ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

«Разработка морозостойких резин нового поколения на основе пропиленоксидного каучука»

Рекомендуемая область пременения

Производство уплотнений и других резинотехнических изделий, применяемых в составе машин и механизмов для нефтегазовой, горнодобывающей промышленности, транспорта, ВПК, ЖКХ, судостроения.

Назначение, цели и задачи проекта

Разработка морозостойких резин для деталей уплотнительного назначения, отличающихся повышенным уровнем эксплуатационных свойств и предназначенных для техники, используемой в арктических зонах России; их  активное внедрение в различных отраслях промышленности.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

Эксплуатация полимерных изделий в условиях российского Крайнего Севера  в силу уникальных климатических факторов, а также вследствие воздействия перепадов давлений, агрессивных и абразивных сред, характерных для работы того или иного изделия, носит экстремальный характер. Крайне низкие температуры в зимнее время года (до -65°С); высокая прозрачность атмосферы, а следовательно и большая интенсивность ультрафиолетового излучения, обуславливающая глубокое протекание радикальных процессов старения полимера; резкие колебания температуры в осенне-весенний период с переходом через 0 °С, приводящие к появлению термических напряжений, накоплению микротрещин и хрупкому разрушению материала – все это усложняет выбор материала для эластомерных изделий уплотнительного назначения.

Анализ надежности уплотнений, проведенный на примере изучения наиболее распространенных образцов техники, эксплуатирующейся в условиях холодного климата, показывает, что отказы герметизирующих устройств во многом лимитируют работоспособность машин, особенно в зимний период. Комплектация управляющих, питающих, силовых и других систем машин большим количеством эластомерных уплотнений (до 10 тыс. на машину) с низкой морозостойкостью обусловливает до 30% отказов и неплановых простоев.

Целесообразность выполнения данного проекта обусловлена значительной потребностью в уплотнительных материалах нового поколения для экстремальных условий эксплуатации, необходимостью приближения центров по производству РТИ к местам их применения в целях снижения издержек. Несмотря на большое количество предлагавшихся ранее рецептур резин, проблема производства и широкого внедрения эластомерных изделий с повышенными масло- и морозостойкостью остается нерешенной. Традиционно подобными задачами занимались ведущие отраслевые институты (ВНИИЭМИ, ВНИИСК, ИНЭОС, НИИШП и т.д.), однако в условиях отсутствия централизованного финансирования этой тематики, их интерес к созданию морозостойких уплотнительных материалов резко снизился. Негативные процессы, происходившие в последнее десятилетие в отраслевой науке и на предприятиях полимерной  промышленности России, ухудшение сырьевой базы (в этой связи необходимо упомянуть произошедшую замену традиционно используемого для производства уплотнительных деталей  бутадиен-нитрильного каучука СКН-18 на менее морозостойкий БНКС-18) еще более ухудшили ситуацию. В настоящее время ведущие заводы по производству РТИ работают с рецептурами, созданными 20-30 лет назад, которые не удовлетворяют жестким условиям эксплуатации машин и механизмов в Республике Саха (Якутия).

Таким образом, эластомерные материалы, применяемые в настоящее время в промышленности для производства манжет, сальников, уплотнителей не обеспечивают необходимого уровня надежности эксплуатации техники Севера, а традиционные способы создания подобных материалов (например, введение в рецептуру резин повышенных дозировок пластификаторов) не применимы для создания полимерных материалов для экстремальных условий эксплуатации. В тоже время наблюдающийся в последнее время в России всплеск интереса к освоению новых нефтяных и газовых месторождений Западной Сибири и Республики Саха (Якутия) (например, строительство трубопровода ВСТО) доказывает необходимость и своевременность решения данной проблемы, создания и широкого внедрения новых типов эластомерных материалов, сочетающих высокий  уровень морозо- и  маслобензостойкости.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

Пропиленоксидный каучук (СКПО) представляет собой сополимер пропиленоксида и аллилглицидилового эфира (2-5%). Уникальная морозостойкость (Тс = -74°С), высокие  прочностные показатели, озоно- и термостойкость СКПО, разработанного в ГУП НИИСК им. С.В. Лебедева, делают его перспективным материалом для использования в условиях Крайнего Севера. Проведенные исследования климатической устойчивости резин на основе СКПО в условиях одновременного воздействия нефти и естественно-низких температур, характерных для Республики Саха (Якутия),  показали высокую стабильность основных свойств материалов на его основе на протяжении всего срока экспозиции (2 года).

