На стеклянных подмостках

Стекловолокно — один из наиболее интересных материалов, придуманных человечеством. Сфера его использования довольно широка, но наиболее активно этот материал применялся и применяется при производстве кузовов, спойлеров и прочих навесных элементов в автомобилестроении, особенно в спортивном (болиды всевозможных формул и кузова аппаратов для трековых гонок). Любят его и те, кто занимается изготовлением яхт и малых судов, за нужное сочетание легкости, прочности и жесткости.

В течение ряда лет стекловолокно широко используется и для инсталляции аудиоаппаратуры в автомобиле. Существует много различных мнений относительно целесообразности применения этого материала, и все же он все чаще и чаще применяется и у нас, и за рубежом. Впрочем, у нас пока еще не многие работают со стекловолокном, так как большинство установщиков не знают, что это такое, как с ним работать и в чем преимущества этого материала. Попробуем найти ответы на эти вопросы, а теорию проиллюстрировать на примерах конкретных установок.

Стекло или волокно

Прежде чем рассказывать о применении стекловолокна, следует разобраться, что же это такое. Очевидно, что для получения готовой детали из стекловолокна необходимы как минимум три компонента: стеклоткань, полиэфирная смола и отвердитель. Наиболее часто в автомобильном аудио применяются два вида стеклоткани. Один из них представляет собой «рогожку» (wowen mat) — довольно толстые волокна переплетены так, что получилась весьма плотная и толстая ткань. Другой вид, «насечка» (chopened mat) — потоньше, попроще и подешевле. Ее более тонкие волокна не переплетены, а просто спрессованы вместе (иногда с помощью фиксирующих растворов). У каждого из материалов есть свои достоинства и особенности применения, но об этом чуть позже.

Несмотря на то, что стеклоткань сделана из особого стекла, которое расплавляют и пропускают через мельчайшие отверстия-капилляры, в «обычной» жизни это именно волокно, довольно мягкое на ощупь. Все меняется, как только эта ткань пропитывается рабочей смесью. Матово-белое волокно становится прозрачным — оно как будто растворяется на глазах. Через некоторое время (3-10 часов) полиэфирная смола застывает и превращается в жесткий и прочный материал, похожий на мутноватое стекло. Чем лучше пропитано стекловолокно, тем оно более прозрачно, а получившийся материал — более однороден, а значит, и прочен.

Два других компонента — смола и отвердитель — в очень большой степени отвечают за получившийся результат. Для работы со стеклотканью используют полиэфирную смолу (polyester resin). Одна из главных составляющих полиэфирной смолы — мономер стирена, выделяющий характерный запах и служащий для разжижения самой смолы.

Крупные промышленные производители полиэфирных и эпоксидных смол в России, к сожалению, не обеспечивают стабильного качества смолы — ее свойства сильно отличаются от партии к партии, что значительно усложняет работу установщиков. Те, кто пробовал работать с дешевыми смолами, не раз попадали в ситуацию, когда намешанная смесь отказывалась застывать даже спустя сутки и более.

В качестве отвердителя полиэфирной смолы используются MEKP-соединения (перекись метилэтилкетона). Это прозрачная жидкость, очень летучая, легко воспламеняющаяся и относящаяся к классу опасных химических веществ.

Наиболее надежны и стабильны смолы, выпускаемые серьезными фирмами, специализирующимися на автохимии, а также американской фирмой Select Products, предлагающей как стекло- и углеткани, так и качественные смолы и отвердители специально для автомобильного аудио.

Химия самого процесса довольно сложна. Стоит, впрочем, сказать, что при соединении смолы и отвердителя (он действует как катализатор) происходит реакция с выделением тепла, благодаря которому застывает смола и получается готовый продукт.

Стекловолокно как конструкционный материал обладает целым рядом преимуществ: оно не гниет и не плавится, не подвержено коррозии, не боится воды, не выделяет запаха. Но, пожалуй, основное свойство — очень высокие прочность и жесткость стекловолоконных конструкций. Так, например, сабвуферный корпус, изготовленный из стекловолокна, имеет стенки в 2-4 раза тоньше по сравнению с оформлениями из обычных материалов (ДСП) той же жесткости. Это свойство широко используется, кроме прочего, в тех случаях, когда сабвуфер нужно уместить в ограниченном пространстве.

Определенные сочетания и методы применения стекловолокна позволяют получать конструкции, сопоставимые по прочности с металлическими, но имеющие меньший вес.

