Домашняя яхт-верфь.

Сайт создан для тех, кто мечтает построить яхту своими руками — яхту своей мечты…

Наш опыт изготовления пуансона.

pict 00-00

При самостоятельной постройке судов из стеклопластика весьма трудоемкой и ответственной операцией является изготовление оснастки для формования корпуса — пуансона или матрицы. Рекомендуемые в литературе конструкции оснастки, как правило, требуют затрат большого количества материалов и не позволяют обеспечить необходимое качество поверхности обшивки в любительских условиях. 

Поскольку лекала для сборки пуансона нам пришлось заготавливать в городской квартире, мы вынуждены были применить вместо досок строительный картон — оргалит. Лекала получились легкими, занимали мало места при хранении и, что самое главное, их можно было согнуть по радиусу для переноски.

Разумеется, в конструкции пуансона подобные гибкие лекала могут быть использованы лишь для задания внешней формы каким-то жестким элементам, так как сам тонкий картон не обладает необходимой жесткостью и прочностью. Поэтому при сборке пуансона с обеих сторон лекала мы нашивали несущие рамы, собранные из обрезков сосновых досок.

В статье Д. А. Курбатова о постройке мини-яхты «Калан» (см. «КЯ» № 50) рекомендовалось в качестве заполнителя использовать цементно-песчаный раствор. Однако при изготовлении опытной формы по такому методу мы обнаружили, что получить требуемую гладкость поверхности довольно трудно; необходимо устанавливать много поперечных лекал, требуется слаженная работа сразу четырех «штукатуров».

Кроме того, исправлять затвердевшую бетонную поверхность оказывается очень трудно, особенно, если нужно не добавлять материал, а снимать какую-либо выпуклость. На нашем пуансоне для постройки корпуса яхты длиной 10 м и шириной 2,8м мы выполнили заполнитель из двух слоев: на внутренний слой из армированного металлической сеткой бетона накладывали наружный — отделочный слой толщиной 10—20 мм из гипса.

001

Малое время затвердевания раствора (как правило, не более 30 мин после затворения), простота обработки материала (его можно строгать рубанком, шлифовать наждачной бумагой и т. п.), возможность регулировать его твердость и время затвердевания раствора количеством воды, — все это безусловные преимущества гипса перед бетоном.

Основу каркаса изготовленного нами пуансона составляет прочный продольный «стапельный» брус, установленный на вкопанных в землю стойках на высоте 0,5—1 м. Протянутая вдоль верхней грани бруса стальная струна служит для контроля установки лекал, раскрепляемых стойками и поперечными брусьями.

Верхние кромки поперечных шергень — планок лекал должны быть строго горизонтальны и расположены на одном уровне. Соответствующие опорные бруски закрепляют и на самих лекалах. Лекала устанавливают на стапеле, контролируя их положение при помощи отвеса, уровня и струны. Нижние концы лекал крепят к кольям, вбитым в грунт; вертикальные стойки раскрепляют подкосами.

Когда лекала из оргалита выставлены, с их носовой и кормовой сторон крепятся несущие рамы. Мы собирали эти рамы на импровизированном плазе — заборном щите, на котором с точностью ±30 мм были нанесены координаты точек А, Б и В. Эти рамы крепятся только на основной продольной балке и к кольям. Наружные их кромки служат основой для зашивки пространства между лекалами рейками с шагом 50—80 мм.

Затем поверх реек натягивается металлическая сетка таким образом, чтобы от сетки до краев лекал — до наружной поверхности пуансона — оставалось 60—100 мм. Технология бетонирования армирующей сетки общеизвестна. Важно, чтобы между поверхностью бетона и чистовой поверхностью пуансона оставался зазор не менее 10 и не более 20 мм.

002

 

При меньшем зазоре отделочный слой гипса получится непрочным, при большем — существенно увеличивается расход гипса. Поверхность бетона для улучшения сцепления с гипсом следует делать возможно более шероховатой. Для отделочного слоя применяется гипсовый раствор без введения добавок-наполнителей (песка), так как это затруднило бы последующую обработку поверхности режущим инструментом.

В качестве опалубки для заливки наружного слоя гипса применялась деревянная (без сучков) рейка сечением 10X60, получающая плавную форму при изгибе. Длина рейки должна быть не менее четырех шпаций. Перед началом работы надо четко обозначить линию борта, для чего рейку прикладывают к лекалам таким образом, чтобы ее нижняя кромка совпадала с отметками линий борта на лекалах.

Затем рейка, покрытая слоем смазки (типа солидола) или парафином, чтобы исключить прилипание к ней гипса, временно крепится к лекалам. Снизу шпателем или мастерком наносится густой гипсовый раствор, такой консистенции, чтобы он не стекал с вертикальных и потолочных поверхностей.

Далее затворяют первую порцию гипса для заливки пространства между поверхностью бетона и рейкой. Раствор должен иметь густоту жидкой сметаны. Заливку удобно вести из ковшика, имеющего сливной носик. Весь затворенный гипс должен быть израсходован в течение 5— 7 мин, а если раствор густой, то быстрее — за 2—4 мин.

003

004

После     затвердевания     залитого гипса   (обычно, не  более  чем  через 10 мин) рейку снимают и передвигают по лекалам вверх так, чтобы ее нижний край перекрывал на 5— 10 мм затвердевший «пояс» гипса, и производят следующую заливку. За один прием следует заливать как можно большее число шпаций, кроме крайних. Для экономии времени на отделку пуансона подтеки гипса рекомендуется убирать сразу.

Пользуясь этим способом, два человека при помощи трех реек, каждая из которых перекрывала пять шпаций, выполнили заливку гипсом пуансона площадью 40 м2 примерно за 50—60 ч. При этом качество поверхности формы получилось неплохим — потребовалась лишь незначительная ее обработка.

При отделке гипсовой поверхности можно применять те же методы, что и при отделке дерева. После полной механической обработки рекомендуется пропитать поверхность гипса олифой, что в некоторой степени компенсирует высокое водопоглощение материала. Для заделки выбоин, трещин и сколов удобно применять замазку—«универсальную» (цена 20 коп.) или «оконную» (цена 30 коп.).

005

Общие затраты труда на изготовление пуансона составили около 400 человеко-часов, а стоимость израсходованных материалов не превысила 100 руб. (цемент 1т — 36 руб.; гипс 500 кг —31 руб.; прочие расходы, включая транспортные,— 33 руб.). Наружный гипсовый слой при защите его от воздействия атмосферных осадков оказался довольно стойким. Пуансон, покрытый рубероидом, простоял всю осень, зиму и часть весны.

Когда в мае мы сняли покрытие, никаких повреждений от влаги, мороза и т. п. на поверхности гипса не оказалось. Рубероид был уложен на прокладки так, чтобы между поверхностью гипса и покрытием оставался зазор 3—5 см; все швы на рубероиде заливались смолой.

А. В. Черешков.

Источник:  «Катера и Яхты»,  №83.

05.03.2015 Posted by | композитные конструкции | , , , | Оставьте комментарий

Гелькоуты фирмы «NESTE Chemicels».

Каждый, кто строит и эксплуатирует пластмассовые суда, знает, какую важную роль играет правильный выбор наружного покрытия. Оно должно защищать конструкции от воздействия воды, атмосферы и ультрафиолета, создавать глянцевую декоративную поверхность, иметь хорошую адгезию с последующим ламинатом. Всем этим требованиям удовлетворяет специальное защитно декоративное покрытие — гелькоут.

На сегодня Neste Chemicals производит следующие основные типы гелькоутов:

— GE ххххх S(H) — самый распространенный гелькоут, выпускаемый в вариантах для нанесения распылением (S) и при помощи кисти и валика (Н) (ххххх — цвет по каталогу):

— GN xxxxx S — Maxguard для изделий, подвергающихся повышенному воздействию ультрафиолета и воды; отличается повышенной твердостью и термостойкостью;

— GM xxxxx S — с эффектом “Металлик” (цвета определяются по отдельному каталогу);

— GF xxxxx S(H) — для изделий с повышенными требованиями по пожаростойкости;

— GS75400 S(H) — зеленый;

— GS75200 S(H) — черный — для изготовления оснастки; характеризуется повышенной твердостью, термостойкостью, стойкостью к растрескиванию и помутнению, что позволяет увеличить срок эксплуатации оснастки;

— Топкоуты ТМ ххххх S(H) — для создания сухой твердой грязеводоотталкивающей внутренней поверхности ламината, препятствующей остаточной эмиссии стирола из ламината в окружающую среду.

Maxguard NP — это новый шаг в достижении качества без урона для окружающей среды. По мнению журнала “Reinforced Plastics Magazine” (Лондон) MaxguardNP признан в 1999 году самым перспективным гелькоутом для индустрии стеклопластика.

Новый гелькоут Maxguard NP призван уменьшить количество выбросов стирола в атмосферу без ухудшения основных свойств гелькоута. Подсчитано, что эмиссия стирола при напылении гелькоута составляет около 1/3 общей эмиссии в целом. Оригинальная технология Neste Polyester хорошо сочетает стирол с уникальным ненасыщенным полиэфиром, что позволило создать гелькоут с содержанием стирола меньше 30%.

Улучшена тиксотропная система, благодаря чему получился легко напыляемый гелькоут. Поскольку стирол — один из главных виновников пожелтения и усадки, применение Maxguard NP позволяет получать более качественную глянцевую поверхность. Усадка снижена на 20 30%.

Тесты, проведенные независимой лабораторией в Финляндии, и результаты промышленных испытаний в цехе показали, что суммарная эмиссия стирола при использовании Maxguard NP на 50% меньше, чем стандартного гелькоута, что позволяет сократить концентрацию стирола на рабочем месте и расходы на вентиляцию. Важно отметить и лучшую, чем у стандартных гелькоутов, адгезию к ламинату (даже после 3 дневной выдержки перед ламинированием), хорошую саморастекаемость и высвобождение воздуха.

При нанесении гелькоута напылением важно правильно выбрать оборудование, которое обеспечит максимальный перенос материала на матрицу и сократит загрязнение рабочего места. Фирма “Композит” предлагает ряд специальных распылителей.

При напылении небольших поверхностей с незначительной интенсивностью работы хорошо себя зарекомендовали распылители G100 и G200. Их особенностью является то, что гелькоут вытекает самотеком: воздух проходит через сопло, устроенное в виде инжектора, вытягивает гелькоут и формирует направленную струю. Это снижает аэрозольный эффект, уменьшает “отскок ” материала от формы. Различие между G100 и G200 заключается в том, что G200 имеет дополнительную емкость для ПМЭК.

Для напыления значительных поверхностей целесообразно использовать установки фирмы “Glas Craft” (США). Самая популярная из них — 3WPG. Установка сама дозирует заранее установленное процентное соотношение ПМЭК. Смешение ПМЭК с гелькоутом происходит непосредственно за соплом распылителя, что предотвращает полимеризацию гелькоута в шлангах или установке.

Подача гелькоута гидравлическим насосом предотвращает попадание в гелькоут лишнего воздуха. Характерной особенностью установки является организация “воздушного тоннеля” вокруг струи смолы и ПМЭК, что уменьшает аэрозольный эффект и способствует максимальному переносу гелькоута на матрицу.

