Технология инфузии в стеклопластиковом судостроении.

Композиционные материалы, состоящие из стеклянного наполнителя и синтетического полимерного связующего. Наполнителем служат в основном стеклянные волокна в виде нитей, жгутов (ровингов), стеклотканей, стекломатов, рубленых волокон; связующим — полиэфирные смолы, феноло-формальдегидные, эпоксидные, кремнийорганические смолы, полиимиды, алифатические полиамиды, поликарбонаты и др.  Для стеклопластиков характерно сочетание высоких прочностных, диэлектрических свойств, сравнительно низкой плотности и теплопроводности, высокой атмосферо-, водо- и химстойкости. Механические свойства стеклопластиков определяются преимущественно характеристиками наполнителя и прочностью связи его со связующим, а температуры переработки и эксплуатации стеклопластика — связующим.

Наибольшей прочностью и жёсткостью обладают стеклопластки, содержащие ориентированно расположенные непрерывные волокна. Такие стеклопластки подразделяются на однонаправленные и перекрёстные; у стеклопластика первого типа волокна расположены взаимно параллельно, у стеклопластика второго типа — под заданным углом друг к другу, постоянным или переменным по изделию. Изменяя ориентацию волокон, можно в широких пределах регулировать механические свойства стеклопластиков.

Большей изотропией механических свойств обладают стеклопластки с неориентированным расположением волокон: гранулированные и спутанно-волокнистые пресс-материалы; материалы на основе рубленых волокон, нанесённых на форму методом напыления одновременно со связующим, и на основе холстов (матов).

Стеклопластки на основе полиэфирных смол можно эксплуатировать до 60-150 ^оС, эпоксидных — до 80-200 ^оC, феноло-формальдегидных — до 150-250 ^оС, полиимидов — до 200-400^оС. Диэлектрическая проницаемость стеклопластиков 4-14, тангенс угла диэлектрических потерь 0,01-0,05, причём при нагревании до 350-400 ^оС показатели более стабильны для стеклопластиков на основе кремнийорганических и полиимидных связующих.

Изделия из стеклопластиков с ориентированным расположением волокон изготавливают методами намотки, послойной выкладки или протяжки с последующим автоклавным, вакуумным или контактным формованием либо прессованием, из пресс-материалов — прессованием и литьём.  Стеклопластики применяют как конструкционный и теплозащитный материал при производстве корпусов лодок, катеров, судов .

В индустрии стеклопластикового судостроения все более  четко прослеживается тенденция перехода с технологии ручного формования на производство изделий методами закрытого формования, особенно при изготовлении больших деталей, таких как секции корпуса и палубы. Основной причиной этого перехода является желание производителей повысить качество продукции, сократить время работы, уменьшить вес и улучшить условия труда в производственной зоне. Довольно широкого применения получает технологический метод — вакуумной инфузии.

Рассмотрим процесс вакуумной инфузии.

Вакуумная инфузия — процесс, при котором с применением вакуумной пленки (мешка) создается разряжение в рабочей полости формы и за счет разницы в давлении происходит всасывание смолы и пропитка армирующих материалов.

 

 Преимущества вакуумной пропитки смолой.

По сравнению с ручным ламинированием:

• лучшее соотношение смолы и волокон (повышенная прочность);
• снижение содержание воздуха в ламинате (повышенная прочность);
• экономия смолы;
• уменьшение эмиссии вредных веществ;
• конструкции типа «сэндвич» могут изготавливаться в один прием.

По сравнению с методом RTM:

• меньшие затраты на оборудование;
• более широкие возможности варьирования структуры ламината.

Потенциально возможные трудности.