Кстати, существует довольно много разновидностей «композитных» материалов — «композицию» можно сделать и самому, взяв для промежуточных слоев не стекловолокно, а различные полимерные материалы. В частности, фирма Select Products предлагает специально разработанный пористый полимер для использования между слоями стеклоткани. Fiberglass Filler облегчает работу, экономит стекловолокно, делает конструкцию более легкой и прочной. Существует целая «теория сэндвича», объясняющая, почему слой такого полимера вместе с одним слоем стекловолокна обеспечивает прочность большую, чем три слоя стекловолокна.

Подготовка смолы к работе заключается в смешивании ее с отвердителем. Пропорции обычно следующие: 1-1,5% отвердителя по объему. Как правило, на емкостях уже есть маркировка, облегчающая дозировку компонентов. Следует помнить, что время застывания зависит от температуры компонентов и температуры в помещении. Если температура в помещении ниже обычных 20-25 градусов, то время застывания смолы может составлять более 12 часов. Для ускорения этого процесса рекомендуется слегка нагреть смолу (до 26-27 градусов) перед добавлением отвердителя. Кроме того, со временем смола теряет свои свойства, время застывания соответственно увеличивается. Обычно срок хранения смолы не превышает трех месяцев. Все эти компоненты легковоспламеняемы, так что при хранении и работе с ними нужно соблюдать правила противопожарной безопасности.

В установке автомобильных аудиосистем используется также эпоксидная смола. Впрочем, несмотря на то, что большинство приемов использования «эпоксидки» аналогичны работе со стекловолокном и полиэфирной смолой, здесь все же есть свои особенности. Так, например, эпоксидную смолу можно использовать для пропитывания эластичной ткани (типа лайкры), с помощью которой задают какую-нибудь первоначальную криволинейную поверхность. Подобные примеры мы тоже рассмотрим в этой статье.

Для чего

Стекловолокно, прежде всего, конструкционный материал. Причем есть различные способы его применения: как формозадающий материал и как усиливающий. В первом случае стеклоткань натягивается на какой-то заранее изготовленный каркас, а во втором — форма задается с помощью более тонких и эластичных материалов (радиоткань, лайкра и т. д.) и смолы (в том числе эпоксидной), а стеклоткань кладут следующим слоем (или несколькими) для усиления. Оба способа имеют право на существование и часто применяются. Возможны и комбинации этих методов.

Существует несколько областей использования стекловолокна:

Изготовление подиумов. Творческий подход к установке громкоговорителей в автомобиле требует значительной переделки задних полок, штатных мест в дверях и т. д. Все эти усовершенствования обычно проводятся с помощью таких материалов, как дерево (ДСП, фанера, MDF и т. д.), макрофлекс, всевозможных металлических кронштейнов и прочих приспособлений, с помощью которых создается несущая конструкция. Стекловолоконный подиум, как и любой другой, делается, прежде всего, для правильного расположения и крепления динамика.

Стекловолокно можно использовать, например, в качестве формозадающего материала. В этом случае необходимо изготовить несущую конструкцию — каркас, на который уже можно натянуть стекловолокно. Для этой цели лучше всего подходит именно «тканевое» стекловолокно («рогожка»), а не прессованная «насечка». Дело в том, что при обтягивании сложной трехмерной формы материал должен иметь возможность растягиваться. С плетеной версией стекловолокна это вполне реально: там, где выпуклость увеличивается, нужно немного увеличить расстояние между соседними волокнами (раздвинуть волокна), а на стыках разных криволинейных поверхностей — наоборот, сдвинуть волокна как можно ближе друг к другу. Расправленное и натянутое стекловолокно закрепляют по краям несущего элемента, пропитывают смолой и получают готовую поверхность подиума, которую остается лишь «подправить» шкуркой и шпаклевкой. Для финальной обработки застывшего стекловолокна применяется специальный гель — с его помощью выравнивают мелкие царапины и неровности. Некоторые этапы этого процесса проиллюстрированы фотографиями.

Для отделки уже готовой полки или подиума используются карпеты, ткани, кожа, винилы. Возможна и покраска, например под цвет кузова.

Изготовление акустического оформления для мидбаса. В отличие от предыдущего случая, когда динамик устанавливается в некоторой накладной конструкции, сообщающейся с внутридверным пространством (установка типа infinite baffle), в этом разделе мы подразумеваем установку динамиков (прежде всего, mid-bass) в корпусах, например фазоинверторного типа. Конечно, расчет и изготовление короба сложной формы, который можно было бы поставить в дверь, — дело не из легких, и все же здесь есть свои преимущества.

