Что же такое композиционные материалы (композиты)?

Наука и техникаHi-Tech

Композиты в судостроении

Александр Митрофанов

Построенная в1849 году в Марселе железобетонная шлюпка

В настощее время композиционные материалы все шире применяются в машиностроении, в том числе и в судостроении. А что же такое композиционные материалы (композиты)?

Это материал, состоящий не менее чем из двух химически различных, нерастворимых друг в друге компонентов, при этом их количественное соотношение должно быть сопоставимым. Один из этих компонентов является непрерывной фазой (матрицей), которая может быть металлической, керамической, углеродной или полимерной, а другой – наполнителем. В качестве наполнителей полимерных композитов чаще всего выступают углеродные или стеклянные волокна, а роль матрицы играет полимер. В результате образуется практически новый монолитный материал, свойства которого качественно отличаются от свойств каждого из его составляющих в отдельности. Примерами таких материалов являются железобетон, стекло- и углепластики, резины и т.д.

Строение композиционных материалов

История композитов насчитывает уже тысячелетия. Весьма вероятно, что первым композитом стал весьма распространенный даже сейчас строительный материал – смесь глины и соломы, служащий для изготовления «кирпичей». А еще около 3400 лет до н.э. в древней Месопотамии склеивали деревянные полосы под разными углами для создания фанеры.

В 1870–1890 гг. на сцену выходят синтетические полимерные смолы, которые с помощью процесса полимеризации превращались из жидких в твердые. В 1907 году американский химик Лео Бакеланд создает бакелит (также называется карболитом) – одну из первых синтетических смол. Смола была чрезвычайно хрупкой, но Бакеланд устранил этот недостаток, объединив ее с целлюлозой, то есть создал композит.

Стекловолокно

А в 1936 году Карлтон Эллис запатентовал ненасыщенные полиэфирные смолы, ставшие основным выбором для смол при производстве композитов. К концу 1930-х годов появились и другие полимерные системы, в том числе эпоксидные смолы.

В конце 1930-х годов американская компания Owens-Illinois разработала процесс вытягивания стекла в тонкие волокна и создания из них текстильной ткани. Сочетание стеклянных волокон с новыми синтетическими смолами привело к созданию прочных и легких композитов – стеклопластиков.

В это же время немецкий изобретатель Макс Химмельхебер разрабатывает технологию производства древесностружечных плит – листового композиционного материала, изготовленного путем горячего прессования древесных частиц, преимущественно стружки, смешанных со связующим веществом. Первый коммерческий образец был изготовлен на фабрике в Бремене в 1941 году с использованием фенольных связующих и еловой крошки.

Фанера

В авиации широкое распространение получает авиационная фанера, изготовленная из березового шпона, для соединения пропитанного фенолоформальдегидным клеем и бакелитовой смолой. В 1935 году в СССР была создана дельта-древесина, в годы Великой Отечественной войны сыгравшая важную роль в отечественном авиастроении. Этот композит получался путем горячего прессования под высоким давлением слоев березового шпона, пропитанного фенол- или крезолоформальдегидной смолой.

Создаются и другие виды неметаллических слоистых композиционных материалов: гетинакс, декоративные бумажно-слоистые пластики, искусственные кожи, текстолиты, многослойные стекла, линолеум и многое другое.

Толчок к широкому распространению композитов дала Вторая мировая война. К 1945 году только в США производилось около 1,6 тыс. т стеклопластика в год.

С начала 1950-х начинают применять панели с сотовым заполнителем (сэндвич-панели), позволяющим при минимальном весе получать конструкции высокой прочности. Такие панели представляют из себя ячеистый сотовый наполнитель из алюминия, композитных материалов или пенопласта, помещенный между двумя тонкими листами жесткого материала (металла и др.), который обеспечивает материалу прочность на растяжение.

Авиафанера

В 1961 году было запатентовано первое углеродное волокно. Использование этого волокна помогло продвинуть вперед многие отрасли, включая аэрокосмическую, автомобильную и морскую. В 1966 году Стефани Кволек, химик компании DuPont, изобрела кевлар, параарамидное волокно.

С начала 2000-х годов начали использоваться нанотехнологии. Наноматериалы входят в состав улучшенных волокон и смол, используемых в новых композитах. Развитие 3D-печати в 2010-х годах позволило воплотить в жизнь любой элемент, который можно создать с помощью САПР. Компании, производящие композиты, начали производство материалов для 3D-печати с содержанием армированных волокон, включая углеродное волокно или стекловолокно.

Дельта-древесина (лигнофоль)

Железобетон

Первым композитом, получившим широкое применение в судостроении, стал железобетон. Еще в 1849 году в Марселе была построена железобетонная шлюпка, а в 1912 году в Гамбурге – самоходное судно грузоподъемностью 250 т.

В годы Первой мировой войны нехватка стали и квалифицированной рабочей силы дала толчок строительству бетонных судов. Такие суда строились в Англии, США, Германии, Франции, Италии, скандинавских странах.

Только в Англии этим занималось более 20 верфей, построивших около 200 судов: морских барж грузоподъемностью 1000 т, буксиров мощностью 750 л.с., сухогрузов грузоподъемностью 11 тыс. т.

С окончанием войны интерес к железобетонному судостроению за границей почти угас, но с началом Второй мировой снова возродился. Наибольшее количество бетонных судов было построено в Англии, США и Германии.

Например, в Германии строились танкеры грузоподъемностью 3000 т и 3400 т, лихтеры (700 т и 1000 т), сухогрузы (3700 т и 4200 т), рыболовные траулеры, речные самоходные суда и баржи.

В СССР строительство судов из железобетона началось только после Октябрьской революции: в 1920 году был построен понтон для плавкрана. В 1922 году Народный Комиссариат путей сообщения (НКПС) образовал комиссию по железобетонному судостроению, а в 1926 году Регистром СССР были выпущены первые «Нормы и правила для железобетонного судостроения».

Сэндвич-панель

С 1925 года и до начала Великой Отечественно войны на Ленинградской и Рыбинской верфях были построены плавучий док грузоподъемностью 4 тыс. т и еще 3 по 6 тыс. т, железнодорожный паром для переправы через Волгу, способный перевезти 22 вагона с паровозом, серии дебаркадеров полным водоизмещением 1575 и 2580 т, плашкоуты для Каспия. Многое из этого эксплуатируется до настоящего времени.

В первые годы войны строительство бетонных судов не велось, но уже в 1943 году в Баку началось строительство верфи железобетонного судостроения. С 1946 года на Херсонской верфи началось серийное строительство плавдоков подъемной силой 6 тыс. т. В 1946–1948 годах массовое строительство бетонных плавсредств велось также на шести речных верфях.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Большая история маленького самолета. Часть 2 Большая история маленького самолета. Часть 2

Через призму суперджета смотрим на российский авиапром в новейшем времени

Наука и техника
Раскрыть потенциал мозга Раскрыть потенциал мозга

Как научиться слышать наш мозг и развить навыки с приставкой «супер»

Psychologies
Дорожный расчет Дорожный расчет

7 полезных финансовых приложений для путешествий

Лиза
Жизнь вечная Жизнь вечная

Глагол — это жизнь как она есть

Seasons of life
Советский Дэн Сяопин? Советский Дэн Сяопин?

Именно Андропов смог нарисовать траекторию экономических реформ. Так ли это?

Дилетант
«Речная королева Алтая»: как Евдокия Мельникова управляла судоходным делом в XIX веке «Речная королева Алтая»: как Евдокия Мельникова управляла судоходным делом в XIX веке

Как Евдокия Мельникова стала ориентиром для многих судовладельцев XIX века

Forbes
Малыми силами Малыми силами

Автомобильная экзотика: Urban Hopper Twin и Mini Pickup Twin Kipper

Автопилот
Когда наши поезда поедут с высокой скоростью Когда наши поезда поедут с высокой скоростью

Российский скоростной поезд: как создают технику для высокоскоростной магистрали

Монокль
Больше чем репост: как бизнесу делать кросс-промо, которое работает Больше чем репост: как бизнесу делать кросс-промо, которое работает

Кросс-промо: как найти хорошего партнера и построить успешную коллаборацию

Inc.
Как правильно ехать по серпантину: ПДД для водителей Как правильно ехать по серпантину: ПДД для водителей

Как безопасно передвигаться по серпантину?

