Опасность осмоса для корпуса из стеклопластика

С самого момента появления малых судов из стеклопластика считалась аксиомой высокая стойкость нового судостроительного материала к воздействию воды, его неподверженность коррозии и гниению, повреждению древоточцами. Считалось, что это практически вечный материал.

Со временем, однако, проявились и некоторые его недостатки. Оказалось, что стеклопластик может впитывать и фильтровать воду, недостаточно стоек к абразивному трению, чувствителен к знакопеременному изгибу. Выяснилось, что окрашенный декоративный слой растрескивается и выкрашивается, изменяет свой цвет под воздействием солнечных лучей.

Одним из сюрпризов для судостроителей стали и процессы осмоса, происходящие в подводной части обшивки при длительном нахождении стекло пластикового корпуса в воде.

С явлением осмоса многие читатели, вероятно, знакомы из того раздела курса химии, который касается теории растворов. Само слово это по-гречески означает толчок, давление. Процесс осмоса происходит между двумя растворами разной концентрации (или между раствором и растворителем, которым может быть и вода), разделенными тонкой полунепроницаемой перегородкой — мембраной. Если мембрана проницаема только для растворителя, то он постепенно диффузирует через нее в раствор большей концентрации, с течением времени концентрация обоих растворов выравнивается. При этом давление в растворе более высокой концентрации постепенно возрастает и начинает препятствовать дальнейшему проникновению молекул растворителя через перегородку — создается так называемое осмотическое давление, достигающее иногда нескольких десятков атмосфер.

Типичные процессы осмоса происходят в растениях, где вода проникает через корни в стебель и поднимается вверх. Обмен чистой водой с содержимым клеток растения осуществляется через тончайшие стенки по законам осмоса.

Но какое отношение имеет осмос к стеклопластиковому корпусу лодки?

Представим себе наружную обшивку в разрезе. С забортной водой граничит сравнительно тонкий декоративный слой смолы, содержащей краситель — пигмент. Этот слой первым наносится на форму-матрицу при изготовлении оболочки пластмассового корпуса. Затем уже на него укладывают слои армирующего материала — стеклоткани, рубленого стекловолокна или стекломата, пропитанные связующим — синтетической смолой с добавками, которые необходимы для ее отверждения. Эти слои содержат множество малых и микроскопических пустот, в которые смола из-за ее вязкости проникает плохо. Как бы тщательно ни прикатывали валиками каждый последующий слой к предыдущему, между декоративным слоем и набором этих слоев — ламинатом — могут образоваться довольно крупные воздушные пузырьки.

Армирующий материал состоит из тончайших (5—15 микрон — тоньше человеческого волоса!) стеклянных волокон, собранных в жгуты или свитых в нити. Смола не может обволакивать каждое волокно полностью, именно поэтому в ламинате образуются микроскопические каналы вдоль волокон и каверны.

Со временем молекулы воды, проникая через декоративный слой в близлежащие пузырьки и пустоты, вступают во взаимодействие с некоторыми составляющими связующего. Образуется раствор довольно высокой концентрации и начинается процесс осмоса. В качестве растворителя в этом процессе участвует забортная вода, а роль полунепрони-цаемой мембраны играет декоративный слой.

Сильный кислотный раствор внутри пузырька стремится поглотить как можно больше воды, чтобы концентрация его выровнялась с концентрацией забортной воды. Гидростатическое давление внутри пузырька достигает 5—6 атмосфер. Декоративный слой сначала вспучивается, а затем в местах его недостаточной прочности лопается. На поверхности обшивки появляется крестообразная трещина. Осмотическое давление падает, но теперь вода свободно проникает к микропористым каналам в ламинате и начинает атаку на армирующий материал — стекловолокно. В толще ламината возникают все новые и новые пары растворов, процесс осмоса продолжается и расширяется.

При длительном нахождении пластмассового корпуса в воде (обычно в течение 5—10 лет) осмос может нанести существенный вред прочности и особенно водонепроницаемости наружной обшивки. Процесс протекает более интенсивно в пресной воде. В этом случае разность в концентрации раствора внутри пузырьков и за бортом больше, чем в морской воде, которая сама является раствором.

Ускоряют процесс и темные пигменты, поглощающие тепло. Некоторые пигменты повышают проницаемость декоративного слоя. Попытки защитить ламинат более толстым окрашенным слоем оказываются безуспешными: не содержащий армирующего материала (например, стеклосетки) декоративный слой не обладает достаточной прочностью и быстро выкрашивается, особенно на тонкой обшивке, которая «дышит». Неудачной оказалась и практика применения для формования корпуса окрашенного связующего (это делается для того, чтобы избавиться от прозрачности пластика и получить более тонкий наружный слой: содержание пигментов в смоле способствует более глубокому проникновению влаги.

В северных широтах, где спортивная навигация длится пять-шесть месяцев, а остальное время суда проводят на берегу, осмос протекает медленно. За время зимней стоянки значительное количество влаги удаляется из обшивки, да и сам процесс прекращается. И все же для продления жизни судна необходимо предусмотреть ряд мероприятий, препятствующих развитию осмоса.

При постройке нового корпуса из стеклопластика очень важно производить формование обшивки в сухом отапливаемом помещении. Если лодка строится на открытом воздухе, нельзя выполнять эту работу при повышенной влажности. Следует избегать образования каверн, воздушных пузырей и мелких отверстий как в ламинате, так и в декоративном слое. Можно применять только высококачественные пигменты. Важно выдерживать правильное соотношение компонентов при приготовлении связующего, так как свободные их остатки могут образовывать кислотные растворы, ускоряющие осмос. Желательно, чтобы вновь построенное судно спускалось на воду по возможности через достаточно большой срок — до нескольких недель; это необходимо для полной полимеризации стеклопластика.

При ремонте корпуса из стеклопластика необходимо помнить, что при ошкуривании наружной поверхности недопустимо обнажение стеклянного волокна. Такие обнаженные волокна будут играть роль капиллярных сосудов, по которым вода начнет проникать внутрь ламината. Все трещины необходимо заделывать шпаклевкой.

Если на поверхности обшивки обнаруживаются последствия осмоса в виде мелких трещин и выпуклостей, это свидетельствует о плохом качестве декоративного слоя. После шпаклевки и шлифовки поверхность рекомендуется окрасить несколькими слоями водостойкой краски. На западе для этой цели применяют двухкомпонентные полиуретановые и эпоксидные краски, обеспечивающие надежную защиту пластика от диффузии молекул воды. Если оценивать сопротивление диффузии коэффициентом К, то эпоксидная краска оказывается самой стойкой (К = 74000); для полиуретановой краски К = 50000; для акриловых красок на основе растворителей К = 13000 и для эмульсионных красок К = 3000—4000.