Уже на протяжении десяти лет перерабатывающая промышленность грезит о прибыли, которую принесет производство составных железнодорожных шпал из полиэтилена высокой плотности. В мечтах - ежегодная замена больших объемов деревянных шпал. Только в США цифры доходят до 15 миллионов шпал стоимостью в 500 миллионов долларов ежегодно. В морских сваях и обшивке мостов используются подобные же композитные материалы повышенной прочности, и их будущее выглядит очень оптимистично. Армия, военно-морской флот и береговая охрана готовы тратить миллионы для замены пропитанных креозотом деревянных шпал, и владельцы частных предприятий в прибрежных зонах также высказывают желание платить больше за более долговечные причальные сооружения из композитных материалов. Укрепленные пластиковые железнодорожные шпалы и морские сваи производятся десятком небольших компаний, владеющих запатентованными технологиями. Эти компании на протяжении десятилетия стремились установить стандарты, классифицировать продукты и провести их тестовые испытания. Составные шпалы весят от 200 до 280 фунтов каждая в зависимости от длины и технологии производства. Длина шпал для пассажирских перевозок - от 8.5 до 9 футов, для грузовых – от 7 до 9 футов. Лабораторно измеренные показатели прочности и усилий вставки и извлечения для костылей в составных шпалах в общем ниже, чем в деревянных. Но рабочие характеристики пластиковых шпал приблизительно сходны, а износостойкость выше.
Теоретически в железнодорожных путях может использоваться большее количество составных шпал, чем сегодня, особенно для грузовых перевозок, в условиях жаркого влажного климата, как на Юго-Западе и для отдаленных железнодорожных веток или тех веток, стоимость прокладки которых слишком высока. США – мировой лидер в области технологий производства составных шпал, и большой интерес к ним проявляют железнодорожные компании зарубежных стран с тропическим климатом, таких как Индия, Тайланд и Филиппины.
Составные шпалы имеют большие преимущества перед железобетонными. Они могут быть проложены с помощью того же оборудования, что и деревянные, и деревянные шпалы могут заменяться составными постепенно. Установка железобетонных шпал требует совершенно иного оборудования, и балластная подушка должна быть полностью бетонной.
 Фальстарты
Использование составных морских свай, которые стоят в три раза дороже деревянных, неуклонно набирает обороты, увеличиваясь на 4 или 5% в год и опережая темпы конкурентов – деревянных и железобетонных свай. Однако составные железнодорожные шпалы, стоящие всего в два раза дороже деревянных и приблизительно столько же, сколько и бетонные, используются не так активно. Из 600 миллионов установленных в США железнодорожных шпал, наверно, только 300 000 – т.е. 0,5 % - пластиковые, включая экспериментальные пути. “Мы с пессимизмом смотрим на перспективы использования составных железнодорожных шпал”, - говорит Джеймс Мортон, глава компании «Принсипиа Патнерс», специализирующейся на бизнес-консалтинге и исследующий рынок композитных материалов.
Он оценивает совокупное производство составных шпал в 225 тысяч за последние два года - в сравнении, рынок железобетонных шпал имеет ежегодные показатели в 1 миллион единиц. По мнению г-на Мортона, либо скоро мы будем свидетелями прорыва, либо несколько лет будем наблюдать постепенное развитие этого рынка. История составных шпал изобилует примерами компаний-разработчиков новых технологий, которые слишком рано обещали слишком многого, выпуская пресс релизы буквально каждый раз, когда им удавалось добиться заказа на парочку своих образцов. Сегодня среди, наверное, десятка компаний, выигрывавших патенты, экологические награды и получавших пробные заказы, только три фирмы имеют коммерческое производство – «Поливуд Инкорпорэйтид».в Эдисоне, штат Нью-Джерси, «Тай Тек Инкорпорэйтид» в Хьюстоне и «Ю.С. Пластик Ламбер» в Бока Ратоне, штат Флорида. Остальные игроки, как правило, сходили с дистанции, не сумев произвести больше количества своих пробных образцов, что нанесло ущерб репутации этой отрасли, переживающей процесс своего становления.
