Механика сплошных вторников: Отлить в стекловолокне

На предыдущих страницах уже неоднократно упоминался армированный пластик, пора описать технологию его изготовления. В самых общих чертах, разумеется, поскольку процесс этот совсем не простой, постоянно совершенствуется и существует во множестве вариантов. Часто его называют литьём, иногда даже литьём под давлением, поскольку он действительно напоминает литьё под давлением, но принципиально процесс иной, поэтому такое название вводит в заблуждение.

При изготовлении армированного пластика перед технологами стоит задача пропитать армирующее волокно заполняющим пластиком, причём таким образом, чтобы готовая деталь соответствовала заданной форме. В процессе используется вакуумирование, поэтому его было бы правильнее называть вакуумной пропиткой, но и здесь есть неточность, поскольку не учитывается важнейшая роль литейной формы. Впрочем, иногда литейную форму в описываемом процессе называют чеканом, по аналогии с прессованием. Пожалуй, наиболее точным будет название вакуумная пропитка на пресс-форме под атмосферным давлением, но мне ни разу не приходилось такого слышать. Так что, во избежание непонимания, лучше всего пользоваться нейтральным "производство изделий из армированного пластика".

Итак, по существу процесса. Он начинается с литейной формы, углубление в которой изготавливается по форме будущей детали. Сразу следует заметить, что точной получается только одна внешняя поверхность детали, та, что примыкает к литейной форме, но для лопастей этого вполне достаточно. Поверхность, как правило, подвергается предварительной обработке так, чтобы готовую деталь можно было отодрать от формы для повторного использования последней. Обработка может быть самой разной, поэтому нет смысла вторгаться в детали.

Далее на поверхность формы укладывается армирующая ткань (на рисунке внизу не указана). Поскольку у формы сложная топология, а ткань обычно изготавливается плоской (слово обычно здесь не случайно), то ткань перед укладкой следует нарезать полосками, иначе не избежать появления складок, которые всё испортят. Однако даже полоски надо укладывать аккуратно, поэтому так много было и часто всё ещё остаётся ручной работы при изготовлении лопастей, что завышает их стоимость. Надо ещё учесть, что работа с армирующим волокном (стекловолокно, углеволокно (карбон), кевлар) вредная, заполняющий пластик (синтетические смолы) и растворители-пластификаторы тоже не подарок, поэтому для снижения стоимости ветряных турбин очень важно автоматизировать и роботизировать изготовление их лопастей.

Примерная схема изготовления армированного пластика.

На слой волокна укладывается вакуумный мешок. В рассматриваемой конструкции этот мешок не совсем мешок, но лист гибкого материала (обычно силикон), повторяющий форму литейного углубления, с учётом толщины будущей детали. Мешок выступает за края литейного углубления, где герметично присоединяется (приклеивается) к литейной форме. Тем самым, между литейной формой и вакуумным мешком образуется полость, заполненная волокном. В мешке есть технологические отверстия. Примерно по центру будущей детали через отверстия в мешке в полость подаётся под небольшим давлением пластик, а за пределами литейного углубления через специальные отверстия насосом откачивается воздух. Мешок прижимается к литейной форме атмосферным давлением.

Почему пластик подаётся в форму под небольшим давлением в отличие от литья под давлением? Потому что у него высокая вязкость, а ему следует пропитать всю полость, пролезая сквозь армирующие волокна. Создать очень высокое давление можно, но что тогда случится с волокном, когда на него ринется неудержимый поток вязкого пластика? Его просто сметёт, как это и происходит при литье под давлением, когда из литейной полости выметается всё, в том числе, заполняющий материал, если литьё производится по выплавляемой модели. Поэтому пластик не спеша заполняет пустоту (вакуум), остающийся от отступающего воздуха. Атмосферное же давление помогает отгонять случайные пузырьки в слое волокна, пропитанного пластиком.

Таким образом "отливаются" две половинки будущей лопасти. После отливки место их стыка обрабатывается и половинки сшиваются (склеиваются) вместе. Затем производится финишная обработка: шлифовка-полировка поверхности, покраска, покрытие защитным слоем от истирания и прочее. Формируется место соединения лопасти с осью и всё остальное. Эти процессы немного похожи на обработку кузовов автомобилей, поэтому их уже неплохо роботизировали.

Сделаны определённые шаги и в направлении автоматизации основного процесса. Очень интересной представляется технология... Но, пожалуй, не буду забегать вперёд, о ней вполне можно будет рассказать отдельно, когда подойдёт время для её реализации. В семидесятых же годах прошлого века преимущество мог дать только бесплатный труд волонтёров. Более того, создатели турбины Твинд не использовали технологию, описанную выше, габариты не позволяли. Каждую полоску стекловолокна они пропитывали кисточками. Адский труд.