Технологии производства композитов позволяют свободно комбинировать свойства различных материалов для получения нужных характеристик жесткости, легкости, теплопроводности, упругости, устойчивости к агрессивному воздействию среды и т.д. Происходит это за счет добавления к полимерной матрице волокнистых или кристаллических наполнителей и формирования заданной структуры, где волокна исполняют основную несущую функцию, а матрица равномерно распределяет нагрузку и защищает их от внешних воздействий. Такая вариативность позволяет задать эксплуатационные и технологические свойства изделий еще на стадии дизайна. Например, углепластик — матрица из эпоксидной смолы, армированная нитями углеродного волокна, превосходит по прочности сталь, но при этом почти в десять раз ее легче.
По прогнозам Markets and Markets, мировой рынок композитов вырастет с $72,58 млрд в 2016 году до $115,43 млрд к 2022-му, то есть будет увеличиваться более чем на 8% в год. Толкать рынок вверх будет стремительно растущий спрос на композиты со стороны ветроэнергетики, аэрокосмической отрасли, транспортного машиностроения и оборонной сферы. Доминируют в производстве полимерные композиты, причем в 90% случаев для армирования используется стекловолокно. Крупнейшим рынком для композитов является Азиатско-Тихоокеанский регион, а основные производственные мощности сосредоточены в Китае, Японии, США и Европе. На одном ценовом полюсе находятся материалы hi-end класса для аэрокосмической сферы, стоимость которых может составлять несколько сотен долларов за килограмм, на другом — массовые материалы стоимостью $15–20 за килограмм, востребованные в автопроме, строительстве и энергетике.
Композитная революция
Отдельные элементы из композитных материалов начали применяться в космической сфере еще несколько десятилетий назад, однако вплоть до недавнего времени при строительстве гражданских самолетов использовалось лишь 2–5% композитов. Только в 2000-х годах рынок дозрел до появления лайнеров, более чем наполовину состоящих из композитных материалов, таких как Boeing 787 Dreamliner и Airbus A350. Первый российский пассажирский самолет, на 35% состоящий из композитов, — ближне-среднемагистральный МС-21 — планируется запустить в серийное производство в 2019 году.
Композитный фюзеляж позволяет снизить вес воздушного судна, расход топлива и выбросы парниковых газов, обеспечивает повышенную герметизацию салона и лучший контроль температуры и влажности. Композитному крылу может быть придана практически любая форма, композиты долговечны, что сокращает расходы на обслуживание и ремонт. Для военной авиации еще одним преимуществом будет улучшение антирадарных свойств.
В Европе и США производители ищут возможности производства более легких автомобилей, чтобы сократить расход топлива. Массовое применение композитов в автопроме требует снижения их цены и сокращения производственного цикла.
По данным Umatex, дочерней структуры «Росатома», более 30% мирового объема производства полимерных композитов, или около 4 млн т, используется в строительстве жилых и промышленных зданий, автодорог и мостов, коммунальной инфраструктуры. Простые композитные материалы, такие как бетонные армированные плиты и стеклопластики, применяются в строительстве давно и широко, однако новые материалы открывают массу возможностей для улучшения теплоизоляции и энергоэффективности, уменьшения веса зданий и повышения сейсмоустойчивости, а также создания сложных архитектурных форм. Замена металлической арматуры на композитную способна значительно увеличить срок ее службы, а армированные сетки могут радикально продлить жизнь дорожному покрытию.
Композитные материалы также чрезвычайно востребованы в судостроении, медицине (изготовление зубных пломб, коронок, имплантов и различных протезов), производстве спортивных товаров (например, клюшек для гольфа и хоккея, велосипедных рам), строительстве трубопроводов. Еще один стремительно растущий сектор — производство лопастей для генераторов, используемых в ветроэнергетике.
Догнать и перегнать
В 1980-х годах СССР занимал третье место в мире по применению композитов, однако в 1990-е годы развитие отрасли практически остановилось. По словам главы Минпромторга Дениса Мантурова, на сегодняшний день потребление композитных материалов на душу населения составляет в России всего 0,5 кг, что в 15 раз меньше, чем в развитых странах. Используются они главным образом в ЖКХ, транспортной инфраструктуре, авиации, космосе и энергетике. Подпрограмма по развитию композитной отрасли включена в госпрограмму развития промышленности, а утвержденная Минпромторгом «дорожная карта» предполагает, что к 2020 году объем внутреннего рынка композитных материалов увеличится до 120 млрд руб., а потребление на человека составит уже 1,5 кг композитов в год. Как признают в ведомстве, пока страна находится лишь на полпути к этой цифре: хотя рынок растет на 20% в год, в 2017 году его объем не превышал 53 млрд руб.
Доля РФ в мировом производстве композитов составляет около 1%, а сама отрасль крайне импортозависима: из-за границы ввозятся оборудование и основное сырье — смолы, отвердители, наполнители для сэндвич-структур, препреги. Хотя российские производители обеспечивают потребности рынка в стекло— и углеволокне (а в производстве редкого базальтового волокна страна вообще выступает мировым лидером), ситуация с матрицами гораздо сложнее, объясняет руководитель направления «Отвердители» концерна Evonik Владислав Ярославский. Если в области полиэфирных смол, использующихся в массовом сегменте, усилия по импортозамещению принесли свои плоды, проекты производства эпоксидных смол пока остаются лишь на бумаге. «Учитывая, что российский рынок пока сравнительно небольшой, а инвестиции нужны гигантские, экономического смысла создавать крупное внутреннее производство просто нет», — говорит эксперт. В то же время готовые импортные композиты не играют существенной роли — большая часть производства локализована, а в последние годы однозначное импортозамещение произошло в области композитных труб. Кроме того, экспорт сырья и оборудования сопровождается трансфертом технологий, поэтому модернизация происходит непрерывно.
По данным Минпромторга, производством композитов в России занимаются около полутора сотен предприятий, специальные композитные кластеры созданы в Татарстане, Московской и Саратовской областях. Однако условия господдержки достаточно жесткие: деньги необходимо возвращать, отмечает Владислав Ярославский. Крупным игроком, в частности, выступает корпорация «Росатом», рассматривающая производство композитов как одно из направлений диверсификации. При этом материалы могут использоваться как для строительства атомных станций, так и в новой для компании области — ветроэнергетике.
В то же время развитие отрасли ограничивают нехватка квалифицированных кадров и слабое развитие нормативной базы. Впрочем, после вступления в силу сводов правил и стандартов применения композитов в приоритетных секторах экономики, основанных на лучших зарубежных практиках, ситуация должна измениться к лучшему, прогнозируют эксперты. «Перспективы рынка неплохие, но взрывного роста ждать не стоит. Нужно время и опыт успешных проектов, чтобы такие консервативные отрасли, как строительство и нефтянка, начали активно внедрять композиты», — полагает Владислав Ярославский.
