4.6. ПЕРСПЕКТИВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СПОСОБОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НАДУВНЫХ ЛОДОК
Из перечисленных выше методов изготовления надувных лодок трудно выделить один-единственный, который удовлетворял бы технологическим, экономическим и эксплуатационным требованиям. Каждый описанный технологический процесс имеет свои преимущества и недостатки.
Способ изготовления из вулканизированных прорезиненных тканей позволяет выпускать лодки практически любых форм с различными приподнятостями носовой и кормовой оконечностей. При данном способе имеются большие возможности экономить материал за счет рационального раскроя деталей. Однако он трудоемок, ведет к большому объему ручного труда. Ему присущи отдельные процессы, качественное выполнение которых трудноконтролируемо: намазывание клея, просушка, шерохование, прошивка. При сборке лодок применяют токсичные растворители и клеи. Сам процесс клеевой сборки занимает от 65 до 75 % общего времени изготовления лодки. Для механизации отдельных операций необходимо использование различных дополнительных приспособлений, в частности станков и форм для изготовления криволинейных частей, устройств для выворачивания и подпрессовки бортов, вклейки перегородок и т. п. Этим способом производят гребные, моторные, парусные лодки. Особенно важны преимущества этого способа для крупногабаритных лодок с повышенными прочностными характеристиками тканей и применяемых швов.
Способ изготовления из невулканизированных прорезиненных материалов дает возможность снизить трудоемкость, ликвидировать ряд технологических операций (шерохование, прошивку), уменьшить концентрацию и количество применяемых клеев. Этот способ более приемлем для производства лодок на поточных линиях. Главными недостатками данного способа являются большие, чем при предыдущем способе, потери материалов в виде отходов при раскрое и необходимость подбора, например для бортов и днища, материалов, обладающих одинаковой и небольшой усадкой по основе и утку при вулканизации. Способ применяют пока для изготовления поплавков катамаранов и лодок с простой конфигурацией бортов, которые можно раскладывать на плоскость.
Способ изготовления из термоэластопластов позволяет получать лодки с постоянными размерами. При этом способе легче контролировать технологические параметры процессов. Доля ручного труда и общее время изготовления лодки сокращаются. Наружное покрытие получается высококачественным с красивым многокрасочным оформлением. Исключается применение токсичных растворителей и клеев и снижается стоимость лодки. К недостаткам изделий, выполненных данным способом, относятся меньшая долговечность, худшая ремонтопригодность, сложность ремонта в домашних условиях. Таким способом изготовляют в основном гребные лодки небольших размеров с ограниченным районом плавания.
Способы изготовления из комбинированных материалов позволяют использовать преимущества отдельных способов и ликвидировать недостатки, присущие им. Эти способы создают неограниченные возможности сочетаний технологических процессов.
Анализ отечественного и зарубежного опыта по разработке и применению различных полимерных материалов и технологий изготовления крупногабаритных изделий из них показывает, что перспективным представляется применение термоэластопластов для отдельных сравнительно простых по объемным формам надувных лодок, приводящее к снижению трудоемкости изготовления изделий. Но вместе с тем термоэластопласты обладают меньшей теплостойкостью, по упругоэластичным свойствам уступают резине и пока значительно дороже ее.
Резина — единственный конструкционный материал, способный к большим обратимым деформациям в широком интервале температур и легко восстанавливающий заданную форму. По своим упругоэластичным свойствам она не имеет аналогов в ряду современных конструкционных материалов. Этот материал, давно и основательно вошедший в нашу жизнь, еще не открыл всех своих секретов. По мнению ученых, реальная прочность резины пока в 10 раз ниже теоретической. Такие резервы позволяют ожидать появления в ближайшее время резин, обладающих необычными характеристиками. Хотя производство резины из года в год расширяется, технология изготовления резины — многостадийный, плохо автоматизированный, трудоемкий процесс с большой длительностью переработки сырья, отличающийся высокой энерго- и материалоемкостью. При производстве РТИ наиболее энергоемким и дорогостоящим является процесс изготовления резиновых смесей. Его эффективность в первую очередь определяется агрегатным состоянием и формой каучука. Упрощение технологии выпуска РТИ, создание новых резин на основе олигомеров, жидких каучуков и порошкообразных каучуков, обеспечение возможности вторичной переработки резины — это сейчас важнейшие народнохозяйственные задачи, которые решаются в ведущих организациях нашей страны и за рубежом. Прогресс в производстве резины идет в двух направлениях: упрощение технологии изготовления резины и придание ей требуемых свойств. Эти задачи чрезвычайно сложные, поскольку любое решение не должно ухудшать эластичность резины.
Рассмотрим отдельные направления совершенствования резинового производства.
Применение жидких и порошкообразных каучуков изменяет традиционную технологию изготовления резиновых смесей, в несколько раз сокращает длительность выпуска изделий, делает процесс непрерывным. Все это создает предпосылки для полной автоматизации производства резиновых смесей, для использования автоматизированных систем подготовки, транспортирования, дозирования и складирования сырья, для оснащения цехов элементами робототехники и компьютерами, позволяющими вести технологический процесс в автоматическом режиме и обеспечивающими контроль оптимальных свойств применяемых эластомеров.