Особенность изготовления такого корпуса заключается в том, что он имеет очень сложную форму, часто состоящую из нескольких соединяющихся объемов, расположенных в том числе и внутри самой двери. Кусок стекловолокна, из которого делают стенки корпуса, можно просунуть внутрь двери и, пропитав его смолой, получить сложный корпус, «погруженный» внутрь двери. Возможность пошагового утолщения стенок, высокая жесткость многослойных стенок и легкость «состыковки» нескольких частей с целью получения одного сложного объема позволяют использовать этот материал для наиболее сложных установок с «корпусным» мидбасом.

Изготовление сабвуферного корпуса. Этот способ применения опять же вытекает из предыдущего. И правда, если можно сделать корпус для мидбасового динамика в двери, почему нельзя сделать корпус для сабвуфера? Действительно можно. Но если корпус имеет простую форму, то легче и лучше сделать его из обычных материалов — MDF, ДСП и т. д.

Другое дело, когда «саб» устанавливается в некоем корпусе сложной формы, например, соответствующем какому-нибудь углублению в багажнике. Тут опять не избежать криволинейных поверхностей, а значит, стекловолокно окажется весьма кстати. Изготовленный с помощью деревянных перегородок и распорок несущий элемент обтягивается плетеным стекловолокном так, чтобы вывести нужные криволинейные поверхности. Естественно, для обеспечения высокой жесткости одним слоем не обойтись. Первый, формозадающий слой из «рогожки» обклеивают дополнительно несколькими слоями стекловолокна из «насечки» &— их может быть 4-8 в зависимости от формы, размера коробки и сабвуферов. Жесткость еще не помешала ни одному корпусному сабвуферу!

Мы приводим здесь один из примеров изготовления сабвуферного корпуса сложной формы. Эту технологию использовали установщики, сделавшие интересную демо-машину для компании Boston Acoustics для выставки в Лас-Вегасе.

Иногда изготавливают корпус для сабвуфера, помещенного в нишу для запасного колеса. У такого варианта есть и минусы, но если клиент согласен, то сделать такой корпус из стекловолокна намного проще, чем мучиться с обычными материалами. В этом случае сама ниша будет служить формой. Освободив нишу и очистив ее от грязи, можно расстелить в этом углублении кусок тонкого полиэтилена или целлофана и закрепить его вдоль стенок: он будет служить для отделения получившейся детали от формообразующей поверхности. Далее, вы выкладываете слой стекловолокна — можно использовать один кусок, размером чуть больше площади поверхности боковой круговой стенки ниши. Обязательно оставьте запас по краям этого куска, сделав надрезы. Получившиеся после надрезов края полоски сверху загибают в стороны (от центра ниши) и пока не пропитывают смолой: они пригодятся позже для крепления верхней горизонтальной крышки, в которой будет установлен сам сабвуфер. Полоски, образовавшиеся в нижней части боковой стенки, загибают на дне в горизонтальной плоскости и кладут сверху круглый лист, который будет служить дном получившегося корпуса. Далее все стенки утолщаются. Отдельно можно изготовить верхнюю крышку с отверстием под сабвуфер. Ее «приклеивают» к корпусу, используя загнутые концы первого куска.

Изготовление задних полок, декоративных панелей и т. д. Использование стекловолокна для изготовления задней полки вполне оправдано, если речь идет о полке, в которой динамики устанавливаются с определенным разворотом в салон (часто это помогает избежать образования стоячей волны между динамиком и задним стеклом). То есть это приблизительно то же, что и изготовление подиумов.

Задние полки сложной формы из стекловолокна, с плавными криволинейными переходами между поверхностями выглядят очень неплохо, особенно если вся полка обклеена винилом или кожей и сочетается с оформлением салона.

Чтобы обеспечить плавный переход от одной поверхности к другой (сопряжение), нужно сначала изготовить некоторую несущую конструкцию, в которой будут заданы эти поверхности. Каркас может быть сделан из дерева (ДСП). Затем стекловолокно (из переплетенных волокон) закрепляется по одному краю конструкции, расправляется, натягивается вдоль каркаса и закрепляется по другому краю. Далее, как всегда, — пропитывание смолой, нанесение дополнительных слоев, окончательная обработка и доводка поверхности.

Изготовление торпедо. Вершина искусства работы со стекловолокном — изготовление торпедо. На это решаются самые смелые. Основная причина переделки торпедо — желание разместить в нем качественную акустику нужного размера и добиться оптимального направления распространения звуковых волн. Естественно, переделка торпедо является и частью тюнинга салона, позволяющего подчеркнуть работу установщика и придать машине индивидуальность.

