ВведениеНаиболее часто в судостроении применяются полимерные композиционные материалы, которые, согласно нормативным документам Российского морского регистра судоходства (РМРС) «Правила классификации и постройки морских судов. Часть XVI. Конструкция и прочность судов из полимерных композиционных материалов», пункт 1.2.2 [1], и «Правила классификации и постройки морских судов. Часть XIII. Материалы» [2], имеют в своем составе армирующие соединения и полимерную матрицу. Согласно пункту 2.1.1 [1], требования РМРС распространяются на материалы, которые имеют в своем составе наполнители из стеклянных (или углеродных, арамидных) волокон и полимерные смолы. Данный вид материалов используется для изготовления корпусных и надстроечных элементов судов (как маломерных, так и большого водоизмещения). Композиционные материалы, которые предполагается использовать в судостроении, должны получить одобрение в РМРС, для чего необходимо пройти ряд обязательных типовых испытаний и проверок. Технология изготовления судовых конструкций из полимерных композиционных материалов должна, согласно пункту 2.1.2 [1], обеспечить стабильное качество продукции и возможность использования механизированных средств производства.Вместе с тем ряд исследователей [3–7] отмечают, что для широкого применения полимерных композиционных материалов в судостроении необходимо снизить стоимость изготовления из них судовых конструкций.  Цель исследования – изготовить элементы судовых конструкций из композиционных материалов и произвести их испытания на прочность в соответствии с требованиями РМРС.Задачи исследования: – изучить требования РМРС к полимерным композиционным материалам и их характеристикам;– изготовить образцы судовых листовых конструкций из полимерных композиционных материалов;– произвести сравнительные испытания изготовленных образцов полимерных композиционных материалов на прочность при растяжении и изгибе.  Методы и материалы исследованияВ качестве методов исследования использовались анализ и физический эксперимент.В статье [8] авторами были проработаны вопросы изготовления из полимерных композиционных материалов таких судовых конструкций, как элементы обшивки корпуса маломерного судна, корпуса надстроек, транцевые доски для крепления подвесных лодочных моторов, амортизационные элементы для крепления виброактивных механизмов и др. После проведения испытаний ряда полимерных композиционных материалов [8] максимальный предел прочности 3,7 Н/мм2 при испытаниях на изгиб был достигнут при использовании композиционного материала со стеклянной фиброй (20 %) и полиэфирной смолой (80 %). Далее авторы приняли решение по изменению состава и пропорции полимерных композиционных материалов с целью повышения их прочностных характеристик. В данном исследовании для изготовления листовых конструкций использовались полимерные композиционные материалы двух составов: первый – эпоксидный компаунд Noapox 7550 Medium (60 %), отвердитель (30 %) и полимерная нить (10 %); второй состав содержал эпоксидную смолу-универсал ЭД-20 (65 %), аминный отвердитель (30 %) и полимерную нить (5 %). Выбор данных составляющих связан с их широким распространением и достаточно низкой ценой, этим же обосновывается и выбор в качестве технологии изготовления открытого ручного контактного формования. При изготовлении элементов из полимерных композиционных материалов учитывались требования РМРС [1] по относительной доле содержания армирующих материалов (в данном случае это отвердитель и полимерные нити) по массе в зависимости от методов формования. Так, при контактном формовании в полимерном композиционном материале содержание армирующих волокон должно быть не менее 0,3 – для стекломатов, 0,5 – для стекловолокна, 0,35 – для углеродного волокна. Для соответствия требованиям по плотности укладки армирующих связей относительное содержание связующего материала в разных точках листов (матов) отличалось от среднего значения не более чем на 2 %. В качестве типовой конструкции листового элемента использовалась однослойная пластина. Изготовление конструктивных элементов из полимерных композиционных материалов производилось в лаборатории подвесных лодочных моторов ФГБОУ ВО «Астраханский государственный технический университет» по технологии, ранее описанной авторами в статье [8]. Общий вид полученных образцов из полимерных композиционных материалов приведен на рис. 1, 2.   Рис. 1. Конструктивный элемент из полимерногокомпозиционного материалаFig. 1. Structural element made of polymercomposite material  Рис. 2. Образцы из полимерных композиционныхматериалов для проведения испытанийFig. 2. Samples of polymer composite materials for testing Вид серии образцов для отправки в лабораторию для испытаний приведен на рис. 3, а упакованных и отмаркированных образцов – на рис. 4.   Рис. 3. Вид серии образцов для отправкив лабораторию для испытанийFig. 3. View of a series of samples to be sentto the laboratory for testing  Рис. 4. Упакованные и отмаркированныеобразцы для испытанийFig. 4. Packaged and labeled test samples Дополнительно авторами был произведен анализ научно-технической литературы [9–12] с примерами результатов уже выполненных испытаний полимерных композиционных материалов, используемых в судостроении и судоремонте. В результате было установлено, что наиболее целесообразным является проведение испытаний на прочностные характеристики, а затем уже на водопоглощение, противопожарные свойства и т. д. При неудовлетворительных результатах основных прочностных испытаний проведение остальных видов испытаний уже не представляется необходимым.При испытаниях образцов из композиционных материалов учитывались требования пункта 2.3.1.9 [1], согласно которым изготовителем армирующих материалов или конструкций из полимерных композиционных материалов должны быть проверены ламинирующие свойства этих материалов путем изготовления из них пластин методом контактного формования и методом инфузии на основе выбранных полиэфирных и винилэфирных связующих.