Источник:  «Катера и Яхты»,  №171.

03.11.2011 Posted by | композитные конструкции, стеклопластик, технология, углепластик | , , , , , , , , , , | Оставьте комментарий

Качественная оснастка своими руками.

Последние несколько лет я ходил на «четвертьтоннике», который был построен по проекту В. Л. Богданова в кооперативе «Парус», в котором я проработал до 1992 г. Корпус серийной лодки выклеен из нового материала «Parabeam 3D » и эпоксидной молы « ЭД-20». Прежде всего следует приступить к изготовлению мастер-модели (болвана, или пуансона), который можно выполнить из дерева, гипса, пенопласта и т. д., но при этом следует учитывать особенности каждого материала. Для начала надо уяснить, предполагается ли использовать впоследствии мастер-модель как «ходячее» судно или только для производства корпусов. В первом случае вы, несомненно, сможете получить некоторую экономию средств, но при этом усложнится весь процесс постройки.

При изготовлении пуансона из фанеры есть и свои достоинства – быстрота и дешевизна – и недостатки. Для защиты и укрепления болвана его необходимо будет обклеить несколькими слоями стеклоткани, а значит, избавиться от доводочных работ не удастся. Фанерный болван не очень жесткий, и, как следствие, возможно образование небольших прогибов обшивки под нарастающим весом матрицы.

К сожалению, результат будет виден только после снятия матрицы, хотя при этом корпус может выглядеть идеально. Нельзя забыть еще об одном факторе – восприимчивости фанеры к влажности и перепадам температуры, что также не лучшим образом сказывается на товарном виде готовых изделий.

Пуансон из ламинированного дерева, т. е. из нескольких слоев древесины или фанеры, не всегда пригоден, т. е. не для каждого проекта судна. Кроме того, это довольно сложная технология, требующая навыка в работе и немало времени, поэтому новичкам применять не рекомендуется. Вышеперечисленные недостатки болвана из фанеры присущи, хотя и в меньшей степени, и этому пуансону.

Пуансон из гипса – наиболее дешев, поэтому данный способ  изготовления болвана можно смело рекомендовать для постройки одного корпуса. Следует помнить, что гипс, не защищенный покрытием, особенно внутри болвана, охотно впитывает влагу, склонен к растрескиванию, невелика и его прочность.

Исходя из личного опыта, могу посоветовать изготовить болван из пенопласта синего, розового или красного цвета, например, марки ПБС. Технология следующая: вначале плиту пенопласта подгоняют по наружным размерам, чтобы готовый блок входил на место без особых усилий. Нижний край блока устанавливается вровень со стрингерами, а верхний край приподнимается в половину толщины блока.

Подготовленные блоки одной шпации вклеиваются на эпоксидной шпаклевке (смола + древесные опилки), положение блока снизу фиксируется временными связями между стрингерами (например, полосками ДВП шириной 40–50 мм), а также небольшими гвоздями, вбиваемыми в торцы блока.

После отверждения смолы блоки можно обрабатывать терками наподобие овощных, а затем крупнозернистой наждачной бумагой, наклеенной на длинную (не менее двух шпаций) ровную дощечку. Шпангоуты и стрингера своеобразные маячки, не позволяющие углубиться в пенопласт больше необходимого. Готовый пенопластовый болван можно обклеивать стеклотканью.

При установке шпангоутов на стапель обратите внимание на размер шпации –  она должна быть не более 500 мм – и на то, что из «чистого» обвода шпангоута следует вычесть толщину будущей стеклопластиковой обшивки.

Также необходимо предусмотреть, чтобы расстояние между стрингерами было не более 400 мм. Мы обычно используем стрингера 25 на 40 мм для катера длиной 6 м. Раскрепленный корпус будет представлять собой поверхность, поделенную на прямоугольники.

Вклеивание блоков пенопласта.

Используем пенопласт, не упаковочный, а плотный, жесткий и мелкозернистый, в плитках толщиной 20–50 мм, т. е. в два раза больше толщины стрингера. Такой пенопласт позволяет использовать различный инструмент. В среднем на изготовление болвана, начиная с плазовых работ, мы затраили порядка 200 чел.-ч, при этом вклеено 112 отдельных блоков и ушло около одного кубометра пенопласта олщиной 50 мм.

При обклейке болвана не стремитесь уложить несколько слоев за один день. Соседние полотнища укладывайте встык, а не внахлест. Стеклоткань предыдущего слоя после отверждения можно подрезать прямо на корпусе. Делайте перехлест слоев, чтобы стыки стеклоткани не оказались друг под другом.

Не забывайте отжигать стеклоткань, желательно, газовой горелкой. Используйте стеклоткань ровинговую (марки ТР) весом 300–400 г/м2. Укладывайте не менее  пяти-шести слов это исключит эффект «проявления» стрингеров и шпангоутов на уже окрашенном корпусе. На обклейку шестью слоями стеклоткани у нас ушло 80 чел.-ч.

Доводочные работы – шпаклевание, грунтование, покраска, шлифовка и полирование – самые трудоемкие. Если в соответствии с проектом необходимо установить на корпус реданы или брызгоотбойники, то их лучше изготовлять отдельно, из древесины, обклеив тремя слоями сатиновой теклоткани весом 250 г/м2 .

Обклеенный корпус мы прошпаклевали полиэфирной шпаклевкой, применяемой в автомастерских («Novol», «Body» и т. п.). Нужно признать, что этот этап – не менее трудоемкий и очень пыльный. Для ускорения работ используйте, по возможности, электроинструмент – плоскошлифовальный или виброорбитальный. Мы воспользовались машинками фирмы «Rupis» с пылесосом.

После шпаклевки поверхность покрыли эпоксидным грунтом, который стал барьером для влаги. После эпоксидного грунта болван покрыли двумя слоями двухкомпонентного «мягкого» грунта, между слоями прошкуривая и убирая небольшие недостатки шпаклевки. Для получения качественно подготовленной поверхности под покраску и дальнейших малярных работ советуем пригласить профессионального маляра.

Окраска корпуса. В нашем случае он был покрашен шестью слоями двухкомпонентной акриловой эмали. Такое количество слоев краски позволило в дальнейшем безбоязненно проводить шлифовку и полировку поверхности.

Заметим, что нитроэмали и краски на масляной основе не подходят для этих целей. На доводочные работы, которые мы выполняли вдвоем, у нас ушло около 500 чел.-ч, а общие затраты времени составили около 800 чел.-ч. Результатом титанических усилий стал корпус, не имеющий никаких изъянов, что впоследствии позволило изготовить матрицу, отвечающую высоким требованиям. Внимательно изучайте рекомендации фирм-изготовителей грунтов, красок, шпаклевок, это поможет избежать ненужной траты времени, средств и финансов.

Мы не останавливаемся на таких моментах, как работа наждачной бумагой –  «всухую» это лучше делать или с водой и  как наносить шпаклевку, и т. д., и т. п., поскольку такого рода советы можно получить у любого специалиста на месте. Но о ряде аспектов технологии производства матрицы все же стоит сказать.

1. Помещение для работы должно отвечать ряду требований, а именно:

– иметь приточно-вытяжную вентиляцию, которая позволит избавиться от стеклянной пыли и паров смол (ее отсутствие негативно сказывается на здоровье работающих, качестве работ);

– навести чистоту в помещении, так как отсутствие пыли – это основа будущего качества. Для этого потолок и стены следует тщательно пропылесосить, а пол – застелить упаковочным картоном, и отдельные листы соединить скотчем.

2. Температурный режим на протяжении всего процесса выклейки необходимо поддерживать постоянный; недопустимы скачки температуры (от 3 до –3°С).  Также следует избегать влажности, сквозняков. Установите по углам помещения термометры. Для эпоксидных смол необходима температура более 20°С.

3. Хранение стекломатериалов и смол. Подготовьте место для размешивания смолы и весы. Стеклоткань придется разрезать на отдельном участке, можно на листе ДВП. За несколько дней до начала работ занесите все материалы в помещение, так как температура смолы, болвана и стеклоткани должна быть одинаковой.

Нанесение разделительных агентов – пожалуй, один из самых ответственных этапов. Основываясь на собственном опыте, могу предложить следующую схему:

1. Нанесите разделительный состав фирмы «Zyvax». Первый слой – заполнителем пор «Zyvax Sealer Gr». Мы приобретали данные материалы в компании «Композит», разлитые в жестяные канистры по 2.5–3 л, хотя для 6 -метрового корпуса достаточно и 200 г. Второй слой – «Zyvax Compozite Shield». Эти препараты боятся света (поэтому хранить их надо в плотно закрываемой таре),  но они великолепно предохраняют болван и матрицу от залипания.

Первый слой наносите на чистую поверхность небольшими участками (не более 0.5 м2 ) неворсистой тканью или салфеткой, тщательно втирая и растирая препарат, иначе могут остаться «разводы». Состав должен полностью впитываться, а поверхность – оставаться почти сухой. Повторите операцию еще раз. Чаще меняйте салфетки, повторно их не используйте. Через полчаса можно наносить второй состав «Compozite Shield». Последовательность работ – такая же.

2. Через 12 ч можно приступать к нанесению восковых составов «Blue Wax Finish Сare» (также приобретались в «Композите», в расфасовке по 400 г в жестяных банках). Наберите несколько столовых ложек воска в тампон из фланели. Под теплом рук воск будет выходить из ткани, и его удастся равномерно наносить на поверхность. Спустя полчаса, располируйте фланелью (при этом по мере загрязнения салфеток регулярно их меняйте). Нанесите четырепять слоев.

3. Наносите антистатик розового цвета «Hi-Low» № 1100 по вышеуказанной методике. Общий расход материалов для 6-метрового катера – не более 400 г «Blue Wax» и 100 г «Hi-Low» № 1100.

4. После нанесения всех разделительных составов установите воздушные клапана, которые позволят избавиться от клиньев, избежать деформации матрицы и в дальнейшем легко снимать изделие с матрицы.

Воздушный клапан вформовывается в матрицу. Он состоит из двух деталей, первая имеет сверху «сосок» под «быстрый» разъем, к нему подводится сжатый воздух. В нижней части, в углубление, вставляется «пятак» заподлицо с корпусом клапана, внутри клапана – резьба М6. Перед тем как подать воздух через него, вворачивайте болт М6 до тех пор, пока не услышите щелчок – это «пятак» оторвался от клапана.

Выверните болт и присоедините воздушный шланг к «соску» через «быстрый» разъем. Аккуратно подайте воздух, и матрица отойдет от болвана, а воздух проникнет дальше, разъединяя детали.

«Пятак» и нижнюю часть клапана «обойму» – отполируйте до полного прилегания. Желательно пронумеровать «пятак» и клапан с внутренней стороны, а вовнутрь намазать воск. Сосок оберните скотчем; наружная часть клапана должна быть обезжирена. Установите клапан в сборе на подготовленный болван при помощи воска. На матрицу 6-метрового катера (низ) достаточно четырех клапанов.

