|
Полиэфирные смолы
Источник : Fiberglass Boatbuilding For Amateurs, Glen-L Marine Designs, 1982
Автор : Ken Hankinson
Перевод С.Б.
СМОЛЫ В СУДОСТРОЕНИИ
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, противостоят абразивному износу, более водостойки , эластичны, в особенности когда используются совместно с высокомодульными волокнами.
На данный момент проведено недостаточно испытаний, которые бы подтвердили эти заявления, и многие специалисты склоняются к мысли, что применение винилэфирных смол вместо прочих полиэфирных, является скорее данью моде. Тем не менее, автор имел возможность ознакомиться с эмпирическими результатами сравнительных испытаний винилэфирной и полиэфирной смолы в сэндвичевой конструкции , состоящей из пенопластового заполнителя и тонких наружных оболочек из высокомодульного материала. И хотя данные говорили о лучшей адгезии оболочек к заполнителю и лучшей ударопрочности, в случае применения этих смол любителями, их реальные и мнимые достоинства просто не оправдывают связанных с этим расходов и проблем. В большинстве случаев характеристик ортофталевой полиэфирной смолы будет совершенно достаточно, а если нужно нечто лучшее, всегда можно обратиться к полиэфирной изофталевой. И если в настоящее время изофталевые смолы стоят на 10% дороже ортофталевых, то винилэфирные стоят практически вдвое дороже. Для большинства любителей один только этот фактор ставит крест на использовании данного вида смол.
САМОЗАТУХАЮЩИЕ СМОЛЫ
При поджигании отвержденной полиэфирной смолы она загорается восхитительным пламенем и горит до тех пор, пока ее не потушат, либо пока не кончится сам горючий материал. Естественно, этот факт может действовать на нервы владельцу такой лодки, но то же самое может произойти в какой-то момент и с любой другой лодкой, независимо от материала ее корпуса. Чтобы сделать полиэфирную смолу менее уязвимой, желательно придать ей "огнеупорность", т.к. другая часть стеклопластика - стекловолокно - не горит.
Хотя ни одна смола не является полностью огнеупорной, существуют смолы самозатузающие. Это означает, что пока существует внешний источник горения, эти смолы меняют цвет, дымят и обугливаются , но как только источник пламени устраняется, они гаснут сами собой.
Самозатухающие смолы готовятся производителем путем введения в смолу различных ингредиентов типа оксида сурьмы, гидрата алюминия или хлорированых парафинов (восков). Это качество смолы может быть также получено путем формирования особой структуры химического строения смолы. Казалось бы, применение самозатухающих смол должно стать рекомендуемой практикой в стеклопластиковом судостроении, особенно когда речь идет о двигательных и топливных отсеках, камбузах, где существует повышенная опасность возникновения пожара. И в самом деле, когда правительство США заказывает стеклопластиковые суда для своих ВМС или Береговой Охраны, оно обычно требует использования именно этого вида смол. В таком случае отчего большинство фирм, серийно выпускающих стеклопластиковые лодки, не применяют эти смолы ?
Первым предположением о причинах такой ситуации скорее всего будет нежелание производителей применять такие смолы из-за их высокой стоимости, что и в самом деле имеет место. Тут можно возразить, что для большинства случаев эта повышенная стоимость вполне может быть оправдана. Скажем, за счет негорючести вплоне можно рассчитывать на снижение суммы страховых взносов. Однако здесь мы сталкиваемся с преодолением ряда проблем иного рода. Например, некоторые из самозатухающих смол обладают высокой вязкостью, что осложняет работу с ними (особенно для любителя). В некоторых случаях введенные в состав вещества не связываются химически со смолой и могут тем самым ухудшать физико-механические свойства смолы, понижать ее стойкость к воздействиям внешней среды или вымываться водой, приводя к потере защитных качеств.
Самозатухающие смолы производят при сжигании густой дым и выделяют газы (как и прочие полиэфирные смолы), что несколько омрачает их огнестойкие качества. Другая проблема - у самозатухающих смол дольше время отверждения и они более чувствительны к процентному соотношению вводимого катализатора. Химики рекомендуют добавлять не менее 1% катализатора (по объему), в противном случае изделие может оказаться излишне гибким. Из-за зависимости времени отверждения от температуры требуется быть очень точным в определении количества катализатора, необходимого для полного отверждения самозатухающей смолы.
Легко заметить, что когда речь идет о стеклопластиковых судах для нужд государства, дороговизна и трудоемкость применения этого вида смол не имеют большого значения, т.к. выставленный счет оплачивают из своего кармана налогоплательщики. Но для среднестатистического любителя, ограниченного в средствах и имеющего и без того кучу проблем при реализации своего первого проекта, использование самозатухающих смол вряд ли себя оправдывает. Вероятно, частично этот вопрос можно разрешить путем использования обычной полиэфирной смолы во всем ламинате, за исключением наружных слоев, где использовать самозатухающую смолу, либо использовать ее только в тех местах, где вероятность возникновения пожара наиболее высокая. Этот вариант может оказаться не вполне успешным и возможно, лучше вместо этого вложить деньги в хорошую противопожарную систему (независимо от размеров лодки).
РАЗБАВЛЕНИЕ СМОЛЫ И ПРИМЕНЕНИЕ КРАСКОПУЛЬТА
Обычно разбавление смолы (как впрочем, и обратный процесс) при формовании стеклопластика не рекомендуется. Совершенно недопустимо разбавлять смолу с целью увеличения ее "объема" в надежде сэкономить денег. Подобные действия наносят серьезный удар по характеристикам смолы и приводят к получению стеклопластика с неопределенными свойствами и долговечностью. В случае самой крайней необходимости, смолу можно разбавить введением до 5% ацетона (по весу) для нанесения краскопультом. Введение в смолу ацетона с какими-либо другими целями категорически запрещается. Но даже при распылении смолы применение ацетона является весьма спорной практикой. Ацетон не принимает участия в ходе отверждения смолы, и более того - за счет своего интенсивного испарения понижает температуру смолы и тем самым увеличивает сроки ее отверждения. При нанесении смолы краскопультом ацетон оказывается закупорен внутри смолы, как в ловушке, и при быстром его испарении вся поверхность смолы оказывается пористой. При дальнейшем отверждении смолы улетучивание ацетона может приводить к образованию трещин, усадке и дефектам поверхности.
Лучшим разбавителем в данной ситуации является жидкий мономер стирол , потому что он изначально содержится в смоле и поэтому совместим с ней. При распылении смолы количество добавляемого стирола зависит от ее вязкости. В некоторых случаях допускается добавлять до 15% стирола по весу , однако обычно пропорции составляют порядка 5%. Низковязкие смолы меньше нуждаются в разбавлении, нежели более вязкие и более тиксотропные. Смола наносится краскопультом обычно на заключительных и отделочных слоях, таким же методом наносится гелькоут при формовании в матрице. Для любителя распыление смолы при обычной укладке ламината имеет мало практического смысла и не рекомендуется. При постройке стеклопластикового корпуса на болване вряд ли вообще существует необходимость в распылении смолы и соответствующем оборудовании. Излагаемая здесь информация предназначена исключительно для тех, кому это интересно и у кого на определенном этапе может возникнуть такая необходимость.
Для работы со смолой вместо обычных краскопультов с сифонной подачей применяются краскопульты с принудительной подачей смолы, это связано с ее повышенной вязкостью. Не забывайте чистить краскопульт ацетоном ДО того как смола встанет, иначе инструмент будет загублен. Одна приготовленная партия смолы наносится краскопультом приблизительно за три минуты, однако катализатор следует вводить в смолу из расчета ее жизнеспособности от 15 до 20 минут. Если при распылении образуются наплывы и подтеки, их следует разровнять при помощи кисти до того как смола желатинизируется.
Приемы, используемые при нанесении смолы краскопультом, схожи с приемами нанесения краски, поэтому, если вам приходилось с этим сталкиваться, никаких проблем при переходе на смолу вы не встретите. Практика тем не менее необходима. Повторные слои отделочной смолы можно наносить, пока смола не встала. Если произошла задержка или смола полимеризовалась, перед нанесением дополнительных слоев поверхность последнего должна быть обработана шкуркой.
При нанесении смолы краскопультом огромное количество ее брызг и паров оказывается в воздухе и представляет серьезную опасность. Работать краскопультом можно только при хорошо работающей вентиляции, в респираторе, избегая применения источников открытого огня, нагрева и курения вблизи рабочей зоны. При использовании стирола в качестве разбавителя следует соблюдать КРАЙНЮЮ осторожность и обязательно использовать защиту органов зрения. Если во время работы со стиролом в непосредственной близости располагаются покрытые гелькоутом матрицы , следите за тем чтобы капли стирола не попали на его поверхность - стирол размягчает гелькоут и оставляет на нем отметины.
ПИГМЕНТИРОВАНИЕ СМОЛЫ
Многие поставщики смолы продают пигменты, которые можно добавлять в смолу с целью придания ей цвета, однако делать это в стеклопластиковом судостроении (по крайней мере при ламинировании) не рекомендуется. Основная причина, почему этого делать не следует, заключается в том, что пигменты снижают прозрачность смолы и затрудняют визуальный контроль качества укладки и обнаружение локальных дефектов, типа обедненных и перенасыщенных участков, воздушных пузырей и т.п. Вторая причина заключается в том, что в применении пигментов нет никакой необходимости и соответственно незачем тратить на это деньги. Введение в смолу пигментов - это лишняя работа и контролировать их пропорции сложно.
Тем не менее, пигментированные смолы находят ограниченное применение в стеклопластиковом судостроении. Стеклопластиковый ламинат в своем естественном состоянии, как правило, полупрозрачен и хорошо пропускает свет. При серийной постройке с использованием матриц гелькоут наносится на их внутреннюю поверхность не только с косметическими целями, но и с целью сделать корпус светонепроницаемым.
Пигментированная смола иногда также применяется и при формовании корпуса на болване. Вместо того чтобы полагаться лишь на наружное лакокрасочное покрытие, некоторые предпочитают добавить пигмент в смолу заключительного слоя или в шпатлевку, чтобы она близко соответствовала цвету нанесенной поверх позже краски. При этом, если основное лакокрасочное покрытие будет поцарапано или ободрано, дефект не будет сильно бросаться в глаза.
Если вы планируете использование пигментов, их следует вводить ДО катализатора. Если при этом используется раствор воска, он добавляется ДО пигмента, чтобы воск было хорошо видно во время перемешивания. Пигменты бывают разные и иногда на их упаковке не содержится никаких указаний по использованию. В большинстве случаев, если отсутствуют конкретные указания, жидкие пигменты смешиваются в соотношении 4 унц. (110 г) пигмента на 1 галлон (3.8 л) смолы. Пастообразные пигменты смашиваются в соответствии с инструкцией. Чтобы добиться хорошей насыщенности цвета, часто во все заключительные слои требуется добавлять больше пигмента, чем кажется необходимым. Излишняя пигментация, однако, замедляет желатинизацию смолы, ее отверждение и приводит к образованию липкой внешней поверхности, поэтому не надо этим злоупотреблять. Не удивляйтесь, если яркий насыщенный пигмент при смешивании со смолой вдруг темнеет и становится мутным, а получившийся цвет не дает ожидаемого блеска - это всего лишь одна из проблем придания смоле окраски и причина того, что они редко применяются при самостоятельной постройке, за исключением гелькоутов.
ГЕЛЬКОУТЫ
Гелькоутами называются пигментированные смолы, обычно эластичного и полуэластичного типа, которые наносятся на внутреннюю поверхность матрицы и являются первым шагом в постройке стеклопластикового корпуса. Гелькоуты могут быть на основе орто-, изофталевой или неопентигликолевой смолы, однако в силу своей прочности и долговечности предпочтение отдается двум последним. Гелькоуты на базе эпоксидных смол в судостроении встречаются редко - полиэфирный стеклопластик, уложенный поверх отвержденного эпоксидного гелькоута, образует с ним непрочные связи. Для корпусов, построенных по подобной технологии, наносимый на поверхность матрицы гелькоут определяет внешность готовой лодки.
Существует огромное многообразие расцветок гелькоутов, но не следует путать их с красками. Гелькоуты предназначены для профессионального применения в условиях промышленного производства с применением матриц. Они совершенно не рассчитаны на начинающих, потому что изначально предполагают аэрозольное нанесение при помощи специального оборудования и методов. Тем не менее, если вы собираетесь строить корпус в матрице, то можете планировать и использование гелькоута. При этом можно либо раздобыть необходимое оборудование для его нанесения и обучиться работе с ним, либо нанести гелькоут при помощи кисти, что не очень рекомендуется делать. В любом случае человеку, решившему встать на этот путь, мы советуем во время работы держать связь с поставщиком гелькоута, который может предоставить необходимую техническую информацию. Эта информация слишком обширна, чтобы быть полностью изложенной в данной книге (хотя в одной из следующих глав предмет будет рассмотрен более подробно). Достаточно будет сказать, что гелькоут - это НЕ КРАСКА и даже если его и наносят краскопультом или кистью, он ведет себя совсем не как краска и требует особых методов; даже при идеальных условиях гелькоут подвержен множеству проблем , которые лучше всего разрешать в контакте с его производителем.
При постройке стеклопластикового корпуса на болване использование гелькоута не приветствуется по многим причинам. Когда лодка строится таким способом, процесс фактически начинается "с изнанки" и наружное покрытие становится одновременно заключительным. Это прямо противоположно постройке в матрице, где наружный слой наносится в матрице в первую очередь.
Большинство смол, на основе которых производятся гелькоуты, плохо отверждается в контакте с воздухом и нуждается в "изоляторе" в виде матрицы. При этом сторона гелькоута, обращенная к поверхности матрицы, имеет возможность отверждения, в то время как обращенная внутрь корпуса сохраняет липкость и способствует повышению межслойной адгезии с последующими слоями стеклопластика. И хотя в подобной ситуации (формование на болване) возможно применение гелькоутов, содержащих воск или покрытие гелькоута поливиниловым спиртом или пленкой (целлофан, майлар), данная практика обычно ограничивается небольшими участками и встречается только при ремонте.
Впридачу к многочисленным гелькоутам для наружного применения существует также множество и других специализированных гелькоутов. Например, существуют гелькоуты для внутреннего применения , их же называют полиэфирными эмалями и иногда "флокоутами". Они используются для покрытия внутренней поверхности стеклопластикового корпуса для придания ему более законченного и привлекательного вида. Данный тип покрытия содержит воск (т.к. в этом случае матрица-изолятор отсутствует) и полимеризуется до твердого состояния. Внутренние гелькоуты часто обладают низким глянцем или его отсутствием и обычно наносятся распылением (хотя большинство может наноситься и валиком, кисть не рекомендуется). При этом может иметь место эффект "шагрени", который маскирует дефекты внутренней поверхности. Вид внутренней поверхности корпуса имеет не такое важное значение как наружной, поэтому внутренние гелькоуты более подходят для непрофессионального применения. Однако в данном случае целью является исключительно косметика и жесткой необходимости в этом нет.
Еще один тип гелькоутов - самозатухающие. Как ранее уже говорилось, данный тип келькоута не даст большого эффекта, если для изготовления основного ламината будет применяться обычная, а не самозатухающая смола. Скорость горения ламината, выполненного на самозатухающих смолах, практически не зависит от того, обычный гелькоут или огнестойкий. Главная причина, почему такие гелькоуты производятся - необходимость соответствия изделий военным и прочим государственным нормам.
Существует также специальный тип гелькоутов, применяемых при изготовлении оснастки типа болванов или матриц. Это особые составы, обладающие необходимыми характеристиками именно для такой сферы применения и в любительской практике с использованием болвана им вряд ли найдется место.
Как видите, выбор гелькоутов широк и многообразен. Если вы считаете, что при постройке может возникнуть необходимость в их применении, рекомендуем обратиться за консультациями к одному из производителей, специализирующихся в этой области.
СХЕМА РАБОТЫ С ПОЛИЭФИРНОЙ СМОЛОЙ
До настоящего момента мы много говорили о смолах, их типах, характеристиках и прочих сопутствующих моментах. Но наверняка найдется много людей, которые никогда в жизни с ними не встречались или по крайней мере не имели возможности с ними поработать. Эта глава предназначена именно для них. Мы опишем , как все должно происходить и чего при этом можно ожидать. Также дадим некоторые советы по решению ряда проблем и безопасной работе с полиэфирной смолой.
Для начала давайте избавимся от всякого рода мрачных предчувствий. Я считаю, что абсолютно любой человек без особых усилий может научиться работе со смолами и быстро приобрести необходимые навыки. В конце концов, одной из главных причин распространения стеклопластика является возможность его производства посредством так называемой "неквалифицированной рабочей силы". Уже один этот факт делает стеклопластик идеальным материалом для новичка. Несмотря на то, что при этом возможны ошибки, при соблюдении аккуратности и организованности 90% из них поправимы или их можно избежать без ущерба качеству окончательного изделия. Работа со стеклопластиком может быть грязной, но она совершенно точно не требует каких-либо особых умений - необходима лишь некоторая предварительная информированность, чему и служит данная книга.
Полиэфирные смолы могут отверждаться путем введения катализатора, который обеспечивает выделение тепла внутри смолы, либо путем применения внешних источников тепловой энергии . Последний метод слишком дорог и труден в реализации для такого большого изделия, как корпус лодки. Поэтому, чтобы отправить нашу первую порцию смолы в свой последний путь, мы воспользуемся МЭК-пероксидом.
В большинстве случаев производитель смолы прилагает к ней небольшой график, по которому можно определить, сколько катализатора необходимо добавить в смолу в зависимости от окружающей температуры. По крайней мере вначале следуйте этим указаниям. По мере того как вы будете набираться опыта в работе со смолой и поймете зависимость отверждения от катализатора и температуры, вы наверняка сможете достаточно точно оценивать необходимое количество катализатора "на глаз".
Поскольку за ограниченное время можно выработать определенное количество смолы, катализатор вводится только в необходимый для выполнения части работы объем смолы. Если вы не можете определить этого количества, начните с литра или менее и в дальнейшем, если чувствуете в себе возможность с этим справиться, понемногу увеличивайте объем. Катализатор является крайне опасным веществом для органов зрения, поэтому при введении катализатора в смолу рекомендуется обязательно использовать средства защиты (хотя на производстве их можно наблюдать нечасто, при том что им об этом прекрасно известно).
Добавьте в смолу катализатор и тщательно размешайте его со смолой. Не стоит перемешивать смолу излишне энергично, т.к. при этом в нее попадает множество воздушных пузырьков, которые затем надо будет как-то изгнать из ламината. Небольшое их количество серьезной проблемы не представляет, поэтому не стоит слишком переживать по этому поводу. Перемешивать смолу следует около двух минут, чтобы гарантировать равномерное распределение катализатора (в противном случае отверждение будет неоднородным).
По истечение некоторого времени после перемешивания катализатора со смолой вам может показаться, как будто абсолютно ничего не происходит. Только не добавляйте при этом еще катализатора и не отвлекайтесь на перекуры и разговоры. Как только катализатор попал в смолу, ничто уже не может остановить ее отверждения.
Немного погодя смола с катализатором начнет менять свой цвет с голубоватого или розоватого (в зависимости от марки смолы оттенок может быть разным) на более мутный и коричневатый. Естественно, к моменту, когда это произойдет, большая часть замешанной смолы должна уже быть на изделии. Если вы еще не успели этого сделать, то емкость со смолой может начать слегка разогреваться. Это говорит о том, что идет экзотермическая реакция и надо поторопиться использовать смолу по назначению. Реакцию можно несколько замедлить, поместив емкость со смолой в ведро с холодной водой или льдом, в холодильник (в котором нет продуктов), либо вылив смолу в плоскую неглубокую посуду. Если ни одна из этих мер не принята, или смола не использована, вы заметите, как она начнет походить на плохо застывший в холодильнике желатиновый десерт.
Время, прошедшее с момента введения катализатора до этого желеобразного состояния, называется временем жизнеспособности смолы или временем, в течение которого смола может быть использована. Время жизнеспособности смолы, как мы уже ранее говорили, зависит от ряда факторов, включающих количество катализатора, окружающую температуру, свежесть смолы и т.п. "Нормальная" (если можно так выразиться) жизнеспособность смолы может составлять 15-60 минут, но чаще рабочий диапазон лежит в промежутке 30-45 минут. На практике возможна ситуация, когда вам хотелось бы, чтобы смола встала за 15 минут и менее, но следует иметь в виду, что при таком ускоренном отверждении смола может получить чрезмерную усадку и разогрев и большинство окажется просто не в состоянии работать со смолой подобными темпами.
Термин "время жизнеспособности" имеет родственное отношение к "времени желатинизации". Разница между ними в том, что время желатинизации соответствует времени в вашем распоряжении, в течение которого можно работать со смолой после ее нанесения на поверхность, т.к. при распределении смолы по большой площади ее температура автоматически падает. Именно поэтому время желатинизации смолы несколько превышает время жизнеспособности. Мораль этого повествования в том, что для минимизации отходов и увеличения времени работы со смолой смола должна быть нанесена на рабочую поверхность как можно скорее.
А теперь представим себе ситуацию, когда смола в емкости начала желатинизацию, а у вас нет возможности всю ее использовать. Как поступить при этом ? Смолу следует выбросить ! Если смола достигла этого состояния, далее ее использовать уже нельзя, но и просто выбрасывать в мусорное ведро ее также не следует. Почему ? Может оказаться так, что выделяющейся при экзотермической реакции теплоты хватит для возникновения пожара. Как уже отмечалось ранее, смола в виде сконцентрированной массы разогревается значительно сильнее чем та же смола, но распределенная по поверхности и если масса этого концентрата достаточно большая, а окружающая температура высока, или катализатора слишком много - тогда есть все шансы для ее возгорания .Поэтому, когда вы выбрасываете рабочую смолу, которую не в состоянии использовать, распределяйте ее по большой площади, чтобы не дать возможности разогреться и делайте это а таком месте, где рядом нет горючих материалов.
На всем протяжении работы со смолой - от добавления катализатора и до превращения смолы в твердое состояние - катализацию, превращение в гель и отверждение можно контролировать по небольшим переменам в цвете смолы. Помните, что смолу не следует отверждать слишком быстро, т.к. это приведет к чрезмерной усадке изделия, деформациям, концентрациям напряжений и усложнит съем с болвана. Но главное - не забывайте обязательно вводить катализатор в каждую очередную порцию смолы.
Если это возможно, работайте при оптимальной температуре. Хотя формовать стеклопластик можно и при температурах ниже +15 С и выше +40 С, диапазон +20-30 градусов является идеальным, при условии что этому не сопутствует прямой солнечный свет или дождь.
Когда смола нанесена на рабочую поверхность, распределена по ней и начинает желатинизацию - не следует далее ее "беспокоить" до самой полимеризации (существуют исключения из правила, о которых мы поговорим в следующих главах). Под временем полимеризации мы понимаем время, необходимое смоле для превращения в достаточно твердое состояние, чтобы с ней можно было проводить дальнейшие работы.
При том, что отверждение смолы в сильной степени зависит от температуры, в среднем оно занимает 1-3 часа. Приемлем и несколько больший период, при условии что не существует риска резкого повышения влажности (ливень, туман и т.п.) в непосредственной близости , что может отрицательно сказаться на свойствах смолы и стеклопластика.
Хотим заметить, что время полимеризации вовсе не означает полного отверждения смолы, этот процесс занимает гораздо дольшее время - возможно, несколько дней. В течение всего этого периода стеклопластиковая конструкция сохраняет некоторую степень гибкости и если проектная форма конечного изделия имеет значение (как в случае корпуса лодки), необходимо принять соответствующие меры для избежания деформации до приобретения им необходимой жесткости. Либо обеспечить эту жесткость установкой соответствующих конструктивных элементов до извлечения из матрицы или снятия с болвана. Стеклопластиковое изделие будет продолжать отверждение и набирать прочность достаточно длительное время после своего изготовления. Указать точные сроки этого процесса невозможно, однако неделя и более представляется обычным делом.
Как определить - а сколько времени займет отверждение смолы в вашем случае ? Есть ли способ оценить, в достаточной ли оно степени и каково его качество ? В условиях производства для этих целей часто используется измеритель твердости поверхности BARCOL, им можно проверять степень полимеризации смолы после укладки каждого из слоев. Если вдруг вы располагаете подобным прибором, примите к сведению, что показание в 40 единиц является стандартным значением. Другой тест, при помощи которого определяют степень отверждения смолы - реакция на ацетон. Этот тест по силам выполнить каждому. На поверхность застывшей смолы выливается небольшое количество ацетона и начинает растираться до полного его испарения. Если поверхность после этого становится мягкой или липкой - отверждение смолы неполное (хотя твердости может быть и достаточно для ведения дальнейших работ). Как правило, состояние отверждения видно без этого и потребность в подобных пробах в любительской практике возникает редко.
ПОЛИЭФИРНАЯ СМОЛА И БЕЗОПАСНОСТЬ
Теперь, когда вам известно, что происходит со смолой при введении в нее катализатора и как с ней работать - давайте поговорим о том, как с ней обращаться в смысле безопасности. Для начала следует знать, что реально и достоверно никому не известно, какие опасности влечет за собой продолжительная работа с пролиэфирной смолой. В основном это объясняется тем, что период ее применения не настолько велик, чтобы в полной мере оценить наносимый здоровью ущерб. Однако мы совершенно точно знаем, что работа с полиэфирной смолой не ведет к продлеванию жизни и что многие из ее компонентов крайне опасны, если обращаться с ними без надлежащего уважения и осторожности.
К примеру, стирол (основной компонент смолы и составляющая раствора воска) раздражает глаза и органы дыхания при концентрации в 400 ppm (частиц на миллион) и более, а концентрация в 10 000 ppm может оказаться смертельной. Однако на практике концентрация паров стирола (запах, который вы ощущаете при вдыхании "аромата" смолы) редко превышает 200 ppm. При более высоких концентрациях пары стирола вызывают анестетический и наркотический эффект (как будто вы слегка пьяны). Если подобная передозировка произойдет, пострадавшего следует вывести из опасной зоны в хорошо проветриваемое место , при необходимости использовать кислородную маску и искусственное дыхание, следить за тем, чтобы ему не было холодно (но и не жарко).
Как уже говорилось, при работе со смолой и в особенности с катализатором, МЭК-пероксидом, крайне важна защита для глаз. Если они попадут в глаза, их следует немедленно промыть большим количеством воды в течение 15 минут и немедленно обратиться за врачебной помощью. Это особенно важно, если имел место контакт с одним катализатором. Это вещество вызывает тяжелые ожоги кожи и может привести к необратимой потере зрения, поэтому следует избегать его попадания в глаза и на слизистые оболочки. При попадании внутрь следует дать пострадавшему большое количество воды или молока, немедленно обратиться за врачебной помощью, сообщив медикам название вещества. Детей и прочих лиц, не знакомых с полиэфирными смолами, нельзя вообще подпускать к ним, в особенности без присмотра.
Если смола попала на одежду (тем более в большом количестве) - одежду, вне всякого сомнения, можно выбросить. Впитавшую смолу одежду надо немедленно снять, а участок на теле, куда она попала, промыть водой с мылом. Выпускается большой ассортимент чистящих средств для работы с полиэфирными смолами, их также можно применять вместо мыла.
При проливании смолы на землю или пол убедитесь в том, что рядом отсутствуют любые источники воспламенения (им может быть даже водонагреватель или иной бытовой прибор). Обеспечьте вентиляцию, помня о том, что пары стирола тяжелее воздуха и оседают вниз. Соберите пролитую смолу в емкость лопаткой или засыпав предварительно каким-либо инертным материалом типа песка или вермикулита. Пропавшая смола выбрасывается в закрытый несгораемый контейнер, а место, где она была разлита, моется раствором фосфата натрия в воде. Смола, катализатор и восковой раствор являются горючими жидкостями и при обращении с ними надо избегать источников нагрева, открытого пламени и курения. Не держите катализатор в местах, где температура может превышать +40 С и не разбавляйте МЭК-пероксид ацетоном. Его также нельзя пересылать авиапочтой, т.к. он классифицируется как "органический пероксид" и запрещен к транспортировке на борту коммерческих авиалиний. МЭК-пероксид окисляет многие металлы, включая сталь, медь и латунь.
Если возгорание все-таки случится, не пытайтесь гасить пламя водой. Тушите его теми же средствами, которые применяются для горящего масла или бензина, т.е. пенными, углекислотными и порошковыми огнетушителями или песком. Учтите, что в условиях закрытых контейнеров и повышенной температуры стирол полимеризуется очень быстро, поэтому во избежание их повреждения держите источники тепла подальше.
Не подвергайте катализаторы воздействию любых видов нагрева или солнечного света. Категорически запрещается разбавлять их ацетоном, т.к. это может привести к взрыву. При нанесении полиэфирной смолы краскопультом он должен быть заземлен, а все его детали со следами износа подлежат замене до начала работы. Все оборудование для распыления смолы должно иметь взрывозащищенное исполнение.
И напоследок - работая с полиэфирными смолами, соблюдайте осторожность и относитесь к ним с уважением, которого они заслуживают. Соблюдая это условие, вы минимизируете число возможных проблем.
|