Индекс цитирования Яндекс.Метрика

Люди практической науки

11.11.2021

Технологии должны работать здесь и сейчас

Интервью с заместителем начальника по науке Лаборатории технологии и производства полимерных композиционных материалов НИЦ "Курчатовский институт" - ВИАМ Кириллом Донецким.

Интервью с кандидатом химических наук, заместителем начальника по науке Лаборатории технологии и производства полимерных композиционных материалов Кириллом Игоревичем Донецким.

– Кирилл Игоревич, разработка и отработка технологий изготовления композитов – яркий тренд научно-технологического прогресса. Вы этому специально где-то учились? 

– Я химик, хотя никогда не собирался заниматься этой наукой. Но моя семья, где почти все были химиками, все-таки привела меня именно к этому выбору. Начало этой профессиональной династии положил еще мой троюродный прадед. Он успел проявить себя в революционной деятельности и даже побывать за это в тюрьме, поступил в Казанский университет и закончил его в 1914 году, учился в 1920-х у таких авторитетов химической науки как профессора А.М. Зайцев и П.П. Шорыгин, а после этого плодотворно сотрудничал с МХТИ им. Д.И. Менделеева и МАТИ, где даже организовал несколько институтских кафедр. И вот я выпускник МХТИ. Мой дед, мои родители закончили этот же институт. Дед – инженерный химико-технологический факультет, мои родители, я и моя супруга – факультет химической технологии полимеров, одну и ту же кафедру – химической технологии высокомолекулярных соединений.

– Как вы оказались в ВИАМ?

– Случайно. После работы в РАН и защиты кандидатской диссертации, я 10 лет работал в частной научно-технологической компании, которая занималась разработкой оптических носителей памяти высокой емкости, в основном в Израиле, с периодическими возвращениями в Москву. Интереснейшая была работа: узнать новый мир – посмотреть, как работают инженеры-технологи за границей, изучить их подходы к решению различных задач и вообще идеологию и построение всей деятельности – было очень полезно. А потом однажды меня пригласили в ВИАМ.

– Помните ваше первое впечатление от Института?

– Будете смеяться – первым впечатлениям было удивление от того, что в ВИАМе оказались адекватные зарплаты для московской жизни. Ну а потом я успел оценить высокий уровень технологического оснащения и возможность заниматься тем, что тебе нравится на современном уровне – все это в ВИАМе есть. Я рад, что работаю здесь.

– Расскажите, чем вы занимаетесь?

– Я участвую в разработке технологий изготовления полимерных композиционных материалов (ПКМ), в первую очередь, с использованием процессов безавтоклавного формования, например на основе безавтоклавных препрегов, а также на основе объемно-армированных материалов - преформ, которые изготавливаются методами ткачества и плетения.

Например, современные технологии плетения позволяют изготавливать преформы из практически любого волокна – углеродного, стеклянного, базальтового или природного происхождения, и проектировать изделия с широким спектром свойств и с широким ценовым диапазоном. Этот процесс обеспечивает возможность получения материалов в точном соответствии с заданной внешней форме производимого изделия. При этом новые ПКМ будут отличаться устойчивостью к деформационным разнонаправленным нагрузкам, изотропностью или, наоборот, при необходимости, градиентностью свойств, способствовать снижению массы конструкции при сохранении высоких эксплуатационных свойств.

Плетеные преформы за рубежом уже несколько десятилетий пользуются спросом таких лидирующих на рынках компаний, в том числе и авиастроительного профиля, как Boeing, Airbus, General Electric Aircraft Engines, Snecma и др. Технология плетения там используется при производстве элементов мотогондолы, лонжеронов, шпангоутов, лопастей винтов, различных корпусных элементов и многого другого. В ракетостроении этим методом освоено производство фрагментов корпусов ракет, в машиностроении –  опорные элементы крыши и бамперов, колесные диски, топливные баки и баллоны высокого давления. Кстати, и у нас в России такие материалы уже находят свое применение: автомобильный мост, построенный в Ульяновской области, был разработан с применением технологий ВИАМ - его опорная часть изготовлена с использованием углепластика но основе плетеных преформ.