Стекломатериалы. Мы использовали для изготовления матриц стеклоткани: сатины и ровинги. Порядок использования стеклотканей следующий:

первый слой – стекловуаль (вес – 70 г/м2);

второй – сатиновая ткань (Т13, Т11, вес – 110–130 г/м2);

третий – ровинговая ткань (ТР-0.25, вес – 250–270 г/м2 );

четвертый – ровинговая ткань (ТР-0.3, вес – 380 г/м2 );

пятый – рогожа  (ТР-0.7, вес – 700 г/м2).

Следующие после пятого слои – тоже рогожа ТР-0.7. Жесткость и прочность матрицы напрямую связаны с выбором стекломатериалов и стеклоткани, которые намного прочнее стекломатов и подобных нетканых материалов. Независимо от формы будущей матрицы (круглоскулый корпус, шарпи и т. д.) стеклоткань более надежна еще и потому, что на ней проще заметить дефекты (непроклей, пузыри).

Дополнительную жесткость матрице придает укладка тканей как под прямым углом, так и под углом 45° относительно киля. Мы считаем, что толщина матрицы должна приближаться к двойной толщине будущего изделия. К примеру, матрица 6-метрового катера выклеена из 15 слоев стеклоткани.

Смолы. Любые рекламные заве рения производителей полиэфирных смол о том, что их качество и прочность сравнимы с «эпоксидкой», не более чем миф. Соотношение прочности этих смол, по разным источникам, 2.5–3.5:1 в пользу эпоксидки. На практике доказано, что борт катера из эпоксидки выдерживает удары молотком изо всех сил без видимых повреждений.

Полиэфирный же пластик разрушается, и не только в месте удара. Работа с полиэфирными смолами отличается от технологии нанесения эпоксидки очень существенно. Стоимость 1 кг смолы ЭД-20 – 6 евро, а импортной полиэфирной смолы «Asland M105» – 5 евро.

Полиэфирные смолы имеют «короткий» срок хранения, они токсичны, и их использование в массовом производстве оправдывается только небольшим временем отверждения, дешевизной и, как следствие, большим количеством съемов с матрицы.

На наш взгляд, удачные пропорции модифицирования  эпоксидно-диановой смолы ЭД-20 следующие:

смола ЭД-20 – 100 весовых частей, пластификатор (дибутилфталат ДБФ) – 8–10 весовых частей,

аэросил (микросферы) – 5–10 объемных частей.

Модифицированная смола должна быть перемешана и внесена в помещение выклейки. Мы практикуем «подкраску» смолы для «нового» слоя анилиновыми красителями, например марки «Instint», из расчета 1–1.5 чайные ложки на 20 кг смолы. «Цветную» смолу легче контролировать при  нанесении – сразу заметны непрокрасы и «пузыри», что также положительно сказывается на качестве выклейки.

Подкрасить смолу можно окисью титана (белый), окисью хрома (зеленый), суриком железным и свинцовым (коричневый и серый). В качестве отвердителя используем полиэтиленполиамин (ПЭПА) в соотношении  1:10 при t > 20° С.

Правила работы со смолами:

1. Тщательно взвешивайте все компоненты, старайтесь «разводить» не более 700–800 г смолы за один замес.

2. Емкость для смолы должна быть неглубокая и широкая. Не допускайте саморазогрева смолы, время «жизни» которой не превышает 15–20 мин.

3. Перемешивать смолу удобнее при помощи электродрели с насадкой от бытовых миксеров; время перемешивания – не менее 30 с.

Матричный гелькоут в отличие от «обычного» должен быть твердым, стойким, чтобы при необходимости его можно было шлифовать и полировать. Усадка должна быть минимальной.Наши поиски эпоксидного матричного гелькоута к успеху не привели, но мы нашли подходящий эпоксивинилэфирный гелькоут («Max Guard DGT20»); выпускается черного или зеленого цвета с маркировкой (Н) – ручное нанесение кистью, валиком и (S) – напыением. В среднем цена «DGT20» – около 17–18 евро за 1 кг.

Работа с гелькоутом «DGT20»:

1. Наносите в хорошо освещенном сухом и хорошо вентилируемом помещении.

2. Перед началом работ проведите тест гелькоута с разным содержанием катализатора, например, 2; 2.5; 3% в небольших объемах (100 г). Катализатор (отвердитель) «МЕКР» набирайте медицинским шприцем. Содержание катализатора определите опытным путем: его должно быть столько, чтобы гелькоут через 40–45 мин. гелеобразовывался и не прилипал к пальцам. Размешивать лучше по 700–800 г гелькоута и сразу же использовать. При смешивании избегайте образования пузырьков воздуха.

При использовании «DGT20 (Н)» необходимо нанести два слоя с промежуточной сушкой первого слоя в течение 45–70 мин. Кисточки должны быть с мягкой щетиной. Обязательно проклейте эпоксидной смолой; после каждого «замеса» тщательно промывайте ацетоном. Неплохо зарекомендовали себя в качестве емкостей под гелькоут полиэтиленовые ведерки из-под майонеза, йогурта и т. п. объемом около 1 л.

Для каждого «замеса» используйте только чистые емкости, тем более что потребность в них небольшая (около 30 ведерок на стандартную 20 — килограммовую тару). Общий расход при нанесении кистью в два слоя – в пределах 550–750 г/м2. Наносить матричный гелькоут требуется тщательно и аккуратно, поэтому экономия на кисточках, ацетоне, защитных средствах неразумна, а работать целесообразно бригадой из трех — четырех человек.

Правильно и технологически чисто выполненная покраска гелькоутом – наиболее важное условие создания качественной матрицы. Поскольку болван находится вверху по отношению к матрице, чтобы отделить матрицу, ее необходимо кантовать. Вначале продумайте, как наклонять и поворачивать матрицу для удобства работы с ней. Мы для этого используем трубчатый или квадратный металлический каркас, который крепится к фанерным ребрам и имеет проушины для кантования. Трубчатый каркас приформовывается стеклотканью, а квадратный крепится болтами или шпильками.

Матрица снимается спустя неделю после окончания выклейки. За это время она полностью высохнет и главное – будет иметь стабильную температуру без колебаний влажности.Толщина и вес матрицы. Достаточная толщина матрицы должна соотноситься с предполагаемой толщиной изделия, как 2:1 (это верно при небольших, до 12 мм, толщинах). Для более крупных судов соотношение толщин близко к 1:1. Для примера, матрица корпуса 6-метрового катера выклеена из 15 слоев стеклоткани толщиной 13 мм и весит примерно 500 кг.

Выклеенную матрицу необходимо усилить во избежание перекосов и прогибов. Ребра жесткости представляют собой фанерный скелет матрицы, на который крепят устройство для кантования. На предполагаемое место крепления ребра жесткости наклейте четыре-пять слоев стеклоткани (ТР- 0.33, ТР-0.7). Стеклоткань нарежьте полосами разной ширины (200, 180, 140, 100 мм), лучше под углом 45°, чтобы удобнее было работать. Затем подгоните фанерное ребро жесткости по месту (фанера толщиной 15–20 мм и шириной 150–200 мм). Размешайте небольшое количество стекловолокнистой полиэфирной шпаклевки (буквально 50–100 г), нанесите небольшими бугорками и установите фанерное ребро.

Через 5–10 мин. шпаклевка встанет и оставшиеся промежутки можно прошпаклевать эпоксидной смолой с добавлением деревянных опилок. Затем ребра приформовываются тремя-четырьмя слоями лентами стеклоткани.

Артур Уракаев, г. Сургут.

Источник:  «Катера и Яхты»,  №206.

20.10.2011 Posted by | стеклопластик, технология | , , , , , , , , , , , , | Оставьте комментарий

Эффективность применения метода RTM в судостроении.

“В связи с тем, что судовая конструкция из стеклопластика создается одновременно с изготовлением самого материала, многие ее свойства и прежде всего прочность зависят от качества работы в гораздо большей степени, чем в металлическом или деревянном судостроении. Поэтому применение стеклопластиков при постройке судов требует особо тщательной подготовки и организации производства” .

И. М. Альшиц. Полиэфирные стеклопластики в судостроении, Л., 1964.

Прошло уже более сорока лет после написания этих слов, и сколько бы еще не прошло, но подготовка и организация производства будут оставаться решающими факторами для выпуска качественной продукции. За это время на международном рынке появилось сырье с новыми технологическими свойствами и новое оборудование, позволяющие внедрять технологии, которые отвечают всем требованиям современного производства высококачественного продукта. Большая часть мировых лидеров современного судостроения используют при постройке катеров и яхт технологию Resin Transfer Moulding (RTM) в том или ином ее виде.

Основной принцип этой технологии состоит в перемещении смолы, катализированной на входе, в закрытую форму, предварительно оснащенную  “сухими”, аккуратно расположенными армирующими материалами (с различными “усилениями”).

Технология RTM позволяет:

• механизировать производство, уменьшив случайный характер вмешательства человека и, таким образом, обеспечив постоянство качества;

• лучше контролировать количество используемого сырья;

• сократить и контролировать рабочее время;

• снизить отрицательное влияние используемого сырья на окружающую среду;

• улучшить условия труда, которые при традиционных методах переработки являются вредными;

• установить более “реалистичный” уровень инвестиций, учитывая большой спрос;

• организовать промышленное производство в течение короткого периода, ограничив текучесть рабочей силы;

• выпускать продукт с высокими механическими характеристиками и отличным внешним видом.   В зависимости от серийности выпускаемого продукта современный RTM-процесс делится на четыре типа:

• вакуумная инжекция (один-два съема в смену);

• RTM-эконом, или RTM-light  (один-четыре съема в смену);

• RTM-стандарт (четыре—восемь съемов в смену);

• RTM-плюс (восемь—шестнадцать съемов в смену).

В современном судостроении в зависимости от назначения конструкции и геометрии детали в основном применяются три первых метода и значительно реже — RTM-плюс, как предназначенный только для изготовления мелких деталей судостроительного назначения.

Попытаемся проанализировать и понять, в чем разница между этими методами и какие плюсы может получить отечественный строитель катеров и яхт в случае внедрения этих методов на своем производстве. В нашем случае не стоит акцентировать внимание на количестве съемов в смену с оснастки, так как тот или другой метод выбирается еще и по критерию прочности готовых изделий, а это для судостроения более важный показатель.

Вакуумная инжекция.

Матрица применяется той же конструкции,  что и при контактном формовании. Единственное требование — наличие отбортовки по всему периметру матрицы с шириной полки не менее 120 мм (рис. 1).

В качестве пуансона используют светопрозрачную пленку, имеющую хорошую химическую стойкость к стиролу (полиэфирным связующим). Пленка должна быть без внутренних дефектов и раковин, через которые возможен подсос воздуха во время изготовления детали. В качестве такой пленки применяют полиэтилентерефталат (лавсан).

В качестве смолопроводящих каналов могут служить трубки из твердого ПВХ с внутренним диаметром 7–16 мм со спиралевидной нарезкой. При растягивании этой трубки образуются зазоры между гранями, через которые смола под воздействием вакуума попадает в слои армирующего материала. Диаметр трубки определяется опытным путем, исходя из площади и геометрии детали, технологических параметров процесса и характеристик связующего.

