стеклопластик изделия

СТЕКЛОПЛАСТИКИ - самый популярный материал тюнинговиков всего мира. Дело в том, что, в отличие от всех иных материалов, стеклопластиковые детали можно изготовить чуть ли не в гараже на коленках. Дерево, в принципе, также не требует дорогого оборудования и специальных помещений, но изготавливать бампер или крыло из дерева более чем странно.

Стекловата используется людьми с начала прошлого века. Стекловолокно появилось лишь в 40-х годах. Этот материал уже давно применяется при строительстве лодок. Стеклопластик - достаточно универсальный материал. Можно изготовить тоненькую декоративную накладку или бампер, которым можно будет снег во дворе разгребать. Были прецеденты, когда в автомобиль с кузовом, изготовленным из стеклопластика, врезались простые, "стальные" автомобили и результат был не в пользу последних. Конечно, речь идет о специальных деталях, где осуществляется специальное упрочнение, но в любом случае стеклопластиковые детали - достаточно крепкая штука.

Что же такое стеклопластик? Если просто, то этот материал представляет собой стекловолокно, пропитанное некой смолой. Смолы бывают разные, для разных условий работы и необходимых характеристик готового изделия. Есть смолы, которые застывают при комнатной температуре, а есть такие, которым необходим нагрев. Смола и специальный катализатор (отвердитель) тщательно смешиваются в определенной пропорции, и затем этим составом пропитывается полотно, состоящее из особых стекловолокон. Сама смола достаточно хрупкая штука, и именно стекловолокно придает ей необходимую прочность и гибкость. Для получения изделий из стекловолокна часто приходится изготавливать специальные матрицы, но об этом далее.

Очень важно правильно подобрать пропорции смолы и катализатора. Если переборщить с последним, то смола застынет раньше, чем вы сможете закончить работу. Если недолить, то смола будет сохнуть слишком долго.

МАТЕРИАЛЫ

Смола, в принципе, вещь стандартная, но смолы разных фирм могут довольно сильно отличаться друг от друга по качеству. На свойства смол и на их рабочие параметры довольно сильно влияют температурные характеристики помещения, в котором производятся работы, и его проветриваемость.

Порой для лучшего застывания матрицу с изделием помещают в специальную сушильную камеру. Это помогает значительно ускорить процесс получения готового изделия. Самые прочные изделия изготавливаются в автоклавах под большим давлением и высокой температурой.

Как было сказано выше, смолы - не столь крепкий материал, и стекловолокна выступают в качестве армирующего материала. Стекловолокно бывает различным и по толщине, и по структуре. Есть два основных типа: стекломат и стеклоткань. Стекломат состоит из хаотично расположенных волокон, а стеклоткань выглядит как обычная ткань. Наибольшее упрочнение дают различные марки стеклотканей. Стекломаты дают меньшую прочность, но они более легки в обработке и по сравнению со стеклотканью лучше повторяют форму матрицы.

Стекломат может быть очень тонким, воздушным (такой материал называют стек-ловуалью), а бывает толстым, как одеяло. Стекломаты различаются по толщине и плотности, но разделяют их по весу одного квадратного метра материала в граммах: 300, 450, 600, 900. Стекловуаль с плотностью 32 г/кв.м позволяет вывести поверхность очень высокой сложности, с большим количеством граней и резких переходов. Толстый мат (600 или 900) позволяет набрать толщину изделия и добиться необходимой прочности. Стоит отметить, что при создании толстых изделий работа проходит в несколько этапов. Выкладывается несколько листов для получения первого слоя и дается время на застывание. Затем дополнительно, уже на твердую поверхность, укладываются дополнительные листы мата для придания необходимой толщины. Если попытаться уложить сразу все слои, то велика вероятность, что готовое изделие покоробится, стянется.

Стеклоткани (иногда за характерное плетение их называют "рогожей") бывают разной толщины. Эти ткани также используются для придания жесткости и объема готовому изделию. Как и любая ткань, стеклоткань неодинаково работает при разнонаправленном растяжении. Поэтому для придания необходимой жесткости стеклоткань укладывается под разными углами. Качество стекловолокна также играет немаловажную роль. Оно должно хорошо пропитываться смолой и удерживать ее между волокнами.

Для придания изделиям с большими плоскостями прочности и стабильности, а также для снижения массы готового изделия применяются специальные вставки из особого материала - поликора. Поликор - это нетканый материал из непрерывного полиэфирного волокна, содержащий в своей структуре микробаллоны. Этот материал укладывается между несколькими слоями стекломата. Зачастую поликор вклеивается лишь армирующими полосками, а не большими полотнищами. К слову о прочности. Как это ни странно прозвучит, но чем меньше смолы в стекловолокне (при условии его полной пропитки и отсутствии пузырьков), тем прочнее будет готовое изделие и тем меньше окажется и его вес.

Часто можно услышать об автомобилях со стеклопластиковыми кузовными элементами, что они стойки к царапанью, так как окрашены в массе. Это не совсем так. Поцарапать их можно, но цвет сохранится. Происходит это потому, что при изготовлении деталей с качественной поверхностью поначалу в матрицу наносится декоративный слой особого материала - гелькоат (gelcoat - гe-левое покрытие). Этот полиэфирный состав и освобождает изделия от дальнейшей покраски. Его можно подобрать по цвету или создать свой оттенок колеровочными составами. Кроме того, гелькоатный слой увеличивает срок службы изделия, защищает от воздействий окружающей среды и скрывает структуру стеклопластика. После того как гелькоат затвердел, укладывается стекловолокно и смола. Готовое изделие будет иметь ровную (зависит от качества матрицы), нужного цвета поверхность.

В этом процессе кроется один важный момент. Если слой гелькоата будет в одном месте слишком тонкий, то может случиться следующее: или в этом месте будет просвечивать структура стекловолокна, или гелькоат может вообще отойти и сморщиться. Поэтому крайне важно пользоваться правильными материалами и следовать технологии. Для равномерного нанесения гелькоата часто используют не кисти, а краскопульты. Так удается значительно сократить количество брака. Но для распыления гелькоат должен быть более жидким, чем для ручного нанесения.

МАКЕТ И МАТРИЦА

Для изготовления изделия из стеклопластика первое, что необходимо, - создать его макет. Собственно, макет нужен всегда, но при одноразовой работе иногда удается укладывать стеклоткань на временные распорки. Этот подход срабатывает только тогда, когда нет необходимости в создании качественной поверхности. К примеру, очень часто при изготовлении новых дверных панелей основу изготавливают из стеклопластика прямо на двери, защитив ее предварительно пленкой бумажного скотча, полиэтилена, воска и т. п. Плохое качество поверхности в данном случае мало кого волнует, так как затем на эту прочную стеклопласти-ковую корку клеится пористый материал, а на него кожа, ткань или что-то другое. Технология изготовления кузовных и декоративных изделий из стеклопластика и тех предметов, которые будут тиражироваться, несколько сложнее. Здесь не обойтись без макетирования и матрицирования.

Макет будущего изделия может быть изготовлен различными способами: фанера, пластилин, пенопласт и т. д. От того, насколько правильно сделан макет, будет зависеть качество будущих изделий. Более того, если необходимо, чтобы у детали, которая будет затем создаваться, была идеально ровная поверхность, над ее качеством придется поработать уже на макете. Чем более гладким и ровным будет макет, тем меньше работы потребуется потом, при изготовлении и доведении матрицы.

Еще до создания макета необходимо понять, можно ли изготовить деталь целиком или нет. Дело в том, что при работе со стеклопластиками и другими подобными материалами необходимо, чтобы готовую деталь после застывания можно было вытащить из матрицы, ничего не повредив при этом. Возможно, деталь будет иметь такую форму, что ее придется изготавливать из нескольких частей, а затем скреплять их друг с другом, но выклеить шар через угольное ушко вряд ли получится.

Матрица создается по макету. Это самый ответственный момент. Прежде всего макет вощится, т. е. покрывается тонким слоем воска. Эту процедуру можно сравнить с полировкой автомобиля. После того как макет подготовлен, на него наносится слой специального матричного гелькоата. Это покрытие в дальнейшем позволит вывести поверхность матрицы практически до зеркального блеска. Матричный гелькоат гуще, чем обычный, и ложится более толстым слоем.

После того как встанет этот слой, начинается укладывание стекломата. Сначала -тонкая стекловуаль. Она позволит точно повторить все изгибы и контуры макета. Далее желательно дать подсохнуть первому слою. Затем уже можно выложить еще несколько слоев более толстого мата, но сразу набирать толщину не стоит, иначе матрицу может повести (изогнуть и покоробить). При создании матриц на простые детали можно упростить процедуру. Тут главное - опыт.

Если матрица будет разъемной, то при ее изготовлении делаются специальные перегородки вокруг макета, разделяющие его на сегменты. Выложив основной, после его застывания перегородки вынимаются и, обработав кромки первого сегмента матрицы, выкладываются остальные. Для правильного позиционирования сегментов друг относительно друга в первом при формовании делаются специальные ямки. Когда будут формоваться следующие сегменты, эти ямки будут заполнены смолой и стекловолокном, и появятся бугорки. Эти пары и позволят при будущем использовании правильно скрепить различные части матрицы воедино. Для скрепления сегментов матрицы в ребрах всех отдельных частей сверлятся отверстия под крепежные болты. Для того чтобы матрица была прочной и хорошо держала форму, после ее изготовления, прежде чем вынуть макет, к матрице приформовывают ребра жесткости. В зависимости от ее размеров это может быть прочный стальной каркас или небольшие фанерные или деревянные ребра. Готовая матрица, если макет был изготовлен аккуратно, может и не потребовать дополнительной обработки, но зачастую приходится выводить поверхности, шлифовать и полировать матрицу до блеска. Только тогда можно получить идеальную деталь. А к кузовным элементам вообще нужно особое внимание.

Затем начинается долгий процесс вощения. Матрицу приходится тщательно натирать воском несколько раз с перерывами. Воск нужно не просто намазывать, а растирать до получения тонкой, гладкой, невидимой пленки. Если этого не сделать, то поверхность готового изделия будет не гладкой, а шершавой.

После, а порой и вместо вощения иногда используют специальные жидкости, которые, высыхая, создают пленочное покрытие, предотвращающее попадание смолы или гелькоата на матрицу, чего никак нельзя допускать. Как нельзя и царапать ее поверхность. В противном случае смола может "намертво" прирасти к матрице, и тогда процедуру шлифовки, полировки и вощения придется повторять снова. Порой используют особые составы, обработав которыми матрицу можно снимать с нее до 100 изделий, но старый добрый воск всегда остается самым понятным и надежным средством.

Процесс создания матрицы, описанный выше, является довольно распространенным вариантом, используемым в большинстве тюнинговых фирм, но это не означает, что нет иных способов. Существуют компьютерные технологии, станки с ЧПУ, позволяющие по виртуальной модели вырезать из любого материала любой макет или уже готовые пресс-форму или матрицу. Но это уже промышленный, не гаражный уровень.

Собственно, далее можно приступать к изготовлению деталей. Слой гелькоата в принципе не обязателен, но, во-первых, он придает более законченный вид готовому изделию, а будучи цветным, позволяет сэкономить на покраске или вообще от нее отказаться, а во-вторых, он защищает матрицу от стекловолокна, которое на самом деле очень даже абразивно, т. е. царапает.

ТЕХНОЛОГИИ

Технологий производства изделий из стекловолокна существует несколько. Стоит сразу оговориться, что эти методы используются и при работе с другими армирующими материалами, такими, как карбон, кевлар, другие тканые материалы и их сочетания.

Ручное (контактное) формование. Этот способ самый простой и дешевый (если не считать затрат на квалифицированную рабочую силу). Пропитка стекловолокна осуществляется валиком или кистью, которые должны быть стойкими к смолам. Волокно или сразу укладывается в форму, или уже после пропитки. Обработка стекловолокна разбивочными валиками способствует лучшему распределению смолы между волокнами. Затем укаточными валиками производят окончательную укатку стеклоткани, выдавливая пузырьки воздуха и равномерно распределяя смолу по всему объему. Крайне важно не допустить, чтобы под слоем стеклоткани оставались пузырьки воздуха. Если изделие застынет с таким браком, это место будет ослаблено вплоть до возможного сквозного продавливания. Такие брачки также могут помешать дальнейшей обработке изделия, потребовать его восстановления или полной замены. В любом случае будут затрачены дополнительные материалы, труд, а также деньги.

Ручной метод может быть несколько механизирован. Существуют смесители, подающие смолу с катализатором через валик, и иные приспособления. Но укатывать все равно приходится своими руками.

Достоинство ручного метода вполне очевидно: просто и дешево. Но любая экономия может иметь и обратную сторону. Качество готовых изделий очень сильно зависит от квалификации рабочих. И условия труда при таком подходе довольно вредные. Кроме того, очень сложно добиться большой производительности. Однако для небольших фирм и малых объемов работы этот метод самый подходящий.