Промышленный выпуск пропиленоксидного каучука организован на Стерлитамакском заводе синтетического каучука  (ТУ2294-067-16810126-99) в конце 90-х годов, однако до сих пор он не нашел широкого применения. Существенного прогресса в его использовании не наблюдается вследствие необходимости проведения работ по адаптации СКПО к существующим технологиям производства резинотехнических изделий (РТИ), из-за отсутствия опыта работы с каучуком, малой заинтересованности в производстве изделий высокой морозостойкости. В настоящее время в промышленности применяются резины на основе бутадиен-нитрильного каучука БНКС-18, которые в зависимости от рецептуры (например, от количества введенных пластификаторов) работоспособны до -50? -55?С. Однако, в результате контакта с углеводородными средами (топливо, смазки и т.д.) происходит интенсивное вымывание пластификаторов и резины на основе БНКС-18 теряют свою эластичность при достижении температуры стеклования полимерной основы (Тс= -47 ?С). Низкотемпературные свойства пропиленоксидного каучука определяются его строением – наличием в основной цепи  атомов кислорода, обеспечивающих высокую гибкость и подвижность макромолекул, и не зависят от рецептурно-технлогических факторов. СКПО не имеет конкурентов среди промышленных эластомеров по морозостойкости, но при этом нуждается в повышении стойкости в углеводородных средах. В ООО «Нордэласт», организованном в 2004 году на базе ИНМ СО РАН в рамках программы «Старт», разработан ряд рецептур на основе СКПО, в которых достигнут необходимый компромисс между этими двумя свойствами.  Разработанные рецептуры, новизна которых подтверждена патентами РФ, обеспечивают сохранение уникальной морозостойкости и повышение масло- и износостойкости каучука. Данные резины работоспособны до -74°С, коэффициент морозостойкости их превышает Км серийных резин в 3 раза, они обладают стойкостью в углеводородных средах на уровне БНКС-18 или полихлоропренового каучука, отличаются высокими озоно- и термостойкостью. Введение в композиции на основе СКПО политетрафторэтилена, модификация полимерной основы природными цеолитами якутских месторождений позволяют снизить остаточную деформацию сжатия и снизить объемный износ резин на основе СКПО, что обеспечивает хорошую восстанавливаемость уплотнительных изделий и высокую работоспособность их в динамических условиях эксплуатации.

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

В результате многолетних систематических исследований по разработке уплотнительных материалов, повышающих надежность и ресурс узлов трения техники, эксплуатируемых в экстремальных арктических условиях, получен и обобщен большой объем экспериментальной и теоретической информации по служебным свойствам полимерных материалов. При поддержке федеральных структур (фонд Бортника) создана первичная база по производству резинотехнических изделий, существует значительный банк данных потребителей продукции в РС (Я). Ассортимент РТИ, производимых предприятием, составляет более 500 типоразмеров, годовой объем производства сравнительно невелик – 800 тыс. руб. в 2006г. Преимуществами продукции предприятия являются  высокое качество и более высокая  морозостойкость по сравнению с уплотнения, завозимыми из-за пределов Республики Саха (Якутия). Более широкое применение резин нового поколения на основе пропиленоксидного каучука и изготовленных из них РТИ позволяет обеспечить высокую надежность эксплуатации техники и конкурентоспособность продукции на внутреннем рынке.

