Всем привет! Так как целюсь на дальние перелеты, при этом имея некоторые проблемы с коленями, вопрос веса установки стоит довольно остро. Может играет и общая модная тенденция на ультралайт... Начал искать где можно снизить вес установки и первым делом взглянул на доску подвески. Она (как и у многих) выполнена из фанеры, и весит аж 700 грамм. Имея высшее образование по специальности Динамика и Прочности машин, понимаю, что лучшее решение здесь - применение композитных материалов, ибо именно "сэндвич" будет работать максимально эффективно при минимальном весе. У меня хорошо работает голова в плане понимания теории прочности, но к сожалению, я не технолог, и поэтому все приходилось пробовать эмпирически. Забегая вперед, скажу, что моя доска вышла весом 315 граммов и обладает несущей способностью и жесткостью, примерно аналогичной фанерной сидухе (чтобы определить точно, придется ломать, а смысла особого не увидел). Она уже полностью успешно прошла летные испытания, поэтому могу выложить инструкцию, вдруг кому будет полезно. Я немного буду отвлекаться на теорию, уж простите, но, возможно, кому то это поможет избежать лишних ошибок и сэкономить время и деньги.
Для начала решил изучить рынок, ведь опыта общения с эпоксидными смолами у меня ноль, да и каждый должен заниматься своим делом. На форуме готового решения за деньги или понятной инструкции я не нашел, к великому своему сожалению. Поиск и общение по разным компаниям в интернете дал неутешительный результат - нужный мне композит на заказ начинается от 10000 + р, что на мой взгляд безумные деньги за выигрыш 400-500 грамм веса. Решил делать сам - из пенопласта, стекловолокна и эпоксидной смолы по типу сэнвдича - слой пенопласта 10 мм, обклеянный стеклотканью с двух сторон.
Чтобы добиться нужной жесткости готового композита при минимальном весе нужно
осознать несколько моментов:
1. Само волокно, залитое эпоксидкой будет очень хорошо работать на растяжение-сжатие и совсем никак на изгиб. Поэтому жесткость композита достигается именно засчет наращивания момента инерции сечения, а именно разведением слоев несущих волокон на максимальное расстояние от центра изгиба сечения пластины.Поясню: если мы изгибаем брусок, то больше всего работают нижние и верхние волокна - одни на растяжение другие на сжатие, и чем ближе волокно к центру сечения, чем меньшую деформацию оно испытывает и меньший вклад в общую жесткость вносит. Поэтому для достижения минимального веса теоретически лучше вообще убрать центральные волокна (но это невозможно, потому что два слоя должны быть связаны, иначе произойдет потеря устойчивости - совершенно иной процесс). Именно так работает композит - верхние и нижние слои имеют очень высокую степень устойчивости к растяжению, а внутренний слой пенопласта несет лишь связующую функцию, обеспечивая "устойчивость" двух пластин.
2. Из первого пункта следует второй вывод. Так как пластина опирается за края (где в нее врезаются ремни внутри подвески) - создается концентратор напряжения на слой стеклопластика в направлении, в котором этот слой совершенно не может работать - поперек волокна. Поэтому еще одной задачей будет - распределение контактной нагрузки на рабочий слой по как можно большей площади.
3. Важно так же понять, что именно стекловолокно, соединенное эпоксидкой, будет выполнять несущую функцию, сама эпоксидная смола должна быть в минимальном количестве лишь для сцепления волокон. Любая лишняя смола не добавит прочности, но здорово прибавит веса. Лучше всего для минимализации смолы подходит метод вакуумной экструзии, когда заготовку помещают в специальный мешок и создают вакуум, добавляя смолу внутрь через каналы, тогда она растекается минимальным слоем. Такой способ классный, но очень сложен технически, поэтому я придумал свой, не худший по эффективности в данном конкретном применении, о котором поведую чуть ниже.
Также необходимо
решить несколько задач:
1. Найти подходящий пенопласт.
Оказалось самое сложное. Нужен пенопласт именно со средним зерном, который и не будет сильно крошиться, и одновременно будет пропускать в себя часть смолы от слоя к слою, обеспечивая дополнительную, хоть и небольшую связь этих самых слоев с самим наполнителем (хотя последний пункт не криминально важен на мой взгляд, но полезен) Нам нужен листовой пенопласт толщиной 10 мм, тогда итоговая доска выйдет примерно 12-13 мм. Больше нельзя, иначе трудно будет залезать в подвеску. В качестве утеплителя такой пенопласт не используется, пеноплекса я такого не нашел даже на официальном сайте. И что обидно - такого тонкого листа сам ничем не отрежешь. К счастью, на выручку пришла мама моего друга, которая работает директором завода по производству пенопласта, она попросила нарезать для меня листов нужной толщины. Но есть нюанс - даже их станок не может точно выдержать точно такую маленькую толщину, поэтому она нарезала мне несколько десятков листов, из которых примерно треть обладала нужной толщиной от 8 до 11 мм.
