Лекция 6. Области применения ПКМ

Стеклопластики - одни из первых конструкционных материа­лов па полимерной основе. Они наиболее полно изучены, их давно применяют в судостроении, на транспорте, в строительстве, нефте­химической, горнодобывающей и других отраслях промышленно­сти. Стеклопластики из всех ПКМ являются самыми дешевыми. Поэтому их применение оправдано в серийном и массовом произ­водстве. Высокая коррозионная стойкость, способность к восприя­тию ударных нагрузок, отличное качество поверхности и красивый внешний вид обусловили применение стеклопластиков в спортив­ном судостроении и производстве корпусов лодок, катеров, плотиков, корпусов малых судов, надстроек,рубок,переборок,цистерн гребных винтов, трубопроводов и т.д.

Строительные панели, воздуховоды, реакционные аппараты и различные емкости, химически стойкие и прочные трубы, корпуса насосов и вентиляторов — вот далеко не полный перечень изделии из стеклопластиков. Видное место занимают эти материалы в произ­водстве изделий для автомобильного и железнодорожного транс­порта. Из них изготавливают корпуса легковых автомобилей, ка­бины грузовиков, баки для горючего, цистерны для перевозки жидких и сыпучих грузов.

В судостроении и судоремонте нашли широкое применение методы формования изделий основанные на принципе пропитки сухих заготовок стеклозаполнителем, заключенным в соответствующие формы, связующим, находящимся под давлением. После окончания процесса пропитки и полимеризации связующего из формы вынимают готовое изделие. Метод основанный на указанном принципе, получил название пропитки.

Известно несколько методов пропитки.

Методы пропитки под вакуумом и давлением и под давле­нием наиболее универсальны и применимы при изготовлении многих судовых конструкций и изделий, в том числе тонкостен­ных (например, корпуса шлюпок, катеров и плотиков, крышки люков и брызгонепроницаемые двери, баки и цистерны).

Рассмотрим технологические особенности изготовления изделии на примере формования корпуса шлюпки.

Формование корпуса в оснастке с жесткими матрицей и пу­ансоном выполняют в такой технологической последователь­ности (см. рис. 1.14). На пуансон 3, покрытый разделительным, а при необходимости и декоративным слоями, укладывают за­готовки стеклонаполнителя 5. В носу шлюпки и на транце концы полотнищ заправляют внахлест так, чтобы при установке мат­рицы они не смещались, и прихватывают нитками. Затем уста­навливают покрытую разделительным слоем матрицу 4. Как по­казали опыты, ткани сатинового переплетения и жгутовые ткани без складок облегают пуансон. Несколько хуже ложится ткань полотняного переплетения. Жесткий холст топорщится и при обжатии матрицей образуются складки. Герметичность стыка между матрицей и пуансоном обеспечивают эластичным рези­новым жгутом герметизации 6, размещенным в пазу пуансона. Через штуцеры — стоки в матрице, расположенные по линии киля, из полости между матрицей и пуансоном, заполненной стеклонаполнитслем, откачивают воздух до тех пор, пока не прекратится прохождение пузырей сквозь залитое в ловушку 2 масло. Затем из бачка в кольцевой канал — источник 7 подают предварительно вакуумированное связующее, равномерно про­питывающее стеклонаполнитель. При пропитке под вакуумом и давлением на связующее в емкости 1оказывают дополнительное давление сжатым воздухом.

Рнс. 1.14. Схема формы с жесткой матрицей и пуансоном для изготовления корпуса шлюпки.

Об окончании пропитки арми­рующего материала судят по появлению устойчивой струйки связующего в основном стоке, расположенном на конце самой протяженной линии тока. Для корпуса шлюпки эта точка нахо­дится в зоне пересечения линии ДП с плоскостью мидель-шпангоута.

До появления связующего в основном стоке ход пропитки контролируют через контрольные стоки, размещенные на окон­чаниях более коротких линий тока или в местах, где из-за не­равномерной укладки возможно уменьшение коэффициента про­ницаемости пакета стеклонаполнителя.

Для обеспечении более глубокой пропитки, а также пре­дотвращения недопропитки отдельных участков с меньшими коэффициентами проницаемости стоки в оснастке перекрывают и производят выдержку изделия под давлением.

