Александр Вилков. — ​И при этом материал обладает колоссальной прочностью на разрыв. Если взять тонкую, меньше миллиметра в толщину, ленточку из углеродного волокна и нагрузить ее весом в 200 кг, она не порвется. Чтобы порвать стальную проволоку той же толщины, достаточно будет груза в 30 кг. При этом удельный вес стали в несколько раз больше».

Новую технологию производства волокна, позволившую добиться таких свойств продукции, специалисты ЗУКМ разработали совместно с сотрудниками Umatex. 70 % оборудования линии изготовлено компанией «Прибор-сервис», входящей в ТВЭЛ. Александр Вилков рассказал о технологической цепочке: «Сырье — ​карбонизованное углеродное волокно с завода в Елабуге — ​обрабатывают в печи ПЛ‑2 при температуре от 1800 до 2500 °C. Этот процесс называется графитацией, именно она повышает модуль упругости материала. В печи также проводится вытяжка, чтобы придать ориентацию структуре получаемого волокна. Далее графитированное волокно поступает в ванну электрохимической обработки, в ней происходит электролиз. Он активирует поверхности волокна, что обеспечивает хорошую связь между связующим и углеродным волокном в процессе изготовления углепластиковых изделий. Далее — ​аппретирование: на поверхность волокна наносится тонкий слой полимерного покрытия, чтобы защитить волокно от повреждений при дальнейшей переработке. Затем — ​бесконтактная инфракрасная сушка волокна и намотка на бобины».

Гордость ЗУКМ — ​печь графитации углеродного волокна, собственная разработка дивизиона. Конструкция печей серии ПЛ уникальна и не имеет аналогов в мире за счет применения индукционного метода нагрева. Продукция нового производства востребована в атомной отрасли, авиастроении и индустрии спортивных товаров. Мощность линии — ​50 т в год.

Обновление продолжается

Следующий пункт экскурсии для гендиректора «Росатома» — ​участок рециклинга. Его запустили в 2020 году, там перерабатывают отходы, образующиеся при производстве углеродных волокон и тканей на их основе. «В результате переработки получаем дискретное (резаное) углеродное волокно заданной длины, от 2 до 150 мм, — ​объясняет заместитель генерального директора Umatex Юрий Свистунов. — ​ЗУКМ перерабатывает свои отходы и принимает на переработку отходы нашего крупнейшего производителя углеродного волокна — ​завода «Алабуга-волокно». Из дискретных волокон получают не только углепластики и композиционные материалы, с их помощью производят специальные электропроводящие бумаги и антистатические наливные покрытия, ими модифицируют различные компаунды и бетоны, из них изготавливают высокотемпературные теплоизоляционные изделия».

На участке можно перерабатывать до 700 т резаного углеродного волокна в год. Полученные в процессе рециклинга материалы сохраняют все уникальные свойства композитов: легкий вес, высокую прочность, повышенную стойкость к коррозии, долговечность.

В ближайшие пару лет ЗУКМ продолжит обновление. На заводе реализуют проект по организации производства тормозных дисков для авиационной техники и изделий из композитных материалов широкой номенклатуры. Уже выпущены опытные образцы изделий, они проходят стендовые испытания. «В 2022 году планируем поставить на производство углеродную ткань на основе вискозного сырья, — ​рассказывает исполнительный директор ЗУКМ Сергей Зорин. — ​Есть планы по производству углеродного нетканого полотна из резаных волокон, это абсолютно новое направление по разработке и применению углеволокнистых материалов, которое дополнит производимую Umatex линейку тканей из углеродного волокна, а может быть, и составит им конкуренцию».

ПРОДУКЦИЯ ЗУКМ

Углеродный теплоизоляционный материал УТМ‑1
Низкоплотный углерод-углеродный композиционный материал, предназначенный для теплоизоляции высокотемпературного термического оборудования.

Дискретные углеродные волокна (фибра)
Используются в качестве армирующих элементов в углерод-углеродных, керамических и полимерных композиционных материалах.

Углеволокнистый графитовый композиционный материал (УГКМ)
Используется как конструкционный материал общетехнического назначения.

Углерод-углеродный конструкционный материал типа КИМФ
Трехмерно армированный углерод-углеродный композиционный материал. Имеет высокие абляционные, упруго-прочностные и теплофизические показатели.

Высокомодульные углеродные волокна UMT
Волокна UMT400, UMT430 и UMT530 имеют высокую прочность и модуль упругости, что позволяет использовать их при производстве особо ответственных узлов техники, а также спортивных товаров.