2. Эпоксидка.
Сначала купил полиэфирную по совету продавца, так как она быстро сохнет и с ней легче работать, Не верьте - для наших целей она не подходит. Во первый она разъедает пенопласт, как моча снег. Во вторых даже если покрывать чем то пенопласт (что не лучшая идея ибо увеличится вес и ухудшидся связь слоев), то скорость застывания больше, чем нужно, ибо нам кроме того, что вылить эту смолу куда то, надо будет еще сделать с ней кое какие манипуляции, о чем ниже. Можно просто не успеть до начала полимеризации.
Классические эпоксидные смолы, которые сохнут сутки - именно то, что нам нужно. Смол существует хренова туча наименований и у каждой свои свойства. Если просто застынет смола с отвердителем, она будет жесткой (что хорошо, учитывая контактные напряжения), но будет более хрупкой и очень вероятно будет трескаться на морозе. Поэтому нужны пластификаторы, например Дибутилфталат. Обычно льют около 5 процентов. Проблема в том, что все это не купишь в хозяйственном магазине (по крайней мере у нас), а в интернете все продается большими объемами и стоит не копейки. После серии проб и ошибок пришел к простому решению - эпоксидный клей ЭДП Дзержинского завода (именного этого производителя). В его состав уже входят пластификаторы, он продается небольшими флаконами, с ним удобно работать, стоит не дорого. Есть свидетельства что качество плавает от партии к партии (бывает не застывает полностью или становится очень хрупкой). В одном хозяйственном купил банку, попробовал - понравилось, купил сразу несколько. Проверить легко - изделие через сутки должно быть полностью не липким, а при помещении в морозилку на несколько часов не покрыться трещинами.
3. Помещение для работы и инструмент.
Очень немаловажный момент - где работать. нам нужно нежилое помещение - надо понимать, что все эти вещи, особенно полиэфирка очень не полезны для здоровья. С полиэфиркой работать ТОЛЬКО в респираторе и хорошо проветривать. Эпоксидка классическая безопасна, но в конце мы будем обтачивать изделие, будет лететь довольно противная пыль, которая забивается везде, поэтому точить мы тоже нужно в респираторе. Также в помещении должно быть не менее 20 градусов (лучше 25), иначе застывание будет происходить неправильно. Класть на батарею тоже нельзя, как и греть, ибо станет хрупкой, хотя и быстрее застынет. Полимеризация должна проходить правильно и долго. Я все делаю на квартире, в которой пока делается ремонт. Из инструментов нам понадобится стол, полиэтиленовая пленка, файлики матовые (формат чем больше тем лучше), два резиновых шпателя, шприц 5 кубов, пластиковая баночка мерная со шкалой, кастрюля для водяной бани. идеально гладкая плитка из керамогранита 60х60 см (или что то аналогичное абсолютно гладкое и недеформируемое), груз 10 кг, респиратор, тонкие резиновые перчатки, ножницы, нож канцелярский, болгарка с наждачным кругом, пластиковый уголок со стороной 12 мм, кусок алюминиевого уголка или ложка для размешивания и наливания смолы.
4. Стеклоткань 150 гр/м и стекломат 300 гр/м. Самый простой пункт - покупаем в автомагазине по одной упаковке. Не нужно обдирать стеклоткань с труб отопления, это прошлый век и ее надо прожигать.
Приступаем к работе.
Нам нужно будет нанести три слоя. С нижней стороны у нас будет слой стекломата с верхней - два слоя стеклоткани. Поясню почему - стекломат будет обладать большей жесткостью на изгиб, так как сам выходит толще, поэтому именно стекломатным слоем наша доска будет опираться на ремни внутри подвески. Но слой стекломата даст очень большой вес, поэтому с другой стороны мы сделаем два слоя стеклоткани - она будет отлично работать на растяжение, обеспечив жесткость доски, а работа на изгиб от нее нам не нужна.
1. Вырезаем из пенопласта заготовку по форме доски, отняв по 2 мм от каждой грани, таким образом ширина и длина заготовки будут меньше оригинала на 4 мм. Пенопласт легко крошится, поэтому лучше делать это канцелярским ножом с новым лезвием, расположив пенопласт на листе фанеры.
2. Застилаем стол чистой полиэтиленовой пленкой без складок, на нее кладем заготовку.
3. Вырезаем кусок стекломата по форме доски + 5 сантиметров (не меньше) в каждую сторону, не экономьте на этих буртиках, ибо эти буртики будут держать переплетение рабочей части листа.
4. Одеваем перчатки, наши руки должны оставаться чистыми, это важно.
