Как ранее уже говорилось, стеклопластиковый ламинат состоит из двух материалов, которые в сумме обладают более высокими характеристиками , нежели каждый из них в отдельности. Один из компонентов, стекловолокно, рассматривался в предыдущей главе. Второй элемент композита - смола. Наука, занимающаяся пластиками, создала такое количество различных видов смол, что остается только диву даваться, как самим химикам еще удается в них ориентироваться. Однако применительно к стеклопластиковому судостроению, мы имеем дело всего с несколькими их типами .
Два вида смол, наиболее часто применяемые для постройки стеклопластиковых лодок - это эпоксидные и полиэфирные. Для начала мы уделим немного внимания эпоксидным смолам, в силу редкости их применения. Абсолютное большинство смол, использующихся в судостроении, составляют так называемые ненасыщеные полиэфирные, независимо от того, кто строит - профессионалы или любители. Именно поэтому данный тип заслуживает наиболее подробного рассмотрения.
Как эпоксидные, так и полиэфирные смолы относятся к разряду термореактивных смол. Это означает, что их отверждение происходит за счет химической реакции и впоследствии их нельзя вернуть назад в жидкое состояние путем теплового воздействия (как это возможно с термопластичными смолами). Термореактивные смолы представляют собой сиропообразные жидкости различной степени вязкости и обладают рядом специфических свойств, которые мы подробно рассмотрим, чтобы предоставить возможность осознанного выбора исходя из поставленной цели.
ЭПОКСИДНЫЕ СМОЛЫ
Эпоксидные смолы имеют малое распространение в стеклопластиковом судостроении, в первую очередь из-за своей дороговизны. Разумеется, данная ситуация может измениться - невозможно предугадать превратности мировой энергетики. Но даже и в этом случае маловероятно, что они вытеснят полиэфирные смолы по целому ряду других причин (далее это станет очевидно) : главным образом потому, что в большинстве случаев полиэфирные смолы с запасом отвечают поставленным требованиям и оттого необходимость в применении эпоксидных отсутствует.
Эпоксидные смолы состоят из двух компонентов, которые при смешивании вступают в реакцию и полимеризуются. Компонент, вызывающий полимеризацию, обычно именуют отвердителем. В отличие от полиэфирных смол с их незначительным количеством катализатора, отвердители для эпоксидных смол составляют значительную долю в составе рабочей смеси. Соотношение смолы с отвердителем может лежать в широком диапазоне в зависимости от ее состава. К примеру, одни эпоксидные смолы требуют соотношения 1:1 , а другие - 5:1. От невероятно широкого ассортимента смол и отвердителей у новичка голова может пойти кругом.
Меняя комбинации смол и отвердителей, грамотный химик способен получить эпоксидные композиции, обладающие самыми различными свойствами. Некоторые из этих свойств могут оказаться полезными для наших с вами целей, хотя в большинстве случаев это не так. Чтобы подобрать композицию, пригодную для судостроения, необходимо либо обладать солидным запасом знаний и опыта, либо абсолютно доверять ее этикетке.
Может возникнуть вопрос - а зачем вообще нужны эпоксидные смолы ? Если не вдаваться в детали - у эпоксидных смол выше прочность клеевого соединения (как клей они идеальный материал), у них меньше усадка, в отвержденном состоянии они меньше фильтруют влагу, лучше противостоят абразивному износу и обладают лучшими физико-механическими свойствами. Существует бесконечное множество комбинаций и вариаций эпоксидных смол и для узкоспециальных целей производители имеют возможность предложить составы с такими характеристиками, достичь которых полиэфирные смолы не смогут никогда.
Все эти достоинства эпоксидных смол тем не менее не отменяют их недостатков, когда речь заходит о производстве стеклопластика. В первую очередь имеется в виду рост затрат. Эпоксидные смолы требуют более аккуратного обращения (хотя можно оспорить данный пункт после изучения вредностей полиэфирных смол). Эпоксидные смолы медленнее полимеризуются , и это тормозит производственный процесс (одна из главных причин, почему производители их сторонятся), они сложнее в обработке, в особенности при изготовлении на болване.