До 2000-го года заказы железнодорожных компаний были лишь пробными. «Наш первый заказ состоял из 2-х шпал, затем количество возросло до шести, до двадцати, ста и, наконец, до 120», вспоминает Генри Сулливан, президент «Тай Тек». В 2001 году «Тай Тек» выполнил первый крупный для этой индустрии заказ – 200 тысяч шпал для компании «Объединенные тихоокеанские железные дороги»( «Union Pacific Railroads»). В 2002 году очередной заказ составил миллион шпал на шестилетний период. Лиха беда начало
Возможно, тот долгожданный прорыв, о котором говорил Джеймс Мортон, происходит уже сейчас. «Тай Тек» и «Полливуд» поставляют большие объемы шпал. На протяжении последних двух лет «Тай Тек» поставляла 60 тысяч единиц в год. По информации «Полливуд», объемы их поставок составили в прошлом году 50 тысяч. 20 тысяч - у «Пластик Ламбер». Составные шпалы прошли долгий путь, прежде чем, как занять достойное место на рынке. В прошлом году Ассоциация Американской Железнодорожной Инженерии и Эксплуатации Железнодорожных Путей впервые опубликовала стандарты для составных шпал. Обе компании «Тай Тек» и «Пластик Ламбер» производят шпалы, способные выдержать большой груз и успешно проходящие тест на большую осевую нагрузку и тестирование средств для форсированной работы в Транспортном технологическом центре в Пуэбло, Колорадо. Шпалы обеих компаний успешно выдержали нагрузку более 800 миллионов брутто-тонн. Также шпалы «Тай Тек» проходят тестирование на Объединенных тихоокеанских путях, имевших нагрузку в более миллиарда тонн. Шпалы «Поливуд» тестируются на путях в Пуэбло, перевезших более 130 миллионов брутто-тонн с 2003 года.
Вышеназванные три коммерческих производителя используют различные технологии, но в основе всех их лежит обработка смешанного непромытого переработанного полиэтилена высокой плотности и одна из форм литья под давлением с дополнительным впрыском из экструдера в закрытые пресс-формы с распределительными клапанами, направляющими поток поочередно в два гнезда. Материал в них находится под давлением, и газообразователи предотвращают появление вакуума. Большинство процессов требуют большого количества оборудования и долгого простоя этого оборудования для профилактики. Во всех процессах формы медленно заполняются и медленно остывают. Заполненные пресс-формы от одного до двух часов проходят охлаждение в водяных ваннах, после чего детали вынимаются из формы и охлаждаются воздухом. Оборудование для всех трех компаний производят канадские «Сьюпириэр Полимер Системсз».
«Тай Тек», производящая только железнодорожные шпалы, использует более сложную рецептуру, чем ее конкуренты. Она смешивает 50% полиэтилена высокой плотности с непрерывным стекловолокном, измельченной резиной, вермикулитом и пенообразователем. Компания также изготавливала образцы шпал с нейлоновым покрытием.
Состав полиэтилена высокой плотности фирмы «Тай Тек» резко арбразивный. Таким образом, он изготавливается в высокоэффективной мешалке наподобие смесителя Банбери и затем передается в одношнековый выпускной экструдер, который наполняет ряд закрытых форм, находящихся под давлением. Пресс-формы на протяжении несколько часов проходят через длинные водяные ванны, после чего гидравлическим способом им придается форма, и они помещаются на еще более длинный конвейер для обволакивающего охлаждения воздухом. В отличие от двух своих конкурентов «Тай Тек» не обрезает кромку шпал, чтобы обеспечить внутреннее охлаждение. Сплошное покрытие предотвращает вспенивание, которое может ослабить шпалу. И, наконец, на шпалы с трех сторон наносится рельефное ромбовидное изображение.
Чтобы выполнить заказ Объединенных Тихоокеанских Железных Дорог «Тай Тек» купила завод площадью в 200 000 квадратных футов в Маршале, Техас, на одной из главных линий этих железных дорог. Первая из двух автоматизированных производственных линий будет пущена в эксплуатацию в этом месяце, вторая – в июле. Два завода компании доведут производственную мощность до 350 000 шпал ежегодно. На расширенное производство будет затрачиваться 50 миллиардов фунтов переработанного полиэтилена высокой плотности ежегодно, и поставлять его будет стратегический партнер компании - базирующаяся в Хьюстоне Авангард Индастриз, занимающаяся вторичной переработкой материалов.
