автор - Сергей Веденин
Раздел моей статьи "
Материалы для палаток. Что скрывается за названиями", посвященный каркасам для палаток, вызвал бурные дискусии. Возникло множество вопросов, на которые я постараюсь ответить.
Вопросы:
1. Как материал может одновременно обладать высокой жесткостью и высокой упругостью?
2. У кого эти характеристики выше - у алюминия или стеклопластика?
Сначала о терминах - Большая Советская Энциклопедия трактует их так:
Жескость - способность тела или конструкции сопротивляться образованию деформации;
Упругость - свойство макроскопических тел сопротивляться изменению их объёма или формы под воздействием механических напряжений. При снятии приложенного напряжения объём и форма упруго деформированного тела восстанавливаются;
Модуль упругости - величина, характеризующая упругие свойства материала. В случае малых деформаций, когда справедлив Гука закон, т. е. имеет место линейная зависимость между напряжениями и деформациями, М. у. представляет собой коэффициент пропорциональности в этих соотношениях.
Когда я писал статью о материалах для палаток, я не вкладывал в эти слова точный физический смысл. Под высокой жескостью я имел в виду, что придется приложить большее усилие для изгибания каркаса в дугу. И соответственно каркас с большим усилием будет растягивать материал палатки и лучше реагировать на внешнее воздействия. Под упругостью я имел в виду способность каркаса сохранять жесткость и оригинальную форму при длительных нагрузках. Это важно не только для уменьшения размера упаковки (гнутые стойки занимают больше места), но влияет и на качество, устойчивость и надежность всей палатки - изогнутый каркас хуже растягивает палатку и соответственно хуже переносит ветровые нагрузки. Под прочностью я имел в виду способность каркаса долгое время выполнять свои функции без поломок.
Несколько слов об используемых технологиях.
Самая "старая", "простая" и отработанная технология у алюминиевых трубок - в производстве каркасов применяются цельно тянутые ( бесшовные) трубки. Эта технология известна многие десятилетия, 100% автоматизирована, надежна, дешева и гарантирует стабильность характеристик.
Стеклопластиковые трубки для производства каркасов палаток могут производится по двум технологиям - "экструзионной" и "намоточной". (Эти термины придуманы мной и возможно не совсем точны.)
По "экструзионной" технологии трубки производятся из однонаправленного стекловолокна (без поперечных связей) методом экструдирования (выдавливания) пропитанного связующим (эпоксидная, полиэфирная или аналогичная смола) стекловолокна через специальную фильеру, которая и формирует трубку "бесконечной"длинны. Это дешёвая, 100% автоматизированная технология, которая тоже гарантирует стабильное качество. Ближайший аналог - производство макарон.
При "намоточной" технологии каждый элемент каркаса производится отдельно - рабочий укладывает на специальную оправку предварительно пропитанное стекловолокно. Сначала укладывается один или несколько слоев вдоль, а потом наматывается один или несколько слоев поперек для создание поперечных связей и защиты основных силовых волокон от внешних воздействий. в этой технологии очень высока доля ручного труда. Соответственно резко увеличивается стоимость производства и увеличивается разброс характеристик и количество брака.
Теперь сравним стеклопластиковый каркас с алюминиевым. Сравнивать будем вес, объем, жесткость, упругость, прочность и ремонтопригодность.
Жескость. Если сравнивать характеристики алюминия и стекловолокна (именно волокна, а на готового изделия), то стекловолокно в несколько раз более жесткое, чем алюминий. Но нас интересует жескость применительно к каркасам палаток. И тут (в готовых изделиях) жескость алюминиевой трубки несколько выше ( несколько это ок 10%)- к сожалению это чисто мой личный эксперимент и я не нашел дополнительной информации по этому вопросу. Жесткость стеклопластиковых трубок, выполненных по разным технологиям, отличается незначительно.
Упругость. Упругость стеклопластиковых трубок абсолютна - т.е. они ломаются без остаточной деформации. У алюминиевых трубок сплава 7001 (в России аналог ему сплав В95Т1 ) при правильной эксплуатации остаточные деформации возможны, хотя обычно они незначительны.