Другая проблема эпоксидных смол связана с их свойством терять вязкость при повышении температуры в ходе экзотермического отверждения. Это создает трудности при работе со смолой на вертикальных и наклонных поверхностях и в паре с медленным отверждением делает работу по ламинированию в таких условиях крайне утомительной. Эпоксидные смолы используются для приклеивания тканых материалов к заполнителям типа пенопластов, однако применение большинства видов эпоксидных смол для пропитки стекломата обычно лишено смысла - мат потребляет огромное количество смолы и стоимость обычного ламината будет значительно выше, чем с применением полиэфирной смолы. Можно возразить, что лучшая адгезия эпоксидной смолы позволяет избавиться от использования стекломата между слоями тканых материалов и (вероятно) получить в результате стеклопластик с более высокими характеристиками. Однако для большинства лодок подобное "улучшение" не оправдывает связанного с этим роста проблем и затрат. Несмотря на то, что клеящие свойства эпоксидной смолы выше чем у полиэфирной, прочность эпоксидного стеклопластика выше не в пропорциональной степени.
Тем не менее есть ситуации, где эпоксидные смолы зарекомендовали себя наилучшим образом и, несмотря на ограниченное использование в качестве конструкционного материала, нашли широкое применение, в особенности в качестве клея. При нанесении защитных покрытий на многие материалы или при их склеивании "на века" настоятельно рекомендуются именно эпоксидные смолы. К таким материалам относятся алюминий, сталь, тик, дуб, эвкалипт, туя, кипарис, материалы с непористыми поверхностями. Короче говоря, эпоксидные смолы представляют собой превосходные клеи, чего нельзя сказать про полиэфирные смолы. Несмотря на то, что эпоксидные смолы могут применяться с тканевыми материалами для улучшения их связи или в расчете на жесткую эксплуатацию, высокая стоимость препятствует их широкому применению.
Жидкую эпоксидную смолу можно наносить поверх отвержденной полиэфирной и наоборот ; та и другая НЕ ДОЛЖНЫ соприкасаться в неотвержденном или жидком виде. Первая из смол должна быть полностью отвержденной. Также обращаем ваше внимание, что хотя эпоксидные смолы хорошо клеятся к отвержденным полиэфирным, в обратной комбинации полиэфирная смола на эпоксидной держится плохо. Если возникнет необходимость приклеивания к отвержденной эпоксидной поверхности , она должна быть зачищена шкуркой или хотя бы протерта растворителем . Это позволит обеспечить максимально возможную адгезию.
Если при монтаже оборудования на поверхность полиэфирного стеклопластика в качестве клея используется эпоксидная смола (либо иной пригодный для этих целей клей), всегда существует опасность расслоения полиэфирного пластика либо отрыва гелькоута. Нагрузки на приклеиваемую деталь не должны быть направлены на ее отрыв от полиэфирной поверхности, т.к. прочность эпоксидного клеевого шва под деталью превышает прочность связи полиэфирных слоев в ламинате. Поскольку это может привести к его ослаблению или разрушению, всегда следует практиковать механическое крепление к стеклопластику, используя описанные далее методы.
Если вы собираетесь использовать эпоксидные смолы, примите максимальные меры предосторожности, в особенности что касается аминных отвердителей. Многие эпоксидные компаунды могут приводить к серьезным дерматитам, ожогам кожи и проблемам органов дыхания даже у того, кто наивно полагает, что у него иммунитет. Мне приходилось встречать людей, которые не внимали этому совету, поскольку работали с эпоксидной смолой голыми руками многие годы и не имели при этом никаких проблем. Затем внезапно, без малейших сиптомов, у них вдруг развивалась сильная сыпь или возникал дерматит, причем иногда в такой степени, что необходима была госпитализация. Поэтому всегда работайте с эпоксидной смолой только в защитной одежде, перчатках и с защитным кремом. При шлифании одевайте очки и респиратор. В рабочую зону необходим приток и циркуляция свежего воздуха. Если эпоксидная смола окажется на коже, ее необходимо немедленно смыть водой с мылом или денатурированным спиртом.
ПОЛИЭФИРНЫЕ СМОЛЫ
До сих пор наиболее широко используемым типом смол в стеклопластиковом судостроении остаются полиэфирные. Физико-механические свойства у полиэфирных смол несколько хуже чем у эпоксидных и их химическая стойкость также ниже. Тем не менее, применительно к судостроению все эти факторы не играют решающей роли и перевешиваются сравнительной дешевизной, возможностью быстрого отверждения при комнатной температуре, простотой изготовления и легкостью в обращении. Долговременная химическая стойкость и долговечность полиэфирных смол считаются вполне достаточными для большинства стеклопластиковых лодок.
