В.В. Авдеев – профессор, д.х.н., заведующий кафедрой Химической технологии и новых материалов Химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, председатель совета директоров ГК УНИХИМТЕК, генеральный директор АО «Институт новых углеродных материалов и технологий» (ИНУМиТ), член рабочей группы "Технет" (передовые производственные технологии) Национальной технологической инициативы

 

 

– Добрый день, Виктор Васильевич. Благодарю, что нашли время пообщаться.

– Добрый день! Хотел бы в начале нашего разговора отметить, что мне как представителю вузовской науки и высокотехнологичной промышленности приятно стать участником этой просветительской инициативы Ассоциации «Технет» и Центра НТИ "Новые производственные технологии" Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого.
Вы ставите перед собой важную цель: пропагандировать достижения науки, в нашем случае – вузовской науки о композитах. К сожалению, в настоящее время именно возможности вузовской науки сильно недооценены в нашей стране.

– Предлагаю начать с базового вопроса. Поясните, пожалуйста, что понимается сегодня под «новыми материалами»? В чем отличие новых материалов от традиционных?

– Материалы – это всегда или почти всегда многокомпонентные структуры. Говорить о них можно невероятно долго. Мы вряд ли уложимся в одно интервью (смеется). И даже если предметом нашего рассмотрения станет материал с одним компонентом – например, углеродом, то и в этом случае мы будем обсуждать сложную систему, состоящую из углерода с разными структурами.

Бесспорно, что новые материалы занимают видное место в современной научно-технологической повестке и соответствующих национальных программах, например, НТИ. XX век – это век алюминия и титана. И здесь мне приятно отметить, что, как и в эпоху существования Советского Союза, Россия сегодня удерживает высокие позиции в этом направлении. К слову, целый ряд рекордов по производству титана, установленных СССР, все еще никем не побит. А вот XXI век – это век композиционных материалов, прежде всего тех, что используются в силовых конструкциях, – углепластики, стеклопластики. Основные отрасли применения композитов на сегодняшний день – авиационная, аэрокосмическая. Мы и в МГУ, и в ГК «Унихимтек» ведем активную работу в этих направлениях. Также нельзя не отметить автопром. Возможности новых материалов позволяют значительно сократить вес и увеличить прочность изделий. И именно поэтому на рынке композитов работает фактически вся планета.

Когда я читаю студентам лекции об углеродных волокнах, одной из составляющих углеродных композитов, то рассказываю, что сегодня в промышленности используют материалы с прочностью на разрыв 7 ГПа. При этом в лабораториях уже достигнут результат в 10-12 ГПа, что означает прочность 1200 кг на миллиметр квадратный. В теории возможен и вовсе колоссальный рост – до 32 – 150 ГПа.

Чтобы еще раз подчеркнуть важность исследований и разработок в области новых материалов, напомню о лекции профессора Эдварда Ф. Кроули – одного из самых видных мировых специалистов в области аэронавтики и астронавтики. В своем прощальном выступлении в Сколтехе, ректором которого он был с 2011 по 2016 гг., профессор говорил о космосе и межпланетных полетах. Он отметил, что в космонавтике существует 10 проблем, но только одна из них – новые конструкционные материалы – стоит всех девяти оставшихся.

– Как вы охарактеризуете современный рынок композитов в России и в мире: уровень сформированности, объемы, перспективы роста?

– Для описания мирового рынка композитов я буду использовать данные за 2018-2019 гг., предоставленные организаторами JEC World – выставки, которая проводится ежегодно с 1965 года (в 2020 отменена в связи с пандемией коронавирусной инфекции) и является, пожалуй, самым заметным событием в области композиционных материалов. Согласно этим данным, в мире создано 11 млн тонн композитов – металлических и неметаллических. Годовой оборот рынка составляет 83 млрд долл. С 1960-го по 2010-е года композиты развивались со скоростью 8% ежегодно. К настоящему моменту мы можем говорить о том, что эта отрасль перешла из научно-технологической в производственно-технологическую сферу, оставаясь при этом очень высокотехнологичной.

Я застал те времена, когда Советский Союз был в тройке сильнейших стран на мировом рынке новых материалов. С большой горечью и досадой я наблюдал деградацию этой отрасли в 1990-х годах. В начале 2000-х и вплоть до сегодняшнего дня Россия постепенно возвращается в число важнейших игроков рынка новых материалов. Повышается уровень технических показателей. Мы переходим от производства сотен тонн композитов в год к тысячам тонн. Темпы роста российского рынка композитов – 8-10% (мировой темп сегодня – порядка 4-6%). К сожалению, пока Россия занимает вместе с Африканским континентом порядка 4% мирового рынка. Но есть явные предпосылки того, что в скором времени наша страна войдет в пятерку стран-лидеров.

