“КОМПОЗИТ НЕ ПРИНИМАЕМ!” - с этой фразой столкнется каждый, кто задумался о сортировке мусора и начал изучать правила приёма.
Но когда я первый раз услышала эти слова, вообще не поняла о чём речь. Поэтому решила разобраться, и поделиться с вами тем, что нашла.
Начну я с определения композита, его классификаций, затем опустимся к теме его производства, а затем, переработки.
Что вообще такое композит
Если материал состоит из более чем одного компонента, он считается композитным.
Почему?
Его химические и физические свойства не считаются “чистыми”, потому что при соединении хотя бы двух разных материалов возникает новый материал со своими уникальными свойствами.
Какие есть классификации у композита
Современный композит состоит из двух компонентов:
- наполнителя, который обеспечивает материал заданной характеристикой (прочность, упругость и т.д)
- матрицы (основы), которая связывает разные компоненты материала и делает их совмещение возможным.
К наполнителям относят:
- Дисперсионно-упрочненные
Это мелкие частицы различных соединений, которые взаимодействуют с матрицей, не плавятся и не меняют свою форму, упрочняя материал.
2. Волокнистые
Здесь в роли уплотнителя выступают: ленты, нити, сетки различного плетения (например, МДФ, ДВП, кевлар, ЛДСП).
3. Слоистые
Чередуются слои материала и наполнителя, а-ля «сэндвич». Обычно используют неметаллические материалы. (Например, триплексные стекла).
Ещё, дисперсно-упрочненные делят на дисперсно-упрочненные оксидами сплавы (их используют для деталей авиации, которые должны работать при высоких температурах). И дисперсионно-упрочненные полимерные композиты, которые условно делят еще на несколько групп:
- Стеклопластики (Например, оконные рамы)
- Углепластики (Например, ракетно - космическая техника)
- Боропластики (Например, детали для авиации)
- Органопластики (Например, бронезащита)
- Полимеры, наполненные порошками (Например, бакелит)
- Текстолиты (Например, покрытия для кухонных столов)
Матрица же бывает:
- Неметаллическая (полимерная и керамическая)
- Металлическая (боро- и угле- алюминий).
Зачем и где его используют
Композиты привлекают многими свойствами. Они часто уменьшают вес изготовляемых предметов, делают их прочнее, устойчивее (или наоборот) к высоким температурам. Отличаются электроизолирующими свойствами, низкой теплопроводностью, дешевизной.
В древние времена, египтяне добавляли в кирпичи солому, чтобы те были прочнее. Инки добавляли растительные волокна в керамику, а англичане добавляли волос в штукатурку, опять же для упрочнения. Это тоже своего рода композиты.
Когда используют полимерные композиты в производстве авиации и космической техники, экономят от 5 до 30% веса летательного аппарата! А если сэкономить вес орбитального спутника всего на 1 кг, это сэкономит производителю 1000$.
В каждой современной квартире найдется мебель, сделанная из ДСП. Это композитный материал, состоящий из матрицы в виде синтетических смол, наполненной древесными опилками.
Еще один популярный композит - железобетон. Это сочетание железных прутьев и бетона, которые выдерживают гораздо большие нагрузки, в отличие от бетона.
Композиты используются в различных формах при изготовлении спорт снаряжения, потому что, в отличие от пластика и металла, их можно адаптировать к конкретному виду спорта.
Способы переработки композитов в мире на 2021 год
Всего есть 4-ре категории переработки, применяемые к полимерным композитам:
Первичная
Восстановление отхода в тот же материал, из которого он произошел, или близкий к нему.
Вторичная
Отход восстанавливают в приложениях, которые не требуют он него тех свойств, который были у оригинального материала.
Третичная
Отход разделяют на различные хим блоки и субпродукты, которые потом перерабатывают отдельно.
Четвертичная
Отход сжигают или уничтожают другим способом, который позволяет извлекать электроэргию.
А с недавнего времени технологии переработки композитов стали разделять на:
- Прямые - отходы дробят в крошку, и смешивают их с органической или не матрицей, затем восстанавливают и используют повторно.
- Непрямые - отходы делят на органику и не с помощью термического разложения.
Сейчас на рынке есть одна крупная компания по переработке композитов ELG Carbon Fiber, Великобритания. Они используют процесс пиролиза (термического разложения) для переработки в промышленных масштабах.
Процесс переработки можно описать так:
Смола сгорает в ограниченном количестве кислорода, оставляя чистые углеродные волокна. Затем они либо продаются в виде измельченных или рубленых волокон, либо превращаются в промежуточные продукты, такие как нетканые маты, формовочные смеси или гранулы для литья под давлением.
