Latajmy Bezpiecznie: Problemy plastików

Latajmy Bezpiecznie: Problemy plastików

Chcesz bezobsługowy płatowiec? – kup maszynę wykonaną z laminatu. Czy aby na pewno jest to prawdą? I czy aby na pewno nasze zaniedbanie obsługowe nie pozostaną bez wpływu na bezpieczeństwo latania?

Nie tak dawno, bo w 2003 roku obchodziliśmy 100 rocznicę pierwszego lotu napędzanego silnikiem samolotu Braci Wright. Pierwszy lot trwał zaledwie minutę. Obecnie latamy w kosmos, a loty długodystansowe przez ocean są codziennością. Dzięki marzeniom, wytrwałości niezliczonej rzeszy amatorów i zawodowców, ludzkość osiągnęła to w życiu jednego pokolenia. Począwszy od drewnianych konstrukcji pierwszych samolotów, szybowców, po konstrukcję z nowoczesnych materiałów kompozytowych na bazie żywic, metalu oraz tkanin węglowych. Inżynieria materiałowa oraz postęp w chemii, dały konstruktorom lotniczym i nie tylko, materiał pozwalający na dużą swobodę projektowania pięknych opływowych statków powietrznych.

Wbrew pozorom historia laminatów i kompozytów jest znacznie starsza niż lotnictwo. Czym jest kompozyt – najprościej, to materiał utworzony z co najmniej dwóch komponentów, który ma lepsze właściwości od każdego z użytych do jego stworzenia składników. Najstarszy kompozyt – gliniana cegła wzmacniana słomą powstała około 800 lat przed naszą erą. Czym jest laminat – to specyficzny rodzaj kompozytu powstający z połączenia dwóch materiałów o różnych właściwościach, przy czym materiał wzmacniający (zbrojenie) jest układany warstwami, miedzy którymi znajduje się materiał je łączący, klej, żywica.


Najstarszy laminat – najstarszym znanym laminatem jest laka, materiał wytwarzany w Chinach i Japonii, już w V wieku przed naszą erą. Laka powstawała na ogół przez przesycanie wielu cienkich warstw papieru i tkanin żywicznym samoutwardzalnym sokiem rośliny – sumaka. Laka przeważnie jest znana jako dzieło sztuki zdobniczej, niemniej jednak gorsze gatunki laki stosowano do wzmacniania i zabezpieczania konstrukcji drewnianych statków. Stosowana w starożytnych Chinach technologia, jest powszechnie wykorzystywana do dnia dzisiejszego w budowie m.in. samolotów, łodzi, sprzętu sportowego. Zwana jest technologią ręcznego laminowania na mokro. Jednak historia znanych nam z lotnictwa laminatów rozpoczęła się w 1931 r.

Wtedy to opatentowano sposób wytwarzania włókien szklanych. W 1942 r. połączono żywice z włóknem szklanym, rok później dokonano pierwszych udanych prób zastosowania kompozytu do celów wojskowych w Niemczech i USA. W latach 1950. Opracowano opłacalną technologię produkcji tanich chemoutwardzalnych żywic poliestrowych i metodę ich łączenia z włóknami szklanymi. Prosta, dostępna nawet dla prymitywnie wyposażonych zakładów produkcyjnych technologia nasycania tkanin i mat szklanych żywicą, spowodowała rewolucyjną zmianę w produkcji łodzi, samolotów, szybowców i innych nisko seryjnych wyrobów. Swoboda kształtowania nowego materiału, prostota jego użycia spowodowała gwałtowny rozwój laminatów i materiałów do ich produkcji.


W 1961 r. otrzymano pierwsze włókna węglowe, jedenaście lat później otrzymano włókna aramidowe. W 1968 r. powstał pierwszy seryjnie produkowany całkowicie kompozytowy szybowiec Phoebus.

Polska trwale zaznaczyła swój ślad w tej rewolucji technologicznej, ślad nakreślony medalami tytułami mistrzów świata na szybowcach rodzimej produkcji: Jantar i Fox.

Jak powstają elementy laminatowe?

Pierwszym etapem przygotowania produkcji jest odpowiednie przygotowanie modelu w skali 1:1, z którego wykonywane są foremniki. Pierwszym etapem produkcji elementu w przygotowanym foremniku jest położenie warstwy żelkotu. Żelkot jest materiałem, który pozwala pomalować samolot – lakier będzie się go trzymał odpowiednio mocno. Jest też materiałem zabezpieczającym laminat przed czynnikami atmosferycznymi takimi jak, śnieg, lód czy woda.

Następnie powstaje laminat: układa się i przesącza kolejne warstwy wzmocnienia lepiszczem – zgodnie z opracowaną technologią. Warstwy wzmocnienia mogą być w postaci włókien ciągłych ułożonych jednokierunkowo (tzw. rovingu), tkanin lub mat z włókna ciętego. Materiały tkanin mogą być oparte na włóknach szklanych, węglowych, kewlarowych – o różnym układzie, splocie włókien czy gramaturze. Lepiszcze to żywice epoksydowe, poliestrowe, winyloestrowe. W procesie wkleja się wręgi, żebra, wzmocnienia, okucia, inne elementy konstrukcji.