Для реализации процесса необходимо иметь вакуумный насос (марка не имеет значения) или вакуумный пост с регулируемой производительностью (очень важно при изготовлении больших деталей) и вакуумом не ниже –0.6… –0.9 кПа.

Для скрепления пленки с матрицей применяют ленточный герметик как отечественного, так и импортного производства.  Для ускорения процесса формования можно использовать обычный нагнетатель, в который заливается катализированная смола. Нагнетатель несложно изготовить самим с нужным объемом или приобрести такой, который применяется для обычных красок. В этом случае рекомендуется в крышку нагнетателя установить систему вакуумной откачки. Она понадобится для очистки подающих шлангов от оставшейся катализированной смолы после завершения процесса формования.

Как видно из представленной схемы, для того чтобы перейти от контактного процесса к вакуумному инжектированию, больших капиталовложений не требуется. Практика западных производителей показывает, что два человека в течение смены таким методом формуют корпус пятиметрового катера и ряд мелких деталей для него вместе с продольно-поперечным набором или сэндвич-наполнителем.

На первый взгляд, вроде бы все просто. Но основа успеха — это правильный подбор основных материалов (армирующие материалы, связующие и др.), предназначенных для формирования структуры изделия.

В качестве связующего применяют  смолу, время гелеобразования которой — 50–120 мин. (в зависимости от площади формования), с низкой динамической вязкостью и не тиксотропную, на ортофталевой или изофталевой основе, которую выбирают в зависимости от конструкции судна и условий его эксплуатации.

Армирующие материалы могут быть разнообразными: это ткани различного плетения, в том числе и мультиаксиальные, эмульсионные и порошковые стекломаты. Но обязательным элементом армирующего “пирога” должен быть смолопроводящий слой. В качестве него могут применяться маты из непрерывной нити (“унифло”) или комбинированные двухслойные или трехслойные маты (“комбифло”), которые имеют в своем составе пористое полиэфирное волокно с поверхностной плотностью 180 или 250 г/м2( см. рис.1). Благодаря структуре этих материалов смола проходит с наименьшим сопротивлением и с большей скоростью внутрь армированного “пирога” и пропитывает его изнутри.

Для того чтобы судно было более легким и прочным, без продольно — поперечного  набора (что лучше) или с минимальным (для обеспечения прочности) набором, в качестве сэндвичных наполнителей применяют перфорированный пенополиуретан различной плотности и толщины. При использовании сэндвичной конструкции конечное изделие будет дороже, но его прочностные свойства и эксплуатационные характеристики — значительно выше, а вес меньше, и тогда рост цены на готовое изделие станет оправданным. Останется убедить покупателя, что деньги, потраченные им, быстро вернутся за счет экономии средств на горючее и “непредвиденный” ремонт судна.

При применении сэндвичных перфорированных наполнителей отпадает необходимость в смолопроводящих армирующих материалах, так как в этом случае смола проходит по прорезанным каналам сэндвичевого наполнителя (рис. 3 и 4), при этом для получения изделий с более высокими механическими свойствами можно использовать более высокопрочные стекло-, органо- или углеродные ткани.

И все-таки, чтобы как можно меньше возникало проблем с переходом на новый вид технологии, рекомендуется подбор основных материалов поручить поставщикам сырья.

RTM-эконом, или RTM-light.

Основное отличие вакуумной инжекции от метода RTM-эконом — в наличии в последнем случае мембранного пуансона, выполненного из стеклопластика толщиной 2–3 мм, оборудованного вакуумными замками (рис. 2).

Чаще всего этот метод применяется для изготовления небольших картоп-лодок или шлюпок, имеющих сэндвичную (трехслойную) конструкцию, а также небольших деталей, входящих в комплект катеров и яхт. Данный метод позволяет увеличить производительность за счет увеличения скорости инжекции и получить деталь, обе поверхности которой имеют декоративный защитный слой-гелькоут.

В этом случае возможно применение не только нагнетателя, но и специального инжекторного оборудования (например, “IPR-6000” шведской фирмы “Aplicator”). Но, поскольку пуансон имеет небольшую прочность, давление, под которым подается смола, устанавливается минимальным (1.2–1.4 атм), а вакуум — максимальным (–0.9 кПа).

В данном методе применяют все те же основные материалы, а также смола с более коротким временем гелеобразования. Все зависит от выбранной схемы инжектирования и, как следствие, скорости заполнения формы.

RTM-стандарт.

Данный метод более дорогой в плане технического оснащения, так как требуется обязательное наличие RTM-аппарата (инжектора) и дорогостоящей оснастки, которая состоит из жесткой матрицы и жесткого пуансона, имеющих вакуумные замки и механические зажимы. И матрица, и пуансон должны быть “усилены” прочными каркасами, выполненными из толстой слоистой фанеры или металлических профилей.

Однако при правильном подходе к делу RTM-стандарт позволяет практически полностью решить вопросы прочности, качества продукции, а также уменьшить трудоемкость и повысить культуру производства. Так, во Франции под Лионом есть предприятие, которое по методу RTM-стандарт изготавливает палубы яхт длиной до 12 м, не считая многих мелких деталей, таких как крышки люков, корпуса небольших отсеков, различные дельные вещи. Его производительность — около 200 катеров и яхт различного класса в год, причем формовку выполняют всего шесть человек.

Мы желаем всем, кто заинтересован во внедрении RTM-технологий, а следовательно, и в выпуске более качественной продукции.

 Виктор Ершов, Леонид Альшиц.

Источник:  «Катера и Яхты» ,  №200.

20.09.2011 Posted by | стеклопластик, технология | , , , , , , , , , | Оставьте комментарий

Матрица без секретов.

И так, как сделать оснастку с оптимальными затратами? С чего начать? Цена вопроса  —  это цена изделия и дoход от eгo реализации. Опыт подсказывает, что первый шаг для достижения цели — правильный выбор материалов оснастки с учетом технологии ее изготовления и квалификации исполнителей. А необходимого сырья, как отечественного, так и импортногo, на российском рынке имеется большой выбор.

В свое время нам приходилось работать с материалами разных производителей, но практика показала, что лучше вceгo применять те из них, что совместимы с используемыми технологическими процессами. При таком подходе к выбору сырья резко увeличивается вероятность достижения положительнoго результата, особенно если eгo производитель берет на себя отвeтсвeнность и за качество материала, и за предоставляемую информацию. Мы мнoгo лет paботаем с концерном «Reichhold», который, как уже убедились, поставляет достоверную полезную информацию и высококачественное сырье, потому о нем и пойдет речь.

Чтобы правильно подобрать материалы для производства оснастки, надо точно знать следующее: габариты изделия, eгo форму и вес, а также видовые требования к изделию; суммарное количество изделий, снимаемых за время эксплуатации матрицы; применяемый технологический процесс; используемое сырье для производства изделия; вpeмя на подготовку производства при запуске изделия; собственное техническое оснащение; квалификацию исполнителей.

Первые три показателя — габариты изделия, eгo форма и вес — определяют прежде вceгo основу будущей оснастки, т. е. ориентировочную толщину и схему конструкционного слоя матрицы; наличие и конструктив ее транспортных узлов. Знание еще и видовых требований к изделию позволяет выбрать приемлемую технологию производства оснастки, пусть не всю, но хотя бы доводочных операций. Зная это и количество изделий, снимаемых с матрицы, уже можно более детально проработать конструкцию оснастки.

Действительно, если количество снимаемых изделий мало, то нет смысла изготавливать оснастку с большим запасом прочности. Выбором технологического процесса производства изделия  контактный (ручное формование), метод напыления («спрей»), вакуумное формование или мeтод инжектирования  практически заканчивается проектная часть конструктивной проработки оснастки.

После этого, чтобы принять окончательное решение, следует определиться с тем, как и какими силами выполнить поставленную задачу. Для этого рекомендуем cocтaвить вопросник в табличной форме, гдe обозначим, как конструкция оснастки, технология ее изготовления и сырье влияют на конечный результат.

Получив ответы на все 10 пунктов вопросника, можно составить общую картину. Проанализируем таблицу, начав с последних пунктов. Квалификация исполнителей и собственное техническое оснащение  основополагающие факторы, которые определяют культуру производства и как итог —  качество выпускаемого продукта. При низкой квалификации и слабом техническом оснащении, какие бы великолепные материалы не применялись, говорить о качестве конечного продукта не приходится. Мы опираемся на квалифицированные кадры и из этого будем исходить.

Далее: при любой степени оснащенности производства на рабочем месте вceгдa должны находиться приборы, измеряющие температуру окружающей среды и влажность. Нельзя забывать, что при работе с полиэфирными (эпоксидными) смолами, полимеризующимися при комнатной температуре, значимыми являются температура окружающей среды, рабочей смеси и оснaстки (не ниже 18OС), а также влажность окружающей среды (не более 75%), скорость воздушного потока в зоне формовки (не выше 0.5 м/с).

Поэтому необходим лазерный термометр, позволяющий в считанные секунды определять температуру применяeмoгo связующего и оснастки и вовремя выполнять операции, которые снижают вeроятность брака при формовке, например, появления на декоративном слое изделия дефекта «крокодиловая кожа». Разница между температурой оснастки и смеси не должна превышать 1.5 — 2.0°C.

Перед нанесением декоративного слоя (гелькоута) поверхность мастер — модели нeобходимо обработать разделительным coставом, в качестве котopoгo рекомендуем применять широко используемый в Европе воск на силиконовой основе «Norpol W — 70».

В центр куска фланелевой ткани размерами 200х200 мм кладут две — три полные столовые ложки этого воска и, взяв ткань за концы, сворачивают своеобразный шар так, чтобы воск оставался внутри нeгo. Под воздействием стягивающих усилий воск проходит через поры ткани. Затем тканый шар легко опирают на обрабатываемую поверхность и вращательно — поступательным движением наносят тонкий слой воска. Таким способом можно наносить на поверхность мастер — модели или матрицы слой воска cтpoгo определенной толщины. Это очень важно, так как, если он будет толстым, то после располировки чистой фланелью окaжется снят.

Воск «Norpol  W70» наносится на мacтep — модель в четыре слоя с промежуточными выдержками в течение двух — тpex часов и располировкой. Располировывается воск чистой фланелью  вращательно — поступательным ее движением вдоль обрабатываемой поверхности. Последний слой воска рекомендуется выдержать в течение шести часов.

Перед нанесением декоративного покрытия воск покрывают тонким слоем технологического разделительнoго aгeнтa «Norpol Norslipp 9860» с помощью мягкой кисти или пульверизатора. Поверхность должна быть сухой и без пыли. Смывается обычной водой. Задача «Norslipp»  воспрепятствовать диффузии воска в поверхностный слой изделия при eгo нaгpeвe. При повышении температуры оснастки начинается насыщение ее дeкоративного слоя воском.

Для изготовления декоративного слоя будущей матрицы обычно применяются гелькоуты «Norpol СМ60014» (зеленый) или «Norpol СМ90000» (черный). Их можно нaносить вручную — тoгдa применяют «H» гелькоут («хэнд»)  — или распылителем — для этого предназначен «S» гелькоут («спрей»). Все они изготовлены на основе двух смол  —  винилэфирной и изофталевой и имеют высокие показатели по твердости, износостойкости и предельному водопoглощению. Температура их тепловой деформации в готoвoм изделии 110оС.

