Moscow Institute of State and Corporation Management, Russia
Treschalin Yuri Mihailovich , engineer
Moscow State Technological University Stankin, Russia
Championship participant: the National Research Analytics Championship - "Russia";
the Open European-Asian Research Analytics Championship;
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 Dmи наименьшим диаметром Db, имеет длинуL= 2 м. Расчет затрат на производство четырехсекционнойвосьмиметровой опоры из разработанных композитов, представлен в табл. 1.
Таблица 1.
Затраты на изготовление четырехсекционнойвосьмиметровой опоры.
Секционная опора | Секция №1 | Секция №2 | Секция №3 | Секция №4 |
Db, мм | 150 | 190 | 228 | 266 |
Dm, мм | 200 | 240 | 278 | 316 |
Ориентировочный расход связующего, кг | 5,6 | 5,8 | 6 | 6,2 |
Ориентировочный цена секции, руб | 760 | 770 | 780 | 790 |
Ориентировочный цена 4-секционной 8-ми метровой опоры, руб | 3100-3500 | |||
Ориентировочная масса 4-секционной 8-ми метровой опоры, кг | 23-25 |
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
Длина, мм | Ширина, мм | Масса, г | Площадь, м2 | Поверхност-ная плотность, г/м2 | Цена за 1 м2 материала руб/м2 (с учетом НДС) | Максимальная цена израсходованного материала из расчета 13 руб/м2 (с учетом НДС), руб |
500 | 415 | 8,575 | 0,2075 | 41,3253012 | 7,5-13 | 2,70 |
Таблица 3.
Характеристики компонентов связующего для изготовления модели одной секции
Расход смолы (POLYLITE 516-М855) G, г | Расход катализатора № 11 из расчета 0,02? G, г | Расход акселератора 9802 из расчета 0,03? G, г | Цена израсходованных компонентов связующего, руб | Общая цена связующего, руб | ||
смолы | катализатора | акселератора | ||||
133,62 | 2,6724 | 4,01 | 18,12 | 0,87 | 1,32 | 20,32 |
Таблица 4.
Характеристики и затраты на производство модели опоры после финишной обработки
Наименование изделия | Длина, мм | Масса, г. | Диаметр основания, мм | Диаметр вершины, мм | Толщина стенки, мм | Стоимость материалов, руб | ||
внешн. | внутр | внешн. | внутр | |||||
Секция | 380,9 | 117,9 | 44,1 | 39,9 | 31,5 | 27,25 | 2,1 | 22,4 |
Готовая опора | 1225 | 471,6 | 44,1 | 39,9 | 31,5 | 27,25 | 2,1 | 89,6 |
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.
Shildebayeva Lyazzat
12 / 13 / 2013 - 16:05Lezhnuk Petr
04 / 30 / 2013 - 06:45Elesin Mikhail
04 / 30 / 2013 - 02:35Vykhodets Aleksander Mihaylovich
04 / 29 / 2013 - 07:56rahimbekov sarmantay madievich
04 / 28 / 2013 - 09:16