Представленные резины разработаны на основе промышленно выпускаемого каучука, изделия из них обладают высокими потребительскими качествами при относительно невысокой стоимости. Стоимость их несколько (25%) превышает стоимость традиционных резин на основе БНКС-18, но значительно ниже, чем стоимость силоксановых эластомеров (Тс= -55?-60?С), которые в какой-то мере могут быть сопоставлены с СКПО по морозостойкости. Производимые по новым рецептурам РТИ могут полностью вытеснить с рынка по некоторым позициям (в основном формовые изделия) завозимую продукцию. Стоимость изготовления уплотнительных деталей на малом предприятии несколько выше, чем на крупном заводе, но все это компенсируется высокими потребительскими качествами, основанными на использовании собственных разработок и строгом соблюдении технологии производства, а также «эксклюзивностью» товара, возможностью производства небольших партий изделий по требованиям заказчика.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Повышенный ресурс работы, производимых с применением собственных  рецептур уплотнительных деталей, обеспечивает повышение срока эксплуатации машин и механизмов, уменьшает затраты на замену вышедших из строя деталей, снижает простои техники. В связи с реализацией на территории Республики Саха (Якутия) крупного экономического проекта  - строительства  нефтепровода ВСТО, можно рекомендовать разработанные материалы и изделия для комплектации насосных станций, технологического оборудования нефтепровода. Этому способствует многолетний опыт изготовления РТИ для нефтепровода «Талакан-Витим», который имеет сборную конструкцию (его герметичность обеспечивается 22000 резиновых уплотнений), и успешно эксплуатируется на территории Якутии в течение 10 лет. В этом случае имеет смысл говорить не только об увеличении ресурса работы уплотнений, но и о значительном снижении  риска экологических катастроф, связанных с авариями на нефтепроводе.

Новые потребительские свойства продукции

Разработанные материалы на основе СКПО являются новым, уникальным продуктом на рынке, еще полностью не определены области рационального применения этих резин. Сочетание высокой климатической устойчивости, озоностойкости и морозостойкости резин делает перспективным их применение не только в качестве уплотнений машин и механизмов, работающих в углеводородных средах (формовая технология), но и в качестве морозостойких уплотнений для стеклопакетов, уплотнений для стекол автомобилей и т.д. (длинномерные изделия).

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

При изготовлении РТИ применяются соответствующие ГОСТ и ТУ полимеры и ингредиенты (ТУ 2294-067-16810126-99)

Стадия и уровень разработки

Предлагаемые технологии получения морозостойких резин и РТИ уплотнительного назначения прошли апробацию в ООО «Нордэласт», созданном в 2004 году в рамках программы «Старт» на базе ИНМ СО РАН. Основная часть продукции предприятия выпускается из серийных резиновых смесей, 20 % - по собственным рецептурам. Уплотнения по новым рецептурам резин с успехом применяются на автомобильном (ЯПАПТ-1) и речном транспорте (ЛОРП), на предприятиях пищевой промышленности г.Якутска (ФАПК «Якутия»), в дорожно-строительной отрасли промышленности, на предприятиях ЖКХ и нефтегазового комплекса. Увеличение доли изделий, выпускаемых по собственной рецептуре, в данный момент невозможно из-за отсутствия вложений в развитие производства и некоторых сложностей, связанных с адаптацией технологии переработки разработанных рецептур к условиям конкретного производства. Производственная база предприятия нуждается в обновлении парка оборудования (основные агрегаты произведены в 80-х годах прошлого столетия), закупке новых видов испытательного оборудования (реометры, разрывная машина) для поддержания высокого качества выпускаемой продукции. Дополнительное инвестирование позволит расширить объем производства деталей на основе новых технологий .

Предлагаемые инвестиции

2,5 млн. руб.

Рынки сбыта

Спрос на уплотнительные изделия в Республике Саха (Якутия) сформирован и является стабильным в течение последних 15 лет. Тем не менее, на ее территории производится не более 20% необходимого количества полимерных уплотнений, остальное завозится из-за пределов региона, причем, состав и качественные показатели не всегда соответствуют эксплутационным требованиям. Основными потребителями являются все крупнейшие промышленные предприятия РС (Я) (угольная, алмазо-, золотодобывающая промышленность, автотранспортные предприятия, ЖКХ). Ожидается значительное увеличение спроса в связи с интенсивным освоением северных территорий, а также из-за увеличения числа техногенных катастроф и необходимости снижения их риска на всей территории России.

Возможность и эффективность импортозамещения

Разработанные технологии не имеют аналогов, полученные материалы могут быть использованы для изготовления запасных деталей для импортной техники канадских и японских фирм (Комацу, Катерпиллер), эксплуатирующейся в карьерах на территории Республики Саха (Якутия),а также для комплектации насосных станций и технологического оборудования нефтепроводов.

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

36

Дата поступления материала

28.02.2007