Полиэфиры - это продукты нефтехимии, берущие свое начало в ходе процесса перегонки нефти. Пускай это покажется чересчур усложненным, но мы все же опишем в общих чертах процесс их производства.
Для приготовления смолы различные ангидриды, многоосновные кислоты, гликоли и стирол получают из бензола, пропилена и этилена, затем они смешиваются вместе и "варятся" в больших емкостях до образования "базовой" смолы. В какой-то момент технологического процесса происходит разбавление базовой смолы стиролом, который составляет значительную часть полиэфирной смолы (от трети до половины конечного продукта). После разбавления смолы стиролом она готова к продаже, необходимо только внести добавки, определяемые спецификой сферы применения конкретной смолы. Естественно, производитель способен играть составом смолы. Он может добавлять в нее различные наполнители, акселераторы и прочие модификаторы, что приводит к появлению множества самых разных полиэфирных смол. Большое значение при этом имеет сфера применения конечного продукта, в чем мы далее убедимся.
Если бы обрисованный выше процесс приготовления полиэфирной смолы был доведен до своего конца, в результате мы получили бы полностью отвержденную массу. Но поскольку мы фактически прерываем этот процесс на полпути, смола оказывается лишь частично полимеризованной. Отгруженная на этой стадии смола хранит в себе запущенную в ходе "варки" реакцию и через достаточный промежуток времени неизбежно перейдет в твердое состояние сама по себе . Именно поэтому приобретать и использовать следует только свежую смолу, старая смола не обладает необходимыми свойствами уже только оттого, что зашла слишком далеко в своей естественной полимеризации. Большинство производителей смол поступает правильно, давая гарантию свежести товара у себя и своих дистрибьюторов. Как правило, срок годности полиэфирной смолы составляет всего шесть месяцев, хотя при надлежащих условиях хранения год или даже два не являются чем-то из ряда вон выходящим. Срок можно продлить и более, если хранить смолу в холодильнике (не замораживая). Смола должна храниться в сухом прохладном месте, куда не попадают прямые солнечные лучи и где температура не слишком превышает +20 градусов.
АКСЕЛЕРАТОРЫ И КАТАЛИЗАТОРЫ
Тот, кто работает со смолой, не может ждать вечность, пока смола затвердеет сама по себе. Чтобы она полностью полимеризовалась ("доварилась") , требуются еще два дополнительных компонента. Первый называется акселератором (или активатором, что одно и то же), а второй катализатором (иногда его называют "отвердителем").
Оба компонента выступают в паре и способствуют ускоренному отверждению смолы. Фактически катализатор выступает тем источником внутреннего теплообразования, за счет которого и происходит отверждение, а акселератор делает этот процесс возможным при естественной температуре без применения внешних источников тепла. В результате процесса полимеризации не образуется никаких побочных продуктов. Именно соотношение этих двух ингредиентов определяет ход отверждения (чаще говорят про время желатинизации) и время, необходимое для превращения смолы в твердое состояние.
Катализаторы и акселераторы являются веществами, которые работают только в определенных комбинациях, и несколько таких комбинаций применяются с полиэфирными смолами. Для большинства работ в судостроении стандартным акселератором является вещество, именуемое на техническом языке нафтенатом кобальта (жидкость пурпурного цвета), а в качестве катализатора обычно выступает пероксид метил-этил-кетона. Иногда можно услышать как кто-то называет его "МЭК", что совершенно ошибочно. МЭК (без буквы "П") - это метил-этил-кетон, родственный ацетону растворитель и катализатором он не является. Поэтому грамотно будет называть его далее МЭК-пероксидом.
Тепло , производимое этими двумя веществами, когда они смешиваются в смоле, является результатом быстрого окисления , его скорость зависит от количества и пропорций этих компонентов (того и другого требуется совсем немного), окружающей температуры на рабочем месте и еще нескольких дополнительных факторов, о которых мы будем говорить далее. Катализатор в своем чистом виде слишком взрывоопасен, поэтому он поставляется в виде смеси с инертным растворителем и перекисью водорода. Из-за того что у разных производителей катализаторов соотношения могут различаться, характеристики отверждения также могут быть различны. Поэтому, если вы поменяли марку катализатора, сделайте пробу для оценки времени отверждения и конечных свойств смолы.
