Композитное вращение: как углеволокно делает центрифуги прочнее

Продолжаем рассказ о центрифугах, который не будет полным без композитов. Они делают эти агрегаты надежнее и долговечнее. Углеволокно для центрифуг поставляет «Юматекс», и компания немало потрудилась, чтобы удовлетворить запрос заказчика — ​ТВЭЛ.

Полезные свойства

Роторы из композитов начали делать более 50 лет назад. Преимущества перед металлическими сплавами очевидны: выгодная комбинация прочности, упругости, веса, стойкости к коррозии.

Композиты для центрифуг разных поколений различаются. Раньше делали ставку на волокно с высоким модулем упругости, сейчас — ​на высокопрочное. «ТВЭЛ всегда работал на перспективу и испытывал все виды углеволокна, которые в принципе можно было купить, — ​рассказывает заместитель гендиректора, технический директор «Юматекса» Юрий Свистунов. — ​Несколько лет назад в топливной компании нам поставили задачу разработать среднемодульное высокопрочное углеродное волокно из российского сырья. Мы создали большое производство углеродного волокна в ОЭЗ «Алабуга», в 2021 году начали производство ПАН-прекурсора, и у нас появилась возможность предложить ТВЭЛ отечественное углеродное волокно нового поколения, соответствующее международной номенклатуре».

Собственное производство позволило «Юматексу» разработать углеволокно с суперсвойствами, которое должно полностью заместить лучшие зарубежные материалы. В 2021 году выпустили несколько опытных партий, ТВЭЛ их проверил и подтвердил качество. Следующий этап — ​довести технологию до промышленного масштаба, обеспечить стабильное качество и начать квалификацию волокна для новых центрифуг.

Несмотря на то что обе компании сотрудничают и входят «Росатом», «Юматекс» продает композиты ТВЭЛ по рыночной цене. Чтобы выдержать параметры прибыльности и сохранить конкурентную цену, «Юматекс» приложил большие усилия для снижения себестоимости.

Командная работа

«Юматекс» не только поставляет материалы, но и демонстрирует специалистам ТВЭЛ вариативность технологических возможностей — ​новые комбинации поверхностных свойств, модуля упругости и прочности. В топливной компании делают расчеты и смотрят, подходят ли эти характеристики — ​есть ли смысл запускать цепочку НИОКР. У ТВЭЛ в области композитов экспертиза высокого уровня, есть даже патенты, которыми пользуется «Юматекс».

Проверку свойств волокон проводят в научно-исследовательском центре «Юматекса» и на опытных линиях, где оценивают стабильность качества и выверяют технологии производства. Благодаря совместной работе с ТВЭЛ «Юматекс» создал линейку высокомодульных углеродных волокон. Сначала их серийно выпускали исключительно для топливной компании, затем углеволокном «Юматекса» заинтересовались в других отраслях.

Тонкости толщины

Одна из проблем «Юматекса» — ​нехватка производственных мощностей для выпуска углеволокна: одна линия на 1–1,2 тыс. т в год. Чтобы работать с разными заказами, надо перенастраивать параметры линии, но это непрактично. «Выпускать на каждой линии свой тип волокна — ​лучше и для персонала, и для оборудования, и для стабильности характеристик продукции, — ​поясняет Юрий Свистунов. — ​В этом смысле мы не так гибки, как некоторые наши конкуренты, у которых много линий». Компания планирует установить вторую линию. Помогает ТВЭЛ, причем не только как заказчик, но и как потенциальный поставщик оборудования.

На одной линии будут производить только толстое волокно для строительства, спорта, автомобилей и мотоциклов, баллонов высокого давления и лопастей для ветроустановок. На другой — ​углеволокно тонких номиналов для центрифуг и самолетов. Объемы там меньше, а контроль качества жестче. Авиаторы и ТВЭЛ — ​самые требовательные заказчики. «В авиации нам, наверное, сложнее всего внедрять новые композиты в производство тех или иных изделий. Все, что связано с безопасностью полетов, очень жестко регулируется», — ​комментирует Юрий Свистунов. Есть определенная последовательность экспертиз, в которых участвуют разработчики материалов, отраслевые и межотраслевые экспертные сообщества, регуляторы федерального уровня и собственно заказчик. Чтобы подтвердить, что свойства материала соответствуют требованиям, надо сделать маленькие изделия, потом побольше, потом в натуральную величину, испытать их в самолете, и только тогда заказчик вправе сказать, что материал применим.

С центрифугой в чем-то проще: не нужно делать детали разного масштаба. И все же на проверку свойств новых материалов для нее иногда уходит больше двух лет. Требуется доказать, что стабильность сохранится на протяжении всего срока эксплуатации центрифуги. Для сравнения: строители могут провести сегодня одно испытание в полевых условиях, убедиться в применимости материала и уже завтра купить промышленную партию.

Взгляд в будущее

В сегменте газовых центрифуг «Юматекс» пока разрабатывает и производит материалы только для роторов, но есть идеи и для более широкого применения композитов — ​например, во вспомогательных комплектующих, таких как рамы. Предполагается, что варианты из композитов улучшат общие характеристики центрифуги.

«Юматекс» совершенствует и технологии. В частности, изучает, как способ пропитки влияет на свойства изделия. Баллон высокого давления изготавливают намоткой, непрерывно пропитывая нить. Можно делать ткани определенной формы и пропитывать их, а потом формовать. Способов несколько, они отличаются степенью автоматизации и точностью.

«Еще момент: «Юматекс» сейчас поставляет для центрифуг только волокно, его пропитывают связующим составом уже в ТВЭЛ. Но есть идеи объединить возможности. Если удастся, это станет еще одним проектом», — ​делится Юрий Свистунов.

О КОМПАНИИ

«Юматекс» в «Росатоме» с 2016 года, это один из новых бизнесов госкорпорации — ​перспективные материалы и технологии. Компания выросла из департамента химического производства «Техснабэкспорта». В ее структуру входят предприятия, обеспечивающие полный цикл композитного производства: от ПАН-прекурсора до готовых изделий.