Что представляет собой жестко-эластичная технология?
Полипропилен – это термопластичный полимер, обладающий вискозно-эластичными свойствами. Пчелиные соты шестиугольной формы являются одной из наиболее эффективных структур в природе. При использовании комплексной техники обработки из сополимера, в состав которого входит полипропилен, формируются блоки сотового наполнителя, в результате чего материал приобретает исключительную жесткость (упругость к давлению массой) и свойство поглощения энергии, сохраняя при этом свое преимущество в виде вискозно-эластичных свойств. Составные слоистые панели с применением сотового заполнителя «NidaCore» - это воплощение ЖЕСТКО-ЭЛАСТИЧНОЙ ТЕХНОЛОГИИ.
Соты могут быть сконструированы из многих материалов. Наиболее распространенным методом сооружения является соединение плоских листов материала склеиванием по линии смещения, впоследствии раздвигая их для образования ячеек. Данная техника используется в основном при изготовлении сот из бумаги или алюминия. Также соты могут изготавливаться из термопластичных материалов профилированием листов и соединением их путем термической сплавки для формирования больших блоков, что не требует склеивания. Вне зависимости от применяемого метода пласт материала может быть отрезан от большого блока сот таким же образом, как пористый материал или поперечно разрезанная бальза. Однако, отрезанный от прессованного блока пласт будет обладать механическими качествами как в продольном, так и поперечном направлении заполнителя, что отличается от сот, полученных склеиванием с последующим расширением для образования ячеек. Прессованные соты – такие, как «NidaCore» H8 PP, имеют равные свойства при любой оси среза.
Хотя использование слоистых конструкций в судостроительстве часто выступало как спорный вопрос, вызывающие спор проблемы обычно сопряжены с более ранними проектами судов, которые включали в себя не отвечающие требованиям строительные методы или определяли неверный заполнитель для рассчитанной нагрузки. Однако, эти отдельные случаи не являются нормой. Большинство судов, созданных с использованием слоистой конструкции, годами служили исправно.
Почему используется сотовая слоистая конструкция? Основной причиной является увеличение механической эффективности конструкций при сохранении такой же массы и экономии сырья. Слоистые панели имитируют свойства двутавровой балки, где горизонтальные листы несут нагрузку растяжения и сжатия, и их соединяет вертикальное ребро. Комбинированное покрытие формирует горизонтальные листы двутавровой балки. Вместо узких ребер, которые применяются для соединения горизонтальных листов в центре конструкции двутавровой балки, заполнители с низкой плотностью распределяются по всему пространству между двумя слоями покрытия. Схема справа демонстрирует эффективность панели с сотовым заполнителем (Al), противопоставленную цельному алюминиевому листу толщиной в 1/4 дюйма. Используя заполнитель для утолщения в два раза, можно добиться семикратного (7) увеличения устойчивости к прогибанию, при этом вес материала почти не увеличивается! Механическая эффективность такой слоистой конструкции с наполнителем может быть резко увеличена при увеличении ТОЛЩИНЫ наполнителя.
Заполнители имеют одно или больше важных свойств, которые являются преимущественными в случае особых конструкций, и эти свойства должны быть внимательно учтены при разработке сложных конструкций. Точно так же, как сложные структуры имеют особые свойства, придаваемые им элементами жесткости и растворами на основе смол, слоистые панели приобретают многие дополнительные свойства, которые индивидуально определяются выбранным заполнителем. Различение материалов по их соответствующим ограничениям, включая устойчивость к аварийным ситуациям, важно в случае заполнителя так же, как и для волокон и смол. Гибкость выступала в роли важного вопроса в спорах относительно рисков внедрения таких хрупких волокон как углерод, или предпочтения для достижения устойчивости к повреждениям такого арамидового волокна как Кевлар. Когда дело касается заполнителей, то полезно также сравнить их свойства в отношении гибкости и устойчивости к повреждениям. Из широко используемых заполнителей бальза и алюминий обладают наименьшей гибкостью. Полимерные пористые материалы проявляют широкий спектр свойств в зависимости от их особого состава и плотности. В целом термоактивные полимеры менее эластичны, чем термопласты. Пористые материалы на основе уретана являются термоактивными, и они наименее эластичные из полимерных пористых материалов. Пористые материалы из ПВХ демонстрируют широкий диапазон эластичности – от смешанных пористых материалов с поперечными связями до пористых материалов с продольными связями. Одним из наиболее широко применяемых пористых материалов является САН (Стирен Акрилонитрил). Пористые материалы снисходительны, но стоимость их высока. Также пористые материалы сходны в том, что они устойчивы к снижению температуры, при котором их эластичность усиливается.
Это ЖЕСТКО-ЭЛАСТИЧНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ. Это «NidaCore». Для сравнения: термопластичные сотовые заполнители «NidaCore» (или ЖЕСТКО-ЭЛАСТИЧНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ) имеют эластичность в диапазоне 200 процентов! В реальных условиях чем больше эластичность, тем больше УСТОЙЧИВОСТЬ К УДАРАМ и приобретенная ТВЕРДОСТЬ.
Или, при обратном сравнении, чем жестче заполнитель, тем лучше он передает энергию от удара и вибрации со стороны удара (или внешнего слоя покрытия) к внутреннему слою, что вызывает прогибы или расслоение внутреннего слоя покрытия или катастрофу.
Основным критерием композиции ЖЕСТКО-ЭЛАСТИЧНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ является устойчивость к повреждениям – мера сохранения панелью ее структурных свойств после повреждения по сравнению с ее свойствами до повреждения. Желательно, чтобы заполнитель деформировался эластично, при этом оставаясь целым с облицовкой. Это позволяет панели поддерживать приемлемый процент ее динамической нагрузки, рассчитанный при конструировании, несмотря на повреждение. Теоретически данное свойство может быть преимуществом, если детали сконструированы как встроенные, благодаря чему их устойчивость к повреждениям рассчитана для собственно детали, что уменьшит и массу, и стоимость.
Другой важный аспект структуры ЖЕСТКО-ЭЛАСТИЧНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ– это ее особенность заглушать звук, делая конструкцию менее шумной. Не следует путать два акустических феномена: рассеивание звука при передаче и поглощение звука. При рассеивании звука при передаче слоистая панель служит звуковым барьером, в случае чего эластичный сотовый заполнитель не очень эффективен при более высоких частотах, хотя крайне эффективен при более низких частотах (при проходящих через конструкцию вибрациях в пределах от 125 до 150 Гц). Еще одним огромным преимуществом всех слоистых панелей с сотовым заполнителем является высокая износоустойчивость и жесткость. Ввиду своей структуры ячейки сот формируют тысячи мелких ребер внутри панели, и это означает, что разрушение одного ребра (или даже нескольких) не несет за собой неизбежного разрушения всей панели.
  |
Критерием для рассеивания звука при передаче является большая масса и низкая жесткость к изгибу (противоположность ЖЕСТКО-ЭЛАСТИЧНОЙ ТЕХНОЛОГИИ), и поэтому свинец является эффективным звуковым барьером. Вискозно-эластичная природа пластиковой сотовой технологии эффективно устраняет энергию звука и вибрации при данном диапазоне частот. Этому также способствует подобающая форма сотовых ячеек, в которых звуковые волны отталкиваются от одной стенки ячейки к другой, поглощаясь вискозно-эластичным пластиком.
Следует осознавать, что не все термопластики вискозно-эластичны. Полипропилен, который используется в «NidaCore H8PP», вискозно-эластичен, и придает H8PP такие уникальные свойства как устойчивость к ударам, упругость и способность поглощать звук. Шестиугольная форма ячеек придает упругость к сжатию, которая отделяет два покрытия для придания панели жесткости. Нагрузки от удара рассеиваются эластичной и заглушающей реакцией заполнителя под покрытием – это представляет собой контролируемый прогиб с восстановлением. Это подобно амортизационной системе, используемой в автомобильных подвесках. Без поглощающего компонента структура реагировала бы отталкиванием, вызывая резонанс. Поглощение означает трансформацию энергии, или гистерезис. Закон сохранения энергии гласит, что энергия не может возникать или исчезать; тем не менее, энергию можно преобразовывать в другие формы. В данном случае кинетическая энергия удара трансформируется в небольшие порции тепла, так как вискозная природа полипропилена обеспечивает как устойчивость к прогибу, так и восстановление. Подавленная гибкость допускает применение более низкого запаса прочности в проектировании конструкций, поскольку они менее склонны к катастрофическому разрушению. Другие заполнители, такие как бальза или жесткие пористые материалы будут изначально более жесткими, достаточно жесткими для того, чтобы убедить конструктора в возможности применения более тонких слоев. При том, что они могут быть более жесткими, эта самая жесткость может сделать их более подверженными к катастрофическому разрушению под ударом, поскольку они не обладают заглушающими свойствами и способностью поглощать сотрясение. Виды повреждений в случае панелей с бальзовым заполнителем расслоение обратного хода, при котором часть поперечно распиленной бальзы смещается под точкой удара, отчего противолежащее покрытие выталкивается из заполнителя. Жесткие пористые материалы демонстрируют различные виды разрушения – такие как диагональные трещины в заполнителе или расслоения, берущие начало от точки удара, где покрытие восстанавливается, но заполнитель разрушается. Все это – формы разрушения ввиду хрупкости. Поскольку слоистые конструкции с заполнителями из бальзы или жестких пористых материалов очень сильно резонируют, в некоторых случаях они терпят крушение и при условиях, которые соответствуют их нормальному функционированию.
Слоистые структуры с заполнителем с тонким покрытием высокой прочности и полипропиленовый сотовый заполнитель H8PP также демонстрируют желательные акустические свойства «заглушающего слоя». У всех материалов есть «природная гармоничность колебаний», или частота, при которой их колебания ответны. «Природная гармоничность колебаний» полипропилена находится на очень низких частотах от 125 до 150 Гц. Обычный «проблемный слуховой диапазон» от 1,000 до 3,000 Гц. Поэтому природная гармоничность колебаний гораздо ниже, чем «проблемный слуховой диапазон» Природа звука такова, что чем ниже частота, тем большее количество энергии требуется для того, чтобы услышать звук. Чтобы определить разницу: для улавливания звука 50 Гц требуется в миллион раз больше, чем в случае звука в 3000 Гц. Этот заглушающий слой необходим для ограничения проводимости звука в таких конструкциях как навесы, палубы и висячие мосты на судах, пол багажных отделений в автомобилях, звукоизоляционные кабины и т.д.
Для предотвращения перехода звука от одной стороны к другой в большинстве случаев при однородной стене она должна иметь большую массу, либо к поверхности должны быть добавлены твердые поглотители. (Передача звука непосредственно через стену именуется как переносимый по воздуху звук, даже если, к примеру, стена отделяет две комнаты, которые абсолютно разъединены.) Перемычки, сконструированные с применением H8PP, успешно уменьшают передачу звука, заглушая его, в то время как другие – более тяжелые – материалы могут ответно резонировать, передавая звук к другой стороне. Термическим сплавлением полотна на полиэстеровой основе с ограничивающей пленкой на полипропиленовой основе «NidaCore» обеспечивает прилегающую на 100 процентов поверхность, совместимую с большинством смол. Замкнутое воздушное пространство внутри ячеек обеспечивает изоляцию (R-фактор 3.3 на дюйм толщины) подобно окнам с двойным стеклом в современных зданиях. При том, что большинство заполнителей отличаются одним или двумя желательными свойствами, только ЖЕСТКО-ЭЛАСТИЧНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ «NidaCore» разработана таким образом, что может включать в себя все - изоляцию, жесткость, химическую устойчивость, упругость и низкую массу, а также способность поглощать звук.
НЕ ВСЕ ПЛАСТИКОВЫЕ СОТОВЫЕ ЗАПОЛНИТЕЛИ ОДИНАКОВЫ!
Только структурные сотовые заполнители «NidaCore» имеют точную шестиугольную структуру ячеек. Только в структурных сотовых заполнителях «NidaCore» используются подобающая сополимерная композиция для достижения наилучшего сочетания температурной устойчивости и эластичности. Только «NidaCore» прессуется в больших блоках, сплавленных между собой без применения низкоплавких полимеров. Имитации с использованием параллельно сплавленных трубок с небольшим диаметром не соответствуют качеству «NidaCore».
«NidaCore» не только выглядит успешно в таблицах лабораторий, но и выдерживает испытания на прочность в реальной жизни. Лаборатории хороши тем, что умелые техники могут проверить результаты, но на воде столкновения случайны. Сооружение с использованием структурного сотового заполнителя «NidaCore» гарантирует вам, что ваше судно построено из материала, готового к воздействиям любого типа.
«NidaCore» не только выглядит успешно в таблицах лабораторий, но и выдерживает испытания на прочность в реальной жизни. Лаборатории хороши тем, что умелые техники могут проверить результаты, но на воде столкновения случайны. Сооружение с использованием структурного сотового заполнителя «NidaCore» гарантирует вам, что ваше судно построено из материала, готового к воздействиям любого типа.
СИЛА ВОЗДЕЙСТВИЯ
Слоистая конструкция с применением структурного заполнителя «NidaCore» с высокой степенью упругости более устойчива к ударам, чем однородный лист покрытия такой же или большей массы. Конструкция лучше противостоит увеличению силы удара по сравнению с однородным листом покрытия, так как заполнитель выступает в роли поглотителя удара, что допускает обширные прогибы покрытия в области удара, поглощая большую часть энергии и тем самым защищая второй слой. Основной принцип поглощения энергии состоит в том, что кинетическая энергия движущегося объекта преобразуется во внутреннюю энергию. При определенной нагрузке соты равномерно сминаются, имеют длинный ход и самую высокую устойчивость к давлению массой из всех поглощающих энергию материалов. Они также являются очень предсказуемыми.
В то же время, заполнитель эластичен настолько, что это позволяет поддерживать линию границы между заполнителем и покрытием, и достаточно упругий для того, чтобы полностью отразить удар, если покрытие не повреждено. Если же покрытие в области удара повреждено, то второй слой чаще всего остается невредимым, что ощутимо упрощает ремонт. Хотя слоистая структура не является абсолютно непробиваемой, практика показывает, что ее устойчивость к пробоям значительно выше, чем у структуры однородного листа, если используются заполнительные материалы с высокой гибкостью.
В обратном случае, слоистые панели, произведенные с использованием менее гибких заполнителей, передают энергию и вибрацию от удара со стороны удара (или внешнего слоя покрытия) к внутреннему слою, что вызывает прогибы или расслоение внутреннего слоя покрытия или катастрофу.
ПОДАВЛЕНИЕ ВИБРАЦИИ / ЗАГЛУШЕНИЕ ЗВУКА
При естественном уравновешенном диапазоне 125-150 Гц полипропилен имеет замечательное свойство подавлять вибрацию. Почти все наши клиенты, которые перешли на использование структурного сотового заполнителя NIDA-CORE с применения других заполнителей, сообщили, что суда стали идти тише. Шум и вибрации хорошо проводятся конструкциями с однородным покрытием, но суда со слоистым покрытием просто тише. В то время, как бальзовая древесина и хрупкие пористые материалы в слоистом покрытии склонны передавать шум через слой, полипропилен и некоторые более гибкие пористые материалы скорее заглушают шум благодаря своей эластичной природе.
ТЕРМОИЗОЛЯЦИЯ
Термоизоляция судна – это ключевое понятие, если судно в основном находится в воде, температура которой намного ниже, чем температура окружающей среды. Образуется конденсат, который вызывает коррозию судна, а также создает среду, которая способствует возникновению милдью. Слоистая конструкция в значительной степени помогает устранить конденсат и связанные с ним трюмные воды. Термоизоляционный слой из слоистого материала также устраняет необходимость впрыскивания полиуретана, который очень горюч.
МОТОРНЫЕ СУДА
Поскольку масса не является главной в случае моторных и коммерческих судов, распространено заблуждение, что эти суда должны иметь однородное покрытие. Однако не стоит путать цельное с жестким и крепким. Должным образом спроектированная слоистая конструкция лучше противостоит ударам, чем конструкция с однородным покрытием. Поэтому мы считаем, что слоистая конструкция больше соответствует требованиям безопасности моторные суда. Аргументы в пользу применения сложных слоистых конструкций всеобъемлющи. Нет ни одной уважительной причины для использования конструкции из стекловолокна с однородным покрытием, которая не отклонялась бы более уважительной причиной для применения жесткого и упругого заполнителя – такого, как структурный сотовый заполнитель «NidaCore».
|
|
СВОЙСТВА СОПРОТИВЛЕНИЯ СДВИГУ
Одним из ведущих факторов при определении толщины слоистой конструкции является прочность на сдвиг. Лабораторные испытания свойств сопротивления сдвигу, тем не менее, несправедливы к некоторым материалам, особенно сотовым. Так как тестовые стандарты ASTM и ISO в отношении устойчивости к сдвигу определяют размер пробы – в сущности тонкая полоска материала, которая подвергается нагрузке на относительно небольшом участке и измеряется – сотовые структуры не в преимуществе, поскольку при тонких полосках структура ячейки разрушается по краям, когда куски образцов отрезаются от панели. Более того, значения устойчивости часто приводятся без указания прогиба и растяжения. Высокая устойчивость к сдвигу может быть замечена при низком растяжении, что может включать переконструированные покрытия для убеждения в том, что небольшие прогибы не вызовут «разрушение заполнителя вследствие сдвига», и, как следствие, катастрофическое разрушение структуры. И напротив, низкая устойчивость к сдвигу может быть замечена при высоком растяжении, соответствуя прогибам, которым не смогут противостоять другие факторы конструкции или ограничения покрытий, из чего следует, что материал с низким сопротивлением к сдвигу никогда бы не разрушился от силы сдвига.
Типичное разрушение при сдвиге в случае слоистой панели с пористым заполнителем. |
Структуры натуральной величины должны оцениваться как целое, при большой панели и растяжении в виде критического анализа. Это отчасти верно при рассмотрении слоистых конструкций с сотовым заполнителем.
В 1960-х и 1970-х годах многие суда строились с использованием ранней версии пористого материала ПВХ с продольными связями, обладавшей сравнительно низкой прочностью на сдвиг. Некоторые из этих судов все еще ходят, и, вероятно, они были очень удачно сконструированы. Поэтому предположение, что прочность на сдвиг является ключевым параметром в конструировании, неверно. Например, многие профессионалы могут вспомнить сооружение моделей самолетов из бальзы до изучения стекловолокна, в то время как более логичным было бы начать использование жесткой основы и покрытия. С другой стороны, применение высокоэффективных покрытий на любой стороне податливого материала шло против интуиции. Но настоящее поколение молодых авиаконструкторов в действительности использует обвязочную ленту из стекловолокна на поверхности полипропиленового пористого материала. Так укорачивается период сооружения, и, что еще важнее, практически неразрушимая природа получаемой структуры обеспечила куда более подходящий материал. Более того, при проектировании структур с применением полипропиленовых сот необходимо помнить, что в значениях предела текучести при нагрузке и растяжении и предела прочности при сдвиге ощутимая разница. Полипропиленовый сотовый заполнитель может растягиваться и нести нагрузку без повреждений за гранью предела текучести при растяжении, так что значение предела прочности при сдвиге все же больше, чем предела текучести при растяжении. Важно помнить о том, что основа многих требований проектирования предшествует широкому использованию многоосных основопровязанных арматур, которые в общем прочнее, но не такие толстые, и потому утратили некоторую прочность на изгиб. Тем не менее, при применении в слоистых конструкциях для сообщения необходимой прочности на изгиб в поперечном сечении, многоосные основопровязанные арматуры идеально подходят для слоистых конструкций, больше способствуя уменьшению массы по сравнению с предшествующими слоистыми структурами. Тем более, с тех пор, как было достигнуто увеличение прочности многоосных основопровязанных арматур при больших нагрузках, структурный полипропиленовый сотовый заполнитель «Nida-Core» все больше и больше выбирается как наиболее подходящий заполнитель. Поэтому кропотливый проектировщик должен признать тест заполнителей в отношении деформации сдвига (в процентах) или растяжения при сдвиге после высшей точки (ISO 1922) как самый важный, который наиболее точно определяет степень упругости особого заполнителя. Неважно, используется ли при проектировании значение предела текучести при сжатии или предела прочности при сдвиге, а важно то, что, основываясь на этих данных, можно учесть точный запас прочности.
Используя полипропиленовый сотовый заполнитель, при конструировании можно ориентироваться на более высокую гибкую кривую графика, поскольку запас прочности находится в равновесии с гибким диапазоном кривой, а затем и при растяжении при сдвиге за гранью предела текучести. Этим мы не хотим сказать, что невозможно создать успешные проекты с ПВХ с поперечными связями или бальзой при свойственных им низких коэффициентах растяжения при сдвиге, а просто нагрузка при сдвиге должна быть более низкой, чем по кривой, и не слишком близко к пределу текучести. Однако, даже уравновешенность гибкого диапазона кривой редко достоверна при сильных ударах.
В основном следует сосредоточиться на жесткости, но в то же время должен быть соответствующий запас прочности для отступления. Если структура достаточно жесткая, то сотрясение обычно невелико, но жесткость без устойчивости к повреждениям не является желательным свойством.
Различные ключи использовались для достижения критериев для сложных конструкций судов, включая приспособление проектов для древесины с заменой однородными покрытиями, эквивалентными стекловолокну. Некоторые критерии заимствованы от эквивалентных проектов с использованием металлических материалов, преимущественно алюминия. Этот критерий проявляет себя хорошо при работе с некоторыми заполнителями более старого типа, но недостаточно эффективны при НОВЫХ заполнителях, таких как полипропиленовые соты, особенно если используются более тонкие покрытия. Самый большой недостаток наблюдается в областях, где нагрузка превышает диапазон нормальной нагрузки.
Большинство кораблестроителей-проектировщиков в качестве главного козыря имеют структуру с соответствующей жесткостью, а также устойчивостью к прогибам и ударам. Все данные признаки присутствуют у структурного сотового заполнителя «Nida-Core».
|
|
Наши материалы «Nida-Core», «Foamline», «Balsalite» и «TecnoCore» могут поставляться в предварительных наборах. Наш комплектовочный отдел использует технологию выработки State-of-the-art CNC для обеспечения наиболее точного и подходящего по форме заполнителя для вашей конструкции. Наборы «Nida-Core» разработаны для сокращения производственных расходов, экономии занимаемого продукцией места, во избежание лишних отходов и для ускорения производства. Все наборы производятся внутри фирмы в соответствии с особенностями клиента, упакованы в определенном порядке и пронумерованы для простоты установки. Прилагается понятная схема, что сокращает издержки на обучение персонала. Наборы утверждают качество и слаженность изделия и экономят ваши средства.
и вакуумно покрытые сложные панели «Nida-Core» достигают в размерах от 10 до 50 футов, с гелевым покрытием по выбору, предлагается 40 цветов. Выбор заполнителя: структурные сотовые заполнители с различным размером ячеек, «Balsalite», «Foamline» и «Structiso Triangulated pin». Покрытия включают тканый стекловатный жгут, биаксиалы, лауан, окоуме, активные покрытия, металлы, фанеру, мрамор и другой камень, а также термопластики в 17 или 34 унции.Основной обзор различных заполнителей, используемых в судостроительной промышленности, следует ниже. Хотя ни один заполнитель не может применяться во всех конструкциях, этот раздел выделяет различные аспекты разных широко доступных заполнителей.
ДРЕВЕСИНА БАЛЬЗЫ В ПОПЕРЕЧНОМ РАЗРЕЗЕ
Поперечно разрезанная бальза (такая как «NidaCore Balsalite») впервые поступила в широкое применение как заполнитель в начале 1960-х, когда была представлена структура поперечного среза.
Бальзовая древесина представляет себя исключительно в выгодном свете в стационарных лабораторных испытаниях. В поперечном разрезе она образует структуру, подобную сотам в миниатюре, достигая при этом прочности на сжатие выше, чем у какого-либо другого заполнителя. Высокая величина сжатия придает значительную жесткость слоистым панелям с бальзой. При пожаре бальза хорошо проявляет себя, так как она долго сохраняет способность выдерживать нагрузку, поскольку она горит дольше, чем пористые материалы. В то время, как бальзовое дерево также демонстрирует исключительные значения силы сдвига, обычно представленные значения основаны на лабораторных тестированиях, проведенных на панели толщиной в 0.25-дюймов – при этом бальза достигает наивысшего значения силы сдвига. Однако при увеличении толщины панели значения силы сдвига бальзы в значительной степени снижаются.
Еще одним недостатком бальзы является ее недостаточная устойчивость к ударам. А именно, ее высокая степень жесткости к сжатию вызывает готовность передачи удара от внешнего покрытия к внутреннему. В результате гранулы материала могут легко расколоться, тем самым вызывая расслоение внутреннего покрытия, что часто может остаться незамеченным. В расщелине между внутренним покрытием и заполнителем может скапливаться конденсат, что приведет к серьезному повреждению заполнителя водой. Даже если повреждение останется локальным, повторный удар в ту же область может привести к катастрофическому разрушению слоистой структуры. Ввиду низкого растяжения бальзы, особое внимание следует уделить передающим сдвиг связующим слоям со всех сторон заполнителя, чтобы убедиться в том, что слой с низким модулем передачи используется для «обрамления» заполнителя. Временной промежуток критический, поскольку заполнитель должен быть размещен и предпочтительно упакован вакуумно перед тем, как подвергнуться гелевой обработке.
Поскольку бальза является легкой пористой древесиной с низкой устойчивостью к воздействию водяного пара и влажности, она всегда чувствительна к условиям окружающей среды во время производства и ремонта структуры заполнителя, а также к рабочей среде структуры. В целом, судно с бальзовым заполнителем требует больше ухода, чем суда с другими заполнителями.
ПОЛИМЕРНЫЕ ПОРИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Пластики разделяются на две группы: термопластичные и термоактивные. Термопластичные имеют длинные молекулярные цепи, которые двигаются относительно друг друга при нагревании, и останавливаются в своем новом положении при охлаждении. Поэтому термопластики могут быть повторно термоформированы. Среди их многочисленных свойств примечательна их высока устойчивость к ударам. Термоактивные пластики, напротив, включают типичные слоистые смолы, и катализируются до вызывания реакций, которые создают поперечные связи между молекулами, преобразуя жидкие смолы в твердые материалы, которые сохраняют свою форму и не могут быть переформированы. Термоактивные пластики имеют много положительных свойств, включая высокие механические свойства и температурную устойчивость, но часто имеют низкую жесткость к разрывам.
УРЕТАНОВЫЕ ПОРИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Уретановые пористые материалы зачастую ошибочно сравниваются с полиизоцианатовыми пористыми материалами, которые были созданы для изоляции в жилых помещениях, нуждающихся в повышенной огнеустойчивости и низкой степени образования дыма. При том, что они основаны на похожих химических компонентах, разница между ними определяется соотношением двух важных составляющих – полиола и изоцианата. Соотношение называется индексом – уретановый пористый материал имеет низкий индекс, в то время как полиизоцианатовый пористый материал имеет высокий индекс. Пористые материалы обычно производятся в процессе группового изготовления, а пористые материалы с высоким индексом могут производиться на высокоскоростных линиях для изготовления опалубки крыши, что требует меньших затрат. Разница в стоимости может заставить выбрать полиизоцианат в качестве заполнителя. Однако, по сравнению с полиуретановыми пористыми материалами (например, бренд «Nida-Core Foamline»), полиизоцианатовые пористые материалы более хрупкие и со временем разрушаются при динамическом воздействии.
