Малотоннажные суда из стеклопластика

Отрицательное отношение к стеклопластиковому судну, в особенности любителей различных усовершенствований или просто заботливых владельцев, нередко бывает вызвано опасением, что к такому судну трудно что-либо прикрепить. Однако в случае применения надлежащей технологии крепление оснастки и арматуры к корпусу, изготовленному методом формования, осуществляется достаточно просто и надежно.

Способы крепления

Основные способы крепления таковы:

• приформовка накладными валиками, «мокрыми» угольниками из предварительно пропитанной ткани или стекломата, накладными стыковыми полосами;
• присоединение к брускам, планкам или плитам, расположенным снаружи или заформованным;
• крепление сквозными болтами или заклепками; самонарезающими винтами; с использованием резьбовых и самостопорящихся впрессовываемых вкладышей;
• установка на клею.

Каждое соединение формованных элементов между собой, формованной поверхности с деревом или металлом, а также установка арматуры осуществляются с применением одного или нескольких из этих способов.

Самое непосредственное отношение к рассмотрению крепления оснастки и арматуры к корпусу имеет (см. Места концентрации напряженийУвеличение жесткости судовых конструкций), поскольку чрезмерная концентрация напряжений возникает именно в местах соединений или креплений.

Подготовка соединяемых поверхностей

Подготовка поверхностей к соединению является очень важной технологической операцией, и если она не выполняется в полном объеме, то отрицательные последствия неизбежны.

При соединении болтами или винтами специальной подготовки, кроме подгонки одних деталей к другим, не требуется. Однако в результате тщательной абразивной обработки можно удалить выступы сопрягаемых поверхностей и добиться их лучшего прилегания.

Прежде чем начать крепление к корпусу каких-либо дополнительных деталей, необходимо обеспечить чистоту поверхности и хорошее сцепление в месте их приформовки. С этой целью поверхность корпуса подвергают абразивной обработке с солидным «запасом» по величине обработанной площади (удаляют блестящий гладкий поверхностный слой, сошлифовывают выступы и снимают слой краски или грязи).

Если поверхность окрашена, покрыта грязью или замаслена, сцепление может оказаться ненадежным или вовсе не будет достигнуто. Следовательно, чем чище поверхность отформованной конструкции и чем тщательнее выполнена ее абразивная обработка, тем надежнее сцепление.

Подготовка поверхностей для соединения на клею во многом аналогична подготовке поверхности для приформовки и в равной степени необходима. Особое внимание следует обращать на тщательность очистки и обезжиривания днищевой части. Если судно не новое, то на его днище могут скопиться масло и грязь, которые помешают при соединении на клею добиться хорошего сцепления.

Даже на новом судне днище бывает покрыто следами от грязной обуви, пылью и мусором.

Для размягчения поверхности и ее обезжиривания, а также для улучшения химической связи можно использовать ацетон. Он высушивает поверхность, поэтому его применение наиболее целесообразно в сырую и холодную погоду, когда интенсивно конденсируется влага. Однако ацетон растворяет смолу, и им следует пользоваться с осторожностью. Его нужно брать в небольшом количестве и примерно через 15 мин полностью удалять с поверхности стеклопластика. Если поверхность чистая, ацетон лучше не употреблять, но если она загрязнена, то его применение при соблюдении надлежащих мер предосторожности оказывается вполне оправданным.

В ограниченных пространствах воздействие паров ацетона вызывает неприятные ощущения, кроме того, пары легко воспламеняются, и поэтому с ацетоном нужно обращаться так же осторожно, как с бензином или природным газом.

Сцепление всегда бывает прочнее на более шероховатой внутренней поверхности стеклопластиковой конструкции, чем на гладкой лицевой, соприкасающейся при формовании с поверхностью формы. Кроме того, на лицевой поверхности могут находиться остатки разделительных веществ или полировочного состава, неполностью удаленные после профилактических работ, из-за которых также снижается прочность соединения.

Если возможность надежного сцепления вызывает сомнения, а присоединяемый элемент арматуры имеет важное значение и относится к высоконагруженным, то необходимо использовать соединительные детали.

Явление расслоения и конструирование соединений

Все конструкции, отформованные из армированных пластических материалов, являются слоистыми. Они состоят из отдельных слоев высокопрочного стекловолокна, соединяемых между собой при помощи смолы, обладающей гораздо меньшей прочностью.

Очень важно крепить арматуруРемонт трубопроводов и арматуры и соединительные детали таким образом, чтобы избежать «растаскивания» слоев материала и, следовательно, его расслоения. Расслоение может произойти, если растягивающее усилие будет приложено к соединительной детали или элементу арматуры, закрепленному только благодаря адгезионной связи (рис. 1).

Следовательно, все детали, подверженные растягивающим усилиям, должны иметь сквозное крепление для того, чтобы нагрузка воспринималась слоистым материалом как единым целым, а на связующие участки между отдельными слоями не воздействовали никакие нагрузки. Сказанное относится и к любой соединительной или крепежной детали, которая обычно воспринимает сжимающие усилия, а растяжению может быть подвергнута только случайно. Так, нельзя допустить, чтобы крепительная утка была вырвана вместе с частью конструкции в критической ситуации, если от неожиданности или по элементарному неведению потянуть снасти в неверном направлении.

Все соединения должны быть спроектированы так, чтобы независимо от того, правильно или неправильно прикладываются к ним нагрузки, являются ли они расчетными или нерасчетными, всегда разрушалась арматура или ее крепление, а не судно. Это очевидная истина, но, к сожалению, о ней следует специально упомянуть, ибо слишком многие суда пришлось латать (и не только отформованные из стеклопластика), в то время как нужно было всего лишь установить на них новую крепительную утку.

Прочность соединения двух отформованных конструкций или отформованной конструкции и детали из дерева должна быть не ниже прочности любого из соединяемых элементов. При этом соединения на основе адгезионного сцепления должны работать только на срез или на сжатие и не должны работать на растяжение, которое вызывает расслоение. Если есть опасность, что соединение подвергается растягивающим нагрузкам, необходимо наряду с обычной приформовкой применять сквозное крепление. Часть соединения при изгибе может оказаться под действием растягивающих нагрузок; кроме того, необходимо учитывать действие сил на другие элементы конструкции, а также неблагоприятное воздействие нагрузок при превышении их допускаемого уровня.

Прочность отформованной конструкции зависит от структуры стекловолокна, поэтому в каждом соединении волокна должны быть по возможности непрерывными. Сращивать стекловолокна практически нельзя, следовательно, наилучшим будет соединение внахлестку с наложением одних волокон на другие на достаточно большом участке. Стыковое соединение не обеспечивает непрерывности стекловолокна и поэтому непригодно. Если необходимо получить соединение с гладкой поверхностью, целесообразно использовать стыковое соединение с накладкой или два соединения внахлестку.

Соединение двух элементов

Способы соединения отформованных конструкций по существу одинаковы (как для жестких и отвержденных заготовок, так и в случае приформовки мокрой детали к полученной ранее жесткой конструкции).

Приформовка внахлестку мокрой детали поверх уже отвержденной обычно обеспечивает достаточно прочное соединение благодаря высокой степени химической связи и плотному контакту сопрягаемых деталей. Но две отвержденные детали лучше скреплять механическим способом. Довольно часто рекомендуется соединять две отвержденные отформованные конструкции с помощью проложенного между ними слоя мокрого стекломатериала и смолы. Однако такое соединение не будет абсолютно надежным, поскольку обычно применяемые при формовании полиэфирные смолы не обеспечивают достаточно прочного адгезионного сцепления конструкций и при этом нарушается непрерывность стекловолокна. Подобное соединение можно использовать лишь в сочетании с механическим.

Для достижения равномерной прочности конструкции все соединения должны выполняться внахлестку. Стыковые соединения, за исключением соединений с накладками, использовать не следует. Примеры рекомендуемых соединений показаны на рис. 2 и 3. Одинарные соединения внахлестку (рис. 2) могут быть как «мокрыми», так и «сухими».

Для двойных соединений внахлестку (рис. 3) и в случае приформовки угольников более пригодны мокрые элементы, поскольку мокрому стеклопластику легко придать нужную форму и обеспечить надежный контакт сопрягаемых деталей; при этом, если позволяет конфигурация, можно также использовать на стыках накладки из другого листового или профильного материала.

Кромки детали для соединения внахлестку должны быть скошены; соединение со «ступенькой» весьма нежелательно. Если одна из соединяемых деталей значительно толще другой (рис. 4), соединение должно быть сглажено, так как внезапное изменение толщины приводит к концентрации напряжений.

Чтобы избежать резкого изменения толщины, нередко увеличивают толщину более тонкой детали в зоне соединения или подкладывают под нее полоску фанеры. Соединение в косой стык достаточно прочно лишь при тщательной его проклейке или сквозном механическом креплении.

