СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ

УДК 539.3:621.002.3

В статье даны результаты сравнительного анализазатрат на изготовление изделий из новыхполимерных композитов на основе нетканых полотен и материалов, применяемых в настоящее время в промышленности и строительстве.

Ключевые слова:композит, нетканая основа, себестоимость, панели, трубы.

The article presents the results of a comparative analysis of the cost of manufacturing of products from new polymer-based composites nonwoven fabrics and materials currently used in industry and construction.

Keywords: composite, non-woven base, cost, panels, pipes.

Изготовление полимерных композиционных материалов (ПКМ) с заданными свойствами предполагает выбор армирующего волокнистого наполнителя, который определяется не только требуемыми техническими параметрами изделия (формой, размерами и заданными физико-механическими свойствами), но и стоимостными показателями. Поэтому нетканые полотна, в силу высокой прочности и сравнительно низкой себестоимости, являются одним из наиболее экономически целесообразных видов армирующих материалов для большой номенклатуры изделий из ПКМ, которые, учитывая природу армирующих волокон и связующего, точнее называть полимер-полимерными композиционными материалами (ППКМ).

Из широкой номенклатуры нетканых материалов, вырабатываемых отечественными предприятиями, в качестве армирующих наполнителей ПКМ в данной работе были выбраны следующие виды полотен: иглопробивные термоскрепленные из непрерывных полипропиленовых нитей и изготовленные фильерным способом (материалы спанбонд) производства ООО «Сибур-Геотекстиль» и ОАО «Ортон», иглопробивные из штапельных полиэфирных и полипропиленовых волокон (ОАО «Комитекс») и некоторые другие материалы. С учетом полимерной природы армирующих волокон был выбран второй компонент ППКМ – ненасыщенное олигоэфирное связующее холодного отверждения, чтобы температура формования изделий гарантированно не превышало теплостойкость полимерных волокон.

В дальнейшем были подобраны методы совмещения компонентов ППКМ и формования опытных образцов изделий из них в виде плит и трубок и определены их основные физико-механические свойства. В результате проведенных экспериментальных исследований образцов ППКМ было установлено следующее:

- применение нетканой основы из полимерных волокон позволяет значительно увеличить упруго-прочностные свойства ППКМ по сравнению с полимерной матрицей (прочность на растяжение – на 140–520 % и прочность на изгиб – на 120–860 % в зависимости от типа нетканого материала и содержания армирующих волокон);

- равновесное водопоглощение образцов исследованных композитов составило менее 1 %, что позволяет использовать изделия из них во влагонасыщенных средах;

- упруго-прочностные свойства новых ППКМ в широких пределах регулируются путем изменения объемного содержания армирующих волокон и возрастают, как и следовало ожидать, с увеличением содержания волокна (например, при увеличении давления формования);

- для производства ППКМ наиболее целесообразно с технико-экономической точки зрения применять нетканые полотна, имеющие исходную пористость на уровне 75–85 %, выработанные из полипропиленовых или полиэфирных мононитей фильерным способом (спанбонд).

С практической точки зрения перспективным представляется использование новых ППКМ в строительстве, промышленности, жилищно-коммунальной сфере и бытовом хозяйстве, в том числе в виде облицовочных панелей для наружного применения. Так, сравнительный анализ показал, что стоимость таких панелей (от 55 до 92 руб./м² – в зависимости от цены компонентов связующего, поверхностной плотности и волокнистого состава нетканых полотен, а также от их конкретного производителя) оказалась в 2–10 раз ниже, чем у альтернативных листовых материалов (древесностружечных, гипсоволокнистых,цементностружечных,фиброцементных). Наиболее близким по цене к ППКМ на нетканой основе является гипсокартонный лист. При этом важным их техническим преимуществом является низкое влагопоглощение.