Если говорить о ключевых игроках, то стоит отметить, что за последние годы расклад здесь кардинально поменялся. В 2010 году США лидировали, занимая 47% рынка. Сейчас на первом месте – азиатский рынок, у которого чуть менее 50% рынка, доля США сократилась до 27%, примерно столько же составляет доля Китая.

Японцы – безусловные лидеры в области производства углеродных волокон – ПАН-волокон (производитель №1 в мире в этом сегменте – японская компания Toray) и пековых волокон. И если ПАН-волокон сегодня в мире производится порядка 150-170 тысяч тонн, то пековых – на порядок меньше, тысячи тонн. И они – «высший пилотаж» в материаловедении. Отмечу основные свойства пековых волокон, которые потрясают: практический модуль упругости почти на уровне теоретического; коэффициент теплопроводности порядка 800 Вт/м·К (в 2 раза выше, чем у серебра); коэффициент термического расширения – близок к нулю. Пековые волокна уступают только карбидкремниевому волокну, но мир только-только учится их делать.

Огромную работу в области композиционных материалов проделал за последние 10-15 лет Китай. На их рынке ведут разработки четыре крупнейших и сильных команды, которые, думаю, в ближайшее время догонят и перегонят остальной мир. Сегодня показатель 6 ГПа для них – обычная практика. Также среди сильных игроков – Италия, Германия (в первую очередь – в сфере автомобилестроения), а также Индия (хотя и со значительным «лагом»).

Если касаться отраслевой специфики, новые материалы – это революция в первую очередь в аэрокосмических технологиях, но результат мы видим на земле. Я имею в виду автомобилестроение, например. На сегодняшний день в некоторых моделях автомобилей сталь составляет 24%, столько же – композиты, алюминий – 15-17%. Сейчас композиты являются атрибутом премиальных автомобилей, но я думаю, что вскоре их станут применять гораздо шире. Тренд на увеличение доли новых материалов в конструкции сохранится. Это связано с переходом на электрические автомобили, для которых вопрос массы является крайне важным, а также с общемировым запросом на экологичность и комфорт. Особенно актуальна эта тема будет для мегаполисов.

– Могли бы вы привести примеры российских инициатив в области разработки и использования новых материалов?

– Один из ярких примеров – UMATEX – дивизион «Перспективные материалы и технологии» Госкорпорации «Росатом», который занимает первое место в России и входит в десятку мировых лидеров по производству углеродного волокна широкого сортамента. Сейчас здесь создают производство полного цикла: от мономеров до волокна и его текстильной переработки.

Отмечу роль в развитии рынка композитов Группы компаний «Унихимтек» и Института новых углеродных материалов и технологий (ИНУМиТ). Наши разработки касаются всего, кроме волокна, а именно – аппретирование, пропитка волокна и связующие. В этом качестве мы имеем честь участвовать в двух очень важных для России проектах. Первый – разработка российского пассажирского самолета МС-21 и за ним – совместного российско-китайского самолета CR929, ШФДМС (широкофюзеляжный дальнемагистральный самолёт). Второй – разработка многоразового космического корабля «Орел», над которым мы работаем совместно с РКК «Энергия» им. С. П. Королева и Госкорпорацией «Роскосмос». Корпуса этих изделий пока еще металлические, однако ведется серьезная работа, в которой мы активно участвуем, по перепроектированию их под углепластик. Такие изменения позволят сократить массу до 20%.

Рекомендую вам ознакомится с моим интервью журналу «Эксперт», в котором я подробно рассказал об участии ГК «Унихимтек» и ИНУМиТ в этих проектах. Отмечу один важный факт, который ярко иллюстрирует развитие композитов в авиастроении, в том числе в отечественном. В проекте SSJ доля неметаллических композитов составила 12%, в МС-21 – 35-37%. Пока это меньше, чем в самолётах Airbus и Boeing, где доля композитов порядка 50%, однако есть и свои прорывные решения.

– Расскажите о них подробнее. И в этой связи также поясните, вокруг чего, на ваш взгляд, будет строится конкуренция игроков на рынке новых материалов?

– Сейчас приходит осознание, что несмотря на то что прочность волокна несомненно важна, ключевое значение имеет матрица, то есть связующее и его компоненты. Это – «узкое место». Важными являются как перерабатываемость во время получения детали, так и последующая утилизации.