Существует возможность изготовления формы с жесткими матрицей и пуансоном, в которой полость формования гермети­зируют гидравлическим затвором. Этот затвор образуется при погружении нижней кромки матрицы в смолу, налитую в же­лоб, окружающий пуансон.

Под действием разрежения в форме смола из желоба рас­ходуется на пропитку стекленаполнитсля. В процессе пропитки сопротивление перемещению связующего возрастает настолько. что оказывается возможным увеличить разрежение в форме вплоть до — 10^{-3 мм} рт. ст.

Однако такая конструкция формы неприменима, когда борта шлюпки имеют «седловатость», поскольку из-за этого в носо­вой и кормовой частях желоба после формования оставалось бы значительное количество связующего. Система подачи свя­зующего в герметизированный желоб позволяет формовать шлюпки с минимальными потерями связующего и создать луч­шие санитарно-гигиенические условия. Кроме того, благодаря возможности приложения дополнительного давления на свя­зующее можно ускорить процесс пропитки.

Опытное формование показало, что точность изготовления оснастки, выдерживание зазора под стеклонаполнитель между матрицей и пуансоном имеют большое значение для получения высококачественного изделия. Это особенно важно при вакуум­ной пропитке, когда под действием разности давления матрица прилегает к пуансону. Если зазор между ними больше поло­женного, то по окончании пропитки при снятии разрежения матрица в зоне киля отходит от пуансона и связующее стекает, образуя участки, богатые и обедненные смолой. Этого можно избежать, поддерживая разрежение до начала отверждения стеклопластика либо создавая в зоне стоков некоторый избы­ток связующего, которое заполняет зазор при снятии разреже­ния. Уменьшение зазора также наиболее опасно в этой зоне из-за потери напора связующим в верхних частях формуемого изделия. Случаи непропитки из-за уплотнения пакета наблю­дались лишь в тех зонах, где сжатие наиболее интенсивно. Фор­мование моделей показало, что неблагоприятных последствий сжатия можно избежать, помещая между слоями стеклонаполнителя в опасной зоне тонкие небольшие прокладки из стекло­пластика.

Одним из наиболее рациональных средств, которое позво­ляет устранить сжатие пакета, является устройство специаль­ной разгрузочной камеры, куда помещают форму при формова­нии и где также создают разрежение. Наличие такой камеры позволяет вести вакуумную пропитку в очень легких и простых формах. Эту же камеру можно использовать и для обогрева. Кроме того, упрощается задача герметизации стыка между матрицей и пуансоном, которая зачастую весьма затрудни­тельна.

При пропитке под давлением процесс протекает быстрее и имеет свои особенности. При малой жесткости оснастка не­сколько деформируется. По окончании процесса пропитки после снятия давления под действием упругих сил деформация ос­настки постепенно исчезает. Следствием этого являются умень­шение зазоров между матрицей и пуансоном до нормальных размеров и вытеснение из штуцеров избытков связующего.

Связующее, выходящее из штуцеров, содержит большое, ко­личество воздушных пузырей. Поэтому для обеспечения хоро­шего качества стеклопластика в зоне киля процесс пропитки продолжают до тех пор, пока из стока не начнет поступать бо­лее прозрачное связующее- Хороший результат даст подключе­ние перед завершением пропитки системы вакуумирования.

Для предотвращения отекания связующего с вертикальных участков изделия по окончании процесса пропитки перекры­вают штуцеры, через которые связующее поступает в форму.

Одно из самых "узких мест" в судоремонте - восстановление корпусных конструкций. В связи с их коррозионным изнашиванием, помере старения судов, возрастает объем ремонтных работ по кор­пусу. сводящихся, как правило, к восстановлению непроницаемости конструкций малом построечной толщины, наружных и внутренних палуб, стенок рубок, надстроек, выгородок и т.п.