Прочность и надежность. Опять - если сравнивать характеристики материалов, то стеклопластик гораздо прочнее, но реальные изделия имеют одинаковую прочность (вы же не считаете идиотами инженеров, которые рассчитывали эти каркасы). Прочность и характеристики алюминиевой трубки практически не меняются от срока службы, температуры и внешних воздействий. Напротив свойства композитов имеют тенденцию ухудшаться со временем ("старение" связующего, в т.ч. и под действием UF излучения), зависит от температуры (+80 С под тентом палатки в солнечный день вполне возможно, а связующее при повышении температуры размягчается) и нагрузки при эксплуатации (изгибы, удары, царапины) тоже не увеличивают долговечность изделия. Все эти особенности композитов давно известны - в одном из авиационных изданий было написано про F-22 Raptor :"Причем, вряд ли можно надеяться на уменьшение массы шпангоутов за счет применения композиционных материалов (КМ), т.к. следует учитывать вероятность боевых повреждений и практическое отсутствие возможности ремонта таких конструкций в полевых условиях. КМ можно применять лишь там, где есть возможность быстрой замены отдельных узлов или всего агрегата в целом: в консолях крыла и элементах их механизации, в вертикальном и горизонтальном оперении, створках отсеков вооружения и шасси, крышках люков, обтекателях различного рода и в ряде других узлов." Полный текст см.
Авиабаза =KRoN=. И при проектировании стеклопластиковых трубок в них закладывается больший запас прочности с учетом старения и повреждений..
Вес. Сначала результаты взвешивания - стеклопластиковая трубка с переходником, рабочая длинна 50 см, диаметром 9,5 мм, выполненная по "экструзионной"технологии, весит 69 г; алюминиевая трубка сплава 7001 диаметром 8,5 мм аналогичной длинны весит 27 г. У меня нет данных о весе стеклопластиковых трубок, выполненных по "намоточной" технологии, но, по ощущениям, они весили также или несколько меньше, чем алюминий. Я сравниваю стеклопластик диаметром 9,5 мм и алюминий диаметром 8,5мм , как трубки близкие по жесткости. Гораздо более магкий стеклопластик диаметром 8,5 мм весит 46 г. Такая разница в весе между алюминием и стеклопластиком происходит из-за стремления изготовителя произвести стеклопластиковую трубку, аналогичную по прочности с алюминиевой, для чего приходится увеличивать толщину стенки чтобы сохранить прочность трубки, если на нее например наступят ногой. Плюс к тому же стеклопластик анизотропен (имеет различные характеристики по разным направлениям) и, чтобы получить приемлемую прочность на расщепление, для "экструзионных"трубок стенку приходится делать толще.
Объем. Объем зависит от диаметра трубки. Объем каркаса в упаковке у алюминиевых каркасов и "экструзионных" стеклопластиковых отличается не сильно, напротив объем для каркасов, выполненных по "намоточной" технологии очень велик. Эти трубочки выпускались диаметром от 12 до 14 мм.
Ремонтопригодность. Ремонтировать стеклопластиковые трубки, обматывая их стекловолокном с эпоксидной смолой, бессмысленно. Проще и надежнее сделать алюминиевую муфту. Аналогично и с алюминиевым каркасом. В ремонте стеклопластиковых каркасов есть свои тонкости. Если алюминиевую трубку можно в экстремальных условиях процарапать даже об камень и сломать (это займет секунд 30), то стеклопластик надо аккуратно отпилить и обработать срез. Иначе срез начинает расщепляться.
Даже под муфтой? Хотелось бы поподробнее. (и про обработку среза тоже). (Это вопросы одного из рецензентов, за что ему отдельное спасибо).
Стеклопластиковая трубка может расщепиться как в процессе отпиливания, так и в муфте, т.к. сломанный край уже расщеплен и является концентратором напряжений.
Кстати, не возникает ли проблемы при "экстремальных условиях" c запихиванием сломанной алюминиевой трубки в муфту? По логике она должна деформироваться на изломе что также требует аккуратного отпиливания. Сам не видел, просто предполагаю. Тоже было бы интересно почитать.
Алюминиевую трубку можно подстучать камнем и подточить заусенцы об тот же камень. А вообще по моему опыту сплав 7001 ломается (если ломается) как деревяшка: т.е. труба не сплющивается, а потом ломается, а получается просто неровный излом.
Требования:дуги:AL,максимальная надежность,цвет "камуфляж"или т.олива,хаки и т.п!Интересно есть-ли таки девайсы у "вояк -наших возможных друзей"и можно-ли как нибудь заполучить сие изделие!Кроме как-трофеем!
Но эта повыше-а нужно максимум 1000-1200 до "конька"!
К сожалению я не могу посоветовать конкретно, что брать из маленького современного. 
!
