Нанотехнологии для транспортного машиностроения Департамент программ стимулирования спроса 08 сентября 2011 г.

ОАО «РОСНАНО» реализует ряд инвестиционных проектов, продукция которых повысит эффективность производства и эксплуатации железнодорожного подвижного состава, машин и механизмов: Материалы Комплектующие Технологии Нанотехнологии для поставщиков железнодорожной отрасли 2

Материалы 3 Нанотехнологии для поставщиков железнодорожной отрасли

4 Препрег Армирующий материал Стекловолокна Углеродные волокна Базальтовые волокна Арамидные волокна и др. Эпоксидные Полиимидные Фенольные Полиэфирные и др. Однонаправленный Тканевый Мультиаксиальный Равномерное распределение смолы по поверхности волокна Высокоточный контроль содержания связующего Высокая воспроизводимость свойств Удобство при получении конечных композитных изделий Возможность автоматизации процесса получения как препрегов, так и конечных изделий из них Преимущества препрегов Связующее Ручная и автоматическая выкладка Автоклавное формование Прямое прессование Вакуумное формование Другие Технологии изготовления изделий из препрегов Область проекта Препрег – это материал, получаемый пропиткой армирующей волокнистой основы (лент, жгутов, тканей) точно дозированным количеством равномерно распределенного полимерного связующего. Пропитка волокнистого материала осуществляется таким образом, чтобы максимально реализовать физико-механические свойства армирующего материала и обеспечить однородность свойств отверждённого композита Препрег – это полуфабрикат производства для полимерных композиционных материалов (ПКМ) Композиционные материалы: основные понятия 4

Композиционные материалы: области применения 5 Внешняя и внутренняя обшивка Комплектующие Силовые элементы

6 Снижение массы тары вагона Повышение коррозионной стойкости тары вагона Повышение ремонтопригодности Перспектива решения проблемы смерзаемости сыпучих грузов Увеличивается масса перевозимого груза Увеличение грузооборота Δ16 т 24 т8 т Снижение эксплуатационных издержек на нанесение защитных покрытий 30 лет Нет необходимости наносить лакокрасочные покрытия Применение ремонтных комплектов дешевле жестяных работ Возможность ремонта в полевых условиях Повышается оборачиваемость вагонного парка Снижение затрат на очистку вагонов Композитный вагон ОАО «РОСНАНО» и ОАО «РЖД» создали совместную рабочую группу по применению композиционных материалов при строительстве грузовых вагонов. Эффект от использования композиционных материалов при строительстве грузовых вагонов: 6

АБС-пластик – термопластичный аморфный тройной сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола, название которого образовано из начальных букв наименований мономеров АБС-пластики выпускаются в виде гранул диаметром не более 3 мм и длиной 4-5 мм Проектом предусматривается производить 12 лицензированных марок АБС-пластика Гранулы АБС-пластиков АБС-пластики являются современным конструкционным материалом, обладающим рядом отличительных свойств, что позволяет широко использовать их в различных отраслях: в автомобилестроении, при производстве бытовой и офисной техники, в приборостроении и электронике, строительстве, медицине, сантехнике, упаковке, товарах народного потребления АБС-пластик привлекателен для многих применений, потому что он сочетает в себе: – Низкую стоимость производства – Превосходный баланс ударной прочности и жесткости – Хорошую тепло-, химическую и износостойкость – Хорошую пространственную стабильность, окрашиваемость и цветостойкость – Хорошие характеристики текучести – Пригодность для покрытия составами, содержащими хром – Превосходный баланс свойств компаундов АБС – Пригодность к переработке для повторного использования Применение АБС-пластиков АБС пластики в отделке интерьеров 7

На примере АБС-пластика литьевой марки с высокой текучестью и повышенным блеском (применяется в сегменте бытовой техники) Текущая продукция СИБУРа проигрывает импортным маркам по теплостойкости, текучести, блеску и ударопрочности Импортные марки АБС за счет технологии компаундирования держат на высоком уровне комплекс свойств, а не один конкретный показатель качества (как текущий отечественный ассортимент) В результате реализации проекта в России будет создано производство высококачественного продукта, способного конкурировать с импортными аналогами Наименование ключевых показателей пластика АБС Продукт проекта Samsung Cheil Ind Отечественный продукт ОАО «Пластик», г.Узловая Конкурентный продукт LG Chem HG 760АБС HG 173 Ударная вязкость по Изоду, кг·см/см28~ 1221 – 27 Температура размягчения при изгибе под нагрузкой, °С (мин. 82) Температура размягчения по Вика, °С Показатель текучести расплава, г/10 мин22~422022~28 Блеск, % Стоимость на Российском рынке, с НДС руб АБС пластики: характеристики 8

Новый класс высокоэластичных композиционных материалов, обладающих повышенными ресурсными характеристиками, работоспособных в условиях климата РФ в температурном интервале от -60 до +100 С для следующих резинотехнических амортизирующих и уплотнительных элементов оборудования РЖД: резинометаллических элементов для поглощающего аппарата грузового и пассажирского вагонов (РМЭ ПАГВ и РМЭ ПАПВ); подрельсовых прокладок (ПРП) и нашпальных прокладок (НП). Композиционные эластичные материалы: амортизация и уплотнения 9