Из этих пластин должны быть вырезаны образцы в основных направлениях армирования и испытаны по методикам международных и/или национальных стандартов или по другим методикам, согласованным с Регистром, для определения следующих характеристик:– предел прочности и модуля нормальной упругости при растяжении;– предел прочности при изгибе;– предел прочности при межслойном сдвиге.Испытания производились специалистами лаборатории по изучению износов и испытаниям материалов ФГБОУ ВО «Волжский государственный университет водного транспорта» (г. Астрахань) в соответствии с требованиями ГОСТ 11262-2017 [13] и ГОСТ 4648-2014 [14] на испытательной универсальной машине ТРМ-П 100А1 Tochline и поверенными средствами измерений (рис. 5, 6).    Рис. 5. Испытания образцов на изгибFig. 5. Bending tests of samples   Рис. 6. Испытания образцов на растяжениеFig. 6. Tensile testing of samples Испытания образцов производились в равных условиях при температуре 21 °С и относительной влажности 67 %. Результаты исследованияВ результате проведения испытаний были получены нижеследующие прочностные характеристики полимерных композиционных материалов обоих составов (количество образцов для испытаний составляло 5 шт. для каждого состава). Результаты испытаний приведены в таблице, сформированной по протоколам № 352цр, № 353из, № 353цр, № 354из, № 355из от 22.10.2024 и др., выданным лабораторией по изучению износов и испытаниям материалов ФГБОУ ВО «Волжский государственный университет водного транспорта» (г. Астрахань).Результаты испытаний серии композиционных материаловTest results of a series of composite materialsНомер образца12345СреднееСостав № 1: эпоксидный компаунд Noapox 7550, отвердитель и полимерная нитьИспытания на изгибПредел прочности, Н/мм23,83,73,83,63,93,8Испытания на растяжениеВременное сопротивление, МПа22,722,822,622,923,022,8Предел текучести, МПа21,221,621,020,821,421,2Состав № 2: эпоксидный клей ЭДП и полимерная нитьИспытания на изгибПредел прочности, Н/мм24,14,24,14,03,94,1Испытания на растяжениеВременное сопротивление, МПа15,115,015,315,215,015,1Предел текучести, МПа9,29,19,49,39,49,3 Далее результаты представлены в виде средних значений для каждого объема выборки. Для композиционного материала состава № 1: эпоксидный компаунд Noapox 7550, отвердитель и полимерная нить:1. Испытания на изгиб: предел прочности – 3,8 Н/мм2 при максимальной нагрузке 72 Н.2. Испытания на растяжение:– максимальная нагрузка – 2 520 Н;– временное сопротивление – 22,8 МПа;– предел текучести – 21,2 МПа.Для композиционного материала состава № 2: эпоксидный клей ЭДП и полимерная нить:1. Испытания на изгиб: предел прочности – 4,1 Н/мм2 при максимальной нагрузке 108 Н.2. Испытания на растяжение:– максимальная нагрузка – 1 980 Н;– временное сопротивление – 15,1 МПа;– предел текучести – 9,3 МПа.Согласно полученным результатам, при использовании эпоксидного компаунда Noapox 7550 и отвердителя временное сопротивление – больше на 51 %, а предел текучести – на 128 %, чем при использовании эпоксидного клея ЭДП. Предел прочности при изгибе у второго варианта композиционного материала – на 7,8 % выше, чем у первого. В то же время предел прочности новых материалов выше, чем при ранее используемом материале со стеклянной фиброй и полиэфирной смолой, соответственно, для материала первого варианта – на 3 %, а для второго – на 11 %.Очевидно, что более высокие значения временного сопротивления и предела текучести у полимерного композиционного материала состава № 1 позволяют говорить о большей применимости его для изготовления элементов судовых конструкций, в отличие от материала состава № 2.Если сравнить полученные результаты с нормами в отношении предела прочности на растяжение (которое соответствует временному сопротивлению материала), которые предъявляются РМРС [1], то для материалов на основе стекловолокна он должен быть не менее 63 МПа, а для углеродного волокна – не менее 85 МПа. Однако, поскольку в качестве основы в обоих вариантах композиционного материала использовалась полимерная нить, то возможно применение указанных выше материалов не для корпусных конструкций, а для вспомогательных, что требует проведения дальнейших исследований и обоснования для согласования области применения данных материалов в судостроении РМРС и Российским классификационным обществом (РКО). Например, формование с применением препрегов допускается применять для судов с длиной корпуса до 15 м и других конструкций, согласованных с Регистром. Выводы Применение распространенных компонентов типа эпоксидных клеев ЭДП или компаундов Noapox 7550 для получения полимерных композиционных материалов низкой стоимости не позволяет получить материалы с требуемыми прочностными характеристиками для изготовления основных судовых конструкций. Например, требуемый минимальный уровень предела прочности при растяжении для первого варианта композиционного материала ниже нормы для стекловолоконных полимерных материалов в 2,8 раза, а для второго варианта состава – в 4,2 раза. Сравнительные испытания свидетельствуют о том, что применение эпоксидных компаундов Noapox 7550 с отвердителем и полимерной нити позволяет на 51 % повысить временное сопротивление материала и на 128 % увеличить предел текучести при растяжении по сравнению с первым составом. Предел прочности при изгибе снижается при этом на 7,8 %, что (по мнению авторов) не является серьезным недостатком данного состава.Применение полимерных композиционных материалов для изготовления корпусных судовых конструкций с прочностными характеристиками ниже норм, указанных в правилах классификационных обществ, возможно при условии согласования ими конкретной области судостроения или судовой энергетики, а также проведения требуемых испытаний не только на прочностные свойства, но и на вибропоглощение, пожарную безо-пасность, влагопоглощение и т. д.