О проблемах ремонта современных стеклопластиковых корпусов

Знаете ли вы, что такое дициклопентадиен? Если ваша стеклопластиковая лодка требует ремонта, вам нужно изучить, что означает это слово.

Ремонт стеклопластиковых корпусов и палуб лодок, построенных полтора – два десятилетия назад, не составляет большой проблемы для умелых владельцев или экипажей. Но когда вопрос касается более новых лодок, выпускаемых после 90-х годов, то «самодельный» ремонт встречается с трудностями определенного порядка.

Около 15 лет назад резко ужесточились законы относительно ограничения количества канцерогенных летучих органических соединений, воздействию которых подвергались работники верфей. Смолы и гелькоуты, применяемые в судостроении и являющиеся источниками таких веществ, с тех пор были постепенно изменены в своем химическом составе для уменьшения эмиссии вредных веществ. Это, безусловно, принесло большую пользу как судостроителям, так и окружающей среде. Но новые, измененные смолы сделали и постройку лодок, и их ремонт, значительно более требовательными технически, чем это было прежде.

Полиэфирная смола, применяемая при постройке практически всех пластиковых корпусов, приобретает твердость и прочность в результате реакции при введении отвердителя. Смола – полимер и имеет длинные цепи молекулярных структур. Отвердитель – мономер, способный соединить эти цепи прочными связями между собой. Когда нужное количество отвердителя введено в смолу и смешано, эти две жидкости взаимодействуют, и образуют твердую и прочную структуру полимерного пластика. Мы говорим – смола встала.

При комнатной температуре неразбавленная полиэфирная смола обычно имеет вязкость как у меда. При такой вязкости она практически не смогла бы качественно пропитать стекловолокно. В «старые» полиэфирные смолы обычно добавляли мономер - стирол (этилен-бензол), разбавитель, и это снижало их вязкость. Таким образом производились смолы, пригодные для пропитки стекловолокна при ручной укладке, и для напыления смолы с рубленным стекловолокном при формовке корпусов в матрицах. Такой метод являлся стандартным для производства стеклопластиковых судов прогулочного флота. Испаряющийся стирол и был тем, что большинство людей называют «запахом стеклопластика» в процессе строительства или ремонта.

Чтобы уменьшить содержание стирола в смоле был предназначен другой ингредиент – дициклопентадиен, который в различных пропорциях теперь добавляют в смолы в течение последних 15 лет. Поскольку дициклопентадиен обладает низкой вязкостью, в содержащие его «гибридные» смолы можно добавлять лишь незначительное количество стирола и при этом получать полиэфирную смолу с вязкостью пригодной для производства стеклопластикового ламината. Начиная с 2000 года практически все производители стеклопластиковых корпусов в США использовали смолы с тем или иным количеством дициклопентадиена в их составе. Если ваша лодка была изготовлена в конце 90-х годов, то наверняка это вещество есть в составе ее стеклопластикового ламината. Если так, то возникают некоторые трудности, когда приходит время ремонта.


Эра 70-80-х

Если вы яхтсмен со стажем, то отлично помните запах «новой лодки» из стеклопластика, который может сохраняться годами. Несмотря на то, что лодка была построена в соответствии с технологией , мы чувствуем этот запах, который исходит от не полностью «вставшей» смолы в ламинате корпуса, палубы и набора. Смолы с большим содержанием стирола были обычным явлением в 70-х и 80-х годах, и если при изготовлении ламината мономер (стирол) не прореагировал весь с полимером (смолой) еще в начальной, жидкой фазе отверждения смолы, то он остается в массе стеклопластика. В процессе многолетней эксплуатации лодки – при ее многократном нагревании и охлаждении, в конце концов, смола окончательно «встанет» или лишний стирол все же испарится из пластика, но это может произойти очень не скоро.

Не полностью вставшая смола не всегда означает, что корпус в целом имеет структурные, прочностные проблемы, поскольку обычно строители набирают толщину ламината в конструкции больше, чем необходимо для обеспечения прочности. Но иногда можно встретиться с проблемами косметического характера. Не полностью вставшая смола размягчается под воздействием повышенной температуры, и гелькоут не обладает достаточной твердостью. В самом ламинате размягченная смола при нагревании расширяется значительно больше, чем стекловолокно, а затем дает усадку. Это приводит к проявлению видимой рельефной структуры стекломатериала на поверхности корпуса в виде маленьких бугорков и впадин. Особенно страдают этим недостатком корпуса темного цвета, вследствие их большего нагрева солнечными лучами.

Проявление структуры стеклоткани на поверхности гелькоута очень редко можно встретить на хорошо сделанных лодках последнего десятилетия, где применены смолы с дициклопентадиеном и другими новыми ингредиентами, которые способствуют полному отверждению смолы в течение дней, максимум – недель, а не месяцев и лет, как это было прежде. Это замечательно для косметического эффекта, но создает проблемы при вторичной выклкйке по уже отвердевшему ламинату – именно то, с чем мы встречаемся при ремонте.

Вторичная выклейка (или ламинирование) предполагает приклейку, приформовку свежего стеклопластикового ламината к уже отвердевшему. В случае с «новыми» стеклопластиками прочность соединения отвердевшего ламината со свежим будет обеспечиваться лишь адгезией смолы к «старой», химически инертной, поверхности. В этом случае соединение на молекулярном уровне произойдет на глубину слоя лишь нескольких молекул, что значительно слабее, чем образование единого полимерного блока. Но если вы возьмете пахнущий стиролом, старый корпус лодки для ремонта, то у вас не будет никаких проблем с этим – новый ламинат свяжется со старым в единую полимерную структуру на молекулярном уровне вследствие того, что старый пластик еще не полностью встал и способен к продолжению химических реакций.

Теперь даже судостроители, работающие со смолами, содержащими дициклопентадиен, должны учитывать прочность присоединения элементов вторичного ламинирования когда они строят новые лодки. В ресурсе имеется только три или четыре дня, пока смола еще полностью не встала (и является green - зеленая, молодая), для того чтобы получить монолитный композит на молекулярном уровне при соединении стеклопластиковых деталей в единое целое или наложении дополнительных слоев ламината. Внутренний, силовой набор корпуса - стрингера, флоры, переборки и проч. должны быть вставлены на место и приламинированы к корпусу в течение этого короткого временного «окна». Даже небольшое количество ультрафиолетового излучения в солнечный день может сократить этот период от нескольких дней до нескольких часов.

Некоторые верфи имели серьезные проблемы с рекламациями по поводу отслоения силового набора от корпуса в процессе эксплуатации лодок. Один из примеров в моей практике сюрвейера ярко отражает эту «детскую» болезнь новых технологий.

«Я сидел за штурманским столом, когда мы меняли галс», - рассказывал мне ошеломленный владелец. «Неожиданно раздалась очередь громких, рвущихся звуков, и моя нога была подброшена вверх на пару дюймов. Когда я осмотрелся внутри, то оказалось, что все панели пайолов в салоне оказались приподняты».

Даже быстрый взгляд в трюм, под пайолы, обнаружил, что почти все килевые флоры оторвались от днища – не радостный факт во время оффшорного плавания, особенно с учетом того, что лодка перегонялась для всеобщего обозрения на бот-шоу.


Глядя на проблему

Какие же особенности должны вы учитывать, и какие методы применять, если вам предстоит ремонт одной из таких лодок? Как добиться надежного соединения нового ламината со старым? Как вы можете убедиться в надежности и целости конструкции имеющейся лодки?

Проблемы со вторичным (построечным) ламинированием у новой лодки обычно могут быть легко обнаружены в местах, где шпангоуты, стрингера, флоры и фундаменты оборудования присоединены к корпусу посредством приклейки и ламинирования «мокрым» уголком. Просто смотрите вдоль линии соединения – нет ли там трещин. Или, вооружившись отверткой или легким молоточком, простучите интересующие вас места, и слушайте звук. Он должен быть плотным и звонким. Необычный, глухой, дребезжащий или «пустой» звук сигнализирует о проблемах. Обозначьте проблемные места, и внесите их в план ремонта.
Если ваша лодка не показывает признаков проблем вторичного ламинирования, будьте настороже, если лодка построена позже конца 90-х. Хотя сегодня нет никаких причин считать, что ваша лодка не может быть правильно отремонтирована, я знаю только о двух случаях, когда верфи отзывали лодки по таким причинам. По большей части они стремятся ремонтировать их. Эти лодки были построены на заре применения «новых» смол, когда правильные технологии еще не были точно установлены и внедрены в производство.

Внимательно проэкзаменуйте структуру расслоившегося ламината. Это даст вам некоторые мысли относительно природы разрушения. Особое внимание обратите на поверхности разошедшегося клеевого соединения. Если эта поверхность шершавая, с торчащими волосками стекломатериала – то это хорошо. Если же поверхность блестящая, то это означает, что имеется реальная проблема вторичного ламинирования на верфи, и возможно, весь силовой набор лодки не имеет надежного сцепления с корпусом. В этом случае вам необходима дополнительная предосторожность и постоянный контроль.

Тестирование пластика на наличие дициклопентадиена и определение прочности соединений вторичного ламинирования не может быть проведено по наитию, и требует определенных химических и механических тестов в лабораториях. Эти тесты могут быть весьма дорогостоящими, но их можно произвести с небольшими образцами ламината, вырезанного из корпуса.

