Армированные конструкционные пластические массы

Армированными конструкционными пластическими массами называется большая группа композиционных материалов, получаемых на основе разнообразных синтетических смол — связующих и твердого наполнителя (волокнистого, листового). Последний выполняет роль каркаса (арматуры) и придает материалу высокие механические свойства. Армирующий наполнитель— упрочняющий элемент композиции, воспринимающий основные нагрузки при работе пластмассы. Смола обеспечивает связь отдельных элементов армировки и способствует равномерному восприятию нагрузки. Армирование повышает механическую прочность, ударную вязкость, динамическую выносливость пластмассы и снижает ползучесть полимера.

Армированные конструкционные пластмассы нашли широкое применение в судостроении благодаря сочетанию высокой прочности, стойкости к морской воде, относительной несложности переработки в изделия и доступности исходного сырья. Армированные конструкционные пластмассы можно классифицировать по составу, свойствам, назначению и др.: по типу армирования—хаотически армированные (премиксы, высоконаполненные композиции); ориентированные (текстолиты, стеклопластики, однонаправленные композиции); по виду армирующего материала — армированные непрерывными волокнами, пряжей, тканями, листами, рублеными волокнами; по химической природе связующего — полиэфирные, эпоксидные, фенольные, полиамидные, меламиновые, кремнийорганические и др.; по характеру отверждения — холодного, горячего отверждения; по давлению при отверждении — высокого, среднего, низкого давления; по способу переработки в изделия — контактного формования, вакуумного формования, литьевые, напыляемые, изготовляемые намоткой, прессуемые и др.

В наибольшей мере высоким требованиям судостроительной промышленности отвечают пластические массы, называемые стеклопластиками, в которых в качестве связующего применяют полимерные соединения холодного отверждения, а армирующим наполнителем служит стекловолокнистый материал. Помимо достоинств, присущих армированным пластмассам, стеклопластики обладают способностью отверждаться при нормальном давлении и при комнатной температуре, а также технологичностью— возможностью изготовления крупногабаритных конструкций с наименьшими затратами труда и средств. Это определило широкое применение стеклопластиков для изготовления корпусов некоторых типов водоизмещающих судов, катеров, шлюпок, надстроек, корпусных конструкций и т. п. Такие конструкции и изделия производят в основном наиболее простым методом — контактным формованием. В табл. 9.7 приведены сравнительные характеристики способов изготовления изделий из стеклопластика (баллом 10 оценивались наиболее высокие технологические результаты).

Наибольшее применение в судостроении получили стеклопластики на основе ненасыщенных полиэфирных смол марок ПН-1, ПН-3, НПС-609-21М, НПС-609-22М, НПС-609-26, НАС-609-29, и в небольшом объеме — на основе эпоксидных смол ЭД-5 и ЭД-6. Полиэфирные смолы дешевле эпоксидных, но прочность изделий на их основе ниже.

Таблица 9.7. Сравнительные характеристики способов изготовления изделий из стеклопластика (в баллах)

Способ изготовления	Затраты на оборудование	Быстрота изготовления	Достигаемая прочность готового изделия	Необходимые навыки рабочих	Возможность изготовления изделий сложной формы
Контактный	1	1	3	10	10*
Формование с помощью мешка	3	3	6	6
Напыление	4	4	1	10	10
Прессование в формах	8	8	7	4	5
Прессование в автоклаве	5	5	8	8	8
Намотка	6	6	10	2	4
* Высший балл.

До отверждения полиэфирная смола является вязкотекучим веществом. После введения в нее отвердителя, состоящего из инициатора и ускорителя (активатора), происходит отверждение полиэфирной смолы. Ценность ненасыщенных полиэфирных смол состоит в том, что под действием инициаторов и ускорителей они затвердевают при комнатной температуре, позволяют формовать изделия без повышенного давления, хорошо пропитывают и склеивают стекловолокнистые материалы и дерево. В качестве инициатора для полиэфирных смол холодного отверждения используют гипериз (гидроперекись изопропилбензола) с нафтенатом кобальта (10%-й раствор в стироле). Гипериз, реагируя с компонентами смолы, вызывает ее отверждение. При этом смола полимеризуется при комнатной температуре в течение нескольких дней. Для ускорения процесса отверждения в смолу вводят ускоритель инициатора (нафтенат кобальта), который активизирует действие гипериза на смолу и способствует отверждению в течение нескольких часов.