The new science of strong materials

Стеклопластики
Современные армированные пластмассы ведут свое начало от материалов на основе неорганических волокон
,
нашедших
применение в конце войны
.
Впервые подобные материалы использовали для изготовления антенных обтекателей
,
которые представляют собой куполообразную конструкцию
,
где размещается антенна локатора
.
Обтекатель должен быть
прозрачным для радиоволн
,
поэтому материал для него требуется неэлектропроводный
.
В качестве основы такого рода
материала наибольшим успехом и по сегодняшний день пользуется стекловолокно
.
Состав его немного изменился
,
но в остальном волокна похожи на те
,
которые вытягивал Гриффитс почти полвека назад
.
Процесс их вытягивания механизирован
,
сейчас стекло плавится в нагреваемом электротоком платиновом контейнере
,
в
дне которого имеется обычно
200
или
400
маленьких отверстий
.
Через каждое из этих отверстий тянется волокно
,
которое охлаждается и затвердевает по пути к расположенному под контейнером вращающемуся барабану
,
на который
оно наматывается
.
Обычный диаметр волокон
-
от
5
до
10 
мкм
.
Их прочность на разрыв сразу после вытягивания

---

тр
VIVOS VOCO: 
Дж
. 
Гордон
, «
Почему
мы
не
проваливаемся
сквозь
пол
» - 
Часть
2
http://vivovoco.rsl.ru/VV/PAPERS/TECHNICS/GORDON.1/PART02.HTM
составляет
,
по
-
видимому
, 300-350 
кГ
/
мм
^2,
но при последующих операциях она снижается
.
Поскольку свежие волокна
имеют тенденцию склеиваться между собой
,
а за этим следует взаимное разупрочнение
,
волокна на пути от контейнера к
барабану подвергаются специальной обработке
,
в результате которой на них появляется защитная пленка
.
Эта пленка
предохраняет от повреждений при последующих операциях
,
например ткани
.
Перед операцией пропитки смолой эта
пленка удаляется
-
ее растворяют или сжигают
.
После того как волокна вытянуты и намотаны на барабан
,
дальнейший ход событий зависит от назначения будущего
изделия
.
Мы уже говорили
,
что в форму нужно уложить как можно больше волокон просто потому
,
что они раз во сто
(
по
крайней мере
)
прочнее смолы
.
Поэтому при прочих равных условиях прочность полученного материала будет
пропорциональна содержанию волокон
.
В стекломате
,
содержащем отдельные волокна
,
их концентрация очень и очень
мала
,
поэтому стекловолокно в таком виде используется редко
,
только в специальных случаях
.
Лучшая упаковка волокон
получается в параллельных пучках
,
например в нитях или пряже
.
Нити обычно содержат несколько сотен отдельных
волокон
.
Поскольку волокна непрерывные
,
нет нужды использовать большую крутку нити
,
чтобы держать их вместе
.
Иногда
после пропитки смолой такая пряжа используется для изготовления путем намотки
-
разного рода резервуаров
,
труб
,
сосудов давления
.
Для многих высококачественных изделий из стеклонити делают специальную ткань
,
которая выглядит
как дорогой белый сатин
.
Стеклопластики из ткани хороши своей прочностью
,
но изделия из них довольно дороги
.
И дело здесь не столько в
высокой стоимости самого материала
,
сколько в том
,
что стеклоткань не очень удобна для автоматизации процесса
получения профильных изделий
.
Поэтому наибольшая часть производимого стекловолокна применяется в виде мата из
рубленой стеклопряжи
.
Пряжа рубится на куски длиною
5 - 8 
см и идет главным образом на получение плоских матов
путем нанесения этой волокнистой массы на проволочную сетку
,
покрытую слабым быстросохнущим клеем
.
Прижимается мат к сетке с помощью воздушной струи
.
Когда клей высыхает
,
мат снимается с сетки
,
и с ним можно
обращаться
,
как с листом бумаги
.
Для изготовления фигурных изделий мат разрезается на подходящие куски
,
которыми
обклеивают соответствующую модель
,
пока не получается деталь нужных размеров и конфигурации
.
При изготовлении больших партий профильных изделий используют ту же технику обдувания воздушными струями
,
поскольку этот процесс можно автоматизировать
.
Он применяется при изготовлении таких изделии
,
как шлемы корпуса
пишущих машинок и
т
.
д
.
Вместо металлической сетки здесь используется сетчатая модель
,
на которую тем же способом
наносится стекломат
.
Полученный стекломат автоматически перемещается в нагретую стальную пресс
-
форму
,
здесь к
нему добавляется основная связующая смола
,
которая твердеет под давлением
.
Помимо высокой прочности
,
стекловолокно имеет еще одно достоинство
-
оно не разбухает в воде
,
поэтому операцию
формовки нет нужды проводить под большим давлением
.
Значит
,
можно использовать недорогие
,
легко изменяемые
пресс
-
формы и отказаться от мощных гидравлических прессов
.
При формовке стеклопластиков в качестве связующего можно использовать фенольные смолы
,
но обычно лучше
применять смолы
(
например
,
полиэфирные
),
разработанные специально для этой цели
.
Многие из производимых смол
твердеют не только при очень малых давлениях
,
но и при комнатной температуре
-
после добавления катализатора
.
Это привело к технологии
,
которую можно было бы назвать
“
методом ведра и щетки
”.
Очень популярный среди
любителей и небольших фирм
,
такой способ почти ничем не отличается от египетского способа получения папье
-
маше
.
Слои холоднотвердеющей смолы и стекломата
(
или стеклоткани
)
попеременно накладывают на простую гипсовую
модель и оставляют в таком виде на время
,
необходимое для отверждения
.
Если вся процедура проделана добросовестно
и аккуратно
,
получится вполне нормальная конструкция
.
Правда
,
затраты труда будут великоваты
,
если потребуется
сделать десятки таких изделий
.
Но для изготовления очень больших конструкций
,
например лодок
, -
это практически
единственный путь
.
Одна из трудностей этой технологии заключается в том
,
что она не позволяет получить двух совершенно одинаковых
изделий
,
так как надлежащий контроль практически невозможен
.
Ну а поскольку прочность такой переменчивой
конструкции предсказать довольно трудно
,
этот метод не совсем годен для изготовления самолетных конструкций
.
Чтобы получить изделие хорошего качества
,
смола должна твердеть в сухой
,
теплой
,
контролируемой атмосфере
,
а это не
всегда возможно в условиях полукустарных мастерских
.
Именно отсюда возникают жалобы на лодки из стеклопластиков
-
их зачастую делают в холодных сырых сараях
.
На хороших заводах эту операцию проделывают в обогреваемом
(
и
дорогом поэтому
)
помещении
,
а кустари и любители с наибольшим эффектом могут приложить свои силы к доводке
корпусов
,
изготовленных профессионалами на подходящем оборудовании
.
Для больших конструкций вроде судовых корпусов становится важной стоимость модели
,
так как количество
производимых изделий обычно невелико
.
В таких случаях лучше использовать недорогие модели
,
а смоле дать
возможность медленно твердеть при комнатной температуре
.
Кроме того
,
при этом допустима длительная ручная доводка
затвердевшей оболочки
.
Но если мы имеем дело с такими изделиями
,
как шлемы или чемоданы
,
экономическая картина
меняется
.
В подобной ситуации обычно применяют состоящую из двух половинок стальную нагретую пресс
-
форму
.
Стекловолокнистую заготовку опускают в пресс
-
форму и перед самым захлопыванием добавляют в нее определенное
количество жидкой смолы горячего твердения
.
Скорость затвердевания подбирается так
,
чтобы смола
,
прежде чем

---

VIVOS VOCO: 
Дж
. 
Гордон
, «
Почему
мы
не
проваливаемся
сквозь
пол
» -