– Наверное сейчас технологическое направление переживает период открытий?

– Открытия – это в первую очередь прерогатива научных лабораторий. Мы более прикладные, поэтому должны четко понимать, что можно предложить в промышленность под конкретный запрос здесь и сейчас.

– Что вы сегодня предлагаете?

– Свежий пример этого года – нами разработан углепластик на основе объемно-армирующей плетеной преформы для изготовления цилиндрических трубок – это могут быть и валы трансмиссий, их широко используют в авиа- и машиностроении, тяги различных приводов, штанги антенн и подобные детали. Новый материал прошел подробное исследование в лабораториях и Испытательном центре ВИАМ и показал комплекс свойств, предполагающий возможность его применения в самых различных условиях эксплуатации и нагрузок. Следующий этап работы, наверное, не менее важный – взаимодействие с потребителем: надо опробовать материал и можно внедрять в конкретные изделия.

– Вы сказали, что направление давно освоено на западе. Мы догоняем или делаем что-то свое?

– За границей эта технология действительно реализована, востребована, изделия с такими материалами летают над Землей и в космосе. В этой части мы догоняем.

Но! Но наша успешная работа в этом направлении станет этапом развития отечественной версии этой технологии и хорошим заделом для будущего авиастроения в области ПКМ. Это очень перспективно, поскольку, напрямую соответствует современным требованиям авиапрома по снижению веса машин и идет в ногу с новыми экономическими трендами. ПКМ позволяет в разы облегчать конструкции, а это существенно экономит топливо: в результате самолет летит дальше, перевозит грузов больше. Трудиться надо!

– Какова здесь роль технологов ВИАМ?

– Отталкиваясь от техзадания заказчика, мы рассматриваем уже готовые материалы под запрос. Если готового решения нет, мы или пытаемся адаптировать уже разработанный материал, или предлагаем разработать новый. Роль технологов – знание и умение воплотить пожелания потребителя в материал и соответственно изделие наиболее оптимально. Наша цель – найти баланс между потребностями заказчика и реальностью технологического процесса.

– Вы могли бы привести пример поиска такого баланса?

– Не очень давно один разработчик и изготовитель изделий авиационного применения заказал у ВИАМ разработку связующего для изготовления детали сложной формы безавтоклавным формованием. Были выставлены очень высокие, но подчас противоречивые требования к будущему материалу. Соответственно эти требования, сформированные в техническом задании заказчика, мы увязывали в те реальные нормы и возможности выполнения как на стадии разработки связующего, так и в период изготовления изделия из ПКМ уже на основе этого связующего. На выходе получили современный материал. Сейчас он проходит финальную доработку и есть надежда, что уже в ближайшие годы он полетит.

– Надо полагать, что и технология безавтоклавного формования – пока еще в стадии становления?

– Сам способ безавтоклавного формования не нов и для нас, с его помощью изготавливались низконагруженные детали. Пожалуй, единственный пример изготовления ответственных деталей безавтоклавным формованием – это углепластиковое крыло МС-21. Высоконагруженные детали изготавливались и изготавливаются в основном автоклавным методом формования, он пока часто главенствует в нашей промышленности. Этот способ позволяет изготавливать высокопрочный и низкопористый материал. Отличная технология, но очень энергоемкая и достаточно дорогая.