Вакуумная инфузия, как и любой процесс изготовленич ламината, не идеальна, и имеет ряд недостатков. Приступая к использованию этой технологии, нужно быть готовым к следующему:

• процесс несложный, однако, требует определенных навыков, поэтому на первых этапах возможны ошибки и неудачи;
• изделие можно легко испортить;
• время подготовки к инфузии не ограничено, однако, сама подготовка достаточно сложная, так как включает в себя не только выкладку армирующих материалов в форму, но также и создание вакуумного мешка, размещение вакуумных линий и линий подачи смолы;
• правильное создание вакуумного мешка также требует определенных навыков;
• необходимо обеспечить хороший вакуум, стараюсь устранить все утечки, так как попадание воздуха в ламинат будет отрицательно влиять на сам процесс инфузии (в частности, на течение смолы) и качество изготавливаемой детали.

Недавно метод  вакуумной инфузии приняла итальянская компания по постройке яхт “Azimut”, что можно считать переломным моментом в индустрии стеклопластикового судостроения, так как “Azimut” — один из крупнейших производителей моторных яхт в мире. За его деятельностью с огромным интересом наблюдают другие ведущие предприятия этой сферы деятельности.

На предварительном этапе была дана оценка разнообразным методам закрытого формования, пригодных для серийного изготовления больших изделий. Одним из вариантов рассматривался метод инфузии с использованием материалов для сэндвич-панелей компании “DIAB” (Швеция). Как показал анализ, именно этот метод имеет определенные преимущества по сравнению с другими методами. Говоря более конкретно, его легче внедрить в производство, при этом требуются менее значительные инвестиции, чем для альтернативных вариантов.

Компания “Azimut” подчеркивает, что технология инфузии с использованием материалов для сэндвич-панелей компании “DIAB” к преимуществам этих материалов — малому весу и высокой прочности — добавляет собственные — эффективность изготовления, безопасность для здоровья работников и др. При этом обеспечиваются стабильные и повторяемые результаты по оптимальному склеиванию между заполнителем и слоями ламината.

В ходе производственного процесса практически исключается образование летучих органических веществ и, таким образом, улучшаются рабочие условия. Также технология инфузии позволяет ускорить интенсивность подачи связующего по сравнению с другими методами, а значит, изготовлять за одну стадию  очень большие по размерам элементы, такие как корпуса и палубы, сократив время ламинирования.

Пенопласты “DIAB”, используемые в качестве заполнителей сэндвич-структуры со специальными ячейками, не только улучшают свойства композитных компонентов, позволяя достигать более высокой объемной плотности армирующих слоев, но также служат структурой, проводящей смолу в процессе пропитки. Такая структура получается путем механической обработки поверхности пенопласта и изготовлении точно расположенных каналов для лучшего распределения смолы.

Первая стадия процесса инфузии — нанесение гелькоута. Затем наносится и полимеризуется “скинкоут” — слой, армированный стекломатом малой плотности. Далее на матрице распределяется и фиксируется определенным способом сухой пакет армирующих материалов (стекломатериал—пенопласт—стекломатериал). Следующая стадия — прокладка основных и вспомогательных каналов подачи смолы, а затем вакуумной линии. В заключение укладывается вакуумный мешок, который уплотняется вдоль фланцев матрицы. Подается вакуум и открывается внутренний клапан подачи смолы — начинается процесс инфузии.

Модель “Azmut-40” — первое судно компании,  которое было пост роено с использованием такой технологии. Время, затраченное на производство этой модели по новой технологии, сократилось на 45% по сравнению с предыдущей.

Следует заметить, что шведская компания “DIAB” — больше чем просто изготовитель материалов для сэндвич — структур. Она сотрудничает с покупателями на каждом этапе инженерного и производственного процесса — от первоначальной концепции до реализации проекта.

Группа компаний “Композит” совместно с компанией “DIAB” планирует провести семинар-тренинг по технологии вакуумной инфузии и сэндвич — структурам в первой половине февраля 2006 г. Будем рады видеть вас в Санкт — Петербурге на этом семинаре. Более подробную информацию смотрите на сайте www.composite.ru.

Источник:  «Катера и Яхты»,  №199.