Было время, когда полиэфирные смолы проступали в продажу, не имея в своем составе акселератора (т.е. были непредускоренными). Акселератор должен был добавляться конечным пользователем наряду с катализатором. Однако иногда случались серьезные инциденты - жестокая практика показала, что когда нафтенат кобальта и МЭК-пероксид встречаются одновременно, возможен их взрыв с последующим пожаром . Это происходит из-за бурного неуправляемого выделения кислорода в ходе реакции между двумя этими веществами.
Как результат, производители сегодня обычно вводят нафтенат кобальта (0.05-0.5% по весу) в смолу еще на заводе (смола называется предускоренной), а катализатор поставляется отдельно и вводится конечным потребителем. И хотя оба вещества по-прежнему можно приобрести по отдельности, важно помнить главное правило безопасности :
КАТЕГОРИЧЕСКИ ЗАПРЕЩАЕТСЯ СМЕШИВАТЬ НАФТЕНАТ КОБАЛЬТА И МЭК-ПЕРОКСИД ОДНОВРЕМЕННО ! РЕЗУЛЬТАТОМ МОЖЕТ БЫТЬ БУРНАЯ РЕАКЦИЯ, ПОЖАР И ВЗРЫВ .
При введении катализатора в предускоренную смолу происходит ее отверждение , вызванное тепловой реакцией. Скорость реакции зависит от окружающей температуры и количества катализатора, хотя на нее могут иметь влияние и другие факторы.
К примеру, высокая влажность обычно тормозит отверждение, а низкая ускоряет. При хранении катализаторы теряют свои свойства , поэтому с несвежим катализатором для достижения того же времени желатинизации может потребоваться большее его количество. Смола отверджается быстрее, будучи в компактном объеме и медленнее, будучи распределенной по большой поверхности в форме тонкого слоя (вы можете повысить время жизнеспособности смолы, если воспользуетесь неглубокой широкой посудой или кюветами для краски вместо емкостей цилиндрической формы). Другой способ продлить жизнеспособность - во время перерывов убирать смолу с введенным катализатором в холодильник, поставить емкость на лед или в ведро с холодной водой.
Среднее количество вводимого катализатора составляет 1-2% по весу, но вариации в диапазоне от 0.5% до 5% не сильно повредят конечному ламинату, при условии что ваши обстоятельства того требуют. Вероятно, лучше добавлять катализатор немного выше нормы, чем ниже - по крайней мере пока вы не освоитесь с предметом. И хотя много написано на тему точности дозировки катализатора, после накопления некоторого опыта применительно к своим условиям, вы сможете отмерять нужные количества в основном "на глаз".
Несмотря на то, что рабочая температура окружающего воздуха должна быть +20 градусов и выше, случаются ситуации , когда кому-то нужно работать и в более прохладной обстановке. Для ОЧЕНЬ холодных условий (применительно к стеклопластику, это от +5 до +15 градусов) может потребоваться приобретение специальной низкотемпературной смолы , либо добавка в нее большего количества нафтената кобальта с катализатором. Если смола не полимеризуется за несколько часов, существует опасность того, что ламинат впитает влагу и может сильно потерять в прочности и других физико-механических характеристиках.
При температурах ниже +15 С всегда существует опасность неполного отверждения, что грозит серьезными последствиями. Если не позаботиться о поддержании температуры рабочего места, материалов и поверхности матрицы (болвана) на уровне необходимых +20 С и более, сроки полимеризации окажутся нарушенными.
Для примера можно сказать, что время желатинизации увеличивается на 6-10 минут с падением температуры на каждый градус цельсия. Если сегодня вы работали при температуре +20 С, а завтра она упала до +15 С, время желатинизации может возрасти на 30-50 минут. Это означает, что настоятельно не рекомендуется заниматься работами со смолой, если вы не в состоянии обеспечить на рабочем месте как минимум +15 С. Если же температура приближается к этой границе, следует в качестве меры предосторожности использовать смолу с повышенным содержанием нафтената кобальта. Наличие лишнего кобальта снижает срок хранения смолы до самого минимума, поэтому хранить ее следует при температуре не выше +20 градусов в сухом месте.