РБК
В европейском духе В европейском духе

Дом в стиле конструктивизма, построенный в 1931 г. таил сюрпризы…

Идеи Вашего Дома
Любовь, сбивающая с ног: 10 культовых фильмов про свадьбы Любовь, сбивающая с ног: 10 культовых фильмов про свадьбы

Фильмы о свадьбе, которые заставят вас смеяться и плакать

Правила жизни
Как Пеппи Длинныйчулок стала символом свободы и изменила жизни миллионов девочек Как Пеппи Длинныйчулок стала символом свободы и изменила жизни миллионов девочек

Как Астрид Линдгрен стала борцом за права детей и причем тут Пеппи Длинныйчулок?

Forbes
Артериальное движение Артериальное движение

Как прошли съемки фильма про зимние дороги и людей, которые по ним едут

Автопилот
Наука под знаком «Аненербе» Наука под знаком «Аненербе»

Наука может прекрасно себя чувствовать и в тиранических режимах

Знание – сила
От Бармалеевой до Фонтанки От Бармалеевой до Фонтанки

Отрывки романа Евгения Водолазкина с предисловием автора

СНОБ
Кентавр из моря Кентавр из моря

Может ли кентавр существовать с точки зрения биологии?

Вокруг света
Екатерина Глухарева: «Банки видят уязвимости бизнеса и помогают их исправлять» Екатерина Глухарева: «Банки видят уязвимости бизнеса и помогают их исправлять»

Директор по рискам «Точка банк» — о видах атак мошенников на малый бизнес

Ведомости
«Через три года мы сможем увидеть российскую криптовалютную инфраструктуру» «Через три года мы сможем увидеть российскую криптовалютную инфраструктуру»

Андрей Тугарин о нюансах и схемах трансграничных платежей

Монокль
Испанские авианосцы на мировом рынке Испанские авианосцы на мировом рынке

Что помогло определиться с основными требованиями к универсальному авианосцу

Наука и техника
В нескольких минутах от третьей мировой В нескольких минутах от третьей мировой

Сбои в работе СПРН случались, но всегда вовремя вмешивался человеческий фактор

Дилетант
ИЖС в России: дом на своей земле с городскими удобствами ИЖС в России: дом на своей земле с городскими удобствами

Что мешает встретиться на рынке ИЖС застройщикам и покупателям

ФедералПресс
Биомаркеры болезней сердца предсказали риск возникновения рака Биомаркеры болезней сердца предсказали риск возникновения рака

Какие биомаркеры сердечно-сосудистых заболеваний могут ускорять развитие рака

N+1
Горят ли окна в министерстве обороны? Горят ли окна в министерстве обороны?

Чем так напугали Кремль «американские военные планы»?

Дилетант
Что делать, если змея заползла на дачу: краткий совет и полный гайд для тех, кто любит животных Что делать, если змея заползла на дачу: краткий совет и полный гайд для тех, кто любит животных

Как убрать с дачного участка заползшую змею

ТехИнсайдер
HDD и SSD накопители — в чем разница и стоит ли переплачивать? HDD и SSD накопители — в чем разница и стоит ли переплачивать?

HDD и SSD: надежный винтаж против скорости света и цены космоса

ТехИнсайдер
Зеленые маршруты Татарстана Зеленые маршруты Татарстана

Где исследовать места, любоваться природой и заряжаться энергией в Татарстане

Лиза
В чем разница между пробиотиками и пребиотиками? В чем разница между пробиотиками и пребиотиками?

Пробиотики и пребиотики: заговор маркетологов, опечатка или разные вещества?

ТехИнсайдер
Не «принеси кофе», а интересные задачи: как привлечь в компанию молодых IT-специалистов Не «принеси кофе», а интересные задачи: как привлечь в компанию молодых IT-специалистов

Почему компании активно приглашают на стажировки студентов?

Inc.
Иван Бунин оправдывается… Иван Бунин оправдывается…

Жизнь в эмиграции всегда не проста, часто эмигрантам приходится объединяться

Дилетант
Открыть в приложении