Экономические эффекты: Снижение затрат на содержание подвижного состава и железнодорожных путей, увеличение межремонтного цикла в 3-4 раза. Увеличение гарантийного срока эксплуатации вагонов и путей в условиях климата РФ. Снижение количества рекламаций и штрафных санкций. Снижение страховых сборов и, как следствие, понижение стоимости услуг. Окупаемость проекта при внедрении наноструктурных эластомерных композиций – 2 года для подвижного состава и практически моментальная для железнодорожных путей. Технические эффекты: Увеличение энергоемкости ПАГВ и, как следствие, увеличение полезной нагрузки и общего веса составов. Повышение защиты конструкции вагонов. Использование продукции в условиях климата РФ и тропического климата. Унификация ПАГВ и комбинирование состава вагонами различного года выпуска. Снижение рисков техногенных катастроф. Композиционные эластичные материалы: эффекты внедрения 10

Страница 11 ПЭТ волокна: тепло -, вибро - и шумо - изоляция 11 Нетканые материалы будут производиться методом термоскрепления полимерных волокон в виде упругих матов толщиной от 25 до 150 мм. Стандартный размер мата – 1200х600 мм, возможно получение материалов шириной до 3 м и длиной более 5 м; плотность – 26 кг/м³. В зависимости от предполагаемого примениния, возможно армирование мата тканью, фольгой, резиной либо ПЭТ-пленкой Энергоэффективность, безопасность и экономичность в процессе эксплуатации, низкая тепло-, звуко- и вибропроводность, негорючесть, легкость и пластичность, долговечность, влагостойкость, химическая инертность, паропроницаемость. Строительные предприятия (ТИМ для кровлей, стен и перегородок, изоляция нефтепроводов и газопроводов) Предприятия автомобильной промышленности и транспортного машиностроения (тепло-, звуко- и виброизоляция) ЖКХ и промышленность (ТИМ материал для внутренних инженерных коммуникаций) Маты и плиты из каменной ваты Маты и плиты из стекловаты Вспененный полистирол

Страница 12 ПЭТ волокна: преимущества 12

Антипирены: огнестойкость полимерных материалов 13

14 Антипирены: пожаробезопасность вентилируемых помещений Стекломагнеевый лист, противогололедный реагент Нефтехимия, буровые растворы Производство полимерных композиций: силовые кабели оконные профили линолеум кабели розетки фасадные панели кровельные материалы

Комплектующие 15 Нанотехнологии для поставщиков железнодорожной отрасли

Высокопрочные пружины 16 Продукт проекта – сверхвысокопрочные нано- структурированные винтовые пружины с повышенными показателями прочности, износостойкости, долговечности и геометрической точности Число циклов до разрушения увеличено не менее чем в 10 раз Релаксационная стойкость выше в 5 раз и более Уровень допустимых рабочих напряжений выше на 35-40% Снижение себестоимости за счет возможности использования более дешевых сортов стали Отсутствие осадки Минимальные колебания характеристик пружин внутри одной партии

Высокопрочные пружины 17

Офисные помещения Вентиляционные системы кухонь Очистка воздуха от табачного дыма и продуктов табакокурения Очистка воздуха в туалетах Салоны пассажирских поездов Системы очистки воздуха 18

Анализ ближайших аналогов воздухоочистителей с функцией фотокатализа. Фотокаталитический очиститель воздуха Daikin (Япония) был выбран, как наиболее «продвинутый» среди аналогов. Место проведения испытаний: Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН (г. Новосибирск), группа фотокатализа на полупроводниках. Системы очистки воздуха: сравнение с аналогами 19

Различные трибологические узлы, включающих пары трения с габаритами до 500 мм Режущий инструмент Абразивоструйные сопла и другие износостойкие изделия Изделия из нитрида бора (наноламинированного) для специальной техники, приборостроения и электроники Использование новых материалов позволяет получить новые потребительские свойства серийных изделий. В ходе реализации Проекта предполагается использовать следующие материалы: наноструктурные керамические и металлокерамические материалы (НКМ); наноструктурные керамоматричные композиты (НКМК); наноламинированный пиролитический нитрид бора (ПНБ). ИзделияМатериал Номенклатура НКМ, НКМК –Подшипники скольжения –Втулки –Кольца торцовых уплотнения и т.д. НКМ –Режущие пластины ПНБ –Тигли –Трубки и т.д. НКМ –Сопла –Фильеры –Защитные пластины Изделия из металлокерамики: износостойкие детали 20

Светодиодные осветительные приборы 21 СветильникПрожектор

Технологии 22 Нанотехнологии для поставщиков железнодорожной отрасли

Восстановление изношенных и упрочнение новых металлических поверхностей, требующих высокой износостойкости и плотности покрытия. Быстрое и качественное восстановление геометрии деталей, позволяющее наращивать максимальные толщины. 23 Защитные покрытия: современная альтернатива гальванике и вакууму Защита от коррозии стальных конструкций нанесением коррозионностойких сталей, а также металлизационных покрытий из Al и Zn. Мобильность установки позволяет использовать данный метод в «полевых» условиях, в том числе на площадях Заказчика.