Первые попытки в 60–70-х годах прошлого века выпустить в нашей промышленности высокопрочное изделие безавтоклавным формованием были неудачны в первую очередь ввиду отсутствия необходимых связующих, с использованием которых тогда получались изделия с высокой пористостью. Для ПКМ это критично, так как чем больше пор в пластике, тем меньше его механическая прочность. Автоклав тогда проблему решал при помощи большого давления. При безавтоклавном формовании, например при вакуумной инфузии давление не превышает одну атмосферу, при автоклавном – в десятки раз больше. Соответственно этот способ обеспечивает изготовление качественного низкопористого материала. Одна из наших задач – научиться безавтоклавным формованием изготавливать аналогичный высококачественный материал. За это мы активно боремся, разрабатывая и переуточняя различные технологические процессы и используя современные материалы.

Безусловно, новая технология для разработки и применения ПКМ в нашей стране – использование объемно-армирующих преформ и безавтоклавных препрегов, чем наша лаборатория и занимается.

– Наверное, и связующие теперь делают по-новому?

– Еще относительно недавно, связующие для снижения их вязкости разбавляли растворителем, например, ацетоном или смесью растворителей. Связующее становилось более жидким, успешно пропитывая волокно ткани. Но при нагревании растворитель начинал испаряться: возникали поры – читай пониженная механическая прочность. Конечно, в этой ситуации заказчик стремился получать более высококачественный материал.

Новый класс связующих, с которым мы работаем сейчас, так называемые расплавные связующие, базируется на использовании современных низковязких смол, не содержащих сторонний растворитель.

Но ситуаций, когда при использовании безавтоклавных методов пропитки воздух попадает внутрь материала и дает те самые поры, мы полностью еще не избежали. С этим мы активно и успешно боремся, разрабатывая технологические процессы так, чтобы на выходе получать исключительно низкопористый пластик. Почему низкопористый – чудес не бывает, и остаточная пористость будет всегда. Другое дело, что по уровню этой пористости мы практически приблизились к автоклавным процессам формования.

– Ваша личная роль во всех этих процессах больше научная или административная?

– Я решаю как научно-технологические, так и административные вопросы, но при этом выступаю научным руководителем работ, пишу статьи и обзоры. И все это приносит мне удовольствие.

Одна из основных моих ролей – эффективно организовать систему разработки оптимальной технологии, а при подведении итогов той или иной деятельности все это правильно описать, сформулировать результаты, показать технологический процесс, сдать заказчику.

Мне нравится динамика необходимости постоянно принимать новые решения, чтобы на выходе получить тот правильный результат, на который изначально ты нацеливал коллектив.

– А всякая бумажная работа не досаждает?

– Как ни странно, сухие и сугубо бумажные отчеты писать интересно. Сам процесс написания хорошо структурирует уже полученную информацию и позволяет вычленить не только «красивые» выводы, но и увидеть недостатки, которых в следующих работах необходимо избежать. Своеобразное бумажное самосовершенствование получается! Аналогично и с презентациями. От того, насколько визуально аккуратно, емко и точно подана работа, во многом зависит, как ее примет потенциальный потребитель.

Кстати, именно ВИАМ меня все еще учит правильно формулировать и обобщать. Чисто научные институты часто «грешат» размазыванием информации, хотя, выполняя такие научные изыскания, можно себе позволить «…мысли погулять по древу». Прикладные же работы направлены на определённый и четко сформулированный результат, здесь сплошная конкретика.

Подготовка документации на новую, только запланированную работу тоже весьма интересна, когда еще вроде ничего нет и надо сформулировать цели и задачи так, чтобы они дали на выходе необходимый результат. Ты еще ничего не знаешь о пути следования туда, но уже придумываешь, как все должно получиться в итоге. Это можно сравнить с деревом – надо найти ствол и по нему до верхнего, самого крупного и спелого яблока дойти, а не попасть на боковые ветви, которые никуда не приведут или отберут массу драгоценного времени. Это целое упражнение – сразу структурировать работу так, чтобы пойти в правильном направлении.

– Что помогает принимать верные траектории?

