Полимерные уплотнительные материалы в судостроении

Эти материалы применяют в судостроении для тепло-, звуко- и виброизоляции, для герметизации разъемов и соединении деталей и механизмов и многих других целей. Независимо от назначения все уплотнительные материалы должны обладать влаго- и огнестойкостью, устойчивостью к действию биологических факторов и к перепадам температур, отвечать требованиям пожарной безопасности, не выделять при эксплуатации токсичных веществ и иметь хорошие технологические свойства.

Теплоизоляционные материалы на основе синтетических полимеров (табл.2) превосходят по большинству показателей пробковую изоляцию: они имеют меньшие теплопроводность, влагопоглощение и объемную массу, обладают большей огнестойкостью. Помимо своей основной функции, эти материалы обеспечивают звукоизоляцию. Иногда для звукоизоляции применяют также губчатые резины на основе различных каучуков.

Таблица 2: Основные характеристики теплоизоляционных материалов, применяемых в судостроении

* К = qв/qп, где qв и qп -— соответственно количество тепла, выделенное образцом и подведенное к образцу для его сжигания. ** При 120 °С.

Для виброизоляции, особенно необходимой в судах на подводных крыльях и на воздушной подушке, отдельные судовые конструкции покрывают вибропоглощающими пластмассами на основе полибутилметакрилата или поливинилхлорида. Главные и вспомогательные двигатели, приборы и судовую аппаратуру устанавливают на виброизолирующих резиновых амортизаторах.

Герметики на основе синтетических полимеров, способные отверждаться при обычных температуpax с образованием прочных и эластичных соединений, устойчивых к действию агрессивных сред, применяют для уплотнения разъемов и стыков различных судостроительных деталей. Наиболее широко для этих целей используют составы на основе жидких полисульфидных каучуков (тиоколов), а также обладающие повышенной водостойкостью составы на основе композиций тиокола с фенольными смолами (см. также Герметизирующие составы).

В 50-х гг. в судостроительной промышленности многих стран получили распространение одноупаковочные составы на основе полиэфирных смол, отверждающиеся в малых зазорах без доступа воздуха и предназначенные для уплотнения деталей механизмов, приборов и аппаратов, а также для стопорения деталей, имеющих резьбовые соединения. В последнем случае составы используют вместо установки стопоров, шайб, контргаек, шплинтов; их применяют также для склеивания деталей из различных металлов, пластмасс, дерева, стекла, резины.

Для получения разнообразных прокладочных материалов применяют главным образом резины на основе различных синтетических каучуков. Так, уплотнительные прокладки для дверей, иллюминаторов, крышек люков, конусов гребных валов в местах насадки гребных винтов и др. аналогичных деталей изготовляют из кислото- и щелочестойких резин (например, на основехлоропреновых каучуков). Для уплотнительных деталей (манжет, колец, воротников, прокладок) масляных и топливных систем применяют масло- и бензостойкие резины на основе бутадиен-нитрильных каучуков и полисульфидных каучуков, для деталей механизмов, приборов и устройств, эксплуатируемых при низких температуpax (например, на открытых палубах или в рефрижераторных камерах) — морозостойкие резины из бутадиеновых каучуков и бутадиен-стирольных каучуков.

Теплостойкие резины из кремнийорганических каучуков и фторсодержащих каучуков, а также из бутилкаучука используют для изготовления деталей, работающих при повышенных температурах (прокладки теплых ящиков, трубки для подачи горячей воды и газов, уплотнения осветительной и сигнальной аппаратуры, эжекторы, теплообменные аппараты, эластичные муфты и др.).

Технические качества и физико-механические характеристики

Стеклопластики выгодно отличаются от других конструкционных материалов, сочетая высокие прочностные показатели с малым удельным весом, за что их нередко называют «легкими металлами».

Благодаря варьированию пространственной ориентации армирующих стекловолокон и состава связующих смол, удается регулировать в нужном направлении технические характеристики и физико-механические свойства стеклопластиков.

В таблице приведены усредненные прочностные показатели для СПМ на различных связующих смолах.

Для сопоставления физико-механических характеристик стеклопластика с аналогичными показателями других материалов в таблице ниже приведены сравнительные данные для СПМ, ПВХ, стали и алюминия.