5. Наливаем 100 мл смолы в мерную баночку, нагреваем баночку на водяной бане с температурой 50 градусов, смола станет жидкой и с ней будет легче работать. отмеряем отвердитель в нужном соотношении. Здесь важно не промахать. Лучше налить каплей меньше отвердителя, чем каплей больше)) Имейте в виду, как вы отмеряете - по весу или по объему. Для клея ЭДП соотношение 1 к 10 по массе или 1 к 9 по объему. Отвердитель наливаем двумя порциями. Сначала половину нужного, размешали, потом остаток, размешали.
6. Мешаем.
7. Мешаем.
8. Хорошо мешаем!
9. Важно: следите, чтобы капли воды с водяной бани не попали в смолу! Если попали, лучше поменяйте смолу, иначе есть большой шанс испортить всю заготовку.
10. Наливаем две трети смолы на доску и размазываем резиновым шпателем. Важно - надо вести шпатель под острым углом, как бы разгоняя волну теплой смолы, а не соскребая ее. нужно добиться, чтобы был ровный, хороший, жирный слой. Стараемся, чтобы смола не вываливалась за пределы, но не должно остаться сухих краев. Так как пенопласт еще не сухой, то он впитает в себя часть смолы, но немного, и это для нас хорошо - она пройдет до другой стороны, обеспечив связь слоев.
11. Аккуратно накладываем стекломат на промазанную заготовку. Пальцами в перчатках не сдвигая нажимаем аккуратно в куче мест, чтобы смола пропитала стекломат и проступила с внешней стороны. Как только видите что все что могло проступить, уже проступило - доливайте остаток смолы сверху и раскатываете тем же резиновым шпателем, но стараясь не сдвинуть сами волокна стекломата. Когда видим, что стекломат весь мокрый, приступаем к следующей стадии.
12. Снимаем перчатки не испачкав руки. Накрываем заготовку файликам в нахлест с большим запасом. Лучше всего иметь один большой файлик, но пойдут и обычные A4. Также подойдет и полиэтиленовая пленка, но плюс файлика в том, что он матовый и это дает немого шершавую поверхность, улучшая адгезию к последующим слоям и покрытиям.
14. Берем чистый шпатель и аккуратно, не сдвигая листы (), гоняем смолу по стекломату под файликами, после чего начинаем выгонять волны смолы за пределы заготовки вместе с пузырями. Нужно выгонять все, что можно выгнать, при этом не допустить образования пузырей, когда начнете делать, поймете специфику. Надо гонять от стыков листов наружу. Лишний клей промакивает края "лишней стеклоткани, образуя жесткие пропитанные борты за пределами пенопласта примерно 1 см шириной.
15. Берем большую керамическую плитку (или что-то аналогичное жесткое и гладкое), накрываем заготовку поверх файликов, придавливаем грузом и забываем на сутки.
16. Очищаем шпатель. Остатки смолы оставляем прямо в баночке, Если у нее края расходятся сверху и она гибкая (я такую взял в автомагазине, где брал стеклоткань), то на следующий день смолу можно будет просто выдавить таблеткой из этой банки и банку можно использовать повторно.
17. На следующий день любуемся красивым слоем стекломата. Если осталось несколько пузыриков - не беда. Их можно будет подмазать в самом конце производства.
18. Обрезаем ножницами лишний стекломат, оставив пропитанный бортик шириной в 1 см.
19. Наклеиваем аналогичным образом слой стеклоткани с другой стороны. Осторожно, не сдвигайте волокна стеклоткани друг относительно друга, сетка должна быть ровной. Имейте в виду, что смолы уже уйдет чуть меньше, примерно на четверть.
20. На следующий день. Обрезаем лишнюю стеклоткань так же оставив буртик в 1 см. Нам остается наклеить только один слой стеклоткани поверх предыдущего. Но сейчас самое время обработать кромки пенопласта.
21. Обрабатываем кромки. Берем тоненькую кисточку и начинаем активно промазывать кромку пенопласта между буртиков верхнего и нижнего слоя. не жалеем смолы на этом пункте, лишнее мы потом уберем болгаркой. Этой же порцией смолы мы приклеиваем второй слой стеклоткани.
22. Приклеиваем второй слой. Когда будете выгонять смолу, следите, чтобы края нового слоя прилипли к уже получившемуся буртику первого слоя.
23. На следующий день. Обрезаем лишнюю стеклоткань второго слоя ножницами или ножом, прижав к фанере. Берем болгарку с наждачным диском, одеваем респиратор, и стачиваем буртики, чтобы получился ровный прямой край. Делать нужно аккуратно, чтобы не сточить до пенопласта. Если достали, то надо будет в конце еще мазануть, чтобы весь пенопласт был закрыт.
