Ненасыщенные полиэфирные смолы в судостроении

*по всем вопросам касательно сиккативов Вы можете обратиться по телефону (812) 441 21 80. 

** дополнительную информацию по данным продуктам Вы можете найти здесь   

Автор статьи: Громова Дарья Всеволодовна, технический специалист

Современное судостроение шагнуло далеко вперед от привычного представления о классических железных кораблях, на дворе эра новых технологий, с помощью которых стремятся придать высокотехнологичные свойства и как можно облегчить вес конструкций, а  так же упростить технологию изготовления. В наши дни никого не удивишь беспилотными самолетами, что уж говорить о безметалловых кораблях, недоступных для обнаружения радарами. Поэтому вполне естественно, что эти технологии давно вышли за рамки оборонной промышленности и нашли активное применение  в повседневных областях жизни, одним из примеров являются композитные лодки, катера и яхты. Производство стеклопластиковых лодок не является сильно затратным в плане требующейся оснастки, учитывая, что технология изготовления матриц не является крайне сложной,  их стоимость имеет прямую зависимость от  габаритов проектируемого судна, его веса и конфигурации и планируемого количества полученных на данной форме изделий.  Так же на выбор матрицы влияет и тип применяемого технологического процесса,  это может быть, как ручным формованием, так и инжектированием, вакуумным формованием или напылением. Безусловно, влияет и квалификация рабочего персонала, хотя и ввиду относительной простоты процесса, это в итоге не является решающим фактором. Зато используемое сырье и материалы – это тот фактор, который может полностью изменить в ту или иную сторону конечный результат. Поэтому далее мы подробнее рассмотрим именно этот аспект.

 

Для начала стоит сказать, что существует два вида смол, наиболее часто применяемых для постройки стеклопластиковых лодок - это эпоксидные и полиэфирные. Эпоксидные смолы имеют малое распространение в стеклопластиковом судостроении, в первую очередь из-за своей дороговизны, несмотря на то, что  возможно превосходят полиэфирные по физико-механическим показателям, 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 воздействию, но это вовсе не означает что в будущем,  даже при снижении их стоимости, полиэфирные смолы будут вытеснены с этого рынка, по той простой причине, что в большинстве случаев полиэфирные смолы с запасом отвечают поставленным требованиям и оттого необходимость в применении эпоксидных отсутствует. Полимеризация эпоксидных смол происходит при введении отвердителя (доля введения может доходить до соотношения 1:1), учитывая широкий диапазон существующих отвердителей и вариации количества их введения, можно создать великое множество композиций с требуемыми свойствами и с отличнейшим набором физико-механических показателей, но существенным минусом будет являться то, что 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 матрице, 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.

 Абсолютное большинство смол, использующихся в судостроении, составляют так называемые ненасыщенные полиэфирные, независимо от того, кто строит - профессионалы или любители. Именно поэтому данный тип заслуживает наиболее подробного рассмотрения. Широта их применения  в данном случае обуславливается 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.

Непредельненые полиэфирные смолы представляют собой продукты реакции конденсации гликолей (или других соединений с двумя гидроксильными группами) с ненасыщенными двухосновными кислотами или их ангидридами.  Для уменьшения реактивности и увеличения эластичности вводят двухосновные кислоты: фталевую, себациновую,  адипиновую и тд. Ненасыщенные полиэфиры модифицируют небольшим количеством одноосновных кислот или одноатомных высокомолекулярных спиртов, при этом получая меньшую вязкость композиции.  Общей чертой этих смол является способность вступать в реакцию соединения с мономерными ненасыщенными соединениями, которые одновременно являются растворителями для этих смол. Исходя из этого вариантов  композиций  ненасыщенных полиэфирных смол очень много, поэтому подобрать можно под любой тип применения. Зачастую в качестве такого мономера используют стирол, который в присутствии инициатора реакции (используются  различные пероксиды) полимеризуется без выделения побочных продуктов. В процессе получения смола разбавляется стиролом, содержание стирола может варьироваться  в районе 30 – 50 %,  далее вносятся добавки определяемые спецификой сферы применения конкретной смолы.

 Правильный выбор и качество исходной смолы – гарантия получения желаемого результата.  Поэтому стоит выбирать проверенных временем производителей, одним из них является компания «Synthopol Chemie» Германия,  которая начала свою деятельность с 1984г и продолжает активно развиваться в области разработки, совершенствования и  производства различных смол для таких областей промышленности как пластики, лако-красочные материалы и адгезивы. Данная компания производит широчайшую линейку различных полиэфирных смол под маркой «Synthopan», насчитывающая порядка сотни наименований, группы которых специализированы каждая под определенное направление. На отечественном рынке официальным поставщиком продукции компании Syntopol является фирма «Аттика Кемикалс», которая в 2013 году отметит десятилетие своей деятельности в области поставок промышленной химии по всей России. Головной офис  компании находится в Санкт-Петербурге, где создан штат квалифицированных технических специалистов и оборудована лаборатория, для разработки рецептур и контроля качества сырья, что позволяет оказывать техническую поддержку клиентов, как в выборе наиболее оптимального сырья так и в адаптации рецептур целенаправленно под нужды Вашего производства, в том числе при участии специалистов компании-производителя «Synthopol Chemie».