Процесс изготовления стеклопластиковых емкостей Армопласт

Клеи в судостроении

Для склеивания деталей из пластмасс, приклеивания различных материалов к металлам и склеивания металлов друг с другом широко используют эпоксидные клеи, а также эпоксиднополиамидные клеи, которые обладают большой жизнеспособностью и отверждаются с помощью нетоксичного низкомолекулярного полиамида; при этом получают эластичные клеевые соединения. Для клеесварных соединений применяют полибутилметакрилатныи клей холодного отверждения, позволяющий производить точечную сварку сразу после нанесения и образующий вибро- и ударопрочный, а также химстойкий эластичный шов.

Для приклеивания теплоизоляционных материалов используют латексные клеи, а также полиамидные клеи (например, дифенилолкапролактамовые), не вызывающие коррозии металлов. Последние наиболее удобны в применении, так как не содержат растворителей и отверждаются в короткие сроки. Нетоксичные и не вызывающие коррозии металлов поливинилацетатные клеи используют вместо декстринового и казеинового для приклеивания отделочных материалов. Для этой же цели пригодны клеи на основе композиции хлорированного полихлоропрена (хлорнаирит) и феноло-формальдегидной смолы. В судостроении широко применяют также клеи на основе мочевино-формальдегидной смолы и модифицированного фенольной смолой поливинилбутираля. В некоторых случаях клеи выполняют одновременно функции герметиков.

Напыление

Процесс является полностью автоматическим, но итоговая прочность не радует качеством. Стекловолокна обрабатываются при помощи автоматического распылителя. В предыдущем случае использовались слои стеклоткани, а здесь смесь из стекловолокон. Этот нюанс и влияет на прочность, поэтому этим методом для изготовления яхт в настоящее время практически не пользуются, хотя он значительно удешевляет итоговую продукцию. Зато там, где прочность не играет значимой роли, например в создании небольших швертботов, этот метод активно применяется.

Материалы для палубных мастичных покрытий

Покрытия из мастичных материалов должны устранять скользкость открытых металлич. палуб в любую погоду, предохранять палубы от коррозии, обладать хорошей адгезией к защищаемой поверхности, атмосферостойкостью (в том числе в тропических условиях), стойкостью к действию морской воды, а также нефтестойкостью. Эти свойства мастик должны сохраняться в интервале температур от — 40 до 80 °С. Мастичные материалы наносят обычно в местах интенсивного хождения; иногда их используют для выравнивания палуб перед наклейкой линолеума. Нанесение мастичных материалов на железобетонные палубы предотвращает образование трещин в железобетоне. В отдельных случаях мастики выполняют роль теплоизоляционных или огнезащитных материалов.

Для покрытий, устраняющих скользкость палуб, применяют мастики на основе эпоксидной смолы, пластифицированной низкомолекулярным бутадиен-нитрильным каучуком, на основе алкидной (глифталевой) грунтовки, пластифицированной хлорированным поливинилхлоридом, а также полимерцементные составы (например, на основе бутадиенстирольного латекса; см. Полимер цемент). Последние могут использованы и для выравнивания палуб. Необходимые свойства мастик достигаются введением в них наполнителей, абразивов и других ингредиентов.

Защитные и декоративные покрытия, отделочные материалы

Особое место в судостроении занимает проблема защиты конструкций (главным образом металлических) от воздействия морской воды, влажного воздуха, насыщенного частицами морской воды, солнечной радиации. Защитные материалы должны выдерживать резкие колебания температуры, связанные с плаванием судов в различных широтах и в разное время года, противостоять действию живых организмов, обитающих в морской воде и в атмосфере, а также агрессивных продуктов, перевозимых на судне.

Для указанных целей в судостроении широко применяют лакокрасочные материалы на основе синтетических продуктов. Используемые в судостроении грунтовки служат не только для получения нижних слоев лакокрасочных покрытий, но и как самостоятельный материал для защиты изделий от внешних воздействий в период межоперационного хранения (например, стальные изделия защищают грунтовками на основе алкидно-стирольного лака или эпоксидных смол).

Нижними слоями покрытий по стали и алюминиево-магниевым сплавам служат фосфатирующие грунтовки на основе поливинилбутираля. На внутренние поверхности цистерн для питьевой воды, резервуаров для винных продуктов, изготовляемых из стали и алюминиевых сплавов, наносят нетоксичные химически и водостойкие грунтовки на основе сополимера винилхлорида с винилиденхлоридом. Из алкидных лаков готовят грунтовки для стальных и деревянных поверхностей, эксплуатируемых в сухих помещениях.

Для окраски наружной обшивки корпусов судов, подводных металлических поверхностей, деревянных изделий, цистерн для хранения воды используют краски на основе лака этиноль. Эти же краски, а также краски на основе эпоксидных смол применяют при получении антикоррозионных и нефтестойких покрытий цистерн для хранения нефтепродуктов и для окраски аккумуляторных помещений, подводной части корпуса, грузовых трюмов и другого.