Если сухое соединение имеет большую протяженность и по всей его длине должно быть обеспечено плотное прилегание сопрягаемых деталей (обычное требование для формованных судовых конструкцийРемонт корпусных конструкций и судовых устройств), необходимо очень точно выполнять раскрой. В тех случаях, когда гладкая поверхность нужна на большой длине, проще использовать стыковое соединение с V-образной разделкой кромок и накладкой или соединение внахлестку с углублением. Такие соединения и более надежны (если соединение легче выполнить, то меньше вероятность, что оно будет с дефектом).

Иногда к размерам и внешнему виду внутренней стороны отформованной конструкции предъявляются настолько жесткие требования, что при небольшом выступе или плавно сглаженном соединении внахлестку конструкция считается неприемлемой. Обычно эти требования касаются лишь небольшого участка соединения. В таких местах делается прямой или скошенный стыковой шов, который будет подкрепляться прилегающими к нему соседними участками соединения внахлестку. Прочность соединения повышается, если оно пересекается каким-либо конструктивным элементом, например, шпангоутом или переборкой.

Если в процессе соединения один из элементов накладывается в неотвержденном состоянии, то обеспечивается надежное сцепление, полное прилегание сопрягаемых поверхностей и никакого специального уплотнения не требуется. Но в месте соединения двух отвержденных отформованных деталей или отформованной и деревянной детали необходимо надежное уплотнение. В таких случаях следует использовать высококачественные эластомерные уплотнители, такие как прокладки на основе полисульфида (тиокол), силикона, полибутадиена или неопрена. Более дешевыми уплотнителями могут служить не теряющие эластичности компаунды, употребляемые при заформовке.

Стеклопластик является упругим материалом, поэтому применяемые уплотнительные материалы также должны быть упругими и не терять прочность с течением времени. Вместе с тем соединение, на которое с внутренней стороны наформован для усиления подкрепляющий элемент, следует считать неподвижным; для его уплотнения можно использовать менее эластичные материалы, например, шпаклевку на основе синтетической смолы.

Неотвержденные полиэфирные связующие соединяются с отвержденными полиэфирными материалами вследствие их химического сродства. Но чем больше времени прошло с момента отверждения стеклопластика, тем слабее химическая связь и тем вероятнее, что поверхность стеклопластика будет загрязнена. Поэтому поверхности любых соединяемых конструкций, кроме только что изготовленных и не бывших в эксплуатации, необходимо тщательно обезжиривать и зачищать шлифовальной шкуркой. На шероховатой поверхности сцепление всегда прочнее, чем на поверхности с наружным декоративным слоем. Вместо полиэфирной можно использовать эпоксидную смолу, применение которой дает возможность получить более прочные соединения и в то же время сохранить слоистую структуру материала.

Зазор между соединяемыми элементами часто бывает достаточно большим, потому что невозможно обеспечить точную подгонку по всей длине соединения таких крупных конструкций, как, например, корпуса и отформованного планширя или палубы. При отверждении неизбежно происходит неравномерное сжатие. Погрешности пригонки нередко удается исправить при помощи механических креплений. Этому способствует естественная гибкость отформованных заготовок, позволяющая подтягивать одну заготовку к другой. Попытка использовать в таких случаях слои пропитанного связующим компонентом стекломата приводит к еще большему разъединению полуэластичных отформованных элементов. Однако стягивание краев соединяемых частей с помощью механических креплений допустимо лишь в ограниченных пределах, поскольку эти части должны оставаться ненагруженными.

Способы соединений отформованных конструкций с деревянными или металлическими деталями в общем такие же, как и двух отформованных заготовок. Следует избегать стыковых соединений ш стараться применять какую-либо разновидность соединения внахлестку. При выполнении мокрого соединения на деталь необходимо сначала нанести грунт, наиболее подходящий для того материала, из которого она сделана. Площадь контакта сопрягаемых деталей в таком соединении должна быть достаточно большой, а сопряжение следует осуществлять взамок. При этом формованная конструкция охватывает значительную часть детали из другого материала и соединение получается намного прочнее, чем в случае контакта деталей по плоскости. Зачастую удается спроектировать соединение таким образом, что деталь оказывается заделанной внутрь формованной конструкции.

Если нет подходящих грунтов для дерева или металла, то сцепление вряд ли будет надежным. В таких случаях вместо приформовки следует использовать механическое крепление или склеивание. Склеивание и обычные способы крепления, как правило, дают удовлетворительные результаты при условии грамотного исполнения. Поскольку они хорошо знакомы, надежность соединения будет большей даже при недостатке опыта, что также немаловажно.

Недопустимость подгонки с приложением значительных усилий

При соединении двух отвержденных жестких отформованных заготовок, как и отвержденной заготовки и деревянной детали, не допускается подгонка с приложением значительных усилий.

В случае подгонки отформованной заготовки с усилием напряжения появятся не только в соединении, но и в значительной части заготовки, вследствие чего она будет более склонна к разрушению. Это обстоятельство может свести на нет расчеты прочности или, во всяком случае, снизить ее запас. Аналогично нельзя устанавливать с усилием какие-либо элементы внутрь корпуса.

В частности, при установке с усилием жестких несжимаемых элементов конструкции, таких, как переборки, уже могут возникнуть значительные напряжения и появиться точки резкой концентрации напряжений.

Нередко для заполнения небольших зазоров между сопрягаемыми деталями используют шпаклевку в виде смеси смолы со стекловолокном. В процессе соединения деревянной детали с формованной конструкцией деталь подгоняют под контур конструкции (снимают излишки материала с поверхности детали или наносят на нее слой шпаклевки). При проектировании получаемых формованием двух конструкций необходимо иметь в виду, что они должны точно подходить одна к другой. Однако если в процессе отверждения эти конструкции не закрепить как следует, то заданные на их изготовление жесткие допуски не удастся выдержать и конструкции могут деформироваться. В том случае, когда две отформованные заготовки совсем не стыкуются, правильнее одну из них заменить, а не пытаться подогнать к другой. Если допуски имеют решающее значение, заготовки должны отверждаться в приспособлениях, фиксирующих их положение.

Предлагается к прочтению: Покрытия для грузовозов и балкеров

Во всех случаях предпочтительнее соединять две заготовки сразу же по окончании формования, пока они еще не заполимеризовались и достаточно гибки. Форму находящихся в таком состоянии заготовок легко изменить без приложения значительных усилий.

Кроме того, если отверждаются правильно соединенные заготовки, то любая остаточная деформация лишь способствует улучшению их прилегания и получению заданной формы конструкции.

Быстротвердеющие смолы отверждаются в форме; им не присуща так называемая сырая стадия. Поэтому, если точная подгонка двух заготовок невозможна, целесообразно одну из них формовать с использованием обычных, медленно отверждающихся смол. Через непродолжительное время после формования обе заготовки соединяют. Недостаточно точная подгонка их компенсируется более высокой эластичностью одной из заготовок.

Трудно получить грубую внутреннюю поверхность отформованной заготовки с обеспечением жестких допусков. Если нет полного контакта формуемой заготовки с формой, обеспечивающей соблюдение ее конфигурации и размеров, то неизбежна некоторая неровность внутренней поверхности заготовки. В этих случаях точная подгонка невозможна и между заготовками приходится оставлять достаточно большие зазоры. Колебания толщины стенки могут достигать 10% для толстостенных и 50% для тонкостенных или грубо отформованных конструкций.

Для точного соединения по внутренней поверхности отформованной заготовки следует путем механической обработки удалить выступы, а возможно, и значительную часть самой заготовки. Этого удается избежать, если заготовки подгонять на той стадии, когда одна из них еще мокрая. Другой возможный вариант подгонки — оставить между заготовками зазор и затем заполнить его уплотнительным материалом.

Изгибы

Изгибы и угловые сопряжения могут быть весьма различными по толщине. Когда внутренний изгиб формуется, то теоретически расположенные последовательно слои должны оставаться взаимно параллельными; каждый из них изгибается по одному и тому же радиусу, центры изгиба при этом должны располагаться в разных точках. При гибке же металлического листа он плавно изгибается относительно нейтральной оси, причем каждая его часть изгибается по своему радиусу вокруг общего центра.

В действительности картина изгиба формуемой конструкции отличается от теоретической. Отдельные слои такой конструкции заполняют пустоты, образующиеся в месте изгиба, и толщина материала здесь возрастает. Последние слои формуемой детали изгибаются по значительно большему радиусу, чем первый слой. Кроме того, смола часто стекает вниз и скапливается в месте изгиба, вследствие чего толщина изогнутого участка становится больше общей толщины формуемой конструкции.

Обратное явление наблюдается, когда формование ведется по наружной поверхности изгиба или углового перехода. При изгибе под острым углом существует опасность сильного растяжения и даже надрыва стекломата, поэтому толщина участка изгиба бывает меньше толщины остальной части детали. Кроме того, смола обычно оттекает от изогнутых участков, что также способствует уменьшению их толщины и прочности, и вероятность появления надрывов увеличивается. Последующие слои, скорее всего, тоже будут иметь ослабленные участки, при этом все они расположатся по одной линии, так что вдоль изогнутого участка окажется зона пониженной прочности. Чтобы избежать ослабления слоев, необходимо вдоль наружного изгиба приформовать дополнительные полосы стекломатериала. Узкие полосы в месте изгиба не лопнут, а часть широкого полотнища в этом случае лопнула бы.