Защитные покрытия Лакокрасочные покрытия ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЧИСТОТА: Отсутствие экологических ограничений ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ: Перед повторным применением необходимо снять и утилизировать экологически вредный первый слой КРАТНОЕ УВЕЛИЧЕНИЕ БЕЗРЕМОНТНОГО СРОКА СЛУЖБЫ: появление первых следов коррозии спустя 20 лет после нанесения. Обеспечивается защита не только за счет предотвращение контакта поверхности со средой, но и за счет разности электрохимических потенциалов самой конструкции и покрытия. КОРОТКИЙ СРОК СЛУЖБЫ: Появление первых следов коррозии спустя 1-3 года после нанесения. В агрессивной среде в микропорах развиваются бактерии, что приводит к образованию язвенной коррозии стального корпуса. НИЗКАЯ СЕБЕСТОИМОСТЬ ЭКСПЛУАТАЦИИ: Себестоимость эксплуатации покрытий в 5-6 ниже по сравнению с лакокрасочными покрытиями ДОРОГАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ: Необходимость постоянных ремонтов, для поддержания объекта в надлежащем состоянии ЭФФЕКТ«САМОЗАРАСТАНИЯ»: протекторные покрытия на основе сплавов цинка и алюминия обладают эффектом «самозарастания» трещин, царапин. СООТВЕТСТВИЕ МИРОВОМУ ОПЫТУ: Передовой международный опыт свидетельствует о вытеснении лакокрасочных покрытий в пользу металлизационных ПЛАСТИЧНОСТЬ: Высокие пластические характеристики металлизационных покрытий. ОГРАНИЧЕНИЯ ПО ПРИМЕНЕНИЮ: Качественное нанесение в полевых условиях невозможно 24 Защитные покрытия: преимущества

Высокоскоростное напыление Напыление с оплавлением Отсутствие экологических ограничений Низкий уровень системы автоматизации Высокая степень автоматизации обеспечивает повторяемость результата, а также гарантированное отсутствие скрытых дефектов. Высокий уровень брака Отсутствие термического влияния на деталь (поводки, деформации) Неустойчивость характеристик покрытия (непредсказуемость степени выгорания карбида) Затраты на напыление одного насоса меньше: по расходу материалов в 4-5 раз; по времени от 5-10 раз; по количеству брака 1,5-2 раза Передовой международный опыт свидетельствует о вытеснении напыления с оплавлением в пользу высокоскоростного напыления Загрязнение окружающей среды 25 Защитные покрытия: преимущества

1)При получении сложных поверхностей на прецизионных ( 1…5 мкм) и финишных (R a 0,02…0,1 мкм) операциях производительность обработки в 10…100 раз превышает производительность традиционных методов (механическая обработка, электроэрозия и др.). 2)Отсутствует износ инструмента. 3)Возможность обработки всей гаммы используемых в промышленности сталей и сплавов, включая металлокерамику, наноструктурированные и интерметаллидные материалы. 4)Оборудование является экологически чистым и соответствует основным стандартам безопасности РФ и Евросоюза. Электрохимические станки: преимущества 26

Коническое эвольвентное зубчатое колесо Коническое зубчатое колесо Зубчатые колёса цилиндро-конической передачи с гипоциклоидным зацеплением Эффект от повышения точности изготовления зубъев и улучшения шероховатости их поверхности: - повышение ресурса зубчатых колёс; - улучшение плавности зацепления; - снижение шума при работе зубчатой передачи. Электрохимические станки: примеры применения 27

Прошивание отверстий малого диаметра в деталях топливной аппаратуры из жаропрочных сталей Многоструйный распылитель Эффект от повышения точности изготовления отверстий и улучшения шероховатости их поверхности: - снижение расхода топлива; - повышение мощности двигателя; - снижение токсичности выхлопных газов. Сквозные отверстия в распылителях форсункок d > 0,25 мм Электрохимические станки: примеры применения 28

Увеличение доли обработки твердых материалов Внедрение новых видов инструмента Эволюция инструментального материала Быстрорежущая сталь Твердый сплав Керамика КНБ Что дальше ? Появление новых композитных материалов Режущий инструмент: тенденции развития рынка 29

Токарный инструмент Напайные и монолитные пластины из НКНБ Спектр токарных державок для внутренней и внешней обработки (ISO) Отрезной и канавочный инструмент Напайные пластины из НКНБ Спектр державок Фрезерный инструмент Напайные и монолитные пластины НКНБ Спектр фрез для различных видов обработки Режущий инструмент: продукция Микробор 30

Декоративные Износостойкие Электроизоляционные Подслой для полимеров Покрытия для металлов вентильной группы: назначение 31

Спасибо за внимание! Александр Морозов, Директор Департамента программ стимулирования спроса Моб. Тел.: Департамент программ стимулирования спроса 32