Напоследок еще несколько советов о катализаторах. Не пытайтесь заменить требуемый для смолы катализатор каким-либо другим и не забывайте добавлять его в каждую партию. Если вы забудете про катализатор, смола может никогда не полимеризоваться. Если это случится на внутреннем слое ламината, вам нужно будет снимать все вышележащие слои и начинать все сначала, что при отвежденных наружных слоях может оказаться нереальным или по крайней мере трудоемким процессом. Попытки нанести катализатор при помощи краскопульта или кисти приведут к образованию на поверхности тонкой корки, не более. Следует также добавить, что обращение с катализатором такими методами крайне опасно.
КОНСТРУКЦИОННЫЕ И ОТДЕЛОЧНЫЕ СМОЛЫ
Полиэфирные смолы относятся к веществам, для которых воздух является ингибитором. Это означает, что поверхность смолы, контактирующая с воздухом, не отверждается (по крайней мере полностью). Даже когда смола перейдет в твердое состояние, ее поверхность по-прежнему будет оставаться липкой. Чтобы дать смоле возможность полного отверждения и избавиться от липкости, ее надо изолировать от воздуха. Этого можно добиться двумя способами.
Как правило, приобретается специальная смола, содержащая в составе изолирующую добавку, которой обычно является воск. Как только смола наносится, повышение ее температуры в ходе экзотермической реакции заставляет воск всплыть на поверхность, перекрыть доступ воздуха и дает смоле возможность встать. Такие полиэфирные смолы с содержанием воска относятся к отделочным, т.к. используются в заключительном слое всего изделия. Немного погодя мы расскажем о том, как самим изготовить такую смолу.
Второй способ отверждения предполагает изоляцию поверхности от воздуха ПОСЛЕ нанесения смолы при помощи какого-либо вида пленочного покрытия. Это может быть, к примеру, материал типа целлофана или майлара (тот и другой именуют разделительными пленками); изолирующий слой можно создать, нанося сверху поливиниловый спирт (PVA) при помощи краскопульта. Все эти методы изоляции, однако, ограничиваются небольшими участками и годятся лишь в случае ремонта. Для отверждения заключительного слоя стеклопластика большинству любителей следует использовать смолу с содержанием воска.
Смолы, не содержащие восковой добавки, как упомянутые выше отделочные, относятся к конструкционным. Таким образом , мы подошли к простой классификации полиэфирных смол, обычно применяемых в стеклопластиковом судостроении : - Конструкционные смолы (воздух препятствует отверждению , не содержат воска) - Отделочные смолы (воздух не препятствует отверждению, содержат воск)
На всем протяжении процесса постройки, за исключением последних слоев, должна использоваться конструкционная смола. Причина этого заключается в том, что стеклопластик представляет собой неоднородный материал, о чем зачастую многие не в курсе. Стеклопластик - это набор слоев стекловолоконного армирования, каждый из которых пропитан смолой и приклеен к соседнему. Можно построить полную аналогию с листом фанеры и ее склееными слоями шпона.
Поверхности слоев ламината, пропитанных конструкционной смолой, сохраняют липкость в процессе набора толщины и обеспечивают прочную связь с последующими слоями. Эти связи называют промежуточными. Если бы для целей ламинирования использовалась отделочная смола, для обеспечения адгезии слоев всплывающий к поверхности воск необходимо было удалять перед каждым последующим слоем, и существует только два способа , как это сделать.
Во-первых, воск с поверхности можно попытаться смыть или стереть растворителем типа ацетона. Однако данный метод , по крайней мере в отношении больших площадей, имеет такой минус, что по ходу процесса воск накапливается и больше размазывается вокруг. Второй, и наиболее эффективный метод - удалить воск шлифованием. При ламинировании будет крайне утомительным делом, если каждый новый слой необходимо будет подвергать такой обработке перед укладкой последующего. Поэтому наш вам совет - в первую очередь использовать конструкционную смолу, чтобы процесс ламинирования можно было вести непрерывно. При этом будет обеспечена надежная промежуточная связь слоев , которая в случае применения отделочной смолы всегда была бы под вопросом. К вощеной поверхности смола просто не клеится.
КАК САМИМ ПРИГОТОВИТЬ ОТДЕЛОЧНУЮ СМОЛУ
Чтобы упростить процесс закупки , вы можете приобрести всего один тип конструкционной смолы на всю лодку и приготовить отделочную смолу самостоятельно, используя конструкционную смолу и воск (или "поверхностно-активную добавку", как его еще называют).
