Анализ экономической эффективности от применения композитов на нетканой основе для оборонно-промышленных и гражданских секторов экономики

ТЕХНОЛОГИИ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ ТЕКСТИЛЬНОЙ И ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

УДК 677.017

Ю. М. Трещалин, В. В. Хамматова, М. Ю. Трещалин, А. М. Киселев

АНАЛИЗ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПОЗИТОВ НА НЕТКАНОЙ ОСНОВЕ ДЛЯ ОБОРОННО-ПРОМЫШЛЕННЫХ И ГРАЖДАНСКИХ СЕКТОРОВ ЭКОНОМИКИ

Ключевые слова: композиционный материал, нетканая основа, экономическая эффективность.

В статье рассматриваются возможности применения композиционных материалов на основе нетканых полотен. Приводятся расчеты экономической эффективности от использования различных изделий из таких композитов в строительстве, промышленности, жилищно-бытовом секторе.

Keywords: composite material, non-woven backing, economic efficiency.

The article considers possibilities of application of composite materials on the basis of nonwovens. Also calculations of economic efficiency of using various products from such composites in construction, industry, housing and domestic sector.

Введение

В настоящее время проводятся исследования по созданию новых видов композитов, основанных на рациональном выборе исходных компонентов и технологии их совмещения. Требуемые свойства композиционных материалов достигаются за счет использования в качестве армирующих элементов тканей, синтетических сеток, нетканых полотен из полиэфира, полипропилена, полиамида.

Рис. 1 - Пластины из композиционных материалов на нетканой основе

В любых областях промышленности одной из основных задач является снижение себестоимости производства без потери качества изделий. В связи с этим, весьма перспективным направлением является разработка и создание композитов на основе нетканых полотен. Учитывая то, что большинство жестких волокнистых композитов в основном изготавливается в виде наружных оболочек

(облицовочные панели, пластины, листовые изделия, образцы которых даны на рис. 1), рассмотрены возможности применения изделий из композиционных материалов на нетканой основе в строительстве, промышленности, жилищно-коммунальной сфере и бытовом хозяйстве [1].

Экспериментальная часть

Расчет экономической эффектив-ности показывает, что затраты на изготовление панелей, площадью 1 м2, находятся в интервале 54,87 - 92,21 руб/м2 в зависимости от цены компонентов связующего и поверхностной плотности, волокнистого состава, производителя нетканых полотен.

Для сопоставления с композитами рассмотрены используемые в настоящее время материалы (древесностружечные, гипсоволокнистые,

цементностружечные, фиброцементные) для изготовления различного рода строительных панелей и плит. Затраты на разработанные композиционные материалы в 2 - 10 раз ниже по отношению к указанным листовым материалам. Наиболее близким по цене к композитам на нетканой основе является гипсокартонный лист. Кроме того, обращает на себя внимание влагопоглощение: если применяемые листовые изделия впитывают более 10 % влаги, то поглощательная способность разработанных изделий не превышает 1 %.

Экспериментальные исследования образцов из композитов в виде трубок (рис. 2), показали, что они имеют достаточно высокие прочностные показатели и крайне незначительное водопоглощение (менее 1 %). Такие характеристики позволяют рекомендовать разработанные композиционные материалы для внедрения при производстве различного рода водопроводных труб технического назначения, например, дренажных, или опор, применяемых при

строительстве зданий и сооружений, креплении осветительной арматуры на улицах населенных пунктов и т.п.

Рис. 2 - Трубки из композиционных материалов на нетканой основе

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,

Таблица 1 - Затраты на изготовление четырехсек

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 вариант опоры, высотой 8 м. При этом каждая секция, представляющая собой полый усеченный конус с наибольшим диаметром Бт и наименьшим диаметром Бь, имеет длину L = 2 м. Расчет затрат на производство четырехсекционной восьмиметровой опоры из разработанных композитов, представлен в табл. 1.

й восьмиметровой опоры

Секционная опора Секция №1 Секция №2 Секция №3 Секция №4

Бь, мм 150 190 228 266

Бт, мм 200 240 278 316

Ориентировочный расход связующего, кг 5,6 5,8 6 6,2

Секционная опора Секция №1 Секция №2 Секция №3 Секция №4

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

Сопоставление результатов расчета проводится с характеристиками опор (столбами освещения), устанавливаемых в Москве и Московской области. Без учета деревянных опор в связи с их не долговечностью, предлагаемый вариант

четырехсекционной конструкции из

композиционного материала выгоднее по цене (в 1,5-2,5 раза дешевле), массе, условиям транспортирования и трудозатратам по отношению к железобетонным.