В декабре 2019 компания Boeing подписала соглашение с ELG на 5 лет, по которому вулканизированные и неотвержденные композитные отходы будут отправлены на переработку для восстановления углеродного волокна.
Вот еще список стран, которые занимаются переработкой композитов.
Что вообще с композитами в России?
В 1980-х годах, ещё СССР, был на 3-м месте в мире по применению композита. Но в 90-е эта отрасль остановилась. И если почитать различные интервью с предпринимателями из области композитов, они говорят, что сейчас нужно вернуться хотя бы к уровню 80-х.
Используют композит в России в транспорте, космосе, авиации, ЖКХ и энергетике.
На данный момент, производят композиты в России около 150 предприятий. Они есть в Московской и Саратовской областях, Татарстане, входят в программу “Композиты без границ”.
Но российский рынок всего лишь 1% по производству композитов от мирового. На душу населения в России потребляется 0,8 кг композитных материалов, и это в 26 раз меньше, чем в более развитых странах.
Есть несколько официальных и НЕ причин, почему Россия так отстает в этом вопросе.
- У нас нет отечественного оборудования для подобных вещей
- Финансы распределены, и не в сторону композитов
- Если кто-то придумывает разработки для изготовления композита или новых технологий, на их полную сертификацию может уходить от 3-х лет
- У нас до сих пор нет подробной документации, в каких экономических отраслях можно применять композиты
- Сырья не хватает
- Российская продукция по потребительским качествам уступает зарубежным аналогам
- Специалистов практически никто не обучает
- Импортозависимость этой отрасли (90% сырьевой базы - импорт), а цены зависят от падения рубля, что очень невыгодно
- Санкции, например, когда запретили компаниям Hexcel (США) и Toray Industries (Япония) поставки композитов в Россию для гражданского самолета МС-21. Хотя можно почитать интервью с производителем, который ничего страшного в этих санкциях не видит.
Но, эта отрасль в последнее время начинает выделяться. С 2013 по 2019 год, отрасль полимерных композитов показала среднегодовой темп роста в денежном выражении 9,2%, что выше мировых лидеров — КНР (7,4%), Германия (6,5%), США (6,4%), Япония (6,4%).
Разрабатываются программы, которые должны поднять этот вид промышленности на ноги.
С 2014 года Росатом, Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ), МГУ ведут исследования по изготовлению композитных конструкций из отечественных материалов.
Если порыться по просторам интернета, то можно откопать даже целый журнал, который весьма интересно составлен, и рассказывает он о деятельности в России по производству композитов.
Проводятся различные форумы, где рассматривают новые технологии по производству композитов. На форумах проводят мастер-классы, выбирают победителей по разработанным технологиям и подписывают с ними контракты.
Из недавнего, Ученые Нижегородского Гос Университета Лобачевского разработали новые методы получения композита на углеродных волокнах.
А переработка то что?
Но если взять именно отрасль переработки, то тут все туго. В то время, как другие страны сильно ушли вперед по производству композитов, и уже начинают переработку в промышленных масштабах, в России только в 2019 утвердили новую профессию “Специалиста по переработке полимеров и композитов”.
Что касаемо самой переработки, Росатом на заводе ООО "Завод углеродных и композиционных материалов" (ЗУКМ, Челябинск) только начал тестировать новое оборудование по переработке в 2020-м году.
Существует подпрограмма "развитие производства композиционных материалов и изделий из них", но результатов ее исполнения найти не удалось.
Также, есть «План мероприятий («дорожная карта») по развитию отрасли производства композитных материалов».
Но, пандемия...
Гендир CarbConsult (с 2011 занимаются композитами и разрабатывают технологии их переработки) Дэн Пихлер назвал отрасли, которые с 2021 года сильнее всего заинтересованы в композитах:
- коммерческая авиация
- космическая промышленность
- автомобилестроение
- ветроэнергетика
- спортивная индустрия.
Вот его слова касательно спорт индустрии:
Сергей Кравченко, президент Boeing в России считает, что наша страна после пандемии может стать незаменимой в изготовлении и переработке деталей для Boeing и Airbus. Потому что уже сейчас 56 типов деталей из титанового сплава производят на Урале.
Сейчас Boeing и Airbus сильно сократили объемы производства. Но их аналитики не переживают, потому что по выпущенному ими прогнозу, авиастроение через 3-4 года уже восстановится, и будет невиданно расти.