Для начала давайте поясним, как происходит получение отделочной смолы на производстве. Когда идет процесс "варки" смолы , имеет место высокая температура и добавленный в это время воск легко перемешивается со всей партией смолы. Таким образом производитель гарантирует высокую степень отверждения ее поверхностного слоя.
В отличие от этого, самостоятельное смешивание воска или специальной "активной" добавки (раствора парафина в стироле) со смолой обычно происходит при комнатной температуре. При низкой температуре вы не сможете добиться однородности смеси. Не стоит пытаться нагреть смолу, как это происходит на производстве - это опасно. Добейтесь того, чтобы у смолы была обычная комнатная температура не менее +18 С , а желательно +20 С или выше. Поверхностная добавка также должна иметь такую температуру. На холоде ее раствор может принимать мутноватый вид или на поверхности может образовываться твердый прозрачный слой . Если подобное имеет место, сосуд с добавкой необходимо нагреть до +30 С, поместив его в емкость с теплой водой из-под крана. Ни в коем случае не следует использовать для этих целей источники открытого огня и электронагреватели . Следите за тем, чтобы вода не попала в емкость. Если смола также не соответствует нужной температуре, ее можно подогреть аналогичным образом, что улучшит распределение воска в объеме смолы.
Количество поверхностно-активной добавки может лежать в пределах 1-5% от ВЕСА смолы, 2-3% будет оптимальным. При использовании ее с винилэфирными смолами лучше провести предварительный тест - для нужной степени отверждения данного типа смол может потребоваться повышенная концентрация воска. Воск в смолу добавляется ДО введения катализатора и растирается тщательно, но не слишком агрессивно, чтобы не насыщать смолу большим количеством воздушных пузырьков. Очень важно добиться качественного перемешивания всего объема. Поверхностная добавка в смоле хорошо заметна , она выглядит как шелковистая пленка и эту пленку надо тщательно перемешать со всем объемом. Неплохо будет также почаще растирать ее во время использования.
Если раствора с воском добавлено излишне много, вязкость смолы может слишком упасть из-за повышенного содержания стирола, являющегося основным компонентом смолы и выступающим также в роли ее разбавителя. При недостатке воска не произойдет полного повсеместного отверждения поверхности и в худшем варианте развития событий ее придется сошлифовывать и покрывать еще одним слоем смолы с увеличенным содержанием воска (плюс, вероятно с повышенным процентом катализатора, чтобы получилось т.н. "горячее" покрытие). Практика, однако, показывает, что обычно материалы обладают достаточно широким допуском и проблемы возникают довольно редко. Наиболее частая их причина заключается в том , что компоненты плохо перемешиваются друг с другом и необходимая для этого температура совершенно не соблюдается.
При работе с раствором воска соблюдайте осторожность - материал опасен при вдыхании и попадании внутрь и раздражает кожу, глаза, нос и горло. Держите его подальше от детей, старайтесь не вдыхать его аэрозоль и работайте только при достаточной вентиляции. Храните емкость плотно закрытой и при попадании воска на одежду выстирайте, прежде чем одеть ее вновь.
ТИКСОТРОПНОСТЬ
Термин, зачастую приводящий новичков в замешательство. Большинство считает, что тиксотропная смола - это просто густая смола, что совершенно ошибочно. Можно также встретить в рекламных буклетах заявления типа "наша смола тиксотропная и не образует наплывов и подтеков". Настоящее же определение тиксотропности смолы заключается в ее способности густеть в состоянии покоя и вновь обретать свойства жидкости при перемешивании.
Это довольно мутное определение от инженеров по пластикам в переводе на нормальный язык означает, что тиксотропность сводит к минимуму склонность смолы к образованию подтеков. Сообщения о том, что где-то существуют судостроительные смолы, не образующие наплывов - из области мифологии. ВСЕ полиэфирные смолы в той или иной степени плывут на вертикальных и наклонных поверхностях. Можно приготовить такую смолу, которая не будет стекать , однако использовать подобную смолу для стеклопластика окажется просто невозможно - за время до своего отверждения она не успеет пропитать стекловолокно. Работать с такой смолой нельзя.