Новый завод использует автоматизированную систему действий с пресс-формами и деталями, построенную специально для «Тай Тек» «Пресижн Системз Инжиниринг». «Тай Тек» будет выдавать лицензии на использование этой технологии за пределами Северной Америки и уже имеет одного получателя в «Оз-Тех Солюшнз Лимитед» в Теморе, Австралия. «Оз-Тех» начал производство в прошлом месяце и закупил оборудования для двух дополнительных линий. «Поливуд» - самый молодой производитель железнодорожных шпал. Шпалы - основная сфера его деятельности, но также он производит морские сваи. Быстро развивается его сегмент производства шпал для грузоперевозок, и его главный заказчик здесь - «Берлингтон Новен Санта Фи Рэйлвей». «Поливуд» выдает лицензии на использование технологии несмешивающихся полимеров Университета Рутгера, состоящей в смеси 35% полистирола с высокой прочностью расплава и 65% переработанного полиэтилена высокой плотности плюс небольшое количество газообразователя и красящего вещества
Несмешивающиеся компоненты создают массу скрученных волокон полистирола в матрице полиэтилена. Волокна формируются непосредственно в ходе смешивания в результате различия в температуре плавления полимеров. «Поливуд» отливает шпалы шириной 7 дюймов, высотой 9 дюймов и длиной 9 футов, 10 штук за час, с использованием одношнекового экструдера стандарта Дэйвиса. Шпалы охлаждаются в пресс-форме, после этого их вынимают и подвергают повторному охлаждению в водяной ванне. Считается, что цикл охлаждения протекает быстрее, чем в случае стеклосодержащих композитных материалов. «Поливуд» также формует сваи для доков, используя кожух водяного охлаждения, чтобы зафиксировать внешнюю сторону формы (для предотвращения деформации) до того, как материал поступит в водяную ванну. «Ю.С. Пластик Ламбер» изготавливает шпалы, морские сваи, деревянные настилы для мостов и другие композитные материалы. Компания продает шпалы для пассажирских и грузовых перевозок, доля первых в общем балансе выше. «Ю.С. Пластик Ламбер» приобрела запатентованную технологию смеси из переработанного полиэтилена высокой плотности и 10-20% быстротвердеющего стекла от компании Три-макс, разорившегося производителя свай. «Ю.С. Пластик Ламбер» использует пластиковые пластинки собственного перерабатывающего производства в Чикаго и применяет технологию Три-Макс к экструдированным морским сваям и вылитым железнодорожным шпалам Дура-Тай.
«Ю.С. Пластик Ламбер» применяет экструзию для продолжительного отлива в пресс-формах из синдиотактического полистирола. За охлаждением водой следует охлаждение воздухом и кромка шпал обрезается, когда материал полностью остывает. Компания пробовала применить в производстве железнодорожных шпал 10-40% волокна покрытия из переработанного нейлона. Она занимается совместными разработками с компанией «Капет Америка Рекавери Эфорт», суть которых - в расщеплении использованного нейлонового покрытия и холодном гранулировании отходов с помощью гранулятора. Приход новых игроков
Еще несколько подающих надежды компаний делают тестовые образцы железнодорожных шпал, пока не занимаясь коммерческим производством. «Тай Тек» затратила годы, сделала крупные вложения, создала стандарты и сумела соответствовать им. Это открывает дорогу новым игрокам, готовым производить железнодорожные шпалы с помощью новых технологий намного быстрее», говорит Мюррей Фокс из Массачусетса, инвестирующий во вторичную переработку материалов. Недавно он выкупил нетрадиционный процесс «холодной» экструзии для изготовления ж/д шпал из рук обанкротившейся компании «И-Рок», что в начале 90-х построила завод в Брадли стоимостью в 3.5 миллиона долларов, но так и не сумела организовать процесс производства.
Возрожденная «И-Рок» установила испытательное производственное оборудование в Брайтоне, штат Мичиган, на котором изготавливаются опоры для дамб и парковочное оборудование для военно-морского флота США, а также промышленные настилы для полов и пробные ж/д шпалы. Ее технология соединяет измельченную смесь из переработанных полиолефинов, измельченную резину и стирольные смолы (высокопрочный полистирол, акрилонитрилбутадиенстирол или отходы упорядоченного полистирола) в модифицированном шестидюймовом двухшнековом аппарате для интенсивного перемешивания Вернера - Пфлейдерера.
Стиролы растворяются в запатентованном растворителе и формируют матрицу, которая заключает полиолефины, резину и любой измельченный термореактивный пластик. Эта смесь проявляет свойства блока-сополимера с очень высоким модулем Юнга, равным 140 000 фунтов/кв. дюйм
Смесь экструдируется со скоростью 8 000 фунтов в час в контурные пресс-формы. Примерно через 15 минут детали вынимаются и кладутся на полку для полного высыхания. Детали могут использоваться с шероховатой поверхностью сразу после отливки или отполировываются.
Еще один новичок на рынке ж/д шпал внедряет полностью автоматизированный процесс формования. «Гамра Композитс Инкорпорэйтид» в Балдвине, штат Виконсин, первой получила лицензию на экструзию по технологии «Пуштружн», разработанной «Вудшед текнолоджис» в Миноне, штат Миннесота. Оборудование для реализации этой технологии производится и продается компанией «Пластикомп Инкорпорэйтид».