В данном случае нам наиболее интересен набор марок начинающихся с индекса 9 – специализированные для судостроения.  Дальнейший разговор, для наглядности, поведем на примере одной из смол, а именно Synthopan 365-31,  это ортофталевая/неопентилгликолевая тиксотропная предускоренная смола с пониженным содержанием стирола.  Говоря о различии марок смол мы остановились на том, что это различие возникает от введенных добавок и наполнителей. Самыми важными здесь являются  акселератор (или активатор, что одно и то же) и катализатор (так же его называют "отвердителем").  Поскольку  процесс полимеризации в любой смоле, поставляемой с завода-изготовителя уже запущен, то она с течением времени сама перейдет в твердое - полимеризованное состояние (этим, кстати, и вызваны ограниченный срок годности смол и требования к температурному и прочим режимам хранения), но ведь ни у кого нет возможности при изготовлении изделий ждать столько времени пока смола сама отвердится. Тут и приходят на помощь  вышеуказанные два компонента, они 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.

 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. Наличие в составе смолы акселератора и дает ей характеристику – предускоренная, что сделано для удобства использования, учитывая что смешение катализатора и акселератора в чистом виде вызывает взрыв с последующим возгоранием. 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. Ниже приведены характеристики уже упомянутой нами смолы 365-31:

Таблица 1.Свойства отвержденной смолы (основные характеристики):

Свойство

Количество

Единица изм.

Метод

Прочность на изгиб

90-100

Н/мм2

AV-F-M007

Модуль эластичности при изгибе

3600

Н/мм2

AV-F-M007

Удлинение при разломе

2-3

%

AV-F-M007

Прочность при разрыве

55-65

Н/мм2

AV-F-M008

Модуль эластичности

3600

Н/мм2

AV-F-M008

Удлинение при разрыве

1,2-1,5

%

AV-F-M008

Температура тепловой деформации

> 65-75

0С

AV-F-M009

Твердость по Барколу

45-55

-

AV-F-M010

Температура стеклования

90

0С

AV-F-F006

Ударная прочность

6

кДж/м2

-

Твердость, определяемая вдавливанием шарика 10”

230-250

Н/мм2

-

Теплопроводность

0,16

Вт/(м*К)

-

Коэффициент линейного расширения

90

10-6

-

Средняя теплоемкость

1,45

кДж/(кг*К)

-

 При введении катализатора в предускоренную смолу происходит ее отверждение, вызванное тепловой реакцией.  К примеру смола Syntopan 365-31 отверждается добавлением 1% отвердителя ButanoxM50, в результате чего временной диапазон отверждения составляет примерно 40-50 минут при температуре рабочей зоны 23-35 0С. Как известно, 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 (стоит уточнить, что под временем желатинизации подразумевается время, когда можно работать со смолой после её нанесения, оно несколько больше времени жизнеспособности т.к. при распределении смолы по поверхности температура состава автоматически падает) может потребоваться большее его количество. Смола отверждается быстрее, будучи в компактном объеме и медленнее, будучи распределенной по большой поверхности в форме тонкого слоя (можно повысить время жизнеспособности смолы, если воспользоваться неглубокой широкой посудой или кюветами для краски вместо емкостей цилиндрической формы). Другой способ продлить жизнеспособность - во время перерывов в работе убирать смолу с введенным катализатором в холодное место.

Следует заметить, что время полимеризации вовсе не означает полного отверждения смолы, этот процесс занимает гораздо большее 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.

Что касаемо такой характеристики как тиксотропность, то суть заключается в способности смолы густеть в состоянии покоя и вновь обретать свойства жидкости при перемешивании, это сводит к минимуму склонность смолы к образованию подтеков, что крайне важно при нанесении смолы на вертикальные или наклонные поверхности.  Причем не стоит путать это понятие с вязкостью, смолы с одинаковой вязкостью могут иметь разные значения тиксотропности, потому что вязкость - параметр, который формируется в ходе технологического процесса производства смолы, тиксотропность же обеспечивается путем введения впоследствии специальных добавок и наполнителей.

Набор вышеперечисленных свойств обеспечивает универсальность и позволяет обширно применять смолу Synthopan 960-74 с помощью различных методик как ручным формованием, так напылением или намоткой, причем не только для постройки судов различных типов и размеров, но и для производства малых и больших архитектурных форм, а также изделий для активного отдыха (бассейны, аттракционы, спортивные снаряды из стеклопластика), кокпитов и элементов тюнинга для автомобилей, элементов внутренней отделки общественного транспорта. Для судостроения данная смола была одобрена «Det Norske Veritas» (DNV) – независимым классификационным и сертификационным обществом, целью которого является охрана жизни, имущества и окружающей среды, данная организация была создана в Норвегии в 1984 году для проверки и оценки технического состояния норвежских торговых судов.

Так мы с Вами провели краткий обзор схемы и принципа работы с конструкционной ненасыщенной полиэфирной смолой, напоследок  стоит заметить тот факт, что для этих смол воздух является ингибитором, следовательно, при нанесении слоев конструкционных смол, контакт с воздухом ограничивают путем применения какого либо пленочного покрытия, или когда речь идет о верхнем слое то для него применяются специальные отделочные смолы, содержащие в своем составе воск, который при увеличении температуры в результате реакции, выступает на поверхность и изолирует смолу. Таким образом, следует тщательно подбирать сырье конкретно под ваши цели и задачи, с учетом специфики всех стадий Вашего производства, в чем Вам всегда окажет помощь  коллектив компании Аттика, мы всегда открыты к сотрудничеству!