Замена или восстановление изношенных конструкций, насыщен­ных оборудованием, отделочной зашивкой, мебелью, трубопроводами, кабельными трассами и другим, по традиционной технологии, и применении огневых работ влечет за собой необходимость выполнения сопутствующих работ по демонтажу и последующему восстановлению на штатных местах теплоизоляции, зашивки, аппаратуры, систем и другого, объем которых в 2-3 раза превышает объем работ собствен­но по металлоконструкциям.. Трудоемкость при этом достигает 25-30% общего объема ремонта судна. Они требуют привлечения большо­го числа квалифицированных работах (корпусников, сварщиков, плот­ников, мебельщиков, трубопроводчиков, электриков и др.), станоч­ного оборудования и производственных площадей.

Наиболее эффективным способом снижения затрат при восстанов­лении работоспособности корпусных конструкций (не участвующих в общей прочности судна) является применение полимерных клеев, армированных стекловолокном.

К характерным группам конструкций и типовых узлов, при ре­монте которых возможно эффективное применение полимерных клеевых композиций (ПКК), относятся:

- наружные металлические палубы, покрытие мастикой или де­ревянным настилом:

- палубы санузлов, прачечных и других внутренних помещений с повышенной влажностью, имеющие сквозные коррозионные разруше­ния:

- наружные станки, переборки, выгородки рубок и надстроек с разрушениями по периметру их примыкания к палубе;

- кожухи дымовых труб. вентиляционные головки и комингсы вентиляторов с коррозированной поверхностью в местах примыкания к палубам надстроек и рубок;

- ватервейсы палуб надстроек и рубок, расположенные под зашивкой жилых помещениях;

- полотнища дверей, крышек люков и горловин, трубопроводы, переборочные стаканы и др.

Для ремонта и защита от коррозии судовых конструкций приме­няются составы на основе полиефирных клеев "Спрут-5М", "Cпрут-5 МДИ", "Спрут-9М", "Спрут-МП”, а также эпоксидных смоли клеев марок ЭД-20, ЭД-16, K-I53, УП-5-177-1.

Клеи марок ЭД-16, ЭД-20 и K-I53 могут использоваться на су­хих поверхностях при температуре окружающего воздуха не ниже +15 °С и влажности не выше 70 %. и отдельных случаях допускается применение клеев при температуре +10 °С.

Клей УП-5-Т77-1 может применяться при положительной темпе­ратуре до О°С, а клей серии "Спрут" при температуре минус 5°С. При этом уровень влажности ремонтируемых поверхностей и окружающей среды не регламентируется.

Клеи марок "Спрут-5М", "Спрут-5 МДИ" используются на наруж­ных работах, а "Спрут-9М", обладающий пониженной токсичностью, -как для наружных, так и для внутренних работ.

В качества армирующих материалов используются стеклянные ткани марок Т-11-ГВС-9, Т-И-752, СЭ-0-1, НПД-2-600ГВС-9, НПД-Э-600ГВС-9 и др.

Для приготовления паст и шпатлевочных составов применяют минеральные наполнители: кварц молотый пылевидвый, аэросил, као­лин, тальк, мел, портланд-цемент, асбест, песок. Их вводят в клей с целью изменения его технологических свойств (текучесть, проницаемость, липкость, формуемость и т.д.), а также для улучшения прочностных характеристик и уменьшения расхода дорогостоящих полимерных материалов.

Примеры выполнения нанесения стеклопластиковых покрытий на судовые конструкции в целях профилактики и ремонта показаны на рис.1.15, 1.16, 1.17, 1.18, 1.19, 1.20.

Рис.1.15.Схема покрытия стеклопластиком настила верхней палубы.

1- настил палубы,

2 - паста,

3- стеклопластиковое покрытие,

Рис.1.16.Схема нанесения покрытия на настил главной палубы БМРТ пр.394

1-настил палубы, 2-паста, 3- бимс, 4- стеклопластиковое покрытие.

Рис.1.17. Схема покрытия стеклопластиком района примыкания надстройки к главной палубе на судах РТМ типа "Тропик".

I- настил палубы. 2 - паста, 3- стенка надстройки, 4- ширстрек, 5- покрытие.

рис.1.18. схема покрытия набора стеклопластиком.

I- настил палубы.2- бимс, 3- стеклопластиковое покрытие.

Рис.1.19. Схема нанесения покрытия в районе заклепочного шва.

Дата добавления: 2014-01-20