4. Палочка-выручалочка?

 Второе поколение материалов с предварительной пропиткой открывает новые возможности для морской индустрии. Система SPRINT английской компании “SP Systems” должна стать поворотным моментом в развитии слоистых материалов.

Долгие годы в корпусостроении доминируют материалы с предварительной пропиткой (пенные и ячеистые), дополненные технологией вакуумного формования. И сейчас эти "перспективные" композитные материалы используются в основном при строительстве высококлассных яхт на заказ. Однако их применение в массовом строительстве ограничено, главным образом ценой. Композитные материалы не только дороги сами по себе, но и требуют дорогой технологии. Ламинизация таких материалов — куда более трудоемкий процесс, чем простое "мокрое" накладывание слоев обычного стеклопластика. И, главное, — более длительный.

Сложность процесса можно преодолеть применением разного рода технологической оснастки, но средств ускорить процесс предварительной пропитки нет. Приходится не только терпеливо накладывать один на другой тонкие слои, да еще и удалять попавшие в материал пузырьки воздуха. В деталях, которые должны иметь значительное поперечное сечение (например, мачта из углепластика), приходится вручную накладывать 60 слоев и более! А после этого еще следуют стадии вакуумного формования и затвердевания. Даже обычная корпусная конструкция требует как минимум трех этапов ламинизации — вакуумное формование и сушка первого слоя из углепластика; нанесение пенного заполнителя на сотовую структуру в качестве среднего слоя и снова формование и сушка верхнего слоя из углепластика. В зависимости от типа подкрепляющих конструкций и тканей толщина одного слоя колеблется от 0,1 до 1,5 мм. Толстые слои труднее наносить по огибающим кри вым и углам.

Новая технология получила название SPRINT, что, помимо скорости, обозначает аббревиатуру SP Resin Infusion Technology .

Ткани SPRINT отличает то, что это — материал предварительного изготовления и предварительной катализации. Обычные материалы предварительной пропитки представляют собой вязкую пленку смолы, которой пропитана усиливающая структура из волокон. SPRINT — это готовый к употреблению сэндвич из волокон и смолы, то есть пленка смолы между двумя наружными сухими слоями из армирующих волокон.

Это — абсолютно сухой на ощупь материал, но если сжать поверхности с достаточной силой, смола начнет просачиваться наружу. При формовании корпуса из этого материала его можно накладывать, перемещать, разглаживать, что делает процесс точным и быстрым. Обычные материалы с пропиткой (особенно — более толстые и тяжелые) жестче, поэтому их труднее наложить точно так, как необходимо. Материалы SPRINT, даже будучи раза в два толще обычных, более эластичны, поэтому из них можно формировать поверхности сложной геометрической формы, загибать в углах. От рабочих не требуется столь высокой квалификации. Поскольку выходу пузырьков воздуха наружные поверхности не препятствуют, нет нужды ни в прессовании, ни в применении автоклава.

Требования к сушке изделия почти не отличаются от стандартных. При нагреве пленка смолы размягчается и легко просачивается через наружные слои. Величина отходов крайне низкая — обычно не более 0,5%.

При аналогичных весовых и прочностных характеристиках материалы SPRINT не дороже или даже несколько дешевле обычных.

Варианты материалов в принципе те же, что и обычно: уголь, стекло и арамиды. Похожи и варианты структуры армирующих слоев: хаотическое расположение волокон, тканые материалы, плетеные материалы, "кочующие" плетения или разные варианты многоосной ориентации волокон.

Один из вариантов материала — SPRINT CBS с одноэтапной технологией формования — разрабатывался для автомобильной промышленности, но может успешно применяться и в морской индустрии. Этот уникальный материал имеет наружные поверхности из углеволокна с очень тонким и прочным средним слоем, благодаря чему после герметичной сушки становится эквивалентным по жесткости листу стали толщиной 1 мм, но при этом на 3/4 легче его. Применение SPRINT CBS снижает вес компонентов из "твердого углеволокна" на 20%.

В общей сложности, по словам работников “SP”, время технологической обработки материалов SPRINT вдвое меньше, чем обычных материалов с предварительной пропиткой. Компания рассчитывает на то, что ее технология привлечет внимание "композитных" клиентов верхнего ценового уровня своими преимуществами - меньшим весом, повышенной прочностью и жесткостью, повышенной структурной целостностью, не говоря уже о славе более экзотической конструкции корпуса при вполне умеренной цене готового изделия.

Финская верфь “Nautor”, известная строительством самых элегантных яхт типа “Swan”, начала экспериментировать с материалами SPRINT. Пока это всего лишь палуба для "Swan-45".

Технология пока еще отработана недостаточно — чревата ошибками с удалением пузырьков воздуха, выбором температуры и длительности сушки. Наиболее показательный пример — авария композитного сверхскоростного парусного катамарана Пита Госса "Team Philips", не считая ряда аварий претендентов на Кубок Америки, ставших жертвой слишком далеко зашедшего компромисса между прочностью и весом. "Team Philips" потерял одну из двух носовых оконечностей еще во время первых ходовых испытаний. Проблема оказалась не в проекте, а в элементарной ошибке в ходе ламинирования корпуса.

При формовании корпуса с наполнителем "пчелиные соты" надо отдавать себе отчет, что будет, если в одной из ячеек останется пузырек воздуха. Во время сушки (обычно при температуре 80°С) пузырек начнет расширяться и может легко разорвать связь между наружным и внутренним слоями, причем визуально это заметить трудно. Именно это и имело место в стрингерах "Team Philips". Решение проблемы — инструментальное прокалывание обшивки до сотовой структуры на этапе, предшествующем сушке, чтобы отсосать весь воздух.

Аналогичные проблемы встречаются и в случае применения пенных материалов типа поливинилхлорида, но здесь корень зла - не только пузырьки воздуха, но и выделяемые в результате химической реакции газообразные вещества, препятствующие нормальному течению процесса затвердевания смол. Именно поэтому “SP” сейчас ищет более стабильную альтернативу поливинилхлоридным материалам.

Еще одна крупная неприятность произошла с одним известным европейским строителем яхт. На верфи был явно нарушен температурный режим сушки и материал не затвердел должным образом. В результате в отходы был списан целый 100-футовый корпус, и пришлось начинать все с нуля. Сама технология горячей сушки — это еще одна головная боль. Будь то сушка печью или в "горячей" комнате, по всему корпусу надо установить датчики температуры, чтобы быть уверенным в равномерном распределении температуры.

Отрицательный опыт и цирку лирующие "страшилки" заставляют многих отказываться от риска и использовать более простые и безопасные привычные технологии. Однако тот, кто учится на ошибках, делает меньше ошибок, чем это кажется со стороны.

Первое судно из материала “SPRINT” было недавно построено в Англии компанией “Green Marine”. Это спасательное судно с быстрым спуском на воду для национальной службы спасения (RNLI). Судно сейчас достраивается на верфи “Devonport Yachts”. На этой же верфи идет пока секретное строительство большой моторной яхты с надстройкой из углепластика. Принято считать, что "экзотическими" материалами должны заниматься относительно мелкие специализированные фирмы, такие как “Green Marine”. Но как знать, не изменятся ли эти взгляды с появлением материалов SPRINT? При том, что над обычной технологией "мокрого" формования нависает Дамоклов меч экологических ограничений, именно SPRINT может стать столбовой дорогой в будущее.

 

предыдущая

вверх

следующая