Одной из основных ответственных операций в производстве РТИ (прорезиненных тканей и изделий из них) является вулканизация. По широко распространенной технологии вулканизации нагрев осуществляют при поверхностном теплообмене теплоносителей с вулканизируемым изделием.
В качестве теплоносителей применяют водяной пар, перегретую воду, горячий воздух, расплавы солей, псевдо-сжиженный слой и т. д. Такой метод нагрева вследствие незначительной теплопроводности резины и ее высокой удельной теплоемкости обусловливает значительную продолжительность процесса вулканизации и большие затраты тепловой энергии.
В последнее время интенсификацию процесса вулканизации связывают с использованием новых видов энергии, например электромагнитной энергии сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона (микроволны). Созданные в последние годы промышленные источники СВЧ-энергии выявили большие преимущества и перспективность нового метода по сравнению с традиционными методами нагрева. При применении таких источников достигаются оптимальная концентрация энергии электромагнитного поля изделия и его равномерный нагрев. Опыты показали, что изделия из полярных каучуков нагреваются чрезвычайно быстро и уже через 30 — 35 с их температура достигает 200 °С. Скорость микроволнового нагрева зависит от полярности резиновой смеси и ее отдельных наполнителей. Основные преимущества применения способа микроволновой вулканизации следующие: высокая производительность; исключение перевулканизации изделия; низкая склонность к образованию трещин под воздействием озона; меньший брак из-за деформации в фазе размягчения резины, так как эта фаза очень короткая; высокий коэффициент теплоотдачи (до 90% СВЧ-энергии превращается в теплоту); улучшение санитарно-гигиенических условий труда (исключено опудривание); уменьшение производственной площади, занятой под оборудованием; постоянная оперативная готовность установки (время ее выхода на режим не превышает 2 мин).
Для ускорения нагрева в других процессах вулканизации используют инфракрасное излучение, различного рода химические ускорители. Американские ученые разработали процесс ультразвуковой вулканизации эластомеров, который позволяет сократить время вулканизации вдвое и, следовательно, повысить производительность в два раза. Однако пока этот метод пригоден для вулканизации отдельных деталей. Для вулканизации резиновых изделий применяют также электронные ускорители. Под действием ионизирующего излучения (электронного, протонного, рентгеновского и гамма-излучения) в полимерных материалах происходят значительные изменения свойств материалов и протекаю! два основных процесса: сшивание и деструкция. Сшивание полимеров можно рассматривать как своего рода косвенный вулканизационный процесс. При вулканизации облучением изделие пропускается на транспортерной ленте через зону действия источника. При таком способе вулканизации получают резины с высокими химической и термической стойкостями. Радиационно-химические методы перспективны и требуют дальнейшей проработки.
Разработано портативное радиочастотное устройство пистолетного типа для быстрой вулканизации клеевых стыков. Элементы изделий, подлежащие склеиванию, покрывают слоем адгезива, соединяют вместе и временно удерживают с помощью простого зажима. Затем на места стыка накладывают электроды, включают прибор и пропускают между электродами радиоволны высокой частоты. Температура в шве за счет индукционного нагрева быстро возрастает, и вулканизация осуществляется в течение нескольких секунд. Стремление удовлетворить возрастающие требования к адгезионной прочности прорезиненных тканей, повышению склеивающей способности клеев и увеличению их тепло-, морозо- и влагостойкости заставляет работать над новыми решениями этих вопросов. Улучшению прочностной связи способствует применение ультразвукового капиллярного эффекта в процессах клеевой и латексной пропитки тканей. Наиболее обещающий и надежный метод улучшения адгезии — плазменная модификация тканей и клея (плазменное травление), т. е. повышение их активности с помощью низкотемпературной плазмы, в тлеющем разряде. В результате плазменного травления образуются реакционноспособные центры: свободные радикалы, кислородсодержащие группы, эфирные связи, поверхность становится рельефной, развитой. Это особенно важно для гладких синтетических волокон — лавсана, нитрона. После такой обработки хорошая адгезия клея и последующего резинового покрытия обеспечена. Плазменная обработка длится секунды, в крайнем случае десятки секунд, а прочность адгезионных соединений в зависимости от волокна повышается в полтора-два раза. Причем со временем прочность склеивания не уменьшается. Ленинградский институт токов высокой частоты осуществляет выпуск промышленных установок «Разряд», на которых можно делать плазменную обработку ткани.
В настоящее время существует много доступных и надежных клеев. Строение и свойства этих клеев различны, поэтому всегда можно подобрать подходящий. Однако универсального клея, к сожалению, пока нет. Для увеличения прочности клеевого соединения помимо изменения свойств поверхностного слоя тканей повышают прочность самого клея. Один из таких приемов — использование постоянного электромагнитного поля для ориентации молекул клеев некоторых типов в определенном направлении. В результате прочность клеевого соединения возрастает почти в полтора раза.