По технологии «Пуштружн», процесс образования непосредственно составленного длинноволоконного термопластика начинается образованием непрерывного стеклопластика и заканчивается экструзией укрепленной формы. Экструдер фирмы «Гамра» может вместить до четырех пресс-форм, каждая с двумя полостями.
За процессом образования непосредственно составленного длинноволоконного термопластика следует автоматизированная выемка из формы, охлаждение и транспортировка изделия по системе Форспро, производителя многосекционных систем формовки. Его запатентованные пресс-формы открываются как стандартные формы для литья под давлением и закрываются стяжками, но запираются механическими клиньями, так что они могут приложить до 600 тонн запирающего усилия с минимальной гидравлической силой. В отличие от экструзии профилированных изделий разъемные пресс-формы в ж/д системе ФорсПро могут отливать материал в шпалы, избавляя от необходимости тиснения изображения. Гидравлический подъемный стол подставляется под детали и выталкивает их на полку, с которых конвейер протягивает их через охлаждающую ванну. По мнению компании ФорсПро, ее производственная линия Линкс в ГаМре может выпускать 200 000 шпал ежегодно. Тестовые материалы должны быть готовы во втором квартале года и автоматизация будет осуществлена в третьем квартале. Прежде всего ГаМра изготовит структурные профили из стеклонаполненного полпропилена и поливинилхлорида для систем рельсовых путей.
«Производство шпал видится логическим продолжением деятельности, однако это не приоритет»,- говорит совладелец ГаМры Грегори Митч. ГаМра тем не менее закупает шпальные формы у ФорсПро
Президент Форс Про Брайан Кишмер говорит, что его технология может позволить снизить затраты на обработку ж/д шпал на 50% и даже больше. «Мы надеемся снизить затраты на производство каждой шпалы с 32 долларов до 15», - говорит он, имея в виду 200 -фунтовую шпалу и исходя из фактических затратах в 15 долларов за фунт.
«Полисум Текнолоджис» в Батон Руж обладают патентом на производство шпал с использованием сульфата кальция (гипса), который, как считается, обеспечивает лучшее удержание костылей. Фирма произвела лимитированное количество тестовых образцов, но пока не организует коммерческое производство. Она также обладает патентом на производство морских свай с использованием фотолюминисцентных кристаллов которые светятся в темноте. Морские сваи отличаются надежностью
Большинство производителей морских свай используют опыт производства ж/д шпал. «Поливуд» и «Ю.С.Пластик Ламбер» уже производят сваи, а Тай Тек планирует производить. «Пластик Пайлингс ИНкорпорэйтид» выпустили на рынок свои первые ж/д и мостовые шпалы в этом году. Шпалы «Калек Энвайротай» содержат клетку стальной арматуры с переработанным полиэтиленом – этот же метод фирма применяет в производстве морских свай.
Производство свай – стабильно развивающийся бизнес с давними традициями. Пластик Пайлингс экструдирует сваи, начиная с 1988 года посредством герметизирования арматурной стали, сваренной стальной клетки или стальной трубы. Она также имеет технологию производства с использованием усиленного стекловолокна.
Американская «Эко-Борд» в Фармингдэйле производит морские сваи, палубные настилы, уличную фурнитуру и другие композитные материалы. Она также поставляла шпалы чикагской «Транзит Офорити» для надземных железнодорожных вокзалов, но в настоящее время не производит их. В сваях «Эко-Борд» используются пленочные смолы из полиэтилена низкой и высокой плотности, усиленные медленнотвердеющим стеклом для герметизации термореактивной стекловолоконной составной стали. Шведская «Сиворд», подразделение «Треллебог Инжиниэд Продэктс Инкорпорэйтид» - самый крупный производитель составных свай, обладающий заводом по их производству в Винчестере, работающем семь дней в неделю 24 часа. Процесс производства начинается медленной экструзией квадратных или круглых твердых ядер из непромытого переработанного полиэтилена высокой плотности. Через головку на эти ядра экструдируются два дополнительных слоя полиэтилена высокой плотности
«Сиворд», располагающаяся в Клирбруке, увеличивает мощность, добавляя третий экструдер, позволяющий на одном этапе осуществлять экструзию и нанесение защитного слоя на ядра. Компания в настоящее время исследует, каким образом данный процесс может быть применен в литье под давлением железнодорожных шпал. Источник: Plastics Technology |