Это же свойство является достоинством новых ППКМ и при производстве из них различного рода трубчатых изделий – водопроводных труб технического назначения, например, дренажных, или опор, применяемых при строительстве зданий и сооружений, креплении осветительной арматуры на улицах населенных пунктов и т.п.

Для определения экономической целесообразности использования разработанных композитов при создании трубчатых изделий произведены расчеты затрат, в результате которых установлено, что цена наиболее дорогостоящего образца, длина которого 0,205 м, внутренний диаметр 0,25 м и толщина стенки 0,003 м, составляет 12,55 руб. При длине такой трубы 1 м, затраты составят 12,55·5 = 62,75 руб. В качестве сравнения: 1 метр медной трубы, диаметром 22 мм и толщиной стенки 1 мм стоит около 300 руб, а  полипропиленовой,  такого же диаметра - около 80 - 90 руб. Таким образом, проведенные расчеты показывают экономическую эффективность от внедрения труб из композитов на нетканой основе для технических нужд. Они на 30 % дешевле аналогичных полипропиленовых изделий, а по отношению к металлическим трубам затраты на разработанные материалы ниже в 3 – 5 раз.

Помимо трубок постоянного поперечного сечения представляет интерес производство многосекционных опор. В качестве примера рассмотрен вариантопоры, высотой 8 м. При этом каждая секция, представляющая собой полый усеченный конус с наибольшим диаметром D_mи наименьшим диаметром D_b, имеет длинуL= 2 м. Расчет затрат на производство четырехсекционнойвосьмиметровой опоры из разработанных композитов, представлен в табл. 1.

Таблица 1.

Затраты на изготовление четырехсекционнойвосьмиметровой опоры.

С целью определения возможности реализации и материалоемкости изделия, была выполнена модель-прототип четырехсекционнойопоры (рис. 1). Характеристики компонентов и затраты на изготовление модели даны в табл. 2-4.

Рис. 1. Модель четырехсекционной опоры в разобранном состоянии (а) и в сборе (б)

Таблица 2.

Характеристики одного куска нетканой основы для изготовления модели одной секции

Таблица 3.

Характеристики компонентов связующего для изготовления модели одной секции

Таблица 4.

Характеристики и затраты на производство модели опоры после финишной обработки

Учитывая невысокую себестоимость нетканых материалов (относительно тканей, трикотажа и плетеных изделий) и наличие необходимых прочностных свойств, применение нетканой основы для создания композиционных материалов весьма эффективно, особенно применительно к нуждам промышленности и строительства.

Comments: 5

Shildebayeva Lyazzat

12 / 13 / 2013 - 16:05

Уникальна сама идея использования новых ППКМ с повышенной прочностью в производстве панельных покрытий со снижением себестоимости в несколько раз.

Lezhnuk Petr

04 / 30 / 2013 - 06:45

Статья интересная, потому что посвящена актуальной теме и в ней освещены важные вопросы. Она способствует производству и использованию материалов с хорошими характеристиками во многих отраслях, в том числе в энергетике. Проф. Лежнюк П.Д.

Elesin Mikhail

04 / 30 / 2013 - 02:35

Серьзная полная экспериментальная работа с экономическим анализом.

Vykhodets Aleksander Mihaylovich

04 / 29 / 2013 - 07:56

Серьзная экспериментальная работа, выполненная с привлечением экономического анализа. Видно. что авторы хорошщо ориентируются в технологии солвременных композитных материалов. Результаты работы дают практикам новые возможности в ориентации при выборе технологии. Статю следовало бы больше нас ытить г7рафиками на основе которых и дать расширенные выводы.

rahimbekov sarmantay madievich

04 / 28 / 2013 - 09:16

Сопоставительный анализ затрат в пользу нетканых полотен и материалов дан развернутый и убедительный. Если бы еще был дан анализ нужд потребителей данной продукции, получилось бы законченное экономическое обоснование. Но в предложенных рамках, статья весьма интересна. С.М.Рахимбеков