Тиксотропность - величина переменная, у одних смол она больше, у других меньше. С осторожностью относитесь к рекламе таких смол, у которых акцентируется их тиксотропность - пропитать ими стекло может оказаться труднее, чем менее тиксотропными ; они также могут обладать повышенной усадкой. Введенный в смолу для придания ей тиксотропности наполнитель при его излишке отрицательно сказывается на характеристиках смолы. Тиксотропность - это палка о двух концах, у нее есть положительные и отрицательные стороны, в зависимости от назначения смолы. Если речь идет о формовке стеклопластика, в тиксотропности смолы нет большой необходимости.
В определенных ситуациях, как например при пропитке материала C-FLEX, для получения удовлетворительных результатов требуется смола, абсолютно лишенная тиксотропности. Тиксотропность смолам придается, как правило, путем введения наполнителей типа двуокиси кремния.
Не следует путать понятия тиксотропности смолы и ее вязкости - свойства смолы сопротивляться растеканию. Смолы выпускаются самой различной вязкости, точно так же как масла для автомобильного двигателя, и под конкретную цель существует смола с определенной вязкостью. Вне зависимости от того, какая у смолы вязкость (высокая или низкая), она может обладать различной степенью тиксотропности.
К примеру, высоковязкая смола может иметь очень низкую тиксотропность (наполнитель отсутствует или его мало), в то время как низковязкая смола может содержать тиксотропные добавки, и наоборот. Вязкость - параметр, который формируется в ходе технологического процесса производства смолы, тиксотропность же обеспечивается путем введения впоследствии специальных добавок и наполнителей (при этом увеличивается и ее вязкость).
ЭЛАСТИЧНОСТЬ СМОЛЫ
Смолы делятся на жесткие, полужесткие и эластичные (терминология весьма относительная). Хотя все полиэфирные смолы и схожи, при их производстве можно добиться широкого спектра свойств, меняя базовые составляющие компоненты и их пропорции.
Эластичность отвержденной смолы характеризуется величиной ее удлинения при разрыве под растягивающей нагрузкой. От того, является смола жесткой, полужесткой или эластичной, зависит ряд ее других свойств. Давайте рассмотрим некоторые из них.
Жесткие смолы. Обладают самыми высокими физико-механическими характеристиками, однако хрупки и имеют малую ударопрочность. Данный тип смол годится для небольших лодок с малоразвитым внутренним набором или вовсе без него, либо для более крупных, однако с хорошо развитым набором (под набором подразумеваются различные внутренние элементы усиления). Удлинение жестких смол при разрыве составляет 0.5-3.0% .
Полужесткие смолы. Их состав направлен на повышение пружинящих свойств и ударной прочности по сравнению с предыдущим типом. У них лучше характеристики старения и они хорошо подходят для постройки крупных корпусов , обладающих каким-либо внутренним конструктивом. Удлинение при разрыве составляет 3-10%.
Эластичные смолы. Для использования в строительстве корпуса данные смолы не подходят, однако часто добавляются в жесткие смолы для получения полужестких (обычно это делает производитель). Данный тип смол обладает высокой гибкостью и эластичностью, удлинение у них составляет свыше 10%.
Хотя может создаться впечатление, что эластичные и в особенности полужесткие смолы имеют ряд потенциальных достоинств и могут повысить стойкость корпуса к ударным воздействиям, большинство специалистов склоняется к мысли, что повышение гибкости корпуса принесет мало пользы его несущей конструкции. Поэтому в судостроении наиболее широко применяются жесткий тип смол общего назначения , а корпуса обеспечиваются необходимым внутренним конструктивом. Исключением является случай гелькоута, применяемого в матрицах при формовании - ему требуются полужесткие или эластичные свойства, несмотря на то, что в ламинате корпуса используются смолы более жестких типов.
ОТРОФТАЛЕВЫЕ, ИЗОФТАЛЕВЫЕ и ВИНИЛЭФИРНЫЕ СМОЛЫ
Если вам вдруг показалось, что теперь вы все знаете о полиэфирной смоле, мы готовы вылить на вас очередную порцию информации.
Рано или поздно при путешествиях по полиэфирным дебрям вы наткнетесь на понятия "ортофталевой" , "изофталевой" и "винилэфирной" смол. Имеют ли эти термины значение в нашей судостроительной практике ? Для начала, не стоит впадать в отчаяние - все три типа относятся к полиэфирным смолам и являются их разновидностями. Основные различия, по крайней мере с точки зрения химии, заключаются в том , что при схожести техпроцесса они различаются молекулярной массой и строением. Причины этих различий заключаются в характеристиках конечного стеклопластика и условиях его эксплуатации.