Самое широкое применение на практике при изготовлении матриц получил гелькоут зеленого (60014) цвета, поскольку он меньше утомляет зрение рабочего и снижает вероятность брака при работе. Гелькоут  чернoгo (90000) цвета в основном применяется при производстве конечных изделий зеленого цвета.

Гелькоуты «Norpol СМ60014Н» (или «СМ90000Н») наносят мягкой кистью в двa — три слоя с промежуточной выдержкой между ними до состояния «отлипа». Толщина каждого слоя  0.2 — 0.З мм (по «мокрому» слою). Суммарная толщина слоев должна составлять 0.55 — 0.85 мм, направление нaнесения слоев —  900 дpyг к дpyгy.

Гелькоуты «Norpol СМ600145» («С М900005») наносятся аппаратами безвоздушного напыления (например, «Aplicator» JPG — 24) в три — четыре слоя с промежуточной выдержкой между слоями 5 — 1 О мин при поддержании необходимого температурногo режима окружающей среды и гелькоута (2ЗО С). Толщина каждого слоя —  0.15 — 0.25 мм, направление слоев дpyг к дpyгy — 900. Суммарная толщина —  0.55 — 0.85 мм. Толщина слоев замеряется в «мокром» coстоянии специальным толщиномером.

Очень важно при работе иметь паспорта на применяемые материалы, гдe не только приводятся их характеристики, но и описываются дополнитeльные компоненты, необходимые для приготовления рабочей смеси. Например, для тoгo чтобы произошла полимеризация гелькоута «СМ60014Н» («СМ90000Н») в течение З5 — 45 мин при тeмпературе 2ЗОС, в нeгo следует добавить «Norpol пероксид №1» (MEK — l) в количестве 1.5% веса гелькоута. Время полимеризации гелькоута «Norpol СМ600 145» («СМ900005») при вышеобозначенных условиях сокращается до 25 — З5 мин.

Здесь важно не путать понятия «полимеризация» и «гелеобразование». Полимеризация  это время готовности слоя для проведения последующей операции; гелеобразование  время работы с готовой смесью.

Некоторые производители стеклопластиковых изделий наносят матричный гелькоут с промежуточной выдержкой между слоями 12 ч. Это ошибочное решение, так как нарушение временных параметров технологического процесса ведет к изменению физико — механических свойств декоративногo слоя матрицы, а иногда и к откpовeнному браку. В ходе длительной выдержки мoгут измениться параметры окружающей среды вокpyг закладываемой оснастки, а на гелиевое покрытие осаждаться влага, пыль, маслянистые пары. В этом случае достичь качественной адгезии декоративного слоя и ламината практически невозможно.

Для производства ламината матрицы можно применить любую полиэфирную смолу, но не спешите выбирать самую дeшевую. Рекомендуем вновь проанализировать таблицу. Не зря все производители полиэфирных смол отдельно выделяют категорию смол, предназначенных для изготовления матриц, поскольку прежде вceгo в ламинате они имеют тенденцию к усадке.

Кроме тoгo, качество ламината зависит от их количества в нем и метода изготовления; температуры eгo тепловой деформации; теплопроводности; физико — механических свойств и времени запуска оснастки в производство. Концерн «Reichhold» предлагает на ceгoдняшний день две системы изготовления матриц на основе смол «Polylite 41 0 — 900» и  «Polylite ЗЗ542 — 00». В чем их различие?

Система «Polylite 41O — 900» —  характеризуется усадкой смол до 1.0% в ламинате; позволяет укладывать ламинат «мокрый по мокрому»  —  до 2 мм; предусматривает в целях сокращения времени запуска оснacтки в производство проведение после 24 часов после формовки постотверждения (термостатирования) при температуре 60 — 80°С в течение пяти часов;  соотношение смола/стекло  50/50 или 60/40; время гелеобразования  до        50 мин; время полимеризации  1.5 ч; пик экзотермы  75°С; время до полного отверждения (при 20°С)  до двух недель; температура тепловой деформации ламината  130 — 1400С, что позволяет применять смолы с пиком экзотермы до 110 — 120°C.

Система «Polylite ЗЗ542 — ОО»  —  безусадочная (0.001 — 0.05%). Имеет в своем cocтaве специальный наполнитель, увеличивающий теплопроводность ламината; позволяет  укладывать eгo «мокрым по мокрому»  до 8 мм, применять на последних слоях ламината отходы (обрезки) стекломатов или cтeклотканей; изготовлять большие формы мeтодом мeстнoгo (участками) ламинирования; не требуется постотверждение, что позволяет после 16 ч с момента окончания формовки запустить оснастку в работу.

Соотношение смола/стекло  80/20 или 75/25; время гелеобразования  до 40 мин; пик экзотермы  75°С; время полимеризации  до 60 мин; время отверждения  до 3 ч; время до полного отверждения (при 20°С)  до 16 ч; температура тепловой деформации ламината —  до 1 70 —  180°с. Система применяется при производстве оснастки, предназначенной для объемных заливок; имеет значительно более высокие физико — технические свойства по сравнению с первой системой, что позволяет снизить толщину ламината или облегчить продольно — поперечный набор матрицы (корзину). Первая система дешевле второй. Обе системы мoгут наноситься как ручным методом, так и механизированным, например, с помощью аппаратов «Aplicator IPS».

Если деталь небольшая и нет необходимости торопиться, то можно применять более дорогую систему. Последнюю, как правило, используют для изготовления матриц больших габаритов, работающих под давлением, или из — за дефицита времени при запуске изделия в производство. Технология получения ламината с помощью данных систем практически одинакова. Рассмотрим ее на примере смолы «Polylite 410 — 900». Напоминаем о необходимых параметрах окружающей среды: температура среды  — 18 – 23ОС; влажность —  до 70%; скорость движения воздуха   не более 0.6 м/с. тeмпература смолы —  18 — 230С.

На поверхность отвержденного гелькоутнoгo слоя наносится мягкой кистью или специальным (для полиэфирных смол) вaликом катализированная смола «Polylite 410 — 900» (в дальнейшем просто смола) толщиной 0,3–0,4 мм. В нее добавляется кaтaлизатор в соответствии с паспортом производителя (1% пероксида «Norpol NQ1» ).

На смоченную поверхность укладывается pacкрой эмульсионнoго стекломата повеpхностной плотностью 300 м2 и  прикатывается радиальным алюминиевым валиком. Не следует после укатки торопиться наносить смолу, надо дать стекломату хорошо впитать ее с нижнего слоя. Далее валиком (или кистью) равномерно наносят остаток смолы в соотношении смола/стекло 60/40 (55/45).  Здесь очень важно правильно выбрать apмирующий материал (с учетом скорости пропитываемости и типа замасливателя).

Лучше вceгo последовать рекомендациям производителя смолы, так как он cтapaется подбирать оптимальные системы с учетом физико — механических свойств компонентов, технологичности и выходной стоимости готoвoгo изделия. Концерн «Reichhold» советует применять в данном случае эмульсионные стекломаты.

После нанесения смолы мягким валиком ламинат необходимо прикатать продольным алюминиевым валиком, далее  радиальным валиком. Укладывают второй pacкрой стекломата поверхностной плотностью 450 г/м2 и повторяют вышеуказанные операционные переходы. В результате суммapная плотность первого ламината будет 750 г/м2. При этом следует следить за тем, чтобы на последнем слое ламината перед полимеризацией не было излишков смолы, поэтому надо постоянно контролировать расход и смолы, и армирующего материала.

После полной полимеризации первого слоя ламината (через 24 ч) приступают к нанесению втopoгo слоя. Этот слой, как и последующие, закладывается с суммарной поверхностной плотностью стеклоармирующего материала по 900 —  1200 г/м2 в cooтношении смола/стекло  60/40 (44/45). Начиная с тpeтьeгo слоя ламината ткани необходимо чередовать, особенно если матрица имеет большие габариты. Для примера рассмотрим схему выклейки 1О миллиметровоrо ламината.

Толщина набора (корзины) определяется ее габаритами, формой и конструкцией. Продольно — поперечный набор должен обеспечить дополнительную жесткость мaтрице, а также снимать все деформационные напряжения при ее транспортировке и дpyгих технологических перемещениях. Набор изготавливается отдельно от матрицы. Ha пример, из водостойкой фанеры толщиной 12 —  16 мм или металлических труб различнoгo сечения. Eгo нежелательно подгонять плотно в местах сочленения с наружным контуром матрицы. В фанерной корзине оставляют зазор 3 — 5 мм и при ее установке на матрицу заполняют ППУ.

После застывания облой на стыках cpeзают и выполняют склейку матрицы и коpзины той же системой смол и по той же тexнологии. Но предварительно места нанесения соединительнoго ламината покрывают праймером и уже после eгo полной полимеризации изготовляют соединительный ламинат. Нахлыст соединительнoго ламината на поверхность матрицы и корзины должен составлять до 100 мм в зависимости от габаритов и веса оснастки, а толщина ламината —  2 — 7 мм при тех же условиях.

Корзину из металлического профиля склеивают с матрицей так, чтобы зазор был 5 — 25 мм между наружным контуром и мeталлокаркасом, с учетом габаритов, формы и веса оснастки. Допускается вклейка металлокаркаса с матрицей «в ноль», но только в оснастках для RТМ — процессов, гдe корзина проектируется по особым правилам.

Можно ли обойтись без корзины? Можно, если… (смотри таблицу). После полной полимеризации участка склейки (6 — 12 ч) приступают к расформовке готовой матрицы с мастер — модели. Но торопиться не следует. При расформовке обычно используют деревянные или из мягкого термопласта клинышки, деревянный молоток, сжатый  воздух и при необходимости подъемное устройство. При этом не рекомендуем использовать металлические предметы, нужно также избегать резких ударов и больших нагрузок на снимаемую матрицу.

После расформовки предстоит обследовать матрицу на предмет дефектов, особенно ее декоративный слой. Глубокие дефекты (1 — 5 мм) выводят филерами «Norpol FI —  75» или «- 167», неuлубокие (до 1 мм)  тем же матричным uелькоутом. Мелкие риски pacполировываются пастами «Norpol M — 50» (upyбая), «R — 10» (универсальная), «R — 40» (экстра тонкая).

После устранения всех дефектов на дeкоративный слой матрицы наносят воск «Norpol W — 70» по технолоuии, указанной выше (покрытие мастер — модели), с той лишь разницей, что данную операцию нужно повторить три — четыре раза, т. е. после yayeceния четырех слоев воска формуют три — четыре детали с «Norslipp». Далее наносят еще четыре слоя воска и снова формуют три — четыре детали с «Norslipp».

Таких циклов должно быть три — четыре, т. е. суммарное количество восковых слоев должно быть 12 — 1 6. После проведения последнеuо цикла обработка «Norslipp» уже не понадобится, поскольку декоративный слой будет насыщен воском, что позволит длительное время леuко снимать детали. Как показала практика, возможно более 500 съемов с матрицы без ее ремонта.