Другой аспект ремонтных работ со стеклопластиковым ламинатом, который нужно иметь в виду, это необходимость механической его обработки, при которой образуется большое количество токсичной стеклянной пыли. Определите площадь подготавливаемой под оклейку поверхности. Поскольку вам предстоит вторичное ламинирование, то для повышения прочности ремонтного места крайне важно зачистить поверхность на площади равной 10-12 толщин основного ламината. Например, вы хотите закрыть 5-сантиметровое неиспользуемое отверстие в однослойном стеклопластиковом корпусе 12-миллиметровой толщины. Ремонт должен производиться как с наружной, так и внутренней стороны обшивки борта, что является стандартом для ремонта подводной части корпуса. Зачищаемая зона должна распространяться на 15 см. во все стороны от отверстия. Неожиданно, ваша 5-сантиметровая дыра превратилась в ремонтный участок диаметром 30 сантиметров! Обработанная под оклейку поверхность должна быть ровной, и глубина ее постепенно уменьшаться к краям. Поскольку отремонтированный участок никогда не может иметь прочность равную и исходным целым участком, то площадь под оклейку ремонтного места имеет критическое значение – чем она больше, тем меньше нагрузки приходится на единицу площади вторичного ламината.

Подбор стекломатериала

Теперь нужно произвести тщательный подбор стекломатериала для ремонта с учетом его типа, веса и ориентации волокон при укладке. Возможно, вам удастся добыть оригинальную схему укладки ламината именно вашего корпуса или других корпусов этой модели у производителя лодки или в ассоциации владельцев - тогда вам повезло. Множество современных, особенно гоночных лодок имеют весьма замысловатую схему укладки стекломатериала, включая применение специфических его сортов – нетканых, би- и три-радиально усиленных материалов. В этом случае важно сделать подбор строго в соответствии с заводской спецификацией. Тканные стекломатериалы - стеклоткани и стекломаты несложно идентифицировать на образцах, и сомнения могут быть только в относительно точном определении плотности материала. Но как быть в том случае, если неясна схема укладки, т.е. направления, в которых укладывались слои стеклоткани при постройке корпуса? В таком случае образец обшивки диаметром 8-10 см. можно отослать в лабораторию на «burnout test» - тест на выжигание. Лаборатория ответит вам с информацией плотности стеклоткани и ее ориентации в образце. Она может быть «0-90» - т.е. уложенная продольно нос-корма, «плюс/минус 45», т.е. уложенная диагонально, или имела место комплексная трирадиальная укладка. Однако это существенные дополнительные расходы: ремонт 10 сантиметрового отверстия в корпусе, оставшегося после вырезания образца, будет кое-чего стоить, плюс расходы на пересылку и сам анализ в лаборатории, не считая нескольких недель ожидания, прежде чем придут результаты.

(От перев. Применительно к нашим условиям, оч.умелые ручки наших владельцев в состоянии самостоятельно провести некое подобие такого теста. Нужно лишь выжечь образец обшивки в пламени горелки, и с учетом того, что стекломатериал не горит, внимательно изучить оставшиеся после выгорания смолы образцы, аккуратно разобрав стопку обугленной стеклоткани. Возможно, вам удастся определить ориентацию слоев и плотность ткани (взвешивая образцы на точных весах, и разделив этот вес на площадь образца). Важно только сразу разметить расположение образца в корпусе, нарисовав на нем стрелку «нос-корма», чтобы не спутать направления волокон.)

Другие важные условия успеха

Когда вы подобрали для ремонта соответствующий стекломатериал, выбор смолы выходит на первое место, и здесь выбор должен быть сужен до подбора соответствующего сорта эпоксидной смолы и отвердителя в соответствии со спецификацией производителя. Вероятно, вам потребуется также некоторое количество гелькоута (для надводного борта). Все это касательно материалов. А как насчет вас самих? Делая такую работу, вам необходимо иметь средства индивидуальной защиты.

Нужно обзавестись несколькими комплектами бумажных костюмов с капюшонами для маляров. Поскольку необрастайка и стеклянная пыль, а также испарения из стеклопластика могут причинить вред вашим органам дыхания, применяйте респираторы с надлежащими фильтрами. Защищайте открытые участки тела – шею, запястья шарфиком и нарукавниками. Кисти рук должны быть защищены пыленепроницаемыми перчатками. Защитные очки и беруши абсолютно необходимы при работе с механическими шлифовальными машинами.

Интересовались ли вы когда-либо, почему так мало травы растет под лодками на стоянке? Необрастающая краска на днище корпусов воздействует и на земные растения, не только на водные. Она также нехороша и для человека – имейте это в виду. Некоторые яхт-клубы требует, чтобы при работе на их территории вы использовали только технику, позволяющую собирать пыль при обработке поверхности корпусов.

При подготовке к ремонту не забудьте обзавестись мензурками или точными весами для дозировки компонентов смолы, термометром для контроля температуры, а также обвесами из плотной ткани, чтобы окружить ними место ремонта, и иметь возможность подключить обогревательный фен для подвода тепла, если возникнет угроза высокой влажности или падения температуры воздуха. И когда все это у вас готово, разработан план ремонта и позволяет погода, смело беритесь за работу.

From Cruising World by Bruce Pfund

Об авторе: Bruce Pfund является экспертом по композитным конструкциям и сюрвейером прогулочного, коммерческого и военного флота. Он также технический редактор журнала Professional Boatbuilder.

Перевод Сергея Свистула

Опубликовано в журнале "Фарватер"