Термоактивные полиуретановые пористые материалы широко использовались в судах и других сложных структурах с середины 1960-х годов, и, уступая только фанере, полиуретановые пористые материалы могли бы использоваться для сооружения транцов судов более успешно, чем другие заполнители. На сегодняшний день транцы судов остаются одним из наиболее подходящих видов сооружений для полиуретанового материала высокой плотности. Полиуретановые пористые материалы демонстрируют крайнюю химическую (стироловую) устойчивость, а также устойчивость к нагреванию (к 250° F). Они также обладают отличной теплоизоляционной способностью, а проявляемые ими механические свойства могут улучшаться с годами. В число их слабостей входит разрушение при крайней нагрузке сдвига при относительно низкой степени растяжения, которая делает материал неподходящим для конструкций, подвергающихся динамической нагрузке – таких как бока корпуса судна и палубы.
ПОРИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ ПВХ С ПОПЕРЕЧНЫМИ СВЯЗЯМИ
Пористые материалы ПВХ с поперечными связями являются термоактивными пластиками. Пористые материалы с поперечными связями имеют постоянные точки между молекулярными цепями, что дает более высокую твердость, но меньшую упругость. Благодаря своей структуре с поперечными связями термоактивные материалы обычно имеют более высокую температуру тепловой деформации, чем термопластики.
Термопластичные и термоактивные материалы могут, тем не менее, быть смешаны, и при этом возникают молекулярные нити, которые могут быть зафиксированы в определенной степени, в то же время приобретая определенную степень термопластической упругости. Если термоактивные смолы (обычно ди-изоцианаты) смешиваются со смолами ПВХ, то получается пористый материал с усиленными механическими свойствами – более высокой температурой тепловой деформации и повышенной устойчивостью к растворителям. Однако конечные продукты из пористых материалов имеют свои недостатки: степень растяжения этих пористых материалов с поперечными связями обычно намного ниже, чем у пористых материалов с продольными связями. Относительная хрупкость снижает устойчивость пористого материала к ударам, ввиду чего они могут легко разрушиться под ударом. Пористые материалы ПВХ с поперечными связями также могут быть размягчены или повреждены в процессе формования сочетанием стироловых паров и тепла, выделяемого при обработке полиэстеровыми смолами. Некоторые производители материалов ПВХ с поперечными связями добавляют в смесь смол пластификаторы, которые впоследствии могут вызвать проблемы, так как пластификаторы имеют свойство со временем выводиться из пористого материала, ввиду чего материал по свойствам становится другим – его структура отличается от первоначатьно разработанной. Еще одной проблемой пористых материалов ПВХ с поперечными связями является обезгаживание. Пористые материалы ПВХ с поперечными связями производятся в камере с водяным паром, поскольку ди-изоцианатовому компоненту ПВХ для химической реакции необходимы молекулы воды. Пористые материалы с более низкой плотностью в течение недолгих периодов хранятся в среде с контролируемой температурой и влажностью до «созревания». Пористые материалы с более высокой плотностью требуют больше времени на вулканизирование / полимеризацию. Если полностью вулканизированный пористый материал ПВХ не обезгазится как следует, то феномен может произойти при нагревании пористого материала – при этом углекислый газ (CO2) образуется внутри пористого материала. При высвобождении наружу CO2 выталкивает наружное покрытие. С тех пор, как было установлено, что пористые материалы ПВХ имеют низкую устойчивость к высоким температурам, обезгаживание грозит стать существенной проблемой при конструкциях темного цвета.
ПОРИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ ПВХ С ПРОДОЛЬНЫМИ СВЯЗЯМИ
Пористые материалы ПВХ с продольными связями успешно используются в различных сферах с середины 1950-х годов. Хотя пористые материалы ПВХ с продольными связями демонстрируют менее высокие механические свойства, чем пористые материалы ПВХ с поперечными связями, пористые материалы ПВХ с продольными связями в жизненных обстоятельствах обладают одним из самых высоких уровней устойчивости к повреждениям и упругостью из всех пористых заполниетлей, что делает их идеальным материалом для конструкции корпуса судов, в случае которых повторные удары в одну и ту же область корпуса – обычное явление. Они хорошо подходят для сооружения конструкций, несущих динамическую нагрузку, и в этом случае окончательное разрушение произойдет только при очень высокой нагрузке.
Устойчивость к химикатам (стиролам) ограничена, поэтому необходимо быть внимательным в выполнении определенных процедур в цехе, и использовать определенные смолы / адгезивы. Крупным недостатком пористых материалов ПВХ с продольными связями является присущий этому материалу недостаток температурной устойчивости, ввиду чего он не подходит для сооружения надпалубных конструкций, так как в этом случае механические свойства могут ухудшиться от повторных циклов жары в морской среде.
ПОРИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ САН
Термопластичные пористые материалы САН (Стирен Акрилонитрил) с продольными связями успешно используются в сложных слоистых конструкциях. Обычно пористые материалы САН демонстрируют лучшие механические свойства, чем ПВХ или уретановые пористые материалы, хотя они стоят гораздо дороже. Пористые материалы САН имеют хорошие свойства жесткости; тем не менее, как и в случае всех пористых материалов, при достижении крайнего напряжения происходит катастрофическое повреждение, в результате которого образуется трещина под углом 45°, которая легко прогрессирует, так как слоистая панель продолжает растягиваться.
СОТЫ
Бумажные соты
Бумажные соты широко применяются в различных сферах промышленности в основном благодаря их низкой стоимости, но использование материала, в высокой степени подверженного послеаварийному разрушению в морской или внешней среде, непрактично. Бумажные соты, особенно в необработанной форме, лучше использовать в упаковочной промышленности.
Алюминиевые соты
Алюминиевые соты обычно применяются в авиаконструкциях, а для использования в относящихся к судоходству конструкциях они не подходят из-за своей низкой устойчивости к коррозии и высокой теплопроводности (не имеют изоляционных свойств). Еще одной проблемой является то, что связующие линии алюминиевых сот ограничены очень малой поверхностью тонкой стенки ячейки. Вокруг каждой ячейки должна образоваться оболочка из смолы для «схвата» заполнителя и создания поверхности для покрытия. в авиационной промышленности это достигается с помощью клейких пленок. Алюминиевые соты широко применяются в авиационной промышленности – преимущественно из-за того, что немногие пористые материалы могут выдержать крайние температуры обработки, которые обычно необходимы для производства деталей для авиационного сектора.
Полипропиленовые структурные соты
Полипропилен известен своей упругостью, крайней химической устойчивостью и растяжимостью. Вода или химические вещества, применяемые в различных промышленных отраслях, не влияют на него. Полипропиленовые структурные соты «Nida-Core» включают термосплавленный (не клееный) глубый материал, что обеспечивает прилегающую на 100 процентов поверхность (совместимую с большинством смол) для передачи нагрузки от поверхности к заполнителю. Используется также пограничная пленка, предотвращающая попадание смолы в струкруру ячеек.
Некоторые сотовые материалы имеют различные значения механических свойств в отношении продольного и поперечного направления в соответствии с фактом, что заполнитель слабее вдоль линии склеивания. Штампованные соты (такие как «Nida-Core H8PP») имеют равные свойства в отношении обоих направлений, поскольку они не склеены, как обычные соты. Полипропиленовые соты «Nida-Core» лекго термоформируются или вакуумно упаковываются (в отличие пористых материалов), и нет необходимости в рифлении. Опускание рифления может предотвратить излишнее впитывание смолы и связанные с этим косметические и структурные дефекты.
Механические свойства сот «NidaCore» проверяются по следующим параметрам: 1) физические свойства термопластика; 2) диаметр ячеек; 3) толщина стенок (толщина стенок ячеек); 4) толщина слоя заполнителя; а также 5) облицовка заполнителя. Замена одного или нескольких из данных параметров дает различные рабочие свойства материала. Соты «NidaCore» могут быть сконструированы так, что они будут иметь особую массу, принимать определенную нагрузку, производить отдачу в определенной степени и обладать эластичностью или жесткостью, необходимой для готовой конструкции.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ О СОТАХ
В двух словах, можно привести массу аргументов и контраргументов относительно того, какой материал имеет наилучше свойства для определенной конструкции. Структурные свойства, которых вы добиваетесь, очень сильно зависят от процесса производства. Необходимо проектировать конструкции с физическими свойствами, основанными на реальных величинах, которые цех может соответственно произвести. При степени растяжения выше, чем у какого-либо другого типа заполнителей, структурный сотовый заполнитель «NidaCore» является наиболее упругим заполнителем. Под нагрузками, превышающими его рассчитанные при проектировании нагрузки, он деформируется и растягивается; тем не менее, он остается невредимым, и, в отличии от пористых материалов, трещины от нагрузок не распространяются, а остаются локальными, что упрощает ремонт. Полипропиленовые соты являются надежным заполнителем для таких конструкций как надстройки, полы, перекладины, продольные балки, бока корпусов, а также многочисленные небольшие составные части и сооружения.
Показана установка «NidaCore» с применением вакуумной упаковки. Обратите внимание на другой заполнитель, используемый по краю как обрамление периметра. Этот метод придает детали звукоизоляционные свойства. |
Полностью признано, что нет больше материала, который обладал бы преимуществами в стоимости и рабочих свойствах, которыми обладает ЖЕСТКО-ЭЛАСТИЧНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ от «NidaCore»
Download our PDF brochure on Nida-Core Rigid-Elastic Technology.