Соединение с деревянными деталями

К соединениям с деревянными деталями следует относиться особенно внимательно. Отставание приформованных угольников, которыми крепят основные элементы конструкцииЭлементы конструкции корпуса судна, такие как переборки и шпангоуты,— широко распространенный дефект. Известно, что при использовании полиэфирных смол в соединениях с деревом хорошая адгезия не обеспечивается. Однако применяя эти смолы, можно получить прочные соединения, если площадь контакта соединяемых поверхностей будет достаточной, а смола хорошо пропитает неокрашенное, сухое и чистое дерево надлежащего сорта, предварительно обработанное грубой шлифовальной шкуркой. Обычные смолы, используемые в производстве слоистых пластиков, являются тиксотропными и слишком густыми, чтобы пропитать дерево. Поэтому необходимо предварительно нанести на поверхность дерева менее вязкую смолу, которая легче впитывается в дерево и сцепляется с ним. Затем наносят более густые смолы, которые за счет химических реакций соединяются с предварительно нанесенной смолой.

• Если нет жидких грунтовочных смол, их можно приготовить, добавив в обычную чистую полиэфирную смолу, предпочтительно нетиксотропную, 10% стирола, который является наилучшим растворителем.
• Если стирола нет под рукой, берут ацетон; поскольку ацетон, в отличие от стирола, не участвует в химической реакции, его содержание нужно уменьшить до 5%.

Полиэфирная смола быстро разжижается при нагревании, поэтому нагретую смолу допускается использовать в качестве грунтовки. Помните, что холодные смолы становятся густыми и плохая адгезионная связь в значительной степени объясняется применением холодных загустевших смол. Не перегревайте смолу — температура ее воспламенения низка, всего +24 °С, и она может загореться. Степень нагрева можно регулировать, например, погружая банку со смолой в горячую воду, температура которой поддерживается не выше, чем в умеренно теплой ванне. Нагретая смола будет впитываться гораздо быстрее. Содержание катализатора следует уменьшить до половины или даже до четверти обычного количества, иначе процесс может стать неуправляемым.

Перед введением катализатора в смолу его необходимо нагреть. В качестве грунтовки иногда используют ускоритель па основе нафтената кобальта, но ввиду его взрывоопасности непрофессионалам применять данный ускоритель не рекомендуется (см. также приложение IV.5). Консервирующими составами для дерева следует пользоваться с большой осторожностью. Многие из них отрицательно влияют на полиэфирную смолу, особенно на поверхность, по которой происходит сцепление. Это влияние крайне опасно, потому что в течение некоторого времени оно не проявляется до тех пор, пока под действием сырой, способствующей развитию гниения атмосферы не начнут действовать активные компоненты консервирующего вещества.

Лучше избегать применения консервирующих веществ, но если они необходимы или дерево уже обработано ими, на прочную связь надеяться не следует. В таких случаях целесообразнее использовать «сухие» соединения или подкреплять мокрую поверхность, наформованную с перекрытием, винтами после ее отверждения. Следует иметь в виду, что сами полиэфирные смолы обладают в какой-то степени консервирующими свойствами.

В некоторых случаях при формовании на дереве рекомендуется применять эпоксидные смолы, обладающие более высокими адгезионными свойствами. Эти смолы сначала используются как жидкая грунтовка при пропитке дерева. Самым распространенным растворителем для эпоксидных смол служит ацетон, но его следует употреблять в умеренных дозах (не более 5%). Излишнее количество ацетона, оставаясь в смоле, может уменьшить ее прилипаемость. Эпоксидные смолы разжижаются и при нагревании, но поскольку никаких изменений в соотношении между количеством смолы и отвердителя не допускается, управлять временем отверждения невозможно. Существуют реактивные растворители, пригодные для этих смол.

Безусловно, при правильном употреблении эпоксидных смол обеспечивается лучшая адгезия, но ввиду высокой стоимости и сложной технологии использования применение этих смол для соединения деревянных деталей в случае достаточно большой площади контакта и умеренной нагрузки себя не оправдывает.

Древесина различных сортов впитывает неодинаковое количество смолы. Наименее прочным будет соединение формованных конструкций с древесиной твердых пород, плохо впитывающих смолу, или с маслянистой, например, тиком. Для удаления масла с поверхности такой древесины ее обезжиривают растворителями, например, ацетоном. Если все же нет уверенности в надежности соединения, его дополняют обычным креплением, с помощью которого удается увеличить силу трения и сильнее прижать одну деталь к другой.

Соединение с металлическими деталями

Время полимеризации полиэфирных смол может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от того, с какими металлами они находятся в контакте. Из широко используемых в судостроении металлов необходимо упомянуть медь, которая способствует увеличению времени полимеризации. Однако это увеличение можно не учитывать, если площадь контакта мала или не имеет конструктивного значения, как, например, в случае использования надежно охватываемой закладной детали либо редко расположенных латунных крепежных деталей. Крупные или ответственные детали не следует изготавливать из меди или материалов, содержащих медь, в противном случае их необходимо облицовывать другим материалом.

Охватываемую закладную деталь из меди или латуни можно сначала покрыть слоем полиэфирной смолы, после чего дать ей заполимеризоваться, чтобы смола образовала барьер, позволяющий уменьшить влияние металлической детали на окружающую ее мокрую смолу конструкции. Эпоксидная смола (в отличие от полиэфирной) не вступает в реакцию с медью, поэтому особо ответственные детали из материала, содержащего медь, например, латунные или бронзовые, рекомендуется грунтовать именно эпоксидной смолой. Затем на отвердевшую грунтовку наносят полиэфирную смолу. Защитная оболочка из эпоксидной смолы требуется при выполнении наиболее ответственных деталей. Она должна быть полностью отвержденной.

Считается, что отверждение таких покрытий необходимо производить в термокамере, в действительности это не так уж обязательно и, кроме того, при отверждении в термокамере нередко бывает трудно обеспечить надлежащий контроль температуры.

Для получения надежного сцепления стеклопластика со сталью и алюминием эти металлы предварительно покрывают травящей грунтовкой на основе фосфорной кислоты. Такие грунтовки выпускают фирмы «Крода» и «Пайрини». Через короткий промежуток времени эти грунтовки нужно смыть, иначе их воздействие на металл будет продолжаться даже под слоем смолы. Лучше всего использовать травящую грунтовку, которая сообщает материалу и антикоррозионные свойства.

Поверхность металла должна быть тщательно обезжирена высокоэффективным обезжиривающим растворителем, например четыреххлористым углеродом. Необходимо помнить, что если после обезжиривания с материалом обращаться неаккуратно, оставлять отпечатки пальцев и т. п., то весь результат обезжиривания сведется на нет.

Обычно в случае правильной обработки стали и алюминия соединения с ними получаются более прочными, чем соединения с медью, латунью и бронзой. При шероховатых поверхностях, таких, которые характерны для покрытой ржавчиной или оцинкованной стали, они оказываются более надежными, чем при гладких, полированных поверхностях (нержавеющая сталь или металл с блестящим покрытием).

Соединение с деталями из других материалов

Пористые материалы (мягкий и твердый картон, гипс, цемент, холст) можно обрабатывать так же, как и дерево, тонким слоем грунтовочной смолы.

Резину необходимо протереть разбавленной серной кислотой, например, электролитом кислотной аккумуляторной батареи. Такая обработка вызывает появление на поверхности резины микроскопических волосяных трещин, которые обеспечивают более надежное сцепление.

В связи с тем, что многие высококачественные листовые пластмассы имеют «восковую» поверхность, сцепление с ними полиэфирной и эпоксидной смол оказывается непрочным. Однако при использовании специально разработанных полиэфирных смол можно получить прочное соединение их с поливинилхлоридом некоторых сортов, но эти смолы следует применять только после предварительного опробования.

Вспененный полистирол (пенополистирол) очень быстро подвергается разрушительному воздействию полиэфирных смол. Иногда его защищают с помощью эпоксидного герметика или более дешевого битума и битумно-эпоксидных покрытий. Целесообразно также упаковать пенополистирол в полиэтиленовый мешок.

Вспененный поливинилхлорид при контакте со смолой подвержен размягчению, но если она схватывается быстро, дефектов почти не возникает. Чем более эластичен вспененный материал, тем менее стоек он к размягчению.

Обыкновенное листовое стекло нелегко соединить с формованной конструкцией (волокна стекла подвергаются на заводе специальной обработке), поэтому оно является идеальным материалом для плоских форм.

Для соединения с деталями из туфнола Пропитанная синтетической смолой бумага.x и аналогичных материалов поверхности деталей из стеклопластика необходимо придать шероховатость. Если поверхность деталиВосстановление и упрочнение деталей механизмов получена в результате механической обработки или распиливания без последующей отделки, то соединение будет достаточно надежным.