Черезе 20 лет, в мире будет летать 44000 новых самолетов. 75% из них будут сделаны из композита.
Еще одна привлекательная ниша — переработка отходов композитного производства. Кравченко уверен, что:
Как композит обозначается?
Насколько он вреден для среды?
Я нашла исследование, которое рассматривает влияние частей теннисной ракетки на окружающую среду. Большинство её деталей, само собой, композитные.
Но для начала, важно будет узнать новый термин, в котором вред среде обозначается. Это EI-99, или Эко-индикатор 99.
Это показатель, который показывает ущерб, который будет нанесем продуктом среде и человеку за его жизненный цикл. На графиках он обычно показан в mpt, где M - milli, a pt - point, s - показатель множественного числа.
Чем выше получается показатель, тем серьезнее воздействие на окр. среду.
Перейдем к исследованию
Было рассмотрено 4 вида тенисных ракеток из каждой фирмы.
В исследовании указано, что каждый представленный изготовитель имеют какую-то свою деталь или технологию, но в целом все они делаются похожим образом.
На рисунке ниже видно, что ракетки разделили на 2 группы моделей - A и B, в зависимости от материалов, которые были использованы.
Если собрать воедино все материалы, из графика ниже выходит, что ракетка модели 1B самый худший вариант для окружающей среды, учитывая показатель EI-99.
Исследователи дают заметку о том, что 1 пункт EI-99 примерно равен 1/1000-ой среднегодовой экологической нагрузке европейского жителя, что равняется 114,2 mpts в час. То есть, ракетка 1B (около 350 mpts), равняется экологической нагрузке, которую получает европейский житель за 3 часа.
Дальше идет график, который показывает воздействие каждой части ракетки в отдельности. Видно, что рама - самая худшая часть ракетки.
Но если рассмотреть две другие рамы ракеток моделей B, то они дают нагрузку на окружающую среду выше всего на 20 mpt.
Смотря на материалы, из которых делают рамы ракеток, мы увидим, что самый распространённый сред них это СF SMC (carbon fibers, sheet molding compound).
Далее идут сплавы (lead), которые добавляют вес ракеткам моделей, и нейлон, который используется при выдуве ракеток. Нейлон + выдув нагружает среду на 26 mpt, а сплавы, свинец + процесс раскатки дают нагрузку в 31 mpt.
Остальные же компоненты безусловно влияют на экологию, но они гораздо легче перерабатываются, чем рама.
Да и рама несъемный компонент, который почти не ломается. А вот другие детали за время жизни ракетки покупатель может менять.
Уже начали придумывать эко-дизайны ракеточных струн, которые изготавливаются частично из кукурузного крахмала, называются Bio-gut Multi-oil 16.
Полиэтиленовая упаковка ракетки перерабатывается, но ее возможно заменят на бумажную или картонную.
Куда сдать в России
Так как городов в России много (хотя только в милионниках более-менее налажен раздельный сбор мусора), я не буду расписывать пункты приема для каждого, а поделюсь источниками, где вы самостоятельно сможете всё посмотреть.
Но надо заметить, что из композитов скорее всего принимают только TetraPak и подобные (81-84 маркировки).
- Эко-карта от Раздельного сбора
- Эко-карта от Гринписа
- Приложение для смарфтонов Это куда?, в котором можно отсканировать упаковку, и посмотреть куда этот вид мусора можно сдать в вашем городе
Выводы
Материалы для композитных наполнителей очень дешевые, а их переработка стоит дорого. Поэтому немногие компании имеют собственную переработку, а в России таких одна.
И композит хоть и выгоден в производстве, он не перерабатываем в большинстве своем. Поэтому композит выкидывают, и он разлагается, проникая в почву, и затем в человека.
Но композит слишком "сладкий" материал со всех сторон, помимо экологической. И исходя из полученных материалов, его врядли перестанут использовать. Но то, что его переработка в ближайшие годы значительно улучшится, и компаний которые ей занимаются станет больше - факт.
Уже хорошо, что есть показатели, типа EI-99, которые помогают на этапе создания продукта, оценить его будущий вред среде. Это направление будет развиваться, ну а пока можно попробовать запомнить знаки композитных материалов, и увидя такой на упаковке, взять этот же продукт в перерабатываемой.
Если вы нашли какие-то спорные или непонятные моменты, пишите в комментарии, разберемся :)
Ещё, в моем канале есть ссылка на телеграм, там есть немного информации о перерабатываемых упаковках и моих мыслях по этому поводу. Подписывайтесь 😊