Сложность этой работы заключается в том, что торпедо современных машин имеет сложные формы с множеством сопрягающихся криволинейных поверхностей. Так что, как правило, за такие проекты берутся не многие. Детальный рассказ о подобном проекте — тема отдельного материала.

Фабрика в вашем боксе

Безусловно, большое преимущество работы со стекловолокном заключается в эффективности производства повторяющихся деталей. Если перед вами стоит задача регулярно переделывать карманы для одной и той же модели автомобиля, то стекловолокно — лучший материал. Вам стоит лишь раз потратить время и силы на изготовление качественной формы, а далее каждый раз, когда к вам приезжает очередной клиент, вы просто «обклеиваете» готовую форму стекловолокном и после небольшой доводки получаете готовый карман или подиум, который только и нужно-то обклеить отделочными материалами (карпет, твид, винил, пластик) под цвет салона и под вкус клиента и закрепить на двери. Изготовление такого кармана потребует намного меньше усилий, чем выпиливание деревянных колец-адаптеров, нанесение макрофлекса и выведение криволинейной поверхности. Факт!

Как делают форму? Это во многом зависит от конфигурации подиума или кармана. Кроме того, это не всегда возможно вообще. И все же форму-шаблон можно сделать с помощью уже готового подиума.

На уже готовый, но не обклеенный отделочными материалами подиум наносят материал (например, воск), который позже поможет легко отделить форму от основы (подиума). Далее, обработанный подиум обклеивают слоем тонкой стеклоткани, тщательно пропитанной смолой, обеспечивая отсутствие пузырьков воздуха и плотное прилегание по всей поверхности. Желательно оставлять большие куски стеклоткани по краям формы. В свободное время стоит придумать раму, в которой закрепить получившуюся форму для облегчения работы в дальнейшем. Форму можно также усилить несколькими дополнительными слоями стеклоткани. После затвердевания нужно отделить форму от подиума, очистить от остатков разделительного материала и, если есть необходимость, слегка подшлифовать или подкорректировать микронеровности композитным гелем (gel coat) или шпаклевкой. Форма готова. Естественно, дубликаты, выполненные с ее помощью, будут нуждаться в доработке. Возможно, понадобится доработать поверхность или отрезать лишнюю часть получившейся детали подиума. К примеру, если подиум объединен с карманом, то карман, скорее всего, окажется «закрытым» и придется вырезать часть формы, чтобы его открыть. Все нюансы зависят от типа формы.

В общем, стекловолокно и прочие композитные материалы позволяют реализовать самые необычные проекты. Так что для творческой натуры простор для фантазии не ограничен. Хорошо покрашенные детали из стекловолокна смотрятся очень современно, особенно на фоне слегка поднадоевших «карпетов».

Необходимо помнить про соблюдение основных требований техники безопасности. Во-первых, для работы со смолами и прочими опасными компонентами неплохо оборудовать рабочее место вытяжкой. А при обработке и доводке «стеклянной» детали обязательно пользоваться респираторами, так как попадание стекловолоконной пыли в легкие чревато серьезными последствиями.

Некоторые рекомендации и приемы работы

1. Для получения прочной детали из стекловолокна необходимо добиться того, чтобы стеклоткань была полностью пропитана рабочей смесью (смолой).

2. При нанесении нескольких слоев стеклоткани необходимо удалить воздушные пузырьки — иначе в данном месте деталь может треснуть.

3. Не рекомендуется разводить сразу большое количество рабочей смеси. Если вам предстоит сделать деталь, на изготовление которой уйдет много времени, лучше разбить работу на несколько стадий и готовить отдельные порции смеси около полулитра.

4. Если вы работаете с неизвестной и непроверенной смолой, проведите небольшой тест на застывание, чтобы убедиться, что смола не потеряла своих свойств, иначе вы потратите зря и ткань, и смолу, и время, а форму придется очищать. Условия проведения теста должны совпадать с теми, при которых будет проводиться и работа над основным проектом.

5. Инструменты и оборудование со следами смолы лучше очистить до того, как она засохнет. Для этого можно использовать ацетон.

6. При работе над геометрически сложной формой в листе стеклоткани следует делать вырезы или надрезы, чтобы избежать складок. Чем более ровной окажется застывшая поверхность, тем меньше придется ее шкурить.

7. В некоторых ситуациях (особенно, когда речь идет о придании дополнительной прочности) бывает удобно работать с узкими полосками стекловолокна.

8. При нанесении нескольких слоев стеклоткани не обязательно дожидаться, пока предыдущий слой полностью высохнет. Можно приклеивать следующий слой стеклоткани, хорошо пропитав ее смолой и добившись удаления пузырьков.