«Сухие» соединения

Понятие «сухое» соединение означает соединение двух элементов, которое выполняется без применения пропитанного смолой стекломатериала или жидкой смолы, например, соединение двух отвержденных стеклопластиковых заготовок с помощью клея или болтов, крепление деревянной детали к отформованной заготовке винтами. Такие соединения применяют работники верфи при оснащении стеклопластиковых судов и любители в тех случаях, когда, не имея под рукой стекломатериала и смолы, они должны закрепить на судне какую-либо деталь или произвести аварийный ремонт в море.

На рис. 5 показаны некоторые наиболее характерные способы, в равной степени пригодные как для присоединения к отформованным конструкциям деревянных и металлических деталей, так и для соединения двух отформованных заготовок между собой. Хорошее качество работы в этом случае так же важно, как и при соединении двух деревянных деталей в процессе обычных работ.

Прошли те времена, когда стеклопластиковое судно таких размеров, как прогулочное, можно было оснащать, применяя исключительно сухие соединения. Несмотря на то, что все работы по изготовлению конструкций выполняются на предприятии, где формуется корпус, тому, кто оснащает прогулочное судно, необходимо иметь достаточные знания о простейших процессах формования, чтобы суметь изготовить хотя бы широко используемый стеклопластиковый угольник.

Недопустимость установки арматуры на неподкрепленную конструкцию

К отформованной конструкции, если она не обладает в месте крепления достаточной прочностью, нельзя крепить детали, воспринимающие сосредоточенные нагрузки. Это очевидно, и все же большое количество элементов арматуры было вырвано из отформованных судовых конструкций, не имеющих утолщений и подкреплений, а также из конструкций, изготовленных из легкой судостроительной фанеры и даже из добротной деревянной обшивки.

А ведь так просто увеличить толщину формованной конструкции и укрепить ее в том месте, где необходимо установить элемент арматуры, или подложить под него деревянный брусок для распределения нагрузки на большую площадь. Не следует полагать, что тонкая оболочка сможет выдержать значительную сосредоточенную нагрузку. Такой подход ошибочен даже применительно к прочно построенному деревянному или металлическому судну. Тем более он недопустим по отношению к формованному судну.

На рис. 6 показано, что может произойти, если пренебрегать приведенными выше рекомендациями.

Следует помнить, что легче заменить крепительную утку, чем ремонтировать судно, из которого вырвана часть формованной конструкции.

Приформовочные угольники

Две отформованные заготовки или одну такую заготовку и деревянную деталь, или даже две деревянные детали можно соединить путем приформовки между ними угольника или полосы. Такой способ крепления деталей к стеклопластиковому корпусу, а также соединения двух деталей известен как крепление стекломатом или стеклоровницей и является универсальным. Он обеспечивает соединению прочность и легкость, позволяет рассредоточить действующую нагрузку, отличается быстротой и легкостью выполнения и не связан о большими затратами. Угольник прилегает к соединяемым элементам плотно, независимо от сложности их профиля, поскольку он формуется в мокром состоянии прямо на месте. Благодаря химическому взаимодействию материала угольника с чистой поверхностью стеклопластика достигается превосходное их сцепление. Этот принцип лежит в основе многих соединений и креплений, описанных в данной книге. Он весьма распространен.

Сам способ предельно прост. Придайте детали (или деталям) форму, необходимую для стыковки. Проверьте их подгонку, поскольку как только начнется работа, вносить дальнейшие изменения уже не будет возможности, и подготовьте поверхности. Если соединяемые детали сами не удерживаются в необходимом взаимном положении, зафиксируйте их с помощью зажимов, подставок или липкой ленты. Отформуйте стеклопластиковый угольник или полосу между деталями, используя их в качестве формы. Не освобождайте детали из временных креплений до тех пор, пока смола не отвердеет и они не окажутся жестко закрепленными в нужном положении. Иногда, чтобы удержать детали в необходимом взаимном положении, их можно сначала прихватить в нескольких местах быстротвердеющим материалом (аналогично выполнению прихваточных сварных швов). Угольник формуется по возможности на обеих сторонах соединяемых деталей, за исключением легких деталей, не относящихся к основной конструкции. Однако формование его по стороне с наружным декоративным слоем производится редко, поскольку оно портит внешний вид отделки.

Соединяемые детали должны быть надежно зафиксированы от перемещений до тех пор, пока не произойдет полное отверждение приформовочных угольников, так как в противном случае в последних могут образоваться трещины и пустоты и соединение окажется непрочным. Легкую, хорошо уравновешенную деталь иногда просто придерживают рукой, полагаясь на силу сцепления (за счет прилипания смолы), но для тяжелых деталей или для таких, точное положение которых очень важно, подобной фиксации недостаточно.

Читайте также: Дефектация судовых технических средств

Прежде чем смола отвердеет, проверьте еще раз положение соединяемых деталей на случай возможного смещения (через прозрачную смолу метки хорошо видны). Как только угольник станет жестким, деталь очень трудно будет сместить, не повредив соединения. В производственных условиях следует пользоваться зажимами. Успех предварительного изготовления и применения крупных отформованных секций во многом зависит от точности расположения основных элементов конструкций и мест крепления. В случае же необходимости корректировки их положения потребуется проведение дополнительных работ и может быть нарушен график производства.

Заделка подкладок

Формованная конструкция в месте установки на ней арматуры должна быть обязательно усилена. В качестве усиливающего ее элемента широко используют свободно установленные или приформованные подкладки; место установки арматуры становится более массивным, а действующая нагрузка распределяется на большую площадь формованной конструкции. Чаще всего подкладки изготовляют из дерева — самого доступного, дешевого и легко поддающегося обработке материала. Кроме дерева можно использовать металл или туфнол. При выполнении работ самого высокого класса применяют штампованные подкладки из перфорированного металлического листа (рис. 7).

Перед установкой подкладки:

• зачистите поверхность конструкции шлифовальной шкуркой для удаления выступов и обработайте подкладку так, чтобы она плотно прилегла к своему месту.
• Просверлите отверстия.
• Приформуйте подкладку, используя заделочный компаунд, уплотнительный состав или мокрый стекломат.

Размеры подкладки выбирайте с учетом назначения арматуры, величины и направления действия нагрузки. Имеют значение толщина отформованной конструкции, площадь свободного пространства в месте установки подкладки и наличие поблизости от него прочных конструктивных элементов. Подкладка под арматуру, которая воспринимает большие нагрузки, должна быть достаточной для распределения нагрузки на значительную площадь. Ее необходимо соединить с прочными элементами конструкции или опереть на подкрепляющие связи. Возможно, сначала понадобится укрепить отформованную конструкцию для придания ей дополнительной прочности. Чтобы уменьшить концентрацию напряжений, все углы нужно тщательно скруглить, а с кромок снять фаски.

Подкладка может быть включена в конструкцию путем наформовки материала поверх нее. В этом случае она перестает быть самостоятельной деталью, присоединяемой с применением уплотнительных элементов, и становится частью конструкции, обеспечивая ее местное утолщение, способное вынести значительные нагрузки. Подкладку лучше открыто устанавливать на поверхности, чем слегка и неаккуратно заделывать в конструкцию, оставляя негерметичные участки, через которые будет просачиваться вода, и карманы, в которых она будет скапливаться. Кроме того, возможно, заделка окажется пористой. Подкладки часто включаются в конструкцию в процессе ее формования, но нужно внимательно следить за тем, чтобы они точно заняли предназначенное для них место. Если подкладка имеет большие размеры, можно допустить некоторую свободу в выборе места установки как подкладки, так и арматуры. Заделывать подкладку в конструкции не обязательно, сквозное крепление арматуры будет надежно ее удерживать. Однако, если подкладка установлена на герметизирующем составе, то в месте ее крепления возможно появление течи.

Если на арматуру (и подкладку) действуют сжимающие или срезывающие усилия, то простой заделки достаточно. Но если нагрузка может вызвать значительное растяжение, т. е. она действует так, что стремится оторвать подкладку от формованной конструкции, необходимо сквозное крепление подкладки, чтобы не произошло расслоения. Расслоение произойдет лишь в том случае, если подкладка и арматура размещены по одну сторону от формованной конструкции. При расположении их по разные стороны от конструкции (см. рис. 6) расслоение невозможно.

Если нет опасений, что нагрузка будет растягивающей, деревянную подкладку закрепляют шурупами, но если такие опасения есть, используют металлические болты. Все основные крепительные утки и планки, стойки, направляющие для проводки снастей, проушины, вант-путенсы и комингсы крепят болтами. Кормовой буртик, доски деревянного настила, банки и большую часть деревянной оснастки в обычных случаях устанавливают на шурупах. Однако выбор способа крепления прежде всего зависит от размеров и назначения судна. Требования, предъявляемые к креплениям крупного прогулочного судна, могут оказаться излишними для маленькой шлюпки, а крепления, применяемые на шлюпках, вряд ли окажутся безопасными для более крупных судов.

Рейки

Длинные рейки для крепления полки или койки можно заделывать в конструкцию не по всей их длине, хотя при полной заделке внешний вид получается более аккуратным. Кроме того, допускается закреплять рейки несколькими отформованными полосами или поставленными на клею накладками с интервалами по длине (рис. 8).

Закрепленные полосами или накладками, а не полностью заделанные рейки выглядят непривлекательно, придают узлам неэстетичный вид, поэтому их лучше размещать так, чтобы они не были видны или оказались закрытыми прикрепляемой к ним деревянной арматурой.

Болтовые соединения

Грубоватый угольник из стеклопластика режет глаз, если он присоединяется к гладкой поверхности формованной конструкции, покрытой наружным декоративным слоем. Более аккуратный внешний вид имеет соединение болтами, пропущенными сквозь конструкции, особенно когда ими же крепят деревянную подкладку.

Болтовые соединения необходимы в тех случаях, когда растягивающая нагрузка может вызвать расслоение. Болты часто используют для укрепления соединения на основе химической связи (с целью страховки), особенно если оно выполняется на поверхности, покрытой наружным декоративным слоем, где эта связь не может быть такой же надежной, как на шероховатой внутренней поверхности.

Если в месте крепления болтами какой-либо детали подкладка не устанавливается, рекомендуется увеличить толщину оболочки, для чего следует наформовать несколько дополнительных слоев материала. Утолщенная оболочка будет значительно лучше противостоять большим сосредоточенным нагрузкам, передаваемым на конструкцию болтами.

Весьма помогает расширить площадь контакта при соединении конструкций применение шайб, имеющих увеличенные размеры.

В случае использования болтов необходимо следить за тем, чтобы не повредить формованную конструкцию. Болт может оказывать на нее весьма значительное давление. Очень важно не перетянуть болты, ибо чем сильнее мы затягиваем их, тем больше смолы выкрашивается, и болт вместо того, чтобы плотно обжимать соединение, ослабляет его. С помощью дополнительных нейлоновых, неопреновых или резиновых шайб и прокладок, применяемых в качестве амортизаторов для формованной конструкции, можно предотвратить ее разрушение неуклюжими руками, в которые попал гаечный ключ. При небольших размерах крепежных деталей разрешается использовать только полиэтиленовые или нейлоновые шайбы, без металлических.

В случае установки жесткой металлической детали, в особенности тяжелой или воспринимающей большие нагрузки, ее необходимо изолировать от формованной конструкции с помощью тонкой прокладки. Это избавит от повреждений обогащенный смолой наружный декоративный слой или выступы на внутренней поверхности конструкции. Для крепления небольших деталей вполне достаточно использовать скрепляющие компаунды, но для двигателя, степса мачты или лебедки требуется резиновая прокладка, предпочтительно на основе неопрена. При легких режимах нагружения деталей вместо прокладки можно применять каучуковые краски.

Размещение креплений

Болты, заклепки и винты следует располагать, отступив от края конструкции на расстояние, превышающее их диаметр не менее чем в 2,5 раза, а интервал между крепежными деталями должен быть больше их диаметра не менее чем в 3 раза.

Качество кромок, если только они не отбортованы, или сквозных отверстий после формования часто бывает неудовлетворительным. Очень нелегко, особенно для начинающих судостроителей, обеспечить при формовании конструкции ее высокое качество до самого края формы. Поэтому целесообразно (даже в тех случаях, когда используются мелкие крепежные детали, диаметр которых меньше удвоенной толщины оболочки отформованной конструкции) расстояние от края конструкции до крепежной детали увеличивать не менее чем на 25 мм.

Заклепки

Заклепки можно использовать для соединения частей формованной конструкции или крепления к ним деревянных или металлических деталей.

Очень важно при расклепывании заклепок не раскрошить твердую и хрупкую смолу, поэтому для более равномерного распределения усилий под заклепки необходимо устанавливать шайбы крупных размеров. Удары молотка могут привести к выкрашиванию смолы. Заклепки должны быть мягкими и легко деформируемыми. Применение горячей клепки невозможно из-за температурных ограничений для смолы. Заклепочные соединения целесообразно использовать при креплении мелкой арматуры; их не следует применять ниже уровня Ватерлинии на боковых килях и в других местах, подверженных износу. При постановке заклепок в таких местах происходит их ослабление, приводящее к возникновению протечек.

Соединение заклепками слоя стеклопластика, помещенного между двумя слоями дерева, надежнее, чем соединение, при котором заклепки расклепываются непосредственно на поверхности стеклопластика. В большинстве случаев более предпочтительны трубчатые заклепки (пистоны), поскольку они расклепываются путем приложения непрерывно регулируемого тянущего усилия с помощью специального инструмента. Не рекомендуется применять обычные заклепки или обжимные крепления, если вместо них можно использовать какие-либо другие виды креплений.

Трубчатые заклепки (пистоны)

Пистон состоит из полого корпуса с отбортовкой на одном торце, в который свободно вложен центральный сердечник. С помощью специального инструмента этот сердечник захватывают и тянут.

Головка на конце сердечника развальцовывает второй торец пистона и плотно его сжимает. Затем под действием тянущего усилия она отрывается и выпадает из пистона (рис. 9).

Такой способ соединения в случае надлежащего выбора пистонов может быть использован при свободном доступе к соединяемым элементам только с одной стороны. Полые пистоны будут, разумеется, пропускать воду, поэтому применять их следует осмотрительно. У некоторых пистонов один торец делается закрытым, а оставшаяся внутри корпуса головка сердечника иногда ржавеет, что приводит к появлению пятен на поверхности соединяемой конструкции.

Это интересно: Ремонт деталей валопроводов судна

В местах постановки пистонов толщину стенки формованной конструкции необходимо увеличивать, за исключением тех случаев, когда применяются очень мелкие пистоны. Усилия, возникающие в соединяемых элементах при развальцовке торца пистона, могут раздробить тонкую или недостаточно прочную стенку формованной конструкции, так что пистон пройдет насквозь. Поэтому очень важно правильно выбрать размеры отверстия под пистон. Если доступ к соединению возможен с обеих сторон, то при клепке пистонами следует использовать шайбы.

Самонарезающие винты

Узлы и детали небольших размеров — фирменные дощечки, осветительную арматуру, приборы, которые подвергаются очень небольшим нагрузкам, можно крепить непосредственно к формованной конструкции с помощью самонарезающих винтов. Но их не следует использовать для установки крупной арматуры или предметов, подвергающихся воздействию нагрузок, натяжению или периодически демонтируемых.

Самонарезающий винт — это винт с закаленной резьбовой частью, который, в соответствии с названием, при вворачивании сам нарезает резьбу в материале. Для армированных пластиков нужно использовать резьбонарезающие, а не резьбоформующие винты. Применяемые винты должны быть, разумеется, в морском исполнении. Обычно самонарезающие винты выполняют из закаленной стали, но они могут быть также плакированы или изготовлены из нержавеющей стали. Решающее значение имеет диаметр направляющего отверстия, поэтому его необходимо выполнять точно по рекомендациям поставщиков винтов. Кроме того, отверстие нужно сверлить, а не прошивать. Самонарезающие винты, как и обычные винты или любые другие крепежные детали, не следует вворачивать в торец формованной конструкции, поскольку такая операция всегда будет приводить к ее расслоению. При этом затяжка винта ослабнет, а внутренняя часть слоистого материала вскроется для доступа влаги. Самонарезающие винты необходимо вворачивать только в такой материал, толщина которого превышает диаметр винта не менее чем в 1,5 раза. Винты диаметром менее 3,2 мм держат недостаточно надежно, поскольку шаг резьбы оказывается слишком близким к размеру прядей стекловолокна.

Нарезание резьбы и резьбовые вкладыши

В армированные пластики вследствие их композитной структуры нелегко вворачивать резьбовые детали. Нарезание в них резьбы также затруднительно, но все же оно иногда выполняется, если утолщение формованной конструкции достаточное и используется винт с крупной резьбой.

Резьба должна быть крупной и выбираться в зависимости от размеров прядей стекловолокна и промежутков между ними. Так, если толщина слоистого пластика равна 9,5 мм, то диаметр винта не может быть намного меньше этого значения, поскольку в противном случае надежность соединения будет недостаточной. Необходимо, чтобы фактические размеры винта значительно превышали те, которые определяются расчетным путем, исходя из действующий нагрузки. Нарезать резьбу в формованной конструкции нужно только в тех случаях, когда нельзя использовать болтовое соединение или резьбовой вкладыш.

Если еще до формования известно, что в определенном месте конструкции должна находиться резьба, то целесообразно сначала установить в этом месте вкладыш из металла или туфнола, а затем нарезать в нем резьбу. Вкладыш будет держать винт гораздо надежнее, при этом можно применять более нагруженные винты меньшего диаметра.

Самым простым способом установки резьбового вкладыша является заделка в конструкцию обычной гайки (рис. 10).

Если к месту установки имеется доступ, то выполнить заделку можно в любое время, не обязательно в процессе формования. При заделке гайки очень важно точно установить ее в нужном положении, но подобная необходимость возникает редко, поскольку намного проще прикрепить деталь болтами обычным способом и затем заделать навернутые на них гайки, удерживая их в требуемом положении болтами. В результате этого достигается нужное положение всех деталей соединения и не возникает никаких затруднений при сборке. В случае заделки гаек нагрузки распределяются хуже, чем при установке вкладышей крупных размеров, но, как правило, результаты использования их в сочетании с шайбами большого диаметра получаются удоь летворительными. В особо ответственных случаях гайки можно устанавливать вместе с подкладкой или вкладышем (болты пропускают насквозь, а гайки заделывают по другую сторону от закладной детали).

Гайки не следует заделывать, если они подвергаются воздействию непрерывно меняющихся по направлению скручивающих нагрузок, как, например, в рулевом механизме. Заделанная шестигранная гайка может начать поворачиваться в своем гнезде, при этом размеры гнезда будут постепенно увеличиваться. В таких случаях лучше использовать четырехгранную гайку или делать иной формы, обеспечивающей более надежное механическое закрепление.

Очень простое компромиссное решение заключается в заформовке в конструкцию деревянного вкладыша и в применении шурупов. Если соединение необходимо периодически разбирать, то такое решение непригодно, но когда разборка происходит один раз в несколько лет или вообще не предусматривается, то оно вполне приемлемо. Более того, если отверстие для винта будет изношено, ничего не стоит просверлить поблизости новое отверстие в том же вкладыше. Методы заформовки деревянных вкладышей рассматриваются в следующей главе.

Закладная арматура

Существуют различные патентованные вставные вкладыши, например, вкладыш типа «Бэнк-лок». Он представляет собой короткую разрезанную латунную трубку с накатанной или оребренной наружной поверхностью, обеспечивающей надежную фиксацию вкладыша в гнезде, и с внутренней резьбой для винта (рис. 11).

Установка вкладыша проста. Просверлите отверстие такого диаметра, чтобы вкладыш входил в него с небольшим натягом, вставьте вкладыш в это отверстие и затяните винт. При вворачивании винта вкладыш расширяется и надежно фиксируется в отверстии. Вставной вкладыш нельзя особенно сильно нагружать, поскольку выступы на его поверхности вдавливаются, а не врезаются в материал конструкции. В большинстве случаев вкладыши изготавливаются для пластичных материалов, а стеклопластик хрупок и склонен к растрескиванию. Поэтому вкладыши следует вставлять в стеклопластик, по возможности, сразу же после формования, когда он еще не отвердел. Лучше всего использовать вкладыши типа «Бэнк-лок» с буртиком на торце, воспринимающим давление, и с зубчатой насечкой, предотвращающей его проворачивание. Однако такой вкладыш пригоден в основном для внутренних формованных конструкций. Кроме того, к нему необходим доступ сзади, и он может дать течь. Для глубоких отверстий в толстостенных формованных конструкциях допускается использовать строительные вкладышипробки, или дюбели.

«Головастики» — резьбовые металлические шпильки, приваренные к большой перфорированной опоре и предназначенные для заделки в стеклопластик. Их также приформовывают к конструкции. Головастики предназначены главным образом для восприятия срезывающих усилий, но их применяют и в случае действия растягивающих нагрузок; правда, при значительных нагрузках возникает опасность расслоения формованной конструкции.

Существуют вкладыши и других типов. К сожалению, почти все они предназначены для пластичных материалов и становятся пригодными для стеклопластика только после некоторой обработки. Однако возможность их использования сначала следует проверить на таких участках конструкции, где они не смогут ее повредить.

Зенкование

Как правило, толщина формованной конструкции слишком мала, чтобы можно было выполнить зенкование необходимой глубины. Эта операция целесообразна только в случае использования очень небольших винтов, когда глубина зенкования невелика по сравнению с толщиной конструкции и нагрузки на винтРемонт валопроводов и судовых гребных винтов незначительны. При зенковании стекловолокно, которое нужно закрыть, прежде чем начать вворачивать винт, обнажается, и, как правило, для заделки головки винта не хватает запаса глубины.

Ставить под головку шайбы нельзя, поэтому после зенкования головки винтов часто проходят сквозь стенку формованной конструкции или вызывают появление трещин. Спустя несколько лет стеклопластик вокруг головок начинает загнивать. Поэтому лучше отказаться от зенкования и использовать винты из нержавеющей стали с круглой или грибовидной головкой и с такими шайбами, которые не портили бы внешнего вида судна.

Заделка арматуры

Чтобы вся арматура и деревянные детали надежно удерживались на своих местах и герметично закрывали отверстия, они должны быть прочно заделаны с наружной стороны. В противном случае в местах заделки непременно возникнет течь, особенно если крепление сквозное. Даже при герметизации изнутри вода иногда скапливается во внутренних полостях и углублениях, находит пути просачивания и вызывает загнивание.

Крепления также необходимо герметизировать. Для этого часто рекомендуется окунать крепежные детали в смолу. Но поскольку готовая к употреблению смола с отвердителем не всегда имеется под рукой, то проще заполнять отверстия герметиком. Его же надо наносить и на шурупы.

Применение эластичных уплотнительных материалов и неопреновых прокладок предпочтительнее, чем заделка арматуры путем установки на мокрый стекломат. В этом случае соединения сохраняют некоторую податливость, и небольшие перемещения арматуры при последующей эксплуатации судна не вызывают нарушения герметичности уплотнения. На первый взгляд может показаться, что мокрый стекломат уплотняет очень надежно, однако после отверждения его податливость исчезает. Такое соединение не выдерживает последующих перемещений арматуры или конструкции под действием нагрузки, а также вызванных ослаблением или обжатием соединения. Кроме того, соединение должно быть эластичным, чтобы при изменениях температуры или влажности воспринимать перемещения деревянных и металлических частей.

Внешний вид поверхности, покрытой наружным декоративным слоем, совершенно не гармонирует с внешним видом мокрого стекломата, который практически не поддается отделке. Это следует учитывать при установке арматуры и применять только соединения на эластичном уплотнительном материале или прокладках, которые можно подрезать ножом по месту. Если же необходимо использовать мокрый стекломат, то нужно закрыть его видимую часть маскировочной лентой.

Склеивание

Если соединения нельзя получить формованием или постановкой на мокрый стекломат, то деревянную облицовку или подкладки из дерева, элементы конструкции или даже две отформованные и отвержденные секции допустимо соединять на клею.

Может показаться, что склеивание более простой процесс, чем формование. Однако поскольку при склеивании многие операции иногда выполняются неверно, результат зачастую оказывается менее удовлетворительным, чем в случае использования относительно простых в обращении полиэфирных смол.

Подготовьте поверхности тем же способом, что и для соединения формованных заготовок. Обработайте поверхности шкуркой так, чтобы они были чистыми и гладкими, обезжирьте их и придайте соединяемым поверхностям такую форму, чтобы они плотно прилегали одна к другой.

Используйте высококачественный, хорошо заполняющий зазоры клей, пригодный для применения в морских условиях, и сожмите склеиваемые поверхности с достаточным усилием. Без этого невозможно получить прочное и надежное соединение.

Если нельзя применить зажимные приспособления, используйте распорки и клинья (рис. 12).

Хорошие результаты получаются при клеевом соединении в сочетании с резьбовым. Легкую арматуру можно устанавливать на клею без последующего сжатия, если использовать высококачественный клей, обеспечивающий адгезию при малом давлении и не подверженный отрицательному воздействию воды и материалов склеиваемых деталей. Удобно также пользоваться двусторонней липкой лентой.

В случае применения клеевых соединений при постройке легкого судна необходимое усилие сжатия бывает затруднительно создать из-за прогиба бортов, недостаточная жесткость которых не позволит использовать их в качестве опоры в процессе расклинивания. Поэтому целесообразно опоясать борта двумя тросами, расположенными параллельно на небольшом расстоянии один от другого, и создать дополнительное стягивающее усилие, закрепив эти тросы с помощью продетого между ними рычага. Тросовая стяжка будет воспринимать усилия, передаваемые клиньями. Ее можно использовать и для создания дополнительного усилия сжатия. Не забудьте защитить корпус подкладками, особенно в области планширя, в противном случае трос протрет его и оставит на нем следы.

При установке арматуры на клею постоянно существует опасность расслоения конструкции. Если клеевое соединение не подкреплено болтами, то к арматуре нельзя прикладывать нагрузки, которые стремятся оторвать ее от поверхности конструкции, поскольку клей прочнее смолы, связывающей слои стекловолокна. Об этом нельзя забывать и при демонтаже поставленной на клею арматуры. Особенно подвержен повреждению в таких случаях наружный декоративный слой.

Крепление арматуры к трехслойным формованным конструкциям

Основной вид трехслойных конструкций — это две стеклопластиковые оболочки, приформованные к легкому заполнителю. Поведение трехслойной конструкции, имеющей достаточно большую площадь, аналогично поведению жесткой фермы. Назначение же заполнителя заключается только в том, чтобы удерживать вместе оболочки. Так привлекательно это выглядит в теории, а на практике совсем подругому. Значительное влияние на свойства трехслойных конструкций оказывают установленные на них детали и действующие нагрузки. Поскольку легкий заполнитель подвержен выкрашиванию, любое крепление необходимо выполнять очень тщательно. Этим требованием зачастую пренебрегают. Что происходит в таких случаях показано на рис. 13.

Характерные значения прочности на сжатие наиболее распространенных материалов заполнителя приведены в табл. 1.

Примечание.

• * – эти сорта предпочтительнее.
• ** – при длительной нагрузке проявляется склонность к ползучести, например в местах креплений.

К указанным здесь данным различных фирм следует относиться с известной осторожностью.

Усилие, создаваемое латунным винтом диаметром 5 мм, может достигать 200 кгс, диаметром 6 мм — около 360 кгс. Усилия, создаваемые винтами из нержавеющей стали,— в 2-3 раза больше.

Эти значения соответствуют напряжениям, близким к пределу прочности. Если размеры винтов невелики, то значительная часть усилий перераспределяется вследствие жесткости стеклопластика. Однако толщина каждой оболочки составляет не более половины толщины однослойной стеклопластиковой конструкции, поэтому даже усилия, не превышающие нормальных рабочих, могут разрушить большинство заполнителей.

Пенополиуретан хрупок. Разновидности пенополиуретана очень непрочны. Вспененный поливинилхлорид обладает упругостью; его можно подвергать довольно сильному сжатию без разрушения, однако вокруг крепежных деталей прочность поливинилхлорида уменьшается вследствие ползучести, а при значительном нагреве палубы заполнитель размягчается. Прочность бальзы при длительном смачивании также снижается, а сама она пропитывается водой.

В случае применения трехслойных конструкций следует избегать таких способов крепления деталей, которые могут вызвать расслоение. Даже в высококачественных конструкциях оболочка слабо соединена с заполнителем. Более того, заполнитель может расслаиваться на некотором расстоянии от поверхности его соединения с оболочкой. Поэтому даже мелкую арматуру нельзя крепить только к одной оболочке трехслойной конструкции, используя химическую связь или самонарезающие винты. Крепление шурупами с применением вкладыша также может привести к расслоению в случае приложения растягивающих усилий. Всегда целесообразно использовать сквозное крепление и вкладыш. Если детали сквозного крепленияОборудование для гидроабразивной, термоабразивной и гидростуйной очистки поверхности невелики, затяжка соединения умеренна, а заполнитель достаточно прочен, можно обойтись и без вкладыша, но применять крепления, которые могут вызвать расслоение, не следует ни при каких обстоятельствах.

Вкладыши в трехслойных конструкциях

В местах расположения сквозных креплений в трехслойных конструкциях необходимо устанавливать жесткие вкладыши. Для вкладышей следует выбирать дерево таких пород, которые мало разбухают в воде. Лучшие вкладыши получаются из многослойной судостроительной фанеры (см. параграф 2.16).

Избегайте применения дуба и древесины низкого качества.

Если места крепления арматуры известны заранее, то вкладыши можно поставить в заполнитель во время формования. В случае правильного их расположения никаких затруднений не возникает.

При установке вкладышей в местах крепления арматуры можно пользоваться различными способами (см. рис. 13), только следует помнить, что разрушающая сила креплений имеет не меньшее значение, чем размеры арматуры и приходящаяся на нее нагрузка.

Один из способов заключается в сверлении отверстия значительно большего диаметра, чем нужно для монтажа арматуры, и в заполнении его шпаклевкой на основе смолы или деревянной пробкой. Надежность крепления повышается, если перед заполнением отверстия шпаклевкой удалить часть заполнителя, находящегося внутри отверстия, и вставить вкладыш большего размера. Отверстие же во всех случаях маскируется устанавливаемой на него арматурой.

При монтаже ответственных деталей арматуры вырежьте часть одной из оболочек (лучше это сделать на внутренней стороне оболочки, чтобы было менее заметно). Затем в отверстие в заполнителе вставьте с натягом хорошо подогнанный деревянный вкладыш и заформуйте его или целиком заполните отверстие формовочным материалом. Для уменьшения возможного набухания вкладыша и возникающего при этом давления на заполнитель можно вместо деревянного вкладыша использовать металлические трубки в сочетании с деревянными подкладками. Пригодны и толстостенные трубки из стеклопластика, которые очень легко отформовать, обмотав полосы или ленты из стеклоткани вокруг смазанного консистентной смазкой болта. Такие трубки легко и прочно приформовываются к конструкции.

Чтобы не допустить проникновения воды в заполнитель, все вкладыши должны быть тщательно уплотнены. В случае применения металлических трубок сделать это довольно трудно. Нужно иметь в виду, что эпоксидная смола обеспечивает более надежное соединение, чем полиэфирная смола.

Соединение трехслойных формованных конструкций

При соединении трехслойных конструкций между собой, а также с однослойными стеклопластиковыми конструкциями или с деревянными деталями необходимо выполнять следующие требования:

• обеспечивать равнопрочность соединения и конструкции;
• не допускать резких изменений толщины и связанных с ними зон концентрации напряжений, а также повреждения заполнителя.

Если соединяются две трехслойные конструкции, их оболочки из стеклопластика и заполнителя следует рассматривать как обособленные элементы. Для обеспечения равнопрочности соединения и стеклопластиковых оболочек последние стыкуются внахлестку, а стыки не располагаются на одной прямой линии. Заполнители ввиду их значительной толщины должны быть соединены в прямой или в косой стык.

Более общим случаем является присоединение трехслойной конструкции к однослойной. Почти безразлично, соединяются ли две формованные заготовки или переход от трехслойной структуры к однослойной осуществляется в одной и той же формованной конструкции. Все сказанное выше справедливо также и для соединений трехслойных конструкций с конструкциями и деталями, изготовленными из дерева.

Переход от трехслойной конструкции к однослойной должен быть постепенным, а слой заполнителя плавно скошенным. Резкий переход от жесткой трехслойной конструкции к более эластичной однослойной приводит к интенсивной концентрации напряжений и значительной потере жесткости в месте соединения (рис. 14).

Это в равной мере относится и к угловому соединению, например, в распространенном случае стыковки трехслойных палубных конструкций с однослойной обшивкой корпуса, а также крыши каюты с ее стенкой (рис. 15).

Соединение палубы с корпусом в какой-то степени подкреплено, чего нельзя сказать об угловом соединении крыши каюты со стенкой.

В подобных случаях на трехслойной панели необходимо сделать скос, закончив его на некотором расстоянии от углового соединения, или подкрепить угловое соединение подкладной планкой, имеющей треугольное сечение. Угловое соединение с трехслойной панелью не выполняется прямо в стык. Целесообразнее заполнить стык пенопластом, нежели скашивать заполнитель панели.

Заделка

Очень важно не допустить проникновения воды в заполнитель трехслойной конструкции. Кромки проделанных в ней вырезов должны быть герметично заделаны, лучше всего путем заформовки (рис. 16).

Трудно, но не менее важно, заделать отверстия под резьбовые крепежные детали. Крепежные детали перед установкой следует густо покрыть уплотнительным составом. Вся арматура должна быть очень надежно заделана, чтобы уменьшить возможность просачивания под нее воды.

Назначение уплотнения в данном случае заключается в том, чтобы не допустить проникновения воды внутрь конструкции, а не через нее. При использовании трехслойных конструкций это совершенно необходимо.

Проникновение воды сквозь наружную оболочку внутрь заполнителя неизбежно приводит к повреждению конструкции и ее загниванию. Поэтому поверхности, соприкасающиеся с водой, всегда следует очень тщательно заделывать и герметизировать.

Пути и последствия проникновения воды в заполнитель

Теоретически заполнитель состоит из отдельных ячеек, которые ограничивают распространение воды. На деле же вода находит бесчисленное количество путей для проникновения в виде канавок и пористых участков в материале. Однажды при обследовании судна было обнаружено, что вода прошла по многочисленным каналам в заполнителе от одного края до другого. Попав в заполнитель, вода проникает глубоко внутрь него; ее не видно снаружи и избавиться от нее путем просушки невозможно. И все это обычно происходит задолго до того, как появятся какие-либо внешние признаки случившегося или хотя бы возникнут подозрения. Даже если вода не сразу же распространится в заполнителе, начнется загнивание конструкции; мороз и жаркое солнце будут ее сильными союзниками.

Вода проникает в заполнитель различными путями. Наиболее типичный из них — просачивание через плохо заделанные крепежные детали и арматуру. Если при установке и закреплении арматуры не применять вкладыши, то надежное ее уплотнение станет невозможным, поскольку увеличение затяжки крепежных деталей вызывает выкрашивание заполнителя, деформацию поверхности оболочек и лишь приводит к ухудшению качества уплотнения. В результате появляются открытые пути для проникновения воды внутрь конструкции.