Метод напыления рубленого роввинга. Этот подход куда более технологичен. В нем используется не стекловолокно, а стеклонить, которая подается в измельчитель специального пистолета, где рубится на короткие волокна. Затем пистолет "выплевывает" их вместе с порцией смолы и катализатора. В воздухе все смешивается и наносится на форму. Но после этой процедуры все равно массу необходимо прикатать, чтобы удалить пузырьки. Далее отвердевание происходит как обычно.

Такой способ выглядит очень заманчиво и просто. Казалось бы, стой и поливай из шланга. Но есть один существенный недостаток, из-за которого этот способ не столь популярен, - слишком большой расход смолы. Изделие получается очень тяжелым, и, так как волокна не переплетены друг с другом, механические свойства такого стеклопластика несколько хуже. Кроме того, к вредным парам смол подмешивается взвесь мелких частиц стекла от измельчителя, очень вредных для легких человека.

Метод намотки. Этот специфический метод предназначен для изготовления пустотелых круглых или овальных секционных компонентов, типа труб или резервуаров. Таким образом делаются парусные мачты, удочки, рамы велосипедов, глушители автомобилей и т. д. Стекловолокна пропускаются через ванну со смолой, затем через натяжные валики, служащие для натяжения волокна и удаления излишков смолы. Волокна наматываются на сердечник с необходимым сечением, угол намотки контролируется отношением скорости движения тележки к скорости вращения. Как намотка нитки на шпульку швейной машинки. В результате получаются крепкие и легкие изделия.

И достоинства, и недостатки этого метода очень близки. Им не сделать автомобильное крыло, но сделать мачту корабля или даже кардан другими способами не менее сложно.

Метод препрегов. В данном случае используются не отдельные смола и ткань, а так называемые препреги - предварительно пропитанная смолами стеклоткань. Стекловолокно предварительно пропитывается предката-лизированной смолой под высокой температурой и большим давлением. При низких температурах такие заготовки могут храниться недели и даже месяцы. При этом смола в пре-прегах находится в полутвердом состоянии. При формовании препреги укладываются в матрицу и закрываются вакуумным мешком. После нагрева до 120-180°С смола переходит в текучее состояние, и препрег под действием вакуума принимает нужную форму. При дальнейшем повышении температуры смола застывает.

Вся проблема этого метода в необходимости нагревательного оборудования, особенно автоклава. По этой причине изготавливать большие детали очень сложно. Но и плюсы очевидны. Использование вакуума позволяет значительно снизить вероятность появления воздушных пузырьков и существенно сократить долю смолы в готовом изделии.

Существуют и иные технологии - пуль-трузия, RFI, RTM и др. - практически на все случаи жизни. Выбор той или иной технологии зависит от необходимых объемов, сложности изделия и количества денег у организатора такого производства.

ВЫВОДЫ

Что дает стеклопластик? Прежде всего - вес. И хотя для создания по-настоящему крепких деталей порой приходится делать их толстыми, а это лишние килограммы, но, в отличие от стали или алюминия, стеклопластик способен возвращаться в исходную форму после ударов, не повлекших за собой разрушения элемента. И при ремонте деталей из стеклопластика понятие "кузов-ня" приобретает несколько иной смысл. Незначительные трещины могут быть заклеены изнутри смолой, с наложением листа стеклоткани или мата. Большие повреждения можно восстановить, уложив деталь снова в матрицу и восстановив по порядку нужный сегмент. Но такой способ может не дать хорошего качества, и велика вероятность повреждения матрицы, а этого никак нельзя допускать. Проще сделать новый элемент. Хотя стеклопластиковые детали можно восстанавливать и старым способом: шпаклевка, шпатель, шкурка и вода.

К недостаткам следует отнести высокую стоимость материалов. Но что самое плохое -большая токсичность. При работе с этим материалом крайне важно соблюдать технику безопасности. Желательно пользоваться респиратором, поскольку пары эпоксидных смол совсем небезвредны. Как бы то ни было, стеклопластик и по сей день остается самым популярным материалом мирового тюнинга. И хотя разнообразные кевлары, карбоны, пенополиуретаны, базальтовое волокно и т. п. начинают все сильнее его теснить, думается, что стеклопластик еще долго будет востребован.