Импортозамещение и обратный инжиниринг изделий из полимерных материалов: этапы и заблуждения

Итак, у вас есть некоторое изделие из полимерного материала, и вам необходимо определить его состав и/или создать аналог.

Когда у вас на руках изделие, к которому, как показывает практика, в лучшем случае прилагается декларация, а в худшем — ничего, а вам необходимо во всем многообразии сырьевых компонентов выбрать и закупить те, что помогут изготовить его аналог, то логичным кажется такой путь:
1. определить состав компонентов и испытать его физико-механические свойства
2. подобрать сырьевые аналоги, чьи свойства похожи на испытанные
3.изготовить аналог.

Но чаще всего это так не работает. Давайте разберемся.

Что нужно знать?

1.На рынке практически нет изделий из чистых полимеров. Все, что мы видим вокруг себя — компаунды [1]. Важно различать свойства изделия, компаунда и исходного полимера.

2.Свойства компаундов, изготовленных из одних и тех же сырьевых компонентов, могут сильно меняться в зависимости от технологии производства: этапов дозирования, режимов компаундирования и т.д.
Кроме того, даже один и тот же сырьевой материал разных производителей будет:

• перерабатываться по-разному — режимы эмпирически подбирают технологи.
• по-разному влиять на свойства конечного компаунда.

На практике это означает, что даже если вы приобрели для своего компаунда известный компонент (с теми же заявленными показателями) у нового производителя, вам придется отстраивать режимы, подбирать дозировку и исследовать свойства конечного компаунда заново.

3.Свойства компаундов всегда отличаются от свойств исходного сырья [2]. Даже введение 1 добавки в чистое сырье, которая по своему назначению не должна прямо влиять на заданное свойство, повлечет его изменение. Поэтому сравнивать одни и те же параметры изделия и сырья - не корректно.
Пример: Может так случиться, что ввели в полиэтилен 0,5% антиоксиданта (расплавили и пропустили через шнеки), удел которого - повышать жизнеспособность и срок эксплуатации изделия — а снизились в итоге ПТР и удлинение при растяжении.

4.Требования к изделиям отличаются от требований к материалам. А сами изделия, компаунды и исходное сырье испытываются при разных условиях.

На практике это означает, что готовое изделие проходит цикл, который упрощенно выглядит так:

Синтез сырья — переработка сырья (изготовление компаундов) — изготовление изделия.

Завод-изготовитель испытывает сырье, переработчик - компаунд, изготовитель изделия - изделие. Каждый получает от предыдущего нормативный документ с одними показателями (испытанными по одним методикам) - а на свой продукт оформляет ( и передает следующему звену) - другие. Это могут быть — ГОСТ (они существуют и на материалы, и на компаунды и на изделия), ТУ, СТО, паспорт, TDS.
Таким образом нередко случается ситуация, когда сырье, компаунд и готовое изделие испытывают на одни и те же показатели разными методами или в разных условиях, или испытывают на разные показатели вовсе.
Это еще раз подчеркивает, что результаты испытаний изделия и исходного сырья — не сопоставимы.

Что делать?

Задача по воссозданию аналога изделия — технологическая, испытательная, и исследовательская. Глобально, она может быть разбита на следующие этапы:

1.Анализ: оценка условий эксплуатации самого изделия. Знание того, будет ли изделие контактировать с химическими средами, подвергаться УФ-облучению или перепадам температур, требуется ли стойкость к абразивным или ударным нагрузкам, поможет технологу выбрать контрольные параметры для оценки соответствия материала вашим требованиям.

2.Исследование: оценка качественного состава ключевых компонентов. Природа полимеров разных групп настолько различна, что без первичного качественного состава двигаться далее не представляется возможным. Для этого мы предлагаем комплекс испытаний: ИК-спектроскопия, термогравиметрия, дифференциальная сканирующая калориметрия. Мы не можем оценить состав и количество добавок, антиоксидантов, стабилизаторов — всех тех компонентов, которых в составе менее 2−5% по массе, но в большинстве случаев информация об их элементном составе не является критически необходимой.

3.Разработка рецептуры и технологических режимов производства. Когда класс соединений понятен, необходимо найти хорошего технолога-разработчика, специализирующегося на переработке именно этого типа полимера. Именно этот человек подберет оборудование для ;переработки (компаундирования) или найдет подрядчика для изготовления компаунда и оценит технологические параметры его оборудования. Понимая режимы работы оборудования и требования к свойствам конечного изделия, технолог приобретет необходимые добавки (п.2) и выберет те ;параметры материала, которые необходимо будет испытывать в процессе разработки (п.1), а так же подыщет оборудование для изготовления изделия.
Это большой этап работы, который не всегда просто сделать собственными силами.
На рынке существуют R&D центры, исследовательские институты и ;технологические стартапы, которые предлагают услуги по сопровождению вашей разработки с последующей передачей прав интеллектуальной собственности. Кроме того некоторые компании-переработчики зачастую готовы разработать под вас готовый продукт, если имеют для его изготовления необходимое оборудование.

4.Изготовление прототипа изделия и серийный выпуск. Для поиска подрядчика, который сможет изготовить прототип сложного или многокомпонентного изделия подойдут агрегаторы. Когда штучные изделия прошли испытания, разработку масштабируют и переносят на промышленное оборудование.

Чем мы можем помочь?

Компания МЕТАКЛЭЙ Исследования и Разработки — это комплексный R&D центр в области полиолефинов.
Мы работаем и как испытатели — то есть помогаем компаниям и исследовать состав изделия, определять «контрольные» физико-механические параметры полимерных материалов и компаундов — и как разработчики — создаем рецептуры и отрабатываем технологические режимы на полупромышленных линиях компаундирования.

При возникновении вопросов, с радостью вас проконсультируем. Контакты для обращения можно найти в соответствующем разделе сайта.