Трехслойные формованные конструкции сильно подвержены повреждениям, которые обычно бывают хорошо заметны. Сосредоточенный удар воспринимается одной только тонкой стеклопластиковой оболочкой, опирающейся на слабый в конструктивном отношении заполнитель. Последний в таких случаях оказывает оболочке незначительную поддержку. Вторая оболочка расположена слишком далеко и изолирована непрочным заполнителем. Удар, который однослойная формованная конструкция восприняла бы без каких-либо последствий, может привести к сквозному повреждению оболочки трехслойной конструкции. Часто таким повреждением бывает маленькая трещинка, которая, казалось бы, не должна иметь существенного значения и на которую не обращают даже внимания, но вода отыщет и ее.

Стеклопластик является проницаемым материалом. В течение нескольких лет он может поглотить такое количество влаги, которого будет вполне достаточно для начала загнивания, разложения или пропитывания трехслойной конструкции (этот факт оспаривается поставщиками бальзы, однако многолетний опыт подтверждает сказанное). Проницаемость трехслойной конструкции интенсивнее, поскольку в ней внешняя оболочка, отделяющая воду от заполнителя, гораздо тоньше, чем в однослойной конструкции.

Скопившаяся вода, независимо от причины ее проникновения внутрь трехслойной конструкции, вызывает разложение не только заполнителя, но и стеклопластика. В отличие от наружных поверхностей, покрытых обогащенным смолой декоративным слоем, внутренние поверхности стеклопластиковых оболочек трехслойных конструкций не защищены смолой и могут быть подвержены разложению. Как высушить заполнитель, если невозможно определить, насколько далеко проникла в него влага и пропитан ли он вообще влагой. Это одна из серьезнейших проблем, связанных с применением трехслойных формованных конструкций. По мнению автора, вопрос о целесообразности их использования в судостроении еще долго будет оставаться открытым.

Читайте также: Ремонт крышек рабочих цилиндров судовых ДВС

Можно горячо спорить о том, является расслоившаяся трехслойная конструкция ослабленной или нет. Если по проекту предусматривается трехслойная конструкция, то она и должна быть таковой, а утверждения, что несмотря на некоторые отступления от проекта конструкция будет работать ничуть не хуже, следует признать несостоятельными. Расслоение можно до некоторой степени устранить, хотя и со значительными трудностями. Внутреннее разложение нельзя приостановить, даже если известна степень его распространения. Более того, вода по канавкам и пустотам может проникнуть к жизненно важным узлам конструкции, таким, как соединение палубы с обшивкой корпуса, где скрытое разложение окажется гибельным.

Целесообразность применения трехслойных конструкций

Конструкция, состоящая из двух оболочек, расположенных на некотором расстоянии одна от другой, обладает высокой прочностью балки. При создании трехслойных конструкций следует условно «расщепить» одну однослойную оболочку на две, тогда дополнительным слоем будет лишь масса легкого заполнителя. В теории эта особенность формованных конструкций выглядит весьма привлекательно, а на практике она приносит немало неприятностей. Изготовить доброкачественную и надежную трехслойную конструкцию труднее, чем выполнить любую другую задачу в процессе создания формованных изделий из стеклопластика.

Основная рекомендация автора состоит в том, чтобы вовсе избегать применения трех-слойных конструкций. Разумеется, полноценная трехслойная конструкция может быть изготовлена, но сначала в совершенстве овладейте опытом ее изготовления на образцах небольших размеров, ибо ошибки, допущенные при постройке всего судна, обойдутся очень дорого. Но даже овладев необходимым опытом, предусматривайте на случай неудачи запасной вариант. С увеличением размеров конструкции появляются новые проблемы.

Главный дефект трехслойных конструкций — отслаивание наружной стеклопластиковой оболочки от заполнителя. Внутренняя оболочка, как правило, наформовывается и поэтому отслаивается гораздо реже(см. приложение III.3).

Оболочка должна присоединяться к заполнителю так, как отвержденная стеклопластиковая конструкция приклеивается к заполнителю из совершенно иного материала, а не как при обычном процессе формования. С этой целью применяйте клей соответствующего типа, например, эпоксидный, и обеспечьте необходимое давление, гарантирующее полное прилегание соединяемых поверхностей во всех точках. Заполнитель должен легко принимать форму изготавливаемой конструкции и быть абсолютно сухим (особенно если это бальза).

Для уменьшения вероятности образования пустот и каналов, по которым могла бы проникнуть вода, заполните зазоры между оболочками и заполнителем смолой или шпаклевкой. С трех-слойными конструкциями следует обращаться очень осторожно. Напряжения, возникающие при переворачивании секций палубы трехслойной конструкции, часто служат причиной появления расслоения.

Не рекомендуется полагаться только на адгезионную связь оболочки с заполнителем. В наиболее надежных трехслойных конструкциях через определенные промежутки устанавливают ребра из стеклопластика, которые соединяют между собой оболочки и тем самым локализуют расслоение.

Около 90% трехслойных конструкций расслаивается, многие из них очень интенсивно, причем даже на ранней стадии и в процессе изготовления.

Возможно, что с самого начала формования не обеспечиваются условия для надежной адгезионной связи между элементами конструкций.

Обнаружить расслоение нелегко. Для этого требуется мастерство. Многие расслоившиеся участки или участки со слабой, точечной, связью могут остаться ненайденными. Обнаруженный расслоившийся участок следует считать лишь частью фактически существующей или потенциально возможной зоны расслоения. В процессе эксплуатации и с течением времени расслоение будет распространяться под действием напряжений, возникающих при движении судна, тепловых напряжений, повреждений, загнивания, разбухания пропитанного водой заполнителя и т. п. Удар по борту судна может вызвать начало расслоения палубы вследствие ее продольного изгиба, даже при отсутствии видимых повреждений. Расслоившаяся трехслойная конструкция. будет разрушаться, и чем она новее, тем более интенсивным окажется такой процесс. Как только в нее попадет вода, а воспрепятствовать этому может только удача или чудо, наступит загнивание. Опытный специалист обязательно обнаружит дефектный участок. Если судно новое, то есть все основания предъявить иск его строителям.

Расслаивающаяся палуба — серьезная неприятность, но гораздо хуже, когда расслаивается корпус. Напряжения здесь высокие и переменные. Вода непременно проникнет внутрь корпуса, если не путем просачивания, то благодаря проницаемости оболочки, и в результате риску будет подвергаться жнзиь членов экипажа судна. Трехслойную конструкцию целесообразно применять только для изготовления корпусов гоночных судов, рассчитанных на непродолжительный срок службы и хранящихся на берегу в благоприятных условиях. Исключение составляют конструкции, в которых конструктивными элементами являются часто расположенные стеклопластиковые ребра, а не заполнитель, прикрепленный за счет адгезии, и трехслойные конструкции, изготавливаемые без применения форм, с заполнителем из пенопласта. Однако трехслойные конструкции обоих этих типов, особенно конструкции с ребрами, подвержены повреждениям и последующему просачиванию воды при сосредоточенных ударах.

Термические напряжения

Ввиду прочной связи между слоями однослойная стеклопластиковая конструкция редко расслаивается под действием термических или механических напряжений; она воспринимает нагрузки как однородный материал. Трехслойная же конструкция не является однородной. Заполнитель ее непрочен и может легко отслаиваться. Большое значение имеет прочность его соединения с оболочкой.

Заполнитель представляет собой хороший изолятор, поэтому по сечению трехслойной конструкции возникают перепады температур и, следовательно, внутренние термические напряжения. На широкой палубе, например такой, как палуба катамарана, под лучами жаркого солнца верхняя оболочка может расшириться на 6 мм больше, чем защищенная от них нижняя оболочка. Трехслойная конструкция должна поглотить такое значительное относительное перемещение, в противном случае она расслоится. При использовании жесткого или хрупкого заполнителя, а при высоких напряжениях даже в случае применения полуэластичного пенопласта эта задача невыполнима.

Во время ежегодного обследования одного неэксплуатирующегося катамарана обнаружили значительное расслоение палубного покрытия, которое при предыдущем обследовании отсутствовало и явилось следствием постоянного воздействия солнечных лучей в течение прошедшего жаркого лета.

Признаки возникновения напряжений были обнаружены и под мостиковыми палубами катамарана. Напряжения появились ввиду разности температур между открытой лучам солнца верхней палубой и защищенными от них внутренними помещениями.

Предполагается, что термическое расширение служит одной из причин расслоения; возникающие при этом напряжения необходимо учитывать в процессе проектирования судна. В противном случае они будут суммироваться с обычно возникающими при движении судна напряжениями, в результате чего скрытое от глаз повреждение может распространиться. Возникает сомнение, приемлемо ли вообще использование трехслойных формованных конструкций для палубных настилов, особенно в условиях тропического климата и в прибрежных зонах отдыха.