Ультразвуковая сварка парусов

Самый прогрессивный на сегодняшний день метод соединения деталей парусов, это так называемая, ультразвуковая сварка.

Представляет собой электроакустический способ активации однокомпонентного клея, производимого компанией DIMENSION-POLYANT и зарегистрированного под именем Q-bond. Этот полиуретановый клей имеет великолепную адгезию ко всем материалам (кроме полиэтилена) и не требует никакой подготовки поверхностей к склеиванию, высокую пластичность в отверждённом состоянии и весьма хорошую устойчивость к УФ – излучению, т.е. всеми свойствами, необходимыми для склеивания парусов. Рецептура клея составляет ноу-хау компании DP.
На самом деле, ультразвуковая сварка - заметно более трудоёмкий, долгий и значительно более дорогой способ относительно обычного сшивания. Хотя сам процесс сваривания происходит быстрее, чем может работать любая современная парусная швейная машина, но работа по подготовке шва к свариванию (не поддающаяся никакой механизации и требующая достаточно квалифицированных рук), может занимать до 95% всего времени, потраченного на всю обработку шва и в четыре раза дольше, чем подготовка такого же шва для сшивания традиционным способом. При обращении со сварочной машиной также требуется достаточно опыта и мастерства. Совсем несложно, выбрав неправильный режим, прожечь сквозную дыру в шве, никаким образом неисправимую (случайно сделанные дырки иглой швейной машины покажутся желанной мечтой) или наоборот, не проварить какую-то часть шва, (процесс активации клея почти всегда практически невидимый для глаза и плохо контролируется другими способами), - ошибка всплывёт только когда парус начнёт разваливаться при хорошем ветре. Однако приходится признать и преимущества этого прогрессивного метода.

В 1999 году различные образцы парусных материалов, сваренные клеем Q-bond, были подвергнуты серии тестовых испытаний в лаборатории прочностных испытаний Королевского Института Технологий в Стокгольме («Royal Institute of Technology»). Задача состояла в одновременной проверке ряда парусных материалов, производимых компанией Dimension Polyant и силой клеевого шва с акцентом на выяснение прочностных характеристик последнего. Метод испытаний был разработан компанией DP совместно с Королевским Институтом Технологий, для того чтобы получить как можно больше испытательных параметров.

Образцы материалов были подготовлены для склеивания. Ширина клеевого шва до активации составляла 6 мм. Три параметра были приняты во внимание: давление, амплитуда и скорость. Перед испытаниями сваренные образцы были выдержаны в течение 10 суток при температуре 23°C +/-1°C и относительной влажности: 50 % +/-5 % для полного отверждения клея. После этого они были пригнаны лазерной режущей машиной к окончательному размеру 200х25 мм.

Испытания на воздействие окружающей среды.

В пределах каждой категории парусных материалов самые тонкие и самые толстые образцы были подвергнуты ультрафиолетовой радиации в течение 300 часов под 40-ватными ультрафиолетовыми флюоресцентными лампами. После этого образцы были испытаны, и возможное изменение разрывных параметров было зафиксировано. Затем подвергнутые УФ - облучению образцы были выдержаны в сырой тёплой камере при относительной влажности 100% и температуре +40° C +/-1°C в течение 10 суток и также протестированы.

После воздействия УФ - радиацией изменились и прочность материала, и склеенного соединения. Для менее плотных тканей, где УФ - лучи легко проникают внутрь, сила соединения уменьшилась. Для плотных тканей, где лучи не проникли внутрь материала, прочность материала уменьшилась, в отличие от соединения. Ослабление шва могло также произойти из-за влияния компонентов ткани на клей в процессе облучения, а не обязательно УФ - радиации самой по себе. После воздействий окружающей среды было отмечено, что материал был ослаблен больше, чем клей. Большинство образцов только после УФ - радиации показало или полное расслоение или деформированный и разрушенный материал в процессе испытаний, в то время как клеевое соединение всегда оставалось незатронутым.

Место разрыва выглядит по-разному. В зависимости от веса ламината, т.е. количества волокон в материале, характер разрыва отличается. У тяжёлых ламинатов, где ламинирующие плёнки с обеих сторон материала нигде непосредственно не касаются друг друга, отрывается только ламинирующая плёнка (#1). Для более легких тканей, где ламинирующие плёнки соприкасаются друг с другом, отмечены два различных типа разрыва: ткань разорвана (#2) или ламинирующая плёнка разрушена, и тогда из этого места торчат разорванные волокна (#3).

Для каждой категории материалов был изготовлен аналогичный образец, сшитый нитками. Шов был произведён с обычной для сборки парусов техникой с двухсторонним скотчем и машинной строчкой, подходящей для этого материала. Нить была закреплена должным образом на краях соединения, чтобы моделировать условия схожие для обычного паруса.

Отдельные сравнительные опыты показали, что если воздействовать УФ- излучением одинаковое время на сшитый и сваренный образцы до полного уничтожения ниток, прочность клеевого шва уменьшится при этом лишь наполовину.


Сравнение сшитого и сваренного соединения

показало, что в то время как склеенный шов по всей площади соединения равномерно воспринимает нагрузку, то сшитый шов имеет локальное снижение прочности материала из-за перфорации его швейной иглой. В склеенном шве не происходит никаких деформаций во время растяжения образца – всю нагрузку поглощает эластичность материала. В процессе теста волокна материала растягиваются вплоть до разрыва. В сшитом соединении этого никогда не происходит – деформация имеет место только непосредственно в шве, это означает, что сам материал никогда не растягивается на грани разрывания в этом случае. Другими словами, прочность материала не используется в полной мере, а швейный шов всегда остаётся слабым местом.

Все серии испытаний были выполнены с необходимым количеством повторных измерений, чтобы получить надежный результат. Анализируя таблицы всех тестов, можно прийти к выводу, что сваренный шов в 2-5 раз прочнее сшитого у разных материалов.

Когда в 2005 г. возникла идея применения ультразвуковой сварки парусов в нашей мастерской, при изучении ассортимента производимого оборудования для этой цели выяснилось, что единственные существующие аппараты всего двух типов производит и монопольно продаёт шведская компания Q-bond AB под патронажем Dimension Polyant. Используя при этом готовые генераторы и преобразователи итальянской фирмы Sonic. Учитывая полное отсутствие конкуренции, эти хорошо разрекламированные аппараты, показались мне не слишком привлекательными. Нами была предпринята, как оказалась впоследствии, вполне удачная попытка изменить ситуацию. В результате усилий группы специалистов отечественных компаний «Инлаб», «Компан», «Амета» и «БМК» по моей инициативе была разработана и создана мобильная, а впоследствии  и стационарная установка с магнитострикционным преобразователем колебаний излучателя, приводимая в действие мощным ультразвуковым генератором. Принцип работы шведско-итальянских машин отличается способом преобразования электрических волн в механические, основанным на пьезоэлектрическом эффекте, используя более дешёвые пьезокерамические преобразователи – значительно менее эффективные и надёжные, питаемые, к тому же, и более слабыми генераторами.

Многолетний успешный опыт работы нашего агрегата вполне доказал его конкурентоспособность.

Увидеть её работу вы можете по адресу http://konovalovsails.com/ru/node/66

Сергей Коновалов.

Фотографии основных парусов яхты «Гранд» Игоря Зарецкого – чемпиона регаты Jester Challenge.
Прослужили в гоночном режиме почти 2 тысячи часов в Атлантике. Изготовлены из ламината серии GPL (Dimension Polyant). На снимках видны сквозные дыры от такелажа. Сварка нигде не подвела.