Сегодня имеет место тренд на применение инфузионных – безавтоклавных – технологий, которые позволяют получать изделия любых размеров, вплоть до 12 метров в диаметре. Особенно актуально это тогда, когда мы говорим о сверхтяжелых ракетах и самолетах.

Теперь важно научится работать с этими процессами на всем цикле – рассчитывать, автоматизировать, управлять. И здесь я хотел бы отметить важную роль, которую может сыграть «Технет». Как мы видим, мир движется в сторону лент из термопластичных связующих. Но в числе ключевых вызовов для композитной отрасли сегодня лежит также и непосредственно производственный процесс: необходимо оборудование и IT-платформа, которые позволят автоматизировать производство изделий из композитов, а также нивелировать эффект масштаба, т.е. производить мелкую и крупную серию по одинаковой цене за изделие. Когда это будет достигнуто, перед нами откроются уникальные рынки.

Вернусь к проекту «МС-21». Корпорация «Иркут», которая разрабатывает перспективный российский самолет, сделала то, чем в остальном мире, те же Airbus и Boeing, еще только начинают заниматься, – применила для создания крыла безавтоклавную, или инфузионную технологию. Как вы знаете, металл в авиации соединяется заклепками. Там, где 2 000 деталей, инфузионная технология позволяет обойтись двумя-тремя, то есть создать интегрированную конструкцию и сократить в разы стоимость.

И, конечно, конкурентная борьба не состоится без компетенций. Сильная команда – та, в которой участники обладают всеми необходимыми знаниями и способны в сжатые сроки решить задачу или сверхзадачу. И, как бы странно ни звучало, в материаловедении главные – конструктора. Они ставят задачу для команды, определяют требования к материалам и технологии, с помощью которых будет решаться задача. Также неотъемлемыми участниками такого процесса являются материаловед, технолог и метролог.

Какими компетенциями обладают участники этой команды? Идем от простого к сложному: первое – компоненты для волокон и связующих, то есть малотоннажная химия, второе – связующее, или матрица, третье – волокно, четвертое – машины, которые могут укладывать волокно так, как рассчитывают специалисты по прочности, затем – конструирование и, наконец, система испытаний.

Если командная работа слажена и компетенции на высоком уровне, то двигаться можно очень быстро.

– Существуют ли нормативные и другие барьеры для развития и применения новых материалов в России? Если да, какие меры необходимы для их преодоления?

– Первый барьер – монополия на рынке. И если такая позиция государства в 1990-х годах была оправдана, то сегодня это зачастую становится препятствием для развития небольших, но умных команд. В ГК «Унихимтек» мы специализируемся в области аэрокосмического материаловедения главным образом потому, что наш бизнес вышел из стен Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова. Мы способны создать десятки или сотни тонн композитов. При таких объемах производства важны знания, компетенции, а не количество денег, как, например, в автомобильной отрасли, где разговор уже идет о миллионах тонн.

Чем можно было бы помочь разработчику? Например, в случае успеха – субсидировать затраты на сертификацию материалов, получение «пропуска» в индустрию. Общепромышленная или общая сертификация в области композитов – это много десятков миллионов рублей (при условии наличия уникального оборудования), а специальная сертификация – на порядок дороже. Как вы понимаете, найти небольшой, пусть и очень перспективной команде разработчиков, такие ресурсы и получить «входной билет» довольно сложно.

Также хочу отметить важность проекта ускоренной цифровой сертификации. Думаю, пройдет не менее 5-10 лет прежде, чем это заработает в полную силу. Но делать это просто необходимо. И в этом смысле мы можем стать примером для других стран. Я люблю говорить: «Не использовать преимущества отставших – большой грех».

– В рамках Национальной технологической инициативы реализуется дорожная карта «Технет», посвященная разработке и развитию передовых производственных технологий. Какие производственные технологии, на ваш взгляд, сегодня действительно можно отнести к передовым, какие – к критически важным?

– Первое, что приходит на ум, – полупроводники, электроника. Это тоже материаловедение, только другое. И здесь мало кто хочет делится с нами компетенциями, ставки очень высоки. Если Россия не ликвидирует отставание в этой области, мы не сможем дальше развивать цифровую экономику.

И, конечно, медицина, здоровье человека. Эта тема касается каждого из нас. Без здоровья – нет развития всего остального. Мы это сейчас наблюдаем особенно остро. Так что именно это направление я бы поставил на первое место.

Источник