Ортофталевые и изофталевые смолы имеют различия в кислотной основе смолы. С точки зрения молекулярного строения изофталевые смолы усторены более сложно чем ортофталевые, а винилэфирные сложнее тех и других. Однако все три - это полиэфирные смолы. Чтобы излишне не усложнять ситуацию, скажем сразу, что самый распространенный тип смол в стеклопластиковом судостроении (особенно если речь идет о любительском) - это ортофталевые. Почему ? В первую очередь - из-за своей низкой стоимости, а также из-за того, что характеристики, которыми обладают изофталевые и винилэфирные смолы, как правило, не нужны большинству лодок (хотя в применении изофталевых и наблюдается рост).
Каковы же могут быть причины применения изофталевой и винилэфирной смолы вместо ортофталевой ? Та и другая обладают улучшенными физико-механическими свойствами и обеспечивают стеклопластику более высокие характеристики. К примеру, у изофталевой смолы выше коррозионная стойкость и стойкость к растворителям (по сравнению с ортофталевой) , она более прочная и лучше держит удары. Именно поэтому ее чаще всего используют в гелькоутах. У изофталевой и винилэфирной смолы также лучше адгезионные свойства.
По своей химической и коррозионной стойкости винилэфирные смолы обходят изофталевые, и к тому же сохраняют свои высокие механические свойства при повышенных температурах - качество, весьма ценное при использовании в аэрокосмической отрасли. Их высокая химическая стойкость находит применение при изготовлении стеклопластиковых емкостей и в различных отраслях промышленности.
Винилэфирным смолам свойственна эластичность при растяжении ; это обеспечивает изготовленному на их основе ламинату более высокие характеристики, что важно там, где нет возможности избежать высоких нагрузок (циклических и вибрационных) на этапе проектирования. Сферой применения, где такие качества могут быть в цене, являются, к примеру, быстроходные гоночные катера для открытого моря.
У многих специалистов по стеклопластиковым композитам и химиков в области смол вызывает недоумение возросший интерес к винилэфирным смолам в судостроении. Как они утверждают, совершенно достаточной прочности и других механических характеристик можно достичь , применяя самую обычную орто- и изофталевую смолу с правильными стекломатериалами по правильной технологии. Если не поставлена задача сохранения высокой прочности при повышенных температурах или стойкости к химическим веществам и коррозии - нет никакого смысла платить лишнюю цену за использование винилэфирной смолы. Позже мы еще будем обращаться к более подробному обсуждению этих видов смол.
У винилэфирной смолы имеются и другие недостатки. Срок годности у них зачастую гораздо меньше чем у обычных полиэфирных. Многие поступают в продажу непредускоренными и требуют самостоятельного введения ускорителя. Этот момент осложняется тем, что с винилэфирными смолами применяются иные, более сложные системы в виде известного нам нафтената кобальта в паре с веществом под названием диметиланилин (или ДМА) - крайне опасного и являющегося канцерогеном.
Из-за того, что для винилэфирной смолы помимо катализатора могут потребоваться еще два ускорителя, работать с ними сложнее в плане сроков желатинизации и полимеризации, т.к. они зависят от пропорций сразу трех ингредиентов. Для любителя это может оказаться слишком сложным и привести к ошибкам с непредсказуемыми результатами. Именно по этой причине, и с учетом потенциальной угрозы здоровью и безопасности, некоторые эксперты в области смол считают, что введение ускорителей в полиэфирную смолу нельзя доверять конечному потребителю. Независимо от того, предускорен винилэфир или нет, потребителю рекомендуется обращаться к производителю или поставщику смолы за рекомендациями по ее пригодности для конкретных изделий и правильному построению техпроцесса.
Может возникнуть вопрос - оправдано ли вообще использование винилэфирных смол ? Многие производители быстроходных судов, строящие единичные экземпляры для участия в соревнованиях, считают, что да . В особенности это касается тех, кто использует ее в комбинации с высокомодульными армирующими материалами, рассматриваемыми далее. Они аргументируют это тем, что характеристика любого композитного материала зависит не только от материалов армирования , их комбинации и ориентации в ламинате , но также и от типа применяемой смолы. Считается, что винилэфиры обеспечивают повышенную ударопрочность, прот