С целью определения возможности реализации и материалоемкости изделия, была выполнена модель четырехсекционной опоры (рис. 3). Характеристики компонентов и затраты на изготовление даны в табл. 2.

Расходы на производство модели не превысили 100 руб. при высоте в сборе 1,225 м. Следовательно, реальная себестоимость 8-метровой опоры не превысит расчетную и будет составлять не более 3500 руб при массе 23-25 кг.

Расходы на производство модели не превысили 100 руб. при высоте в сборе 1,225 м. Следовательно,

реальная себестоимость 8-метровой опоры не превысит расчетную и будет составлять не более 3500 руб при массе 23-25 кг.

Рис. 3 - Модель четырехсекционной опоры

Вестник технологического университета. 2016. Т.19, №23 Таблица 2 - Характеристики и затраты на производство изделия после финишной обработки

Наименование изделия Длина, мм Масса, г. Диаметр основания, мм Диаметр вершины, мм Толщина стенки, мм Стоимость материалов, руб.

внешняя внутренняя внешняя внутренняя

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 результаты проведенных

исследований [1], а также крайне незначительную величину эффективного коэффициента

теплопроводности X, в частности материалы марки «Холлофайбер Строй», поверхностной плотностью 2500 г/м2, 3000 г/м2, 3500 г/м2 имеют X = 0,037 -0,039 Вт/(м0С), совместно с компанией «ТЕРМОПОЛ» созданы образцы звуко и теплоизоляционных панелей (рис. 4), имеющих экологические и гигиенические сертификаты соответствия, что позволяет использовать их в промышленных и жилых помещениях.

Идея тепло-звукоизоляции реализована в виде блоков (сэндвич-панелей) и заключается в том, чтобы за счет самопроизвольного подъема связующего пропитать только поверхностные слои основы. При этом сохраняется прежняя пористость внутреннего волокнистого объема, выполняющего соответствующую функцию. Блок может быть использован в качестве уже готовой стеновой панели.

Рис. 4 - Образцы звуко и теплоизоляционных панелей

Таким образом, получается легкая, прочная, утепленная стена нового поколения. Вполне возможно такие стены появятся в конструкциях быстровозводимых домов, ангаров, подсобных помещений. Применение практически не ограничено.

Затраты на сэндвич-панель, размером 1200^600x50 на основе нетканого полотна

«Холлофайбер» составляют 516,53 руб/м3. На отечественном рынке стоимость аналогичных изделий - 3600 - 4700 руб/м3.

Кроме того, разработаны и изготовлены образцы ударопрочных, термоизоляционных и гидростойких защитных оболочек (скорлупы) для магистральных трубопроводов, прокладываемых не только в городах, но и в гористой местности, а также районах с пониженной температурой (Крайний Север, Западная Сибирь). Данные изделия легко монтируются одним человеком (рис. 5).

Рис. 5 - Образцы защитных оболочек (скорлуп) с внутренней теплоизоляцией

Затраты на изготовление скорлупы: 46-91 руб/м2. Анализ стоимости показал, что предлагаемые защитные оболочки в 3-5 раз дешевле по сравнению с пенополиуретановыми, уже имеющимися рынке РФ.

Учитывая невысокую себестоимость

производства (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.

В настоящее время ведется документированное технико-экономическое обоснование разработок для крупных российских коммерческих и государственных заказчиков с последующим проектированием технологической линии по изготовлению звуко и теплоизоляционных панелей и защитных скорлуп с целью создания опытного производства.

Литература Московский государственный университет имени М.В.

Ломоносова, 2015.- 220 с.

1. Трещалин Ю.М. Композиционные материалы на основе нетканых полотен: монография / Ю.М. Трещалин. - М.:

© Ю. М. Трещалин - материаловед-исследователь, mtreschalin@mail.ru; В. В. Хамматова - зав. кафедрой "Дизайн", "Казанский национальный исследовательский унтверситет", venerabb@mail.ru; М. Ю. Трещалин, д.т.н., профессор МГУ имени М.В. Ломоносова, mtreschalin@mail.ru; М. В. Киселев, д.т.н., профессор «Костромской государственный технологический университет», kisselev50@mail.ru.

© Y. M. Treshchalin - a materials researcher, mtreschalin@mail.ru; V. V. Khammatova - head. the Design Department, Kazan National Research Technological University, venerabb@/mail.ru; M. Y. Treshalin, Ph. D., Professor of MSU named after M. V. Lomonosov, mtreschalin@mail.ru; M. V. Kiselev, doctor of technical Sciences, Professor "Kostroma state technological University", kisselev50@mail.ru.