– Помогает тот объем знаний, которые я тогда получил, в том числе и в процессе подготовки к защите кандидатской диссертации. И сейчас стало понятнее, для чего необходимы многие предметы и курсы, которые мы проходили в институте: тогда казалось, что впустую тратили время…

Например, видевшейся скучным и ненужным предмет – библиография. Страшно, наверное, многим сегодня подумать, раньше не было интернета и привычных ныне поисковых систем. Нас учили работать с библиотечными карточками, система поиска информации казалась сложной и запутанной. А сейчас понимаю, что нет. Сейчас то обучение оказалось не бесполезным багажом, а предстало необходимыми структурными знаниями и навыками в поиске информации, формулировке запроса, использования поисковой системы и т.п. Даже когда все это присутствует в современном цифровом виде – поиску помогает понимание подходов: как всё должно происходить. Другое дело, что сегодня получаешь, скорее, переизбыток информации, во многом пустой и ненужной, и вычленить действительно необходимое занимает время.

– Есть ли у вас сегодня конкретные образовательные потребности?

– Весь процесс научной деятельности означает постоянную учебу, это интересно. Есть и потребности. Например, попытаться освоить ТРИЗ – Теорию Решения Исследовательских Задач. Умелое использование этой системы должно направить исследователя на оптимальный и быстрый метод решения различных задач. ТРИЗ позволяет абстрагироваться от стандартных способов решения и выдавать нестандартные. Их полно, просто мы их не видим.

– Часто ли вам приходится применять нестандартные способы?

– В том и дело – у инженера и разработчика нет жёстко выбранного пути. Мы всегда идем путями, а не путем. Мне повезло, я попал в новое научно-технологическое направление, которым ранее в ВИАМе мало кто занимался. Надо было читать литературу, статьи, готовить обзоры.

Многие знали, что да, есть технологии создания пластиков с использованием объемно-армирующих преформ, оно перспективно и технологично. А именно мне повезло этим заниматься. И конечно без поддержки руководства и просто замечательных людей, которых мне подарил ВИАМ, ничего бы не получилось. С первую очередь – это Александр Евгеньевич Раскутин, увы, так рано от нас ушедший. Его знания и умение работать с людьми было бесценной поддержкой для меня.

А близкое сотрудничество с Михаилом Ивановичем Душиным, отработавшим в ВИАМе с 1957 года, его опыт и, по сути, наставничество, позволили мне научиться многому, и до сих пор использовать эти знания в работе.

– Династия химиков, надо полагать, и дальше будет продолжаться?

– Наверное, об этом рано загадывать. Тем более, у меня большая семья, четверо детей. Старшая уже заканчивает РУДН, пятый курс, давно и успешно работает специалистом по рекламе. Самой младшей, четырехлетней дочери ещё рано про династию думать, как сложится жизнь у средней дочки и сына – время покажет. По крайней мере про историю своей семьи все они знают и учатся вполне прилично, выбор за ними.

Что я точно передам и, пожалуй, уже передаю детям – это любовь к путешествиям, всяческую «склонность к перемене мест». В мире так много всего интересного, и в нашей стране и за ее пределами, что жизни на все, конечно, не хватит. Мы много путешествуем. Сплавляемся по Карельским рекам, торим маршруты по Белому морю на моторном катамаране, ходим на горных лыжах на Кавказе и Альпах. Всю эту удивительную и прекрасную сторону жизни это я стараюсь детям показать и воплотить в их жизненные стремления, умения и привычки. Пока получается, семейство уже пристрастилось к активному отдыху.

Этим летом даже удалось свозить детей в настоящие большие горы, в Приэльбрусье. Я когда-то много занимался альпинизмом и вот теперь средних детей погрузил в атмосферу альпинистского лагеря: прошли обучение и со мной за компанию совершили полноценное восхождение по категорийному маршруту на гору. Детский итог – значок «Альпинист России», а родительский – вопрос от детей – «когда мы снова поедем в горы?» И наверное, это главное, когда дети начинают уже сами хотеть двигаться вперед и не бояться преодолевать себя в достижении целей.

Так что не только химией единой мы живём!