Często różne elementy – np. wręgi w kadłubie czy żebra płatach – powstają w osobnych foremnikach po czym są doklejane do większych elementów konstrukcji. Większość dużych elementów konstrukcji (płaty, kadłub, usterzenia) powstaje z dwóch połówek. Po wykonaniu, na przykład, osobno jednej i drugiej połówki kadłuba w osobnych foremnikach, wyjęciu ich i odpowiedniej obróbce, kadłub jest sklejany z tych dwóch połówek. Oczywiście, zgodnie z technologią danej produkcji, po wklejeniu czy zainstalowaniu potrzebnych elementów konstrukcyjnych – wręg czy okuć.

Do produkcji laminatów stosuje się maty, tkaniny szklane, węglowe, kewlarowe, o różnym układzie i splocie włókien i różnej gramaturze oraz żywice epoksydowe, poliestrowe, winyloestrowe i materiały przekładkowe, takie jak pianki i wypełniacze. Poszczególne rodzaje żywic posiadają różniące się od siebie właściwości.

Laminaty na bazie żywic epoksydowych

Szybowce oraz samoloty UL, wykonuje się na ogół z laminatów na bazie żywic epoksydowych, dla których przyjmuje się graniczną temperaturę pracy 55°C. Powyżej tej temperatury żywice epoksydowe spajające laminaty miękną i tracą właściwości. Większość statków powietrznych tego typu maluje się na biało, by zmniejszyć ich nagrzewanie przez słońce podczas lotu i na ziemi.


Zimą przy skrajnie niskich temperaturach żywice te stają się kruche. Warto o tym pamiętać wykonując loty latem i zimą. Zmiana koloru samolotu, stosowanie oklejania samolotu o różnych barwach, powoduje zróżnicowane nagrzewanie jego elementów lub jego fragmentu. Duża część samolotów posiada wlaminowany w skrzydła, zbiornik paliwa. Oklejenie lub pomalowanie zewnętrznej części skrzydła może powodować powstanie bąbli powietrza w zbiorniku paliwa i korków powietrznych, które mogą być przyczyną przerwy w pracy silnika. W naszych warunkach klimatycznych umieszczenie na białym tle łatki koloru niebieskiego (RAL 5017) spowodowało wzrost temperatury laminatu o 18°C, przy temperaturze powietrza 30°C. 

Laminaty na bazie żywic winyloestrowych

Są dość powszechnie stosowane w USA (cieplejszy klimat) posiadają większy zakres temperatur pracy około + 75°C – 25°C. Takie samoloty na ogół maluje się innymi kolorami niż biały, bez szkody dla konstrukcji. Tkaniny szklane wbrew pozorom nie są całkowicie wodoodporne, więc kompozytowy samolot podlega szkodliwym działaniom środowiska. Eksploatując samolot należy zwrócić szczególną uwagę na stan warstwy zewnętrznej – lakieru i żelkotu.

Często na skutek uszkodzeń mechanicznych, żelkot pęka, powstają tzw. pajączki. Nie należy tych uszkodzeń lekceważyć, mogą oznaczać uszkodzenia wewnątrz struktury elementu samolotu, bądź mogą być tylko powierzchowne. Tak czy inaczej, pozostawienie pajączków podczas opadów, spowoduje przedostanie się wody do laminatu, gdzie dzięki osmozie woda przedostanie się dalej. Zimą czy latem temperatura zrobi swoje i będzie następowała powolna korozja laminatu i osłabienie konstrukcji.


Przykładem takiej korozji może być uszkodzenie śmigła eksploatowanego w wodnosamolocie. Śmigło wykonane jest z drewna i pokryte laminatem. Podczas startu może dojść do mikrouszkodzeń wierzchniej warstwy laminatu (żelkotu). Podczas startu z wody, śmigło jest bardziej narażone na jej działanie niż w samolocie lądowym. Woda poprzez mikropęknięcia dostaje się pomiędzy warstwy laminatu i drewna jednej z łopat śmigła, powodując jej powolną korozję. Podczas następnego startu może dojść do uszkodzenia silnika na skutek drgań spowodowanych utratą prawidłowego wyważenia śmigła. Okazją do przejrzenia stanu żelkotu jest mycie samolotu i jego konserwacja. Samoloty kompozytowe nie myte często, na których osiada kurz, mają jeszcze jednego wroga: pierwotniaki i grzyby. Te ostatnie są groźne dla człowieka.

Znajdują swoje siedlisko w zakamarkach konstrukcji w kabinie, kanałach dolotowych powietrza jak również wewnętrznych częściach osłon silnika. Na zdjęciach przedstawione są fragmenty poszycia samolotu zaatakowanego przez pierwotniaki i ślady działania innego szkodnika – przedstawiciela tego łańcucha pokarmowego – ślimaka żywiącego się pierwotniakami.

Konstrukcje laminatowe są świetnym materiałem konstrukcyjnych, a zbudowane na nich samoloty posiadają gładką, ładną powierzchnię i kształty, jednak wymagają należytej dbałości o ich stan i odrobinę wiedzy o ich właściwościach. Zapamiętajmy: wbrew opiniom niektórych użytkowników, płatowce laminatowe nie są bezobsługowe!

Opracowanie: Adam Kloska


Powyższy artykuł po raz pierwszy pojawił się na Dlapilota.pl 3 czerwca 2015 r. W ramach nowego cyklu, na łamach naszego portalu cyklicznie przybliżamy najciekawsze i najbardziej poczytne teksty z lat ubiegłych.

Źródło: Latajmy Bezpiecznie
comments powered by Disqus