Datorită unei combinații de caracteristici pozitive ale sticlei și a polimerilor, țevile din fibră de sticlă au perspective aproape nelimitate de aplicare - de la amenajarea canalelor de ventilație până la amplasarea rutelor petrochimice.
În acest articol luăm în considerare principalele caracteristici ale țevilor din fibră de sticlă, etichetarea, tehnicile de fabricare a compozitelor polimerice și compozițiile componentelor liantului care determină sfera de funcționare a compozitului.
De asemenea, oferim criterii de selecție importante, acordând atenție celor mai buni producători, deoarece rolul important în calitatea produselor este acordat capacității tehnice și reputației producătorului.
Caracteristici generale ale fibra de sticla
Fibra de sticlă este un material plastic care conține componente din fibră de sticlă și umplutură de lipire (polimeri termoplastici și termorezistenți). Împreună cu produsele din fibră de sticlă cu densitate relativ scăzută au proprietăți bune de rezistență.
În ultimii 30-40 de ani, fibra de sticlă este utilizată masiv pentru fabricarea conductelor în diverse scopuri.
Compozitul polimeric este o alternativă demnă de sticlă, ceramică, metal și beton în fabricarea structurilor destinate funcționării în condiții extreme (petrochimice, aviație, producție de gaze, construcții navale etc.)
Autostrăzile combină calitățile de sticlă și polimeri:
- Greutate redusă. Greutatea medie a fibrelor de sticlă este de 1, 1 g / cm3. Pentru comparație, același parametru pentru oțel și cupru este mult mai mare - 7, 8 și, respectiv, 8, 9. Datorită ușurării, lucrărilor de instalare mai ușoare și transportului de materiale.
- Rezistența la coroziune. Componentele compozitului au o reactivitate scăzută, prin urmare, nu suferă coroziune electrochimică și descompunere bacteriană. Această calitate reprezintă un argument decisiv în favoarea fibrei de sticlă pentru rețelele de inginerie subterană.
- Proprietăți mecanice mari. Rezistența absolută la tracțiune a compozitului este inferioară celei a oțelului, dar parametrul specific de rezistență depășește cu mult polimerii termoplastici (PVC, HDPE).
- Rezistența la vânt. Domeniul de temperatură la limită (-60 ° C .. + 80 ° C), prelucrarea țevilor cu strat protector de gelcoat asigură imunitatea la radiațiile ultraviolete. În plus, materialul este rezistent la vânt (limită - 300 km / h). Unii producători susțin rezistența seismică a fitingurilor de țevi.
- