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

Многоликий минерал кварц Многоликий минерал кварц

Кварц и его разнообразные формы

Наука и техника
Жизнь на колесах Жизнь на колесах

Вэнлайф в России – жизнь в поисках смысла, лета и новых впечатлений

Автопилот
Довести промышленность до автоматизма Довести промышленность до автоматизма

Каким образом будет формироваться внутренний спрос на роботизацию в России

Монокль
Елена Валюшкина: «Другой бы на моем месте сломался, а я выстояла» Елена Валюшкина: «Другой бы на моем месте сломался, а я выстояла»

Я актриса, которая может свою роль срежиссировать сама

Коллекция. Караван историй
Раскрыть потенциал мозга Раскрыть потенциал мозга

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

Psychologies
Я не решаюсь проявить себя Я не решаюсь проявить себя

Что нам мешает реализовать способности в их полноте?

Psychologies
А был ли княжич? А был ли княжич?

Соломония Сабурова, супруга князя Василия III, героиня таинственной истории

Дилетант
Новый состав группы SEREBRO: «С Фадеевым мы чувствуем себя в безопасности» Новый состав группы SEREBRO: «С Фадеевым мы чувствуем себя в безопасности»

Группа SEREBRO об амбициях и музыкальных экспериментах

ЖАРА Magazine
Культурный код ИИ: 3 совета по созданию чат-ботов для бизнеса Культурный код ИИ: 3 совета по созданию чат-ботов для бизнеса

Как строить более точные, этичные и адаптивные системы искусственного интеллекта

Inc.
Мы получаем 47 заказов каждую секунду Мы получаем 47 заказов каждую секунду

Почему платформенная экономика становится новой формой экономических отношений

Эксперт
Здоровье с поддержкой Здоровье с поддержкой

В России отрасль развития медицинских технологий проходит этап становления

Ведомости
Красная машина Красная машина

Советский автопром глазами ЦРУ

Автопилот
В Словакии обнаружили средневековое золотое кольцо с корундом со Шри-Ланки В Словакии обнаружили средневековое золотое кольцо с корундом со Шри-Ланки

Археологи описали необычное золотое кольцо, найденное в словацком городе Зволен

N+1
Художники Художники

Рассказ Александра Маркова «Художники»

Знание – сила
«Меняются материалы, а круг образов всегда один» «Меняются материалы, а круг образов всегда один»

Художник Борис Кочейшвили — о том, что рай — это состояние

Weekend
Как заснуть буквально за минуту: способ, который все мы бессознательно используем Как заснуть буквально за минуту: способ, который все мы бессознательно используем

Как помочь своему организму заснуть?

Maxim
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
Андрей Обрезан Андрей Обрезан

Андрей Обрезан за 15 лет создал сильнейший бренд по всей России

Собака.ru
Земля Султана Земля Султана

Путешествие с певцом Султаном Лагучевым по его родине — Карачаево-Черкесии

ЖАРА Magazine
В чем разница между пробиотиками и пребиотиками? В чем разница между пробиотиками и пребиотиками?

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

ТехИнсайдер
Исследование: правда ли что люди выглядят, как их питомцы? Исследование: правда ли что люди выглядят, как их питомцы?

В действительности есть ли сходства между хозяевами и их собаками?

ТехИнсайдер
На аллеях Аполлона На аллеях Аполлона

Остафьево: образ места, где всё буквально дышит поэзией

Знание – сила
«Если я выйду из соцсетей и сконцентрируюсь, то немедленно «Войну и мир» напишу» «Если я выйду из соцсетей и сконцентрируюсь, то немедленно «Войну и мир» напишу»

Александр Цыпкин многим известен прежде всего как автор «БеспринцЫпных чтений»

OK!
Пища для глаз: что такое визуальный голод и как фотографии еды воздействуют на мозг Пища для глаз: что такое визуальный голод и как фотографии еды воздействуют на мозг

Как наш мозг реагирует на виртуальное питание

Forbes
«Материалистка»: Дакота Джонсон, Педро Паскаль и Крис Эванс ищут любовь в большом городе «Материалистка»: Дакота Джонсон, Педро Паскаль и Крис Эванс ищут любовь в большом городе

«Материалистка» перезапускает не только сердца, но и умные ромкомы

Правила жизни
ИИ на страже безопасности: смогут ли нейросети бороться с хакерами ИИ на страже безопасности: смогут ли нейросети бороться с хакерами

Кто победит в этой схватке алгоритмов — защитники или взломщики?

ТехИнсайдер
«Кто богат детьми, богат и любовью, а любовь всего светлее»: Н.М. Карамзин – отец семейства «Кто богат детьми, богат и любовью, а любовь всего светлее»: Н.М. Карамзин – отец семейства

Николай Карамзин известен как «первый наш историк и последний летописец»

Знание – сила
Иван Бунин оправдывается… Иван Бунин оправдывается…

Жизнь в эмиграции всегда не проста, часто эмигрантам приходится объединяться

Дилетант
Хакеры пошли на завод Хакеры пошли на завод

Хакеры продолжают атаки на промышленные предприятия, их цель — шпионаж

Ведомости
Ольга Красько: «Я фаталист, верю, что все мое от меня не уйдет» Ольга Красько: «Я фаталист, верю, что все мое от меня не уйдет»

У каждого есть грехи, свои «тараканы», которые тебе кажутся очевидными

Караван историй
Открыть в приложении