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

Авианосцы ВМС Индии XXI века Авианосцы ВМС Индии XXI века

История постройки авианосца «Викрант»

Наука и техника
Россия в фарфоре Россия в фарфоре

Истории страны в коллекциях ИФЗ

Weekend
«Русланы» уходят. Часть 1 «Русланы» уходят. Часть 1

История Ан-124 «Руслан» уходит во времена зарождения реактивной авиации

Наука и техника
Притяжение приставки Притяжение приставки

Родство с великими обязывает – так считают потомки Семенова-Тян-Шанского

Вокруг света
Uber в образовании Uber в образовании

Может ли искусственный интеллект заменить учителя?

ТехИнсайдер
Как будет работать ОСАГО без учета износа. Об этом лучше знать заранее Как будет работать ОСАГО без учета износа. Об этом лучше знать заранее

Возмещение по ОСАГО без учета износа деталей. Разбираемся в нюансах схемы

РБК
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
Ультраобработанные продукты: с детства на крючке Ультраобработанные продукты: с детства на крючке

Как ультраобработанная пища влияет на младенцев

Здоровье
Топ-9 летних ягод Топ-9 летних ягод

Какие летние ягоды помогут укрепить иммунитет и избежать проблем со здоровьем

Лиза
«Позеленение» Арктики: как его оценить и о чём оно свидетельствует «Позеленение» Арктики: как его оценить и о чём оно свидетельствует

Как арктические экосистемы приспосабливаются к изменениям климатических условий

Наука и жизнь
Способ приготовления кофе влияет на продолжительность вашей жизни Способ приготовления кофе влияет на продолжительность вашей жизни

Какой способ приготовления кофе сохраняет защитные эффекты напитка?

ТехИнсайдер
900 запусков ракет в космос выдержит атмосфера Земли. Далее – разрушение озонового слоя 900 запусков ракет в космос выдержит атмосфера Земли. Далее – разрушение озонового слоя

Сколько запусков ракет происходит ежегодно и как это воздействует на атмосферу?

ТехИнсайдер
A Vida Portuguesa A Vida Portuguesa

«А вы уже были в A Vida Portuguesa?»

Seasons of life
«Человек-дракон» оказался денисовцем «Человек-дракон» оказался денисовцем

Денисовцы — один из самых из загадочных видов или подвидов древних людей...

N+1
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
Коварный удар из-под земли Коварный удар из-под земли

«Холодная война» стала стимулом для неумеренных планов создателей оружия

Наука и техника
Вне зоны доступа. «Питер FM» 20 лет спустя Вне зоны доступа. «Питер FM» 20 лет спустя

Как фильм «Питер FM» ввел моду на сентиментальный Петербург

СНОБ
Зинаида Кириенко. Любовь земная Зинаида Кириенко. Любовь земная

Сыграть в таких картинах и не получить народную СССР — нонсенс

Коллекция. Караван историй
Александр Шевелев: Главенствующий тренд – использование искусственного интеллекта Александр Шевелев: Главенствующий тренд – использование искусственного интеллекта

Об условиях восстановления спроса на металлопродукцию в России

Ведомости
Мороженое Мороженое

Мороженое – лакомство, история которого насчитывает сотни лет

Здоровье
Жизнь за стеной Жизнь за стеной

Фильм про страну, в которой тотальный контроль стал религией

Дилетант
Здоровье с поддержкой Здоровье с поддержкой

В России отрасль развития медицинских технологий проходит этап становления

Ведомости
Раскрыть потенциал мозга Раскрыть потенциал мозга

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

Psychologies
Прямая трансляция антиутопии: как ИИ изменил нашу жизнь Прямая трансляция антиутопии: как ИИ изменил нашу жизнь

К чему приведет союз людей с нейросетями?

Grazia
Жизнь Анны Ангеловны, краткая история фаду Жизнь Анны Ангеловны, краткая история фаду

История о том, как появился музыкальный жанр фаду

Seasons of life
Усадьбы Москвы Усадьбы Москвы

Русские имения хранят множество историй, повлиявших на судьбу страны

Вокруг света
Можно ли заменить сливочное масло растительным Можно ли заменить сливочное масло растительным

А что будет, если заменить сливочное масло растительным?

ТехИнсайдер
«Средневековье в латах» «Средневековье в латах»

Как умирали и какие раны наносили друг другу средневековые воины

N+1
Все оттенки приватности: как не превратить забор вокруг дома в клетку Все оттенки приватности: как не превратить забор вокруг дома в клетку

Как при установке забора или шлагбаума у дома не нарушить закон

Inc.
Борис Эйфман: «Петербургу присуща неповторимая созидательная аура» Борис Эйфман: «Петербургу присуща неповторимая созидательная аура»

Борис Эйфман продолжает творить искусство балета уже полвека

СНОБ
Открыть в приложении