Что вы знаете о стеклопластиках?

Что вы знаете о стеклопластиках?
Даже самый квалифицированный специалист когда-то ничего не знал о данном предмете. Человеку, не сведущему в вопросах технологии, не всегда легко найти ту информацию (устную или письменную), которая помогла бы ему почерпнуть все необходимые знания с тем, чтобы с нулевой степени мастерства подняться на более высокий уровень. Часто он напрямую сталкивается со специалистом, который уже прошел этот путь и забыл собственные трудности, а поэтому не всегда может понять новичка.
Ниже приведенные статьи предназначены для тех, кто начинает изучение отдельных аспектов данной области, но мы также надеемся, что и опытные специалисты просмотрят их, чтобы узнать то, что рекомендуется новичкам в качестве начальной информации.
Что такое полиэфирные стеклопластики? Полиэфирные стеклопластики производятся на основе двух главных компонентов: смолы и стеклянных волокон различного типа, которые существенно увеличивают прочность композиционного материала.
Что же представляют собой основные составляющие как в отдельности, так и в сочетании друг с другом? Полиэфирная смола -это жидкость, получаемая промышленным способом. При добавлении небольших количеств других составляющих, таких, как инициатор полимеризации и ускоритель, можно добиться превращения жидкой смолы в очень твердый материал, подобный естественной (природной) смоле, используемой скрипачами, однако имеющей лучшие прочностные характеристики. Скорость твердения смолы регулируется выбором соответствующего количества инициатора и ускорителя. Химический состав полиэфирных смол может быть различным; для получения цветового эффекта и разнообразия физических свойств дополнительно вводятся другие компоненты.
  • ОСНОВНАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ

Полиэфирная смола служит основной составляющей стеклопластика. Физические свойства смолы, главным образом, определяют характеристики готового продукта. Другие составляющие, например, стеклянное волокно и др., также играют важную роль, но преимущественно с точки зрения расширения и улучшения диапазона соответствующих свойств самой смолы. Поэтому смолу с полным правом можно рассматривать как наиболее важную составляющую стеклопластиков.
Первоначальная жидкая фаза полиэфирных смол определяет одно из наиболее важных свойств этого материала, а именно способность строго распределяться по контурам жесткой матрицы, что позволяет формовать изделия различной конфигурации. Следует заметить, что, в отличие от бетонной смеси, полиэфирная смола – истинная жидкость, так как ее самая крупная частица представляет собой молекулу. Поэтому при формовании будет выделяться малейшая деталь (или дефект!) матрицы.
На практике полиэфирная смола под действием давления или вакуума легко может принимать формы различной сложной конфигурации. Трудность часто возникает лишь при извлечении затвердевшей смолы из форм после многократного применения. Технологические особенности формовочной оснастки рассматриваются в последующих главах. Жидкие смолы не только легко заполняют форму, но и отверждаются без подачи тепла или давления; в этом случае матрица представляет просто легкий контейнер. Производство стеклопластиков не требует какого-либо мощного и сложного оборудования и машин. Сравнительная простота изготовления стеклопластиков обычно привлекает производителей и вызывает неудовольствие потребителей. Но об этом позже.
Несмотря на то, что стеклопластики можно формовать в громоздких матрицах, подобно тем, которые используются при бетонировании, сравнительно высокая стоимость составляющих компонентов стеклопластиков по сравнению со стоимостью бетона и железа заставляет бережно расходовать этот материал, преимущественно в виде тонких листов и пластин.
Экономическая целесообразность изготовления тонкослойных элементов из стеклопластика полностью соответствует требованиям строительной индустрии и промышленности судостроения. Основные требования, предъявляемые к материалу для корпусов судов, сводятся к предотвращению проникания воды через различные отверстия. Такое определение может показаться странным , даже неморякам оно всегда известно, однако это диктует необходимость создавать разделительную поверхность между морем и пассажирами. Ввиду сложности конфигурации корпусов у небольших судов стеклопластики рекомендуется использовать при длине до 20 м.

  • КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ

Качество поверхности элементов зданий и сооружений также имеет большое значение. Кроме системы изоляции, почти все функции элементов зданий и сооружений обеспечиваются качеством их поверхностных слоев. Эти поверхности служат для ограждения от атмосферных осадков, для сквозного просматривания изнутри наружу, для эстетического восприятия. Развивая эту идею, используемую в судостроении, можно было бы представить, что в том случае, если ковровые покрытия и бумажные обои могли бы иметь неограниченную жесткость, то такие конструктивные элементы, как плиты перекрытия, балки и колонны потеряли бы свою функциональность в том виде, которая существует сегодня. Непрактично? Да, возможно. Однако уже построены здания и сооружения, состоящие только из одних поверхностей. “Ниссен Хут”, построенное в качестве эксперимента, уже обозначило существенные шаги в этом направлении; кроме того, в практике строительства имеются примеры пневматических мембранных конструкций, которые представляют собой чистые поверхности, такие как купольные и конусные покрытия стационарных сооружений.
До настоящего времени стеклопластик в строительстве использовался, главным образом, в качестве отделочного материала наружных, а иногда и внутренних поверхностей элементов конструкций зданий и сооружений, таких, как наименее ответственные участки стенового заполнения, перегородок и др. Для архитектора стеклопластик открывает поистине неограниченные возможности, так как может изготовляться в широком диапазоне цветовой гаммы и, кроме того, обладая хорошими формовочными свойствами, позволяет получать изделия различной конфигурации в зависимости от требований проектировщика. Это материал легкий, но достаточно прочный. Однако следует учесть, что при воздействии длительных нагрузок, вызывающих высокие уровни напряжений, прочность материала существенно снижается. Кроме того, определенные обстоятельства могут вызвать возгорание смолы.
В заключение, следует заметить, что основное свойство стеклопластика, позволяющее получать изделия различной формы, предоставляет проектировщикам практическую возможность реализовать свои замыслы в соответствии с функциональными требованиями к конструкциям зданий и сооружений.

  • ИСТОРИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ

Разработки в области производства пластмасс были начаты более чем сто лет тому назад; однако до 40-х годов XX в. они, в основном, имели характер лабораторных исследований, в результате
которых был освоен промышленный выпуск бакелита и целлулоида. История создания стеклянного волокна относится к еще более давним временам; однако только в 1942 г. после получения эффективной композиции стеклянного волокна и полиэфирной смолы было начато производство полиэфирных стеклопластиков. Пионерами в этой области разработок были США и Великобритания, а также России, где необходимость в данных исследованиях соответствовала требованиям технического прогресса в период второй мировой войны. Результаты оказались успешными, и впервые стеклопластики получили практическое применение в авиации в форме элементов самолетных конструкций. После окончания войны в конце 1940-х годов разработки в области производства стеклопластиков успешно продолжались, несмотря на все еще высокую стоимость этого материала. Основное свойство стеклопластиков, позволяющее получать изделия сложной формы, было сразу принято во внимание конструкторами в области судостроения и автомобилестроения.
Строительство судов. В результате увеличения спроса и расширения производства основных составляющих стоимость стеклопластиков по сравнению с другими материалами значительно упала, и в 1950-х годах многие проектировщики пришли к выводу, что целесообразно применять стеклопластики в больших количествах для нужд строительного производства, а именно для кровельного покрытия зданий и сооружений и даже для остальных конструктивных элементов. В особенности большой интерес к этому материалу был проявлен в сфере производства небольших судов. До появления стеклопластиков основным материалом, используемым при изготовлении корпусов лодок со сложной геометрической конфигурацией, было дерево. В этом случае производственный процесс предусматривал использование высококвалифицированной рабочей силы и отличался большой трудоемкостью, а из-за технически сложной эксплуатации деревянного корпуса стоимость этих изделий в послевоенной экономике определяла одну из убыточных статей расхода. Использование стеклопластиков для изготовления корпусов малых судов было обусловлено возможностью многоразового применения одной формы, причем только для ее изготовления требуется высококвалифицированный труд. В конце 1950-х начале 1960-х годов почти все корпуса небольших лодок стали изготавливать из стеклопластика. Несмотря на большую эстетическую привлекательность деревянных лодок, удовлетворить растущий спрос на изделия для отдыха на воде можно было только за счет применения стеклопластиков.