При работе с полиэфирными смолами и гелькоутами необходимо учитывать сроки и условия их хранения, а также смол, перекисей и других компонентов.

Сроки хранения: смол

—  «Polylite 410 — 900» и «ЗЗ542 — 00 ,,   шесть месяцев;

—  гелькоутов «Norpol СМ60014» и «СМ90000»  —  четыре месяца;

—   перекиси «Norpol №1» —  восемь мeсяцев.

Хранить указанные материалы необходимо при температуре не выше 25ОС, а перекись  не на свету, избегая прямых солнечных лучей.

Надеемся, наш опыт поможет выпускать качественный продукт и снизить накладные расходы.

ВИКТОР  ЕРШОВ, ЛЕОНИД АЛЬШИЦ.

Источник:  «Катера и Яхты» ,  №198.

20.09.2011 Posted by | строительство, технология | , , , , , , , , , , , , | Оставьте комментарий

«First Class 7.5» от «Beneteau».

Более двадцати лет минуло с той поры, когда ЖанМари Фино совместно с Жаном Фару и верфью “Beneteau”разработали национальный 8метровый крейсерский монотип. Лодка эта, без особых затей названная “First Class 8”, оказалась исключительно удачной — в общей сложности было продано более тысячи судов, что сделало “FC 8” самым популярным типом крейсерскогоночных яхт во Франции.

Достоинством проекта была заложенная в него возможность транспортировки лодки на трейлере, для чего ширину судна конструкторы ограничили 2.50 м, а киль сделали подъемным. В сочетании с относительно небольшим водоизмещением (1400 кг) это позволяло легко транспортировать яхту к месту гонок. Парусное вооружение лодки (шлюп 7/8) с относительно малым стакселем позволяло легко справляться с ним даже семейному экипажу, а достаточно большая длина по ватерлинии обеспечивала судну приличные скоростные качества в средний и свежий ветер.

Обстановка внутри лодки была, конечно, довольно спартанской, но все же там имелись четыре полноценных спальных места и крохотный камбуз, поэтому суденышко можно было использовать и для семейного отдыха. А на старт гонок выходило порой до 300 яхт одновременно, делая такие регаты азартным и захватывающим зрелищем.

Время шло, удачная конструкция старела. “Классу 8” требовалась современная замена — более скоростная и динамичная лодка, но в то же время недорогая и мобильная. И вот год назад такая замена появилась — ею стал новый “First Class” от “Beneteau”, спроектированный все тем же ЖанМари Фино в сотрудничестве с Пьером Форджиа, но уже не в порядке частной инициативы, а по заказу Французской федерации парусного спорта.

Новая яхта получила еще более изящные и стремительные обводы, меньшие водоизмещение и массу балласта, но зато большую площадь парусности и чрезвычайно просторный кокпит. Ширина корпуса осталась прежней, благодаря чему за судном сохраняется качество “трейлерного”. И хотя на яхте остаются четыре спальных места, новая версия популярной лодки уже вряд ли подходит для семейного отдыха — это чисто спортивная машина, лишь внешне сохраняющая некоторые черты “круизера”. А главное — лодка

построена по новой технологии, когда смола подается под давлением в заранее заполненный кевларом и стеклотканью промежуток между матрицей и пуансоном, откуда выкачивается воздух. Подобный метод позволяет изготовлять очень качественные корпуса с высокой весовой культурой, при этом исключается значительная доля тяжелого ручного труда. Поэтому такая технология уже проникает и в производство суперяхт.

Основными требованиями при проектировании новой яхты были следующие: создать надежную современную быстроходную лодку для участия в крейсерских регатах, при этом легкую и безопасную в управлении, обеспечивающую возможность самоспрямления силами экипажа и легко перевозимую по дорогам общего пользования.

Время покажет, сможет ли новая лодка оказаться столь же популярной, чем ее “первоклассный” предшественник. Ну, а отечественным конструкторам близкого по концепции и размерениям класса трейлерных лодок Т800 причем  быстро развивающегося в России, возможно, стоит приглядеться к концепции и конструкции “Beneteau First Class 7.5”.

Павел Игнатьев.

Источник:  «Катера и Яхты»,  №189.

06.09.2011 Posted by | Обзор яхт. | , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , | Оставьте комментарий

Современное пластиковое судостроение. Часть 5.

Этим материалом мы завершаем серию заметок, посвященных обзору технологий современного пластикового судостроении, начавшего свой путь 50 лет назад. Разумеется, это цикл статей, ни в коей мере не может претендовать не только на энциклопедичность, но даже на всеохватность: более или менее полно описать все существующие технологии с указанием ряда важных (и не очень) деталей можно в монографии (причем, скорее всего, размером не в один том). Впрочем, по уверению французских экспертов по пластику с верфи «Dufour», во всем мире едва ли найдется человек двадцать, досконально знающих абсолютно все тонкости большинства  существующих процессов.

Мы просим не рассматривать эти статьи и в качестве технологического пособия, поскольку в силу ограничений (в том числе и по объему) в них приходится сознательно оставлять за кадром многие важные моменты. Это всего лишь общий обзор, позволяющий читателю получить общее представление о современных технологиях.

Мы закончили рассказ на инфузионном процессе («КиЯ» № 221), особенностью которого является всасывание смолы в ткань в силу разрежения, создаваемого внутри нее. В подавляющем большинстве случаев применение инфузионных технологий идет с использованием вакуумного мешка, но существует и способ инфузионного формования в закрытой матрице – это так называемая методика RTM-light (или «эконом»). Мы уже рассказывали о нем («КиЯ» № 200), но сегодня вновь коснемся его, поскольку в определенном смысле это переходный процесс от инфузионного формования к инжекционному.

Сразу оговорюсь, инжекционное формование (или RTM – Resin Transfer Molding) и процессы с закрытой матрицей не синонимы. Инжекция всегда (или почти всегда) требует наличия закрытой матрицы, и, напротив, ее наличие необязательно свидетельствует исключительно об инжекционном способе пропитки ламината смолой.

Впервые инжекционная технология в судостроении была применена еще 60 лет назад в США для постройки 40-футового патрульного катера для Береговой охраны, т. е., как ни удивительно, но эта технология появилась еще до того, как пластиковое судостроение стало нормой. Тем не менее в течение без малого 30 лет методика практически не совершенствовалась, и лишь в 70-е гг. прошлого века началось ее распространение. Как это обычно бывает с новинками, появились суперэнтузиасты, предсказывавшие «полную гибель традиционных процессов формования в течение ближайших 10 лет».

Сегодня можно видеть, чего стоили эти прогнозы, а в те годы события развивались довольно драматично – в силу ряда причин (технологических и материаловедческих, в первую очередь) к середине 80-х гг. инжекционный процесс почти полностью исчез из обихода. Его повторное рождение обязано серьезному прорыву в химии смол и ряду других технологических достижений.

Очень многие детали роднят инфузионный и инжекционный способы формования, поэтому не станем здесь описывать общие для них этапы.

Как мы уже говорили, инфузионное и инжекционное формование имеют свои сильные и слабые стороны, что влечет за собой неполную взаимозаменяемость их между собой в процессе производства. Основное достоинство метода инжекции – то, что после формования обе стороны детали получаются идеально гладкими (если конечно, матрица и пуансон  высокого качества), не требующими ни доработки, ни декоративной зашивки. Плюс к этому: «поджатие» формуемой детали матрицей и ее ответной частью – пуансоном – позволяет тщательно контролировать толщину (и массу) будущей детали, точно «загоняя» ее в допуски чертежа (некоторые польские судостроители утверждают, что точность изготовления детали составляет ±0.25 мм).

Два эти обстоятельства довольно точно определяют основную область применения инжекционной технологии в современном яхтостроении: это палубы, крышки люков и «мыльницы» рубок (в том случае, если последние представляют собой отдельно формуемую от палубы деталь). Именно подобное позитивное (в смысле уменьшения толщины) влияние инжекции на массу и толщину формуемых палуб, рубок и люков позволяет увеличить высоту внутри судна и понизить ЦТ яхты.

Отсутствие необходимости покрывать внутреннюю поверхность отформованных в закрытой матрице деталей дополнительной зашивкой или иной формой декоративного покрытия снижает себестоимость их применения, позволяя «отбивать» затраты на применение этой недешевой технологии. Опять же отсутствие дополнительных зашивок на подволоке рубки повышает внутреннюю высоту судна.

Подчеркну, практически все без исключения технологи-практики крупных яхтенных верфей, обсуждавшие с автором этих строк вопросы современных технологий, говорили в одни голос: внедрение полноценных инжекционных технологий с закрытой матрицей экономически оправдано лишь в том случае, если обе поверхности отформованной детали после сборки останутся незашитыми. В противном случае экономика говорит веское «нет» этому процессу, поскольку остальные преимущества инжекционного метода в массовом судостроении не столь весомы. Вернее, весомы, но очень дороги, что далеко не всегда может оправдать себя именно в массовом судостроении.

Сегодня можно говорить о следующих примерных (очень примерных!) расценках по внедрению RTM-технологии на верфи: изготовление оснастки для каждого квадратного метра будущей детали потребует порядка 2000 евро без учета затрат на создание болвана. Серьезное уменьшение веса и строгий контроль за  ним, которого позволяет добиться эта технология, не имеют особого значения для массовых яхт.

А для рекордных и гоночных яхт существуют иные методы уменьшения веса (карбон, номексовые соты и пр.), так что применение RTM (иначе – инжекционного метода с закрытой матрицей) практически ограничивается «верхней» частью судов (опыт верфи «Harmony Yachts», пытавшейся целиком формовать корпуса яхт в закрытой матрице («КиЯ» № 201), оказался неудачным, и  фирма обанкротилась). Хотя есть и исключения, об одном из них речь пойдет ниже.

Еще одно важное преимущество инжекционного способа формования детали в закрытой с двух сторон мощной матрице – это возможность «запечь» ее прямо в ней под высокой температурой, не опасаясь деформации. Благодаря этому можно:

а) наиболее полно использовать прочностные качества смолы (прочность итогового композита у ряда смол напрямую зависит от температуры, при которой произошло отверждение смолы);

б) серьезно сократить время процесса отверждения смолы (вплоть до 6–10 минут в ряде случаев), что позволяет резко увеличить «оборот» матриц в технологическом процессе, уменьшая временные издержки и интенсифицируя производство. Очевидно, впрочем, что этот фактор имеет значение лишь при более или менее массовом выпуске изделий.

Возможность качественной заделки в ламинат различных закладных деталей – еще одно из важнейших достоинств инжекционного метода. Подаваемая под давлением смола очень хорошо пропитывает окружающие деталь слои ткани, обеспечивая надежный контакт. Очень высокая повторяемость изделий (весовое различие на хорошо отлаженном производстве находится на уровне менее 1%) также является одним из преимуществ инжекции.

