Содержание 

Пластмассовые материалы

Исходные материалы для получения судостроительных пластиков

Наибольшее распространение для постройки корпусов и надстроек судов получили стеклопластики.

В качестве связующего для постройки судовых конструкций применяют полиэфирные и эпоксидные смолы. В жидком состоянии эти смолы способны пропитывать стеклянные волокна. Чтобы получить из такой жидкой смолы твердый материал, должна произойти полимеризация смолы. Все судостроительные смолы являются смолами холодного отверждения, т. е. их полимеризация происходит при комнатной температуре (18— 22° С) и атмосферном давлении с добавлением инициатора и активатора. В отдельных случаях для ускорения полимеризации смол их подогревают до температуры 60—70° С.

Наибольшее распространение в судостроении получили полиэфирмалеинатные смолы марок ПН-1 (ВТУ 33085—60), ПН-1С и ПН-3 (ВТУ 33122—60). Кроме того, применяются, но в меньшем количестве, также полиэфиракрилатные смолы, смола марки МА-3 (ВТУ 30-12044—61), представляющая собой двухкомпонентную систему полиэфиров малеиновой и метакриловой кислот, и негорючая малотоксичная полиэфирная смола марки ПНТС-1.
Некоторые физико-механические свойства затвердевших смол (без наполнителя) приведены в таблице.

Таблица 1

Как видно из таблицы, разница в прочности не армированных смол невелика, если учитывать, что главное значение имеет прочность стеклопластика, а не смолы.

Сравнение свойств смол показывает, что основным недостатком смолы марки ПН-1 является ее пониженная теплостойкость (см. § 3) по сравнению с другими смолами. Смола марки ПН-1 С от смолы марки ПН-1 отличается пониженной горючестью. Теплостойкость смол марок ПН-3 и МА-3 примерно одинакова. Полиэфирмалеинатные и полиэфиракрилатные смолы имеют сравнительно высокое (10—35%) содержание токсичного стирола. Смола марки МА-3 менее токсична, чем смолы марок ПН-1 и ПН-3, так как она содержит меньше стирола. Кроме того, смола МА-3 имеет некоторые технологические преимущества.

В качестве инициатора и активатора наибольшее распространение получили следующие пары:

1) гипериз — нафтенат кобальта;

2) перекись бензоила — диметиланилин.

Следует отметить, что применение гипериза и нафтената кобальта обеспечивает несколько большую (20—30%) прочность материала.

В качестве тиксотропной добавки, позволяющей вести формование в вертикальном и даже потолочном положении, используются соли кремниевой кислоты («белая сажа»).
Пластики, изготовленные на полиэфирных смолах, в основном удовлетворяют требованиям судостроения.

Эпоксидные смолы имеют:

1) высокие адгезионные (склеивающие) свойства по отношению к стеклянным волокнам, к железу и дереву, поэтому их применяют для склеивания различных материалов;

2) высокие механические свойства (не ниже полиэфирных смол);

3) небольшую величину усадки после полимеризации;

4) низкое водопоглощение и высокую химическую стойкость;

5) пониженную горючесть.

К недостаткам эпоксидных смол относятся:

1) повышенная токсичность (ядовитость);

2) высокая стоимость (выше стоимости полиэфирных смол);

3) сложность формования вследствие высокой вязкости.

При армировании судовых конструкций в целях повышения прочности и жесткости материалов в качестве наполнителей полиэфирных и эпоксидных смол применяются легкие и прочные материалы. Наиболее часто из таких материалов используются стеклянные волокна (стекловолокна).

Стеклоткани, изготовляемые из стекловолокон, имеют в пересчете на 1 см² предел прочности при растяжении 10— 25 тыс. кг/см² (ГОСТ 8481—57). Модуль нормальной упругости стекловолокон составляет Е %7- 105 кг/см² при их толщине 4 мк. Удельный вес стекловолокна не превышает 2,5 г/см3. Стекловолокно, имеющее такие высокие качества, применяется для армирования судостроительных пластиков.