Сама доска готова, осталось навести косметику и
убрать концентраторы напряжений
1. Вставляем доску в подвеску, смотрим, где опорные ремни впиваются в доску по бокам. Обычно это три точки с каждой стороны, получается всего 6. Если их не усилить, то ремни будут продавливать поверхность доски и мять пенопласт. Вынимаем доску из подвески и начинаем усиливать.
2. Берем пластиковый уголок со стороной на 2-3 мм больше, чем толщина доски. нарезаем два куска примерно по 10 см (для центральных опор) и четыре куска по 6 см - для передних и задних опорных ремней.
3. В идеале края доски в местах приклеивания уголков должны быть ровные. Если точки опоры приходятся на небольшой изгиб (как у меня), то отмеряем место, где будем клеить уголок и стачиваем этот изгиб (обычно это 2-3 мм) под форму уголка. Стачивание изгиба ни на что не повлияет, но уголок ляжет ровно.
4. Кладем доску
стекломатом вверх на кусок фанеры, меньший по размеру, чем сама доска. Напомню, что стекломат будет у нас нижней поверхностью. Фанера или нужна для того, чтобы приподнять нашу доску надо столом, так как иначе уголок упрется в стол при склеивании.
5. Намазываем пару уголков жирно приготовленной смолой и прикладываем симетрично с двух сторон доски. Клеить получится за один раз только по паре уголков. Прижимаем уголки к краям в нужных местах. Задача теперь придавить эти уголки сбоку и сверху и так оставить. Берем еще два куска тяжелой плитки с ровными краями, подкладываем под них куски подложки под ламинат, чтобы уровень этих плиток совпал с уровнем доски и уголков, и прижимаем краями плитки уголки к торцу доски с боков. Важно, чтобы верхняя поверхность плитки была ниже, чем верхняя поверхность уголков. На плитки кладем по грузу, чтобы зафиксировать их в этом положении. Теперь нам остается прижать уголки сверху. Накрываем заготовку файликами кладем сверху нашу плитку из керамогранита. Уголки четко зафиксированы и через сутки они приклеятся, создав необходимое ребро жесткости в торце. Более того, выдавившаяся лишняя смола, придавленная через файлики создаст плавный красивый переход от поверхности доски к поверхности уголка. Файлик нельзя забыть положить, иначе плитка приклеется к заготовке. Так же поступаем и с остальными точками опоры.
6. Аккуратно стачиваем болгаркой выступающий над верхней поверхностью изделия край уголка, скругляем неровности.
7. Если у вас остались непроклеянные пузырьки на поверхности доски, подмазываем их смолой, накрываем файликами и расглаживаем смолу, через сутки будет идеальная поверхность. На самом деле если себе делаете, то этот пункт можно опустить, на прочности он никак не сказывается.
8. Засовываем на несколько часов в морозилку, вынимаем, стучим по столу, не должно пойти трещин. Если пошли, то используйте другую смолу или лейте больше пластификатора.
9. Вставляем доску в подвеску и вывешиваемся, прыгаем в ней как можем. Вынимаем. Если края не помяты, целостность не нарушена, переходим к след пункту.
10. По совету уважаемых форумчан, обклеиваем края армированным скотчем. Старайтесь клеить так, чтобы скотч на боковых гранях находил внахлест в направлении втыкания доски в подвеску, иначе он будет подворачиваться и скатываться.
11. Взвешиваем. При весе родной доски в 700 граммов, композитная вышла 315 включая все усиления и скотч, причем я сейчас понимаю, что можно было бы сделать и чуть легче, лучше выгоняя смолу. Нормальный результат 250-350 граммов в зависимости от кучи факторов, твердости руки, аккуратности и некоторого везения. Получается примерно так в итоге:
12. Офигеваем от легкости этой доски, особенно по сравнению с фанерной, реально впечатляет. наслаждаемся полетами.
Спасибо всем кто осилил до конца)) Я старался, надеюсь, кому нибудь пригодится.
Кстати говоря, у меня осталось довольно много материала, еще на десятка два досок, например, вот остатки пенопласта (когда я попросил на заводе листик на меня посмотрели как на дурака):
Да и рука уже набита, что называется, поэтому желающим с удовольствием сделаю такую же доску по вашим чертежам или фото с масштабом (достаточно приложить линейку к заготовке) за символическую 1000 рублей + ваша пересылка, дотратить купленные материалы. Сейчас понимаю, что делать одну доску дешевле точно не выходит, плюс есть шанс что с первого раза что то пойдет не так, во всяком случае, если бы кто-то в свое время предложил мне готовое решение за эти деньги, я бы точно согласился, 400 грамм, на мой взгляд, того стоят. Срок изготовления 10 дней. Если делать, то мне было бы удобно получить сразу несколько заказов, ибо по времени что одну делать, что три, разницы особой нет, так что пишите!
Ну а если кто то решит делать сам и появятся вопросы, смело обращайтесь, с радостью помогу, чем смогу!