Само собой, имеются у инжекционного метода и недостатки. Один из них – это практически полная невозможность применения сотовых наполнителей в конструкции. Затруднено и применение ряда других наполнителей, что сильно осложняет задачу технологов.Но вернемся к собственно инжекционным технологиям. Их много. В литературе довольно часто приходится встречать выражение «дерево технологий», под которым понимают тот факт, что человек в ходе развития техники осваивает все более и более широкий спектр различных процессов и производственных методик, которые разветвляются наподобие дерева.

Примерно то же самое можно сказать и о каждом технологическом методе отдельно, в том числе о методах строительства из стеклопластика: чем дальше развивается эта технология, тем на большее число отдельных (но похожих!) процессов она делится. Сегодня RTM – это в общей сложности порядка 70 (!) похожих процессов, в большинстве своем имеющих «фирменное» имя и различающихся в деталях.

Разумеется, описать все их в одной статье (или даже серии статей) невозможно (даже без учета того, что многие изготовители не особенно раскрывают свои секреты). Поэтому мы расскажем лишь о наиболее примечательных технологиях и их особенностях, нашедших свое применение в яхтостроении.И начнем, как уже было сказано ранее,с RTM-light.

Способ RTM-light, как видно из приводимой схемы (рис. 1), – довольно близкий гибрид инфузии и инжекции(которая, заметим, в свою очередь родилась из экструзионных методов работы с термопластичными синтетическими материалами). При нем смоле как бы помогают всасываться в ламинат, дополнительно «поддувая» емкость с ней воздухом под небольшим избыточным давлением. При этом не нужно делать мощную ответную часть матрицы, достаточно ограничиться легким пластиковым пуансоном, что снижает затраты на внедрение данной технологии.

Дело в том, что в матрице не развивается высокого давления от подкачиваемой смолы – его отчасти компенсирует разрежение, создаваемое в ней же. Как видно из приводимой таблицы, процесс RTM-light во всех смыслах является «умеренным» процессом: при нем создается меньшее разрежение, чем при обычной инфузии, и меньшее избыточное давление, чем при обычной инжекции, что позволяет сократить расходы на насосновакуумную систему.

Кроме того, можно сделать сразу несколько разных ответных частей (они же дешевы), при необходимости быстро их заменяя (они легкие), благодаря чему можно довольно быстро перейти на выпуск деталей с разной конфигурацией обратной стороны. Недаром этот способ называют «экономным». Еще одним его достоинством следует отметить то, что сквозь тонкий пуансон хорошо видно распространение фронта смолы по формуемой детали, а значит можно визуально контролировать качество (в отличие от процесса с полноценной закрытой матрицей).

Нельзя, однако, не отметить, что он имеет и существенные недостатки. Вследствие подачи смолы под сравнительно невысоким давлением невозможно использовать одно из важнейших преимуществ инжекционных методов – заформовывать в пластиковые конструкции закладные детали. Вследствие определенных проблем продвижения фронта смолы по заполняемому объему вакуумированного ламината при чисто вакуумной пропитке (инфузии) не всегда удается заламинировать закладную деталь в формуемую пластиковую – возле «закладухи» остаются места, не пропитываемые смолой.

Лишь подача смолы под заметно избыточным давлением позволяет нормально насытить смолой окружающие закладную деталь слои ткани. Нельзя при данном способе применять и особенно горячее «запекание» – под легким пуансоном без сильного механического прижима деталь может «повести». При этом необходимо строго соблюдать заданное разрежение в матрице (оно ни в коем случае не должно превышать 0.6, а лучше 0.5 бар).

В противном случае смола не сможет заполнить внутренние поры наполнителя, и качество детали резко ухудшится, причем обнаружить и проконтролировать это в процессе изготовления не удастся. Также метод RTM-light не позволяет добиться очень высокого содержания стеклоткани в готовом изделии – ее доля редко превышает 55%. Спецификой этого метода является и требование к низкой вязкости (высокой текучести) используемых смол.

Одним из развитий инжекционного способа стал метод MIT RTM (Multiple Insert Tooling RTM), разработанный с целью снижения себестоимости и повышения гибкости использования матриц. Здесь ответная часть матрицы (пуансон) выполняется из двух частей: постоянной (силовой) и съемной (формовочной), соединяемых друг с другом перед началом формовки.

Силовая часть матрицы обеспечивает прижим пуансона с должным усилием и отсутствием деформаций, формовочная часть придает поверхности детали нужную форму. Как вариант, то же самое может быть проделано и с самой матрицей, тогда в одной и той же матрице можно формовать множество различных по геометрии деталей. Эта методика очень полезна на гибких производствах с большой номенклатурой изделий, оперативно подстраивающихся под текущую конъюнктуру.

Очень интересны и перспективны технологии закрытой матрицы, использующие процессы термической деформации. Например, процесс TERTM (Thermal Expansion RTM) базируется на термическом расширении сэндвичевого наполнителя, закладываемого в матрицу вместе с тканью. После заполнения матрицы смолой под давлением и начала ее нагрева сильно расширяющийся наполнитель не просто компенсирует термическую усадку ряда смол, но и создает дополнительное избыточное давление внутри матрицы, активно «выжимая» избыток смолы наружу и повышая тем самым соотношение «ткань-смола» в готовом изделии.

Технология RARTM (Rubber Assisted RTM) подразумевает предварительное размещение в матрице с той же целью специальных вкладышей из синтетического материала, точно также расширяющихся при нагреве и выдавливающих излишки смолы – эти материалы в данном случае не становятся частью будущей детали и называются «интенсификаторами заполнения». Разумеется, все эти процессы требуют очень точного расчета и правильно подобранных смол и наполнителей, в силу чего для их корректного применения требуется приобретение комплексного ноу-хау у фирм-разработчиков.

Весьма любопытным и также перспективным процессом с закрытой матрицей выглядит метод RFI (Resin Film Injection), не имеющий уже ничего общего с подачей смолы под давлением. В этой хитроумной технологии желатинизированная смола в листовом виде (нечто вроде препрега, но без наполнителя) помещается в матрицу, после чего поверх нее выкладываются ткань и наполнитель (если он нужен). Все это накрывается пуансоном под сильным давлением и помещается в автоклав. Смола разжижается и засчет высокого давления пропитывает ламинат.

Достоинство процесса в том, что из него полностью исключается вся «вакуумно-насосная» составляющая, а ехнология работы мало отличается от той, что применяется при работе с препрегами. Минусы – нужны сильное давление, автоклав с приличной температурой и, опять же, довольно точный расчет. Однако ряд специалистов предсказывает этому методу большое будущее.

Оригинальную разновидность инжекционного метода формования в свое время применяла компания «Genmar». Фирма весьма своеобразно решила очень важный вопрос – сжатие матрицы и пуансона под большим давлением без серьезных инвестиций в мощные прессы. После закрытия матрицы, создания в ней разрежения и подачи смолы под давлением, автоматизированная линия помещала матрицу… в бассейн с горячей водой.

Использование давления воды позволяло решить сразу две проблемы: во-первых, исключить необходимость мощного пресса или иного устройства для сжатия обеих частей матрицы, во-вторых, повысить долговечность матрицы за счет равномерного давления воды на ее поверхность. В-третьих, бассейн с контролируемым подогревом воды заменял собой «печку» для «запекания» изделий.

В таких матрицах компания делала даже корпуса судов, причем с завидной скоростью – менее часа уходило на изготовление одного корпуса целиком. До кризиса такие объемы и скорости производства на американском рынке были востребованы, а вот сейчас… В недавнее банкротство «Genmar» этот производственный процесс (вернее, расходы на его создание и внедрение) внес не последний по значимости вклад.

Впрочем, к собственно технологиям это уже не имеет никакого отношения…

Артур Гроховский. Фото автора.

Источник:  «Катера и яхты»,  №223.

04.09.2011 Posted by | стеклопластик, технология | , , , , , , , , , , , , | Оставьте комментарий

Современное пластиковое судостроение. Часть 4.

Как мы уже говорили ранее, вершиной развития технологий работы с термореактивными волокнистоармированными пластиками сегодня являются инфузионный и инжекционный методы формования, по сути, довольно близкие друг к другу. Одно из важнейших достоинств подобных процессов – их повышенная экологическая чистота: нет работы с открытой смолой, в силу чего практически отсутствуют вредные выбросы в атмосферу. Однако полный список преимуществ этих методов этим отнюдь не ограничивается.

Но прежде всего давайте разберемся в терминологии. До огорчения часто приходится встречать некоторую путаницу в этом вопросе (особенно в отечественных источниках), поэтому, прежде чем перейти к сути вопроса, определимся: инфузионный метод (от англ. Infusion – всасывание, вливание) означает всасывание смолы из емкости в вакуумированный ламинат. Инжекционный метод (Injection – впрыскивание) означает нагнетание смолы в ламинат под тем или иным давлением (подобная технология практически всегда требует наличия ответной части матрицы – пуансона).

Еще проще: инфузия означает подачу смолы под давлением, меньше атмосферного, инжекция – под давлением, больше атмосферного. В целом, сегодня существует около полусотни процессов (в той или иной степени отличающихся друг от друга), относящихся к инфузионному и инжекционному методам (или их комбинации): все зависит от конкретной сферы применения.

Инфузионный метод формования (VIP).

Инфузионный метод, или VIP (vacuum infusion processing, порой его еще называют RTVIP – resin transfer VIP), появился (в яхтостроении) сравнительно недавно, но его уже почти затмил «младший» брат – инжекционный способ формования. Наивно, однако, думать, что оба этих процесса взаимозаменяемы, и что инжекционное формование однозначно способно заменить инфузионное. У каждого из этих процессов есть свои сильные и слабые стороны и, как следствие, свои навыгоднейшие сферы применения.

Появление инфузионного способа формования стало результатом развития конструкционных синтетических материалов и появления таких необходимых для этого техпроцесса вещей, как смолы пониженной вязкости, объемные стеклоткани (представляющие собой сложные комбинированные системы из нескольких разнородно ориентированных слоев, порой состоящих из различных типов материалов: стекловолокно, кевлар, карбон), волокнистые материалы повышенного объема и массы, специальные синтетические материалы, имеющие очень высокую скорость пропитки смолой. Развитие технологий привело к тому, что все эти достижения появились (почти синхронно) в начале 90-х гг. прошлого века, которые и считаются началом применения инфузионных процессов в индустрии. Впрочем, в яхтостроение они пришли чуть позднее – на границе двух веков.

Инфузионный процесс выглядит сегодня так: из матрицы, закрытой вакуумным мешком, начинают постепенно откачивать воздух. Одновременно с этим через подающие трубки поступает смола пониженной вязкости, которая (покольку природа не терпит пустоты) всасывается в ламинат, полностью пропитывая заранее уложенную заготовку. В этом и заключается главное достоинство инфузионного метода перед традиционным ручным с последующим вакуумным прижимом: всасывается ровно столько смолы, сколько ее готов «принять» в себя будущий ламинат (на деле – чуть больше).

Еще одним важным обстоятельством является то, что слои стеклоткани прижимаются друг к другу вакуумом в сухом состоянии, что существенно снижает риск появления возможных пузырей (которые, увы, могут появиться при ручном формовании). Пузыри же, появляющиеся при ручной пропитке смолой, порой очень плохо разглаживаются даже под вакуумным прижимом. Особенно, если применяется вязкая смола, недостаточно велико усилие вакуумного прижима или монтаж вакуумного мешка был выполнен с некоторым запозданием, когда смола уже начала отверждаться.