Высокая прочность тонких волокон по сравнению с объемными образцами объясняется строением вещества. Прочность тесно связана с толщиной волокон. Чем меньше толщина стекловолокон, тем выше их прочность. В судостроении используют волокна толщиной 4—8 мк.

Стекловолокна получают путем протягивания расплавленной стеклянной массы через тончайшие отверстия — фильеры. Выходящий из фильеров пучок волокон склеивается в одну прядь при помощи замасливающих веществ, которые предохраняют пряди от повреждений при дальнейших операциях на ткацких машинах.

По способу изготовления стекловолокнистые наполнители разделяются на тканые и нетканые.

Тканые материалы разделяются на:

1) ткани из крученых нитей;

2) ткани из некрученых нитей (жгутовые ткани или стекло-рогожки).

Применяемые в судостроении ткани из крученых нитей имеют физико-механические свойства.

Таблица 2

Физико-механические свойства жгутовых тканей, применяемых в судостроении.

Таблица 3

Как видно из табл. 2 и 3, 1 ж2 жгутовой ткани весит больше, чем 1 Л42 ткани из крученых нитей. Трудоемкость изготовления жгутовых тканей значительно меньше крученых, вследствие чего стоимость их в 2—2,5 раза ниже, чем тканей из крученых нитей. Следует отметить, что жгутовые ткани хуже пропитываются смолой при формовании пластиков в результате их большей толщины.

Жгутовые ткани имеют большие перспективы применения в судостроении, однако в настоящее время объем их производства в СССР еще не удовлетворяет полностью потребности судостроительной промышленности.

Ткани из крученых нитей различаются по способу переплетения. В судостроении применяют ткани полотняного, сатинового и саржевого переплетения.

К нетканым стекловолокнистым материалам относятся маты. Они изготовляются из рубленых прядей длиной до 80 мм. Пряди в матах ориентированы беспорядочно и удерживаются между собой посредством связующего. Пряди в стекломате могут быть склеены или прошиты с подложечным материалом, в качестве которого используется, например, хлопчатобумажная марля. Толщина стекломатов колеблется от 0,5 до 3 мм.

Нетканым материалом является ровниц в пучок непрерывных прядей, позволяющий производить усиленное армирование только в одном направлении — в направлении прядей. В судостроении при механизированных способах формования применяется также рубленое стекловолокно.

По химическому составу стекловолокно может быть щелочным и бесщелочным. Обычное щелочное стекло содержит натрий, ионы которого могут вымываться в воде, в результате чего стекловолокно становится хрупким и теряет прочность. В бесщелочном стекле натрий заменяется бором. Последний в отличие от натрия по отношению к воде инертен, поэтому бесщелочное стекло более устойчиво к ее воздействию.

Хотя синтетическая смола и защищает стекловолокно от выщелачивания натрия, все же для повышения долговечности, прочности и надежности конструкций в судостроении рекомендуется лучше применять бесщелочное стекловолокно. Но ввиду значительной стоимости последнего применяют также и щелочное стекловолокно.

Замасливающие вещества, которые наносятся на стекловолокна для удобства обработки последнего мешают хорошему пропитыванию тканей и нарушают сцепление между волокнами и затвердевшей смолой, поэтому перед армированием их необходимо удалять со стеклоткани.

Существует несколько способов удаления замасливающих веществ. Наибольшее же распространение получили термический способ и способ обработки гидрофобно-адгезионными составами. Недостатком первого способа, при котором ткани прокаливаются при температуре 300— 500° С, является снижение их прочности (на 5—10%). При обработке гидрофобно-адгезионными составами улучшается адгезия (сцепление) стекловолокон и смолы, а материалу придаются водоотталкивающие свойства. Наибольшее распространение получили гидрофобно-адгезионные составы марок ГВС-9 и ГКЖ Н/13.

При гидрофобно-адгезионной обработке несколько увеличивается стоимость тканей. Однако одновременно при этом значительно повышается длительная прочность стеклопластиков, особенно находящихся в воде. Поэтому конструкции, подвергающиеся воздействию воды, обрабатывают гидрофобноадгезионным способом.

Читать далее: Прочность стеклопластика