Альтернативой соединения швов надувных лодок с помощью клеев с растворителями может стать применение клеящих веществ, которые, расплавляя при нагреве, нано-
сят на склеиваемые участки. Разработаны уже специальные распылители-пистолеты для ручных работ и распылительные головки для монтажа на технологических установках. Особенностью этих распылительных устройств является то, что необходимый для распыления клеящих веществ воздух выходит из сопла с такой же температурой, что и клей. Этим обеспечивается оптимальное распыление. В результате образуется тонкая пленка клеящего вещества. Возможности применения клеев-расплавов, распылителя-пистолета и распылительной головки не ограничены, так как клей можно распылять в любом направлении. Клеи-расплавы представляют собой перспективный быстрорастущий класс клеев. В будущем предвидится значительное увеличение их производства (например, в США среднегодовые темпы роста выпуска клеев-расплавов до 1995 г. составят 7,8 %) при условии повышения их термостойкости в результате внедрения нового сырья и новых способов вулканизации.
В Японии предложен метод изготовления надувных лодок, способствующий повышению производительности труда, — конфекционная сборка надувных камер из прорезиненной ткани, склеиваемой внахлест расплавленным клейким веществом (полиамидной смолой), которое подвергают последовательному нагреву, а затем охлаждению до полной полимеризации и образования надежного клеевого соединения.
Разработаны группа клеев, вулканизируемых ультрафиолетовыми лучами, и соответствующее вулканизационное оборудование. Основное преимущество таких клеев заключается в высокой скорости вулканизации (время вулканизации составляет в среднем от 3 до 30 с). Для склеивания резин возможно применение клеев мгновенного действия — циакринов.
Для описанного выше процесса изготовления надувной лодки с предварительной сборкой камер и днища из текстильного материала рекомендовано также применять ткань, содержащую не менее 65% синтетических волокон. В этом случае можно соединять швы без клея, нагревая, например, швы ультразвуком, током высокой частоты или лучом лазера до температуры плавления синтетического волокна. В промышленности уже сейчас работают ультразвуковые безниточные швейные машины.
Самые современные технические средства вторгаются почти во все основные этапы процесса изготовления изделий из прорезиненных тканей. Устройства, основанные на ультразвуке, токах высокой частоты, лазерная техника, плазменные установки, микроэлектронная аппаратура, компьютерные системы все шире применяют во многих процессах резинового производства, при изготовлении шаблонов раскроя, нарезке материалов, пошивочных операциях и т. д. Одно из последних достижений — автоматические загрузка и разгрузка швейных машин, снабженных компьютерами. Получают распространение роботы и автоматизированные устройства для переноски деталей с конвейера на конвейер и др. Перспективно использование роботов при нанесении клея, загрузке заготовок в формы и выемке готовых формованных резиновых изделий из форм.
Хорошо себя зарекомендовал лазер для нанесения прочной и четкой маркировки на изделия из пластичных материалов, контроль за работой которого осуществляет компьютер. Скорость маркировки достигает 0,3 м/с.
Дальнейший прогресс в области использования покрытий и клеев на основе термоэластопластов может быть достигнут путем удешевления и расширения их ассортимента и увеличения объема их производства. Не исчерпаны также широкие возможности придания требуемых свойств термопластичным покрытиям и клеям за счет введения в них модификаторов. Имеются сведения о разработке серии новых клеев для крепления сантопрена. Продолжается совершенствование методов сварки термопластичных материалов с использованием ультразвука, лазера, электронного луча и т. п. Эти методы также затронули основные операции технологического/ процесса изготовления надувных лодок. Даже для изготовления красочных эмблем и аппликаций из термопластичной пленки разработана технология высокочастотной сварки, при которой обеспечиваются одновременные изготовление и закрепление их на деталях кроя лодок.
Все сказанное выше свидетельствует о том, что решением сложных и многообразных задач совершенствования как процессов в целом, так и отдельных операций изготовления надувных лодок занимаются многие специалисты. Ведущиеся во всем мире научные и технологические разработки позволяют предполагать, что все эти усовершенствования при освоении их в производстве в комплексе упростят технологию выпуска РТИ, помогут преодолеть имеющиеся сейчас основные трудности, касающиеся повышенной трудоемкости и большой доли ручного труда при изготовлении надувных лодок из прорезиненных тканей, и приведут к качественному улучшению основных эксплуатационных характеристик надувных лодок.
Несмотря на то что история развития резины и термопластов далеко не окончена, сейчас можно твердо сказать, что в ближайшие 10—15 лет коренной переориентации технологий изготовления надувных лодок наиболее массовых типов из резинотканевых материалов на технологию изготовления из каких-либо других полимерных материалов не предвидится. По количеству лодки из резинотканевых материалов будут занимать доминирующее положение. А результаты совершенствования резинового производства и производства термоэластопластов позволяют дать ответ на вопрос, какие технологические процессы изготовления надувных лодок получат путевку в жизнь в последующие десятилетия. По-видимому, это будут комбинированные способы.
Способ изготовления надувных лодок целиком из термопластичных материалов методом сварки при преодолении описанных выше трудностей можно также рассматривать как безусловно перспективный для несложных по конструкции недолговечных надувных лодок с ограниченным районом плавания и определенными условиями эксплуатации.