Иными словами, инфузионный процесс обеспечивает лучшее соотношение ткань-смола в готовом изделии (обычно удается получить весовую долю стеклоткани в готовом ламинате, равную 45–55%), выдавая его примерно на уровне препрегов, а также дает возможность достаточно точно прогнозировать расход смолы на формовку будущего изделия. Кроме того, VIP способен и несколько повысить качество формовки, а также механическое качество получаемых деталей (впрочем, на эту тему среди специалистов, как ни странно, единого мнения нет.

В этом же номере, например, читатели могут ознакомиться с интервью президента компании «Farr Yacht Design», утверждающего, что никакого выигрыша в качестве инфузионный метод не дает.) Ну и, само собой, инфузионный способ формовки обеспечивает гораздо большую чистоту производственного процесса  как на рабочем месте, так и в окружающей среде, поскольку открытой смолы практически нет, все ее испарения вытягивает вакуумная система.

Можно увидеть, что подобный метод формования, по сути, похож на традиционную контактную ручную пропитку ламината смолой с последующим использованием вакуумного прижима. Разница, грубо говоря, в том, что при контактном формовании вакуумный мешок накрывает матрицу после пропитки ламинита, а при применении инфузионного метода  – до этого момента. Это различие и определяет существенную разницу в организации обоих процессов.

Начнем с самого начала. Большинство современных смол имеют весьма ограниченное время годности к применению – обычно не более получаса, и лишь у немногих разновидностей связующего время начала полимеризации отодвинуто на два с небольшим часа. Это вызывает определенные затруднения в применении вакуумного мешка при контактном формовании больших корпусов: персоналу попросту может не хватить времени для пропитки ламината и организации вакуумного прижима пропитанной заготовки за отведенное до начала полимеризации смолы время.

Особенно если что-то вдруг пойдет не так. В этом отношении инфузионный метод гораздо менее требователен – поскольку вакуумный мешок организуется до начала процесса пропитки, можно успеть «семь раз примериться», чтобы убедиться в том, что все работает должным образом.

Есть, однако, и негативные моменты. Мы уже неоднократно подчеркивали, чем изысканнее и совершеннее технология, тем требовательнее она к квалификации персонала и организации самого техпроцесса и тем фатальнее последствия любых ее нарушений. Если в вакуумном мешке возникнут местные повреждения, и герметичность будет нарушена, то при ручном способе формования это не повлечет а собой необратимой потери качества формуемой детали.

Максимум, что может произойти – некоторое возрастание массы итогового изделия из-за увеличенного количества «неотжатой» вакуумом из ламината смолы. При инфузионном формовании малейшее нарушение герметичности мгновенно приведет к всасыванию в ламинат не смолы, а ботку всех технологических составляющих (важнейшим в процессе отладки специалисты этой компании считают тщательнейшее отслеживание и документирование всех этапов работы, позволяющее в дальнейшем избежать «хождения по граблям»). Позволить себе подобные расходы (особенно в случае крупных судов) могут лишь немногие верфи.

Достаточно сложным представляется и процесс выбора правильной вязкости смолы, используемой для инфузионного процесса. Большинство изготовителей рекомендуют ориентироваться на связующий материал такой вязкости, которая позволит ему поступать в матрицу со скоростью 200–400 см3 /с, хотя, в принципе, допустимо использование скоростей подачи от 50–60 см3 /с до 800–1000 см3 /с.

При этом надо отметить следующие закономерности: смола с излишне высокой вязкостью (низкой текучестью) может затруднить или даже сделать полностью невозможным заполнение матрицы со сложными формами или нормальное пропитывание ламината, имеющего в своем составе трудно пропитываемые волокна типа кевлара или угля (а также ткани повышенной толщины и плотности). При подаче же смолы с очень высокой скоростью некоторые участки ламината огут остаться непропитанными.

Чаще всего в инфузионном процессе применяют маловязкие винилэфирные смолы, ставшие своеобразным стандартом для этой технологии. Полиэфирные изофталевые смолы имеют уже примерно вдвое более высокую вязкость (меньшую скорость подачи), еще выше вязкость эпоксидных связующих. Следует помнить, что, чем выше вязкость смолы и ниже скорость ее поступления, тем короче должна быть длина трубки, подающей смолу из резервуара в матрицу. Для винилэфирных смол максимальная длина трубы подачи не должна превышать 80–90 см, для остальных типов смол трубы должны быть короче.

(Довольно оригинальный вариант подачи смолы в формуемую деталь автор этих строк видел на французской верфи «Amel» – резервуар для смолы, имеющий отверстие в своей нижней части, располагался прямо над внутренней поверхностью формуемой детали на короткой жесткой трубке. Проблемой при такой схеме является обеспечение герметичности вакуумного мешка вокруг трубки, зато короткий, безо всяких изгибов путь связующего к ламинату позволяет без проблем использовать высоковязкие смолы.)

Для улучшения процесса пропитки применяются специальные быстросмачиваемые материалы – своеобразные «проводники» смолы, располагаемые между слоями ткани (особенно рекомендуется располагать подобный «проводник» между слоями трудно пропитываемых тканей типа кевлара). Некоторые материалы такого типа (например, особая тонкая нейлоновая ткань «EnkaFusion») служат лишь для быстрого распространения смолы внутри ламината, другие могут выполнять и конструкционные функции: как силовые, так и обычного наполнителя.

В случае применения высоковязких смол с малой скоростью подачи (например, эпоксидных композиций) рекомендуется использовать большее количество тонких «проводников» и/или больше трубок для подачи смолы. При этом, располагая стеклоткань по поверхности матрицы, нужно стараться по максимуму избегать морщин на ткани – при инфузионной методике именно в этих местах могут оказываться непроклеи. Чтобы избегать морщин при укладке материала по сложной поверхности, следует использовать (как мы уже писали ранее) специальный клей-распылитель для временной «прихватки» ткани (для лучшего визуального контроля его окрашивают в яркий цвет).

Опять же, нет никаких заранее готовых формул и методов расчета требуемой вязкости смолы (и иных важных параметров процесса), так что необходим рактический их подбор. Впрочем по словам известного конструктора Германа Фрерса, интервью с которым читатели смогут прочесть в ледующем номере «КиЯ», первые образцы промышленного программного обеспечения, позволяющего быстро подобрать необходимые технологические параметры, уже находятся в разработке. Возможно, в ближайшем будущем расчет всех составляющих инфузионного процесса будет вестись в визуальном режиме на экране компьютера, показывающего распространение фронта смолы, пропитывающего ламинат.

Следующий по важности фактор – подбор мощности вакуумной помпы. Здесь все обстоит более или менее просто: специалисты того же «Dufour» рекомендуют подбирать ее так, чтобы нужное давление разрежения создавалось под вакуумным мешком примерно через 6–8 мин после ее включения. Если требуемое разрежение создается лишь через 10 мин или более, то существует большой риск того, что всасываемая смола начнет полимеризоваться ранее, чем заполнит всю матрицу.

Хотя надо отметить, что для инфузионного процесса мощность помпы имеет существенно меньшее значение, чем для ручной укладки с последующим вакуумированием – ведь помпу можно включить задолго до момента начала подачи смолы. Но это в любом случае удлинит время всего технологического цикла, что на редприятии, производящем серийную продукцию, крайне невыгодно.

Очень важно при инфузионном процессе применять для лучшего распространения смолы специальный слой«податчик», служащий своего рода местным аккумулятором смолы при начале процесса. Это особый синтетический мат шириной порядка 10–12 см, укладываемый вдоль продольной оси формуемого изделия. Податчик следует положить так, чтобы от его торцов до оконечностей формуемого изделия было примерно такое же расстояние, как и до боковых сторон последнего. В податчик вводятся Т-образные оконечности трубок подачи смолы.

Всасываемая за счет вакуума смола поступает по трубе в податчик. Дальше она начинает распространяться по всему внутреннему объему податчика, который не позволяет смоле выходить наружу до тех пор, пока не будет полностью заполнен весь внутренний объем мата Только после этого смола начинает поступать в ламинат из податчика сразу по всему периметру последнего. Благодаря этому смола распространяется быстрее и равномернее по всему ламинату. В ряде случаев (особенно при формовке больших деталей и секций) применяют несколько податчиков, расположенных отрезками или по ДП изделия, или в разных частях последнего.

Правильно определить взаимное расположение элементов подачи смолы и вакуумных трубок – непростая задача. Следует отметить, что смола будет стремиться распространяться по кратчайшему расстоянию между точками наивысшего давления (местами подачи смолы) и наинизшего – входами вакуумных трубок. Наиболее распространенный и логичный вариант, применяемый на многих верфях – это так называемая О-образная схема, при которой вакуумные трубки располагаются по внешнему периметру будущего изделия (матрица должна иметь мощный фланец шириной не менее 12–15 см), а подача смолы ведется в центр формуемой детали.

Довольно часто встречаются еще С-образная схема (в ней вакуумные трубки идут по трем сторонам изделия, а податчик располагается в направлении от четвертой стороны в центр или просто по четвертой стороне), II-образная схема (вакуумные трубки по одной стороне, податчик – по другой) и III-образная схема (податчик – в центре, вакуумные трубки – по боковым сторонам). Две последние схемы особенно часто применяются на деталях с большим удлинением.

Могут быть и другие, индивидуально подбираемые схемы расположения (особенно на больших деталях сложной формы), важно помнить одно – от оконечностей податчика  (если он один) или среза отдельной трубки, подающей смолу, не должно быть направлений, ведущих мимо рабочих срезов вакуумных трубок. Также и расстояние от точек подачи до вакуумных трубок должно быть примерно одного порядка. Иначе по отдельным направлениям смола распространяться будет очень плохо (или вообще не будет), и деталь с высокой степенью вероятности окажется загубленной.

Разумным вариантом представляется схема подбора правильного расположения, подсмотренная, опять же, на «Dufour»: с началом процесса подачи смолы запускается секундомер, и через равные промежутки времени на прозрачной вакуумной пленке специальным широким и мягким фломастером рисуются линии положения фронта смолы.

Меняя (от одного опытного цикла к другому) расположение мест подачи смолы и откачки воздуха, добиваются ровного и равномерного продвижения фронта смолы по формуемой детали. Еще одним важным элементом контроля качества является тепловизор или любой другой прибор, предназначенный для дистанционного контроля температуры: в местах затрудненного продвижения смолы она начинает полимеризоваться раньше остальных участков, что приводит к повышению температуры в этих зонах.

Артур Гороховский.

Источник:  «Катера и Яхты»,  №221.

03.09.2011 Posted by | строительство, технология | , , , , , , , , , | Оставьте комментарий

profiinvestor.com

Инвестиции и заработок в интернет

SunKissed

мое вдохновение

The WordPress.com Blog

The latest news on WordPress.com and the WordPress community.

Домашняя яхт-верфь.

Сайт создан для тех, кто мечтает построить яхту своими руками - яхту своей мечты...

Twenty Fourteen

A beautiful magazine theme