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

Для чего может пригодиться пушка Гаусса? Для чего может пригодиться пушка Гаусса?

Поиск параметров конверсии энергии магнитного поля в кинетическую энергию

Наука и техника
Безопасность использования ИИ в банках: что важно знать Безопасность использования ИИ в банках: что важно знать

Как именно работает искусственный интеллект в финансовом секторе

Inc.
Автономный шестилапый робот «MICROBRO» Автономный шестилапый робот «MICROBRO»

Как создать ровер, который сам везет ваш багаж туда, куда вам нужно?

Наука и техника
Самый секретный агент Самый секретный агент

Из чего сделан мир Джеймса Бонда Яна Флеминга

Weekend
Имени королевы Анны Имени королевы Анны

Как стул эпохи Анны Стюарт сменил вычурность барокко на анатомичный комфорт

Дилетант
Сказка джунглей Сказка джунглей

Как создать в своей квартире тропическую атмосферу

Лиза
«Отборочный турнир» жилищного строительства «Отборочный турнир» жилищного строительства

У спорта и рынка жилья в России гораздо больше общего, чем кажется

Ведомости
Вечные ценности Вечные ценности

Интерьер в духе дворцовой классики с иконами современного дизайна

SALON-Interior
Трудный подросток, безумный проповедник и злодей из «Бэтмена»: 5 лучших фильмов с Полом Дано Трудный подросток, безумный проповедник и злодей из «Бэтмена»: 5 лучших фильмов с Полом Дано

Лучшие роли Пола Дано: от независимого кино до «Бэтмена»

Правила жизни
Icegergert Icegergert

Как 23-летний музыкант Георгий Гергерт встряхнул российскую рэп-сцену

Собака.ru
Их разыскивает… Их разыскивает…

Кто, по мнению несогласных с официальной версией, мог убить Кеннеди?

Дилетант
Будет не жирно? Будет не жирно?

Какой вклад в борьбу с ожирением могут внести производители продуктов питания

Агроинвестор
Борьба за госбезопасность во всём мире Борьба за госбезопасность во всём мире

Юрий Андропов вошел в историю как реформатор, хотя и потенциальный

Дилетант
Любовь к животным и санкции Любовь к животным и санкции

Почему рынок кормов — перспективное направление для инвестиций

Агроинвестор
Сплю и вижу Сплю и вижу

Зачем человеку сны и почему они иногда кажутся вещими?

Вокруг света
Как работает интеркулер: 4 вещи, которые надо знать каждому водителю Как работает интеркулер: 4 вещи, которые надо знать каждому водителю

Интеркулер: что это такое и зачем он нужен в автомобиле?

ТехИнсайдер
Аркадий Трачук: Банкноты всегда несут смыслы и передают важные символы для страны Аркадий Трачук: Банкноты всегда несут смыслы и передают важные символы для страны

Можно ли уже печатать дензнаки только с помощью своих технологий?

Ведомости
Золото Владивостока Золото Владивостока

Владивосток: город, где каждая сопка — готовый кадр для открытки

Отдых в России
Палеонтологи СПбГУ проследили эволюцию мозга крокодилов Палеонтологи СПбГУ проследили эволюцию мозга крокодилов

Ученые создали 3D-модель мозга древних параллигаторов

Знание – сила
Новая загадка старого шедевра Новая загадка старого шедевра

Даже через полтора века открываются всё новые тайны картины «Неравный брак»

Дилетант
Александр Шевелев: Главенствующий тренд – использование искусственного интеллекта Александр Шевелев: Главенствующий тренд – использование искусственного интеллекта

Об условиях восстановления спроса на металлопродукцию в России

Ведомости
Конкурсы интересные Конкурсы интересные

Как развлекали себя и окружающих на банкете или празднестве в прошлом?

Вокруг света
Алексей Учитель Алексей Учитель

Алексей Учитель уже снимает новый фильм с локальным колоритом

Собака.ru
Палеонтологи впервые идентифицировали череп древнего человека-денисовца Палеонтологи впервые идентифицировали череп древнего человека-денисовца

Как ученые выделили генетический материал из черепа «человека-дракона»

ТехИнсайдер
Глеб Костин Глеб Костин

Глеб Костин — фаундер бренда “.solutions” и главный петербургский визионер

Собака.ru
Город, который дает то, что нужно Город, который дает то, что нужно

Размышления москвича Григория Туманова о магии Петербурга

СНОБ
Искусство для искусства Искусство для искусства

Стильный интерьер для коллекционеров современного искусства

SALON-Interior
Малыми силами Малыми силами

Автомобильная экзотика: Urban Hopper Twin и Mini Pickup Twin Kipper

Автопилот
«Почему вы хотите завоевать весь мир?» «Почему вы хотите завоевать весь мир?»

Страх ядерной войны между США и СССР был настолько высок, что передался детям

Дилетант
Дмитрий Никитин Дмитрий Никитин

Предприниматель, миллиардер, меценат и «король локомотивов» Дмитрий Никитин

Собака.ru
Открыть в приложении