Введение
«Пластик» в общепринятом понимании обладает хорошей водонепроницаемостью и прослужит долгие годы. Однако он страдает от мягкости, гибкости и особенно слабом сопротивлении при стрессовых нагрузках. В результате в современном строительстве «пластик» армируется стекловолокном или углеродными волокнами или другими материалами (такими как фанера или пробковая древесина). Таким образом, удаётся использовать преимущества пластмассы, при этом значительно повышая прочность готового изделия.
Различные термины используются для лодок, которые построены из пластика, армированного тем или иным образом. Термин, используемый в этом модуле для обозначения, так называемого стекловолокна – ПАВ, обозначает пластмассу со стекловолокном (или полиэстером).
Преимущества
ПАВ не подвержен коррозии и не гниет, а также может противостоять длительному воздействию соленой воды в течение многих лет. При определенных обстоятельствах может возникнуть «осмос», когда вода проникает через трещины или ямы в гелевом покрытии, вступая в реакцию с компонентами химических веществ в полиэстере/пластике.
Однако современные технологии производства, принятые в конце 1990-х годов, снижают этот риск.
При правильной конструкции судно из ПАВ может быть на 50% легче аналогичной яхты, построенной из дерева или стали. При правильном выборе армирующих материалов ПАВ может достичь очень высоких соотношений прочности к весу. Длительное воздействие морской воды очень мало влияет на эту прочность. В целом этот материал считается химически инертным, хотя осмотические эффекты являются для него исключением.
Корпус судна из стеклопластика обычно формируется одним куском. В результате единственное значительное “соединение” – это соединение между корпусом и палубой. Такой тип конструкции значительно улучшает долговременную водонепроницаемость. Материал обеспечивает практически бесконечное разнообразие форм корпуса и может имитировать самые плавные из классических парусных обводов или очень острые формы для оптимальной производительности моторной лодки.
Дизайн судов из ПАВ позволяет конструкции точно отражать прогнозируемые нагрузки. Как ориентирование, так и количество волокон можно регулировать, чтобы обеспечить необходимую направленную прочность, где это необходимо, в то же время, обеспечивая тот же вес в менее подвергающихся воздействию областях. Благодаря присущей ему гибкости ПАВ может выдерживать значительные нагрузки, однако эта же гибкость может препятствовать некоторым вариантам дизайна (например, соединению корпуса/ палубы).
ПАВ может быть произведён в любом цвете, хотя он, скорее всего, выцветет в течение многих лет, особенно из-за воздействия ультрафиолета. Ремонт для достижения равной прочности относительно прост, но подбор цвета может быть трудной задачей после первых нескольких лет эксплуатации. Эпоксидная краска для всего корпуса является стандартным решением.
Использование ПАВ-материала для строительства судна предлагает отличное соотношение цены и качества. Получающиеся суда имеют очень большой потенциальный срок службы с низкими затратами на техническое обслуживание.
Недостатки
ПАВ не является жестким материалом, и это будет мешать дизайнеру при работе с определенными жёсткими допусками. С этим связан определенный недостаток срока эксплуатации в конкретных условиях. Крышки люков и другие проходные соединения могут стать причиной растрескивания материала при значительном изгибе.
Корпуса из ПАВ нуждаются в существенных элементах жесткости, особенно в тех местах, на которые будет воздействовать вибрация. Подрамники двигателей являются ярким тому примером.
Устойчивость к абразивному истиранию у ПАВ значительно меньше, чем у стали, и требует особых мер предосторожности, таких как использование в конструкции наружного привального бруса.
ПАВ уязвим к огню.
Наслоение
Корпуса большинства серийных парусных и моторных лодок изготовлены из однослойного слоистого пластика. То есть они изготавливаются из слоев пропитанного смолой мата, уложенного одним слоем поверх следующего, до достижения необходимой толщины пластика.
Обычная процедура изготовления состоит из:
Изготовление модели корпуса
Подготовка пресс-формы
Выкладка слоя на корпусе или палубе
Изготовление модели корпуса: создается точная копия окончательной формы корпуса. Часто она переворачивается килем кверху. Дизайнер определит все размеры и желаемую форму. Необходимо построить только одну модель, однако она должна быть абсолютно правильной, поскольку любые недостатки или ошибки дизайна будут перенесены на каждую яхту, при использовании пресс-формы.
Пресс-форма: форма конечной яхты строится путем покрытия модели большим слоем ПАВ. Покрыв модель, несущий каркас устанавливается как часть формы, чтобы придать ей прочность при выкладке корпуса или палубы. Когда форма завершена, она, как правило, переворачивается, чтобы обеспечить компоновку корпуса.
Выкладка слоя на корпусе или палубе: форма полируется, а затем покрывается разделительным составом (антиадгезив), позволяющим отделить корпус по окончании укладки. Затем на форму наносят тонкий слой смолы, смешанный с цветным пигментом. Это станет «гелевым покрытием» – гладкой полированной поверхностью окончательного корпуса. Перед тем как гелевое покрытие отвердеет, основная выкладка корпуса начинается с последовательных слоев мата и смолы, наносимых на форму. Во избежание осмоса важно, чтобы ни одна нить стекловолокна не проходила через гелевое покрытие. Одной нити может быть достаточно, чтобы стать «мостом», который позволит воде поступать в основную массу корпуса ПАВ для реакции с любыми незатвердевшем смоляными соединениями.
После того, как основная форма корпуса завершена, внутренние переборки строятся из дерева, стали или ПАВ внутри формы корпуса. Например, если деревянные переборки устанавливаются внутри корпуса, их затем «застекляют», чтобы конструктивно соединить их с формой корпуса внутри пресс-формы.
Этот процесс гарантирует, что когда корпус в конечном итоге будет удален из формы (после того, как весь ПАВ затвердеет), никаких искажений не произойдет, поскольку он будет иметь встроенную присущую прочность.
Пресс-формы
Прессование:
Первым этапом является изготовление шаблона или модели (1), которые должно быть как можно более совершенными.
Поверх этого прессуют форму из стекловолокна (2). Гелькоут формы (3) подхватывает отделку шаблона.
Затем форма переворачивается и корпус (4) укладывается в форму. Гелькоут (5) теперь снаружи.
Для большинства судов выкладка происходит через какой-то вид пресс-формы. Пресс-форма может быть закрытой или негативной (для вакуумного формирования), одноместной или многогнездной. Подготовка пресс-формы перед началом процесса укладки является ключевым моментом, и неспособность надлежащим образом подготовить пресс-форму может привести к значительным дефектам в процессе строительства.
Вариации производства
Существует очень большое количество вариаций методов сборки судов из ПАВ.
Для получения более тонкого высокопроизводительного корпуса можно использовать вакуумный мешок, где материал «всасывается» в форму. Это обеспечит удаление всей избыточной смолы и воздуха из окончательного корпуса.
Форма и корпус могут быть помещены в большую печь, чтобы обеспечить более равномерное отверждение.
Для более мелких компонентов (таких как крышки люков) можно изготовить «закрытые» и эквивалентные «негативные» пресс-формы, чтобы значительно сжать полученный продукт и придать ему ровный профиль на обеих поверхностях. Следует отметить, что это, как правило, позволяет наносить только гелевое покрытие на одну поверхность, но другая будет значительно менее текстурированной, чем обычно.
Сэндвич
Вариант для однослойной конструкции называется сэндвич. При этом варианте основной материал помещается между двумя слоями пластикового покрытия. Это делает панель намного более жесткой, при этом данный тип конструкции особенно хорошо подходит для плоских поверхностей, таких как палубы. На производственных яхтах палубы яхты часто изготавливают из сэндвича бальзы или пенопласта.
Такие торговые наименования как Airex® и Baltek® также изредка могут прибегать к такому методу.
Стандартными материалами для сердцевины сэндвича являются бальза или пена, но для особо легких конструкций можно использовать сотовую структуру Nomex®.
Армирование волокном
Большинство судов все еще построены с использованием стеклянного армирования, и, хотя более продвинутые материалы используются довольно широко, экзотические или высокотехнологичные армирующие материалы, как правило, остаются прерогативой высокопроизводительных лодок.
Кевлар®, хорошо известный как материал, используемый в бронежилетах, может использоваться там, где требуется высокая ударопрочность.
Углеродное волокно имеет очень хорошие прочностные свойства, но плохую ударопрочность.
Волокнистые материалы могут быть введены в процесс сборки с использованием ряда различных методов.
Распространённый метод – нарезать пряди на короткие отрезки (около 40 мм) и распылить их на пресс-форму через тот же пистолет, что и для смолы. Фактически, материал корпуса «прикрепляется» к форме квалифицированным оператором, который может варьировать толщину (и, следовательно, прочность) окончательного корпуса в зависимости от того, как долго он распыляет ПАВ на конкретное место.
Волокно может быть вплетено в мат, который будет наноситься на определенные места в форме (обычно в местах с высокой нагрузкой, например, на опорах двигателя). Обычно это выполняется вручную при помощи смолы, нанесенной до и после установки мата.
Более экзотический подход заключается в пропитке волокон смолой и нанесении на форму. С применением тепла смола будет плавиться, чтобы сформировать мат.