Особенно жесткие требования предъявляются к покрытиям, защищающим район переменной ватерлинии судна. В наибольшей степени этим требованиям отвечают покрытия на основе поливинилхлорида, сополимера винилхлорида с винилиденхлоридом, алкидных, феноло-формальдегидных и перхлорвиниловых смол.

Для защиты подводной части судов применяют краски, которые образуют водо- и коррозионностойкие покрытия, устойчивые, кроме того, к обрастанию животными и растительными морскими организмами. Антикоррозионные покрытия корпусов судов из алюминиевых сплавов получают с применением эпоксидных красок; стальные корпуса защищают дивинилацетиленовыми красками пли красками на основе сополимера винилхлорида с винилацетатом.

Наибольшее распространение для окрашивания наружных судовых поверхностей (надводного борта, надстроек, рубок и др. открытых конструкций) получили эмали на основе пентафталевого лака, краски на основе поливинилхлорида, смесей перхлорвиниловой и алкидной смол, а также сополимеров винилхлорида с винилацетатом.

Внутренние поверхности судовых помещений окрашивают материалами, которые обеспечивают пожарную безопасность и отвечают требованиям эстетики и гигиены. Этому комплексу требований в наибольшей степени отвечают эмульсионные краски на основе бутадиен-стирольного латекса и пластифицированной поливинилацетатной дисперсии, а также пентафталевые эмали.

Трюмы машинно-котельных отделений, внутренние поверхности балластных и топливных цистерн, грузовые танки нефтеналивных судов окрашивают красками на основе сополимера винилхлорида с винилиденхлоридом, эпоксидной смолы, сополимера частично омыленного винилацетата с винилхлоридом, которые образуют нефтестойкие покрытия. Для окраски внутренних поверхностей цистерн, в которых хранят горячее масло (до 200 °С), используют краски на основе феноло-формальдегидного (бакелитового) лака. Поверхности, которые подвергаются воздействию агрессивных растворов, защищают главным образом красками для химстойких покрытий на основе эпоксидных смол и сополимера винилхлорида с винилиденхлоридом. Последние, обладающие наименьшей токсичностью, используют для защиты цистерн, в которых хранят пресную воду и перевозят химически активные пищевые продукты, например, поваренную соль.

Для внутренней отделки судов все более широко применяют разнообразные пленочные и другие отделочные материалы на синтетической основе, вытесняющие такие дефицитные природные продукты, как древесина, кожа, хлопчатобумажные, шелковые и шерстяные ткани, растительные масла. При этом улучшается качество отделки и сокращается трудоемкость работ.

Для покрытия металлических палуб внутри судовых помещений используют рулонные материалы (линолеум) на основе алкидных (глифталевых) смол, а также поливинилхлоридные на тканевой основе и трудновоспламеняющиеся безосновные (см. Покрытия для полов).

При облицовке щитов из фанеры или негорючего материала на основе минеральных волокон (нептунит, маринит, асбосилит и др.), используемых для отделки кают, изготовления переборок и зашивки подволоков кают, широко применяют декоративный бумажно-слоистый пластик. Из этого же материала получают трехслойные щиты с легким заполнителем, применяемые для изготовления судовой мебели и каютных переборок.

Детали судовых помещений, облицованные бумажнослоистым пластиком, не требуют последующей трудоемкой окраски. Переборки жилых судовых помещений отделывают мягким рулонным отделочным материалом павинол, представляющим собой поливинилхлоридную пленку на тканевой основе. Для сокращения трудоемкости отделочных работ выпускают павинол с заранее нанесенным клеевым слоем. Мягкую судовую мебель отделывают кожей искусственной и эластичным пенополиуретаном. Жесткие пенополиуретан и пенополистирол, а также пенополивинилхлорид используют в качестве легкого заполнителя в трехслойных щитах, применяемых при изготовлении щитовой судовой мебели и конструкций переборок. Из пластмасс на основе полиметилметакрилата, перхлорвиниловой смолы и поливинилхлорида изготовляют детали судовой мебели. Такая мебель проста в изготовлении, дешевле деревянной и щитовой и, кроме того, трудновоспламеняема.

Из поливинилхлорида получают профили, которые используют для декоративной заделки стыков щитовых материалов, изготовления поручней и ступеней трапов, облицовки кромок щитовой мебели, плинтусов и других отделочных деталей. Способность этого полимера хорошо окрашиваться позволяет создавать изделия, гармонирующие но цветовым оттенкам с интерьером.

Виды стекловолокнистых наполнителей

Термин «стеклопластики» образован от англ. «FiberGlass» — дословно «стекловолокно».
Однако обиходная речь трансформировала этот термин в качестве названия стеклонаполненных пластиков, в которых наполнителями служат различные стекловолокнистые материалы.

По аналогии с железобетоном, стекловолокна выполняют функции арматуры, обеспечивающей жесткость структуры и прочность СПМ, а синтетические смолы связывают нити наполнителя в единую матрицу, создавая монолитную структуру.

Сырьем для производства стекловолокон служит стеклянный лом (стеклобой), источниками для которого являются:

• битое оконное стекло и стеклотара;
• забракованные или битые изделия, создаваемые в производственных условиях.

Отходы стекла поддаются 100%-ной вторичной переработке, что доказывает приоритетность переработки стеклобоя для экономии первичного сырья и поддержания экологической чистоты окружающей среды.

Битое стекло не попадает в почву, не загрязняет полигоны.

Одна тонна битого стеклосырья экономит более тонны первичного исходного природного материала, используемого промышленностью в производстве стеклоизделий.

Первичное стекловолокно формуют в виде непрерывной стеклонити, вытягивая из расплавленного вторичного стеклосырья элементарные волокна, называемые филаментами.

После дальнейшей переработки из филаментов образуют полуфабрикаты:

• комплексные нити;
• стеклоровинги – пряди из нескрученных волокон (аналог ровницы).

В таком виде стекловолокно как наполнитель практически не применяют.

Полученные полуфабрикаты подвергают текстильной переработке для создания продукции, которая будет уже непосредственно применяться в качестве наполнителя при формовании стеклопластиковых изделий.

Основными видами стекловолокнистого наполнителя являются:

• крученые изделия – шнуры, жгуты, шпагаты;
• сетки тканые и специальной структуры;
• ткани – ленты, маты, холсты.

Полимерные материалы в судовом машиностроении

Полимерные материалы нашли применение и при изготовлении ответственных судостроительных деталей, эксплуатируемых в условиях воздействия агрессивных сред, больших колебаний температур, тропической влажности и др. Например, взамен дорогостоящего тропического дерева бакаута, служившего единственным материалом для изготовления вкладышей дейдвудных подшипников, с успехом применяют резину, текстолит, капролон и другие полимерные материалы. Наиболее полно требованиям судостроения отвечает капролон, из которого изготовляют разнообразные машиностроительные детали — дейдвудные втулки, вкладыши подшипников рулевых устройств и насосов, детали опорных подшипников валопроводов и сальниковых уплотнений, шестерни, обтекатели и др.

С применением стеклотекстолитов на основе эпоксидных и феноло-формальдегидных смол, обладающих высокой прочностью и коррозионной стойкостью, изготовляют гребные винты диаметром до 3 м (как цельные, так и со съемными лопастями из этого прессматериала), которые легче и дешевле латунных, а также менее трудоемки в изготовлении. Из стекловолокнитов на основе феноло-формальдегидных смол, модифицированных др. полимерами, методами прямого или литьевого прессования изготовляют маховики арматуры, (включая паровую), блоки и коуши для пеньковых канатов, ненагруженные шестерни ручных приводов, переборочные стаканы, детали иллюминаторов, изолирующие звенья такелажа и многие другие судостроительные детали.

Чтобы получить дополнительную информацию и (или) узнать последние новости по данной теме посетите тематическую закладку: Полимеры в судостроении. Кроме того вы можете воспользоваться и другими тематическими метками (см. ниже).

Стеклопластиковые профили

Профильные стеклопластиковые изделия представляют собой стержневые детали заданного профиля, изготовленные методом непрерывной протяжки ровинга, пропитанного эпоксидными или полиэфирными связующими смолами.

Профили из стеклопластика удобно использовать как конструктивные элементы взамен листовых заготовок для изготовления каких-либо деталей.

Это существенно снижает затраты на механическую обработку материала.

Промышленностью выпускаются следующие разновидности стеклопластиковых профилей:

• прутки и стержни простых типовых сечений – круг, квадрат и прямоугольник, трапеция;
• типовые профили — швеллеры, тавры и двутавры, уголки, Z и С – профили;
• сложные профили для изготовления рам и дверей.

Стоимость профилей зависит от сложности формы и предназначения профиля. Наиболее простые прутки могут оцениваться в пределах 6,5 руб/пог.м, а стеклопластиковые профили для окон будут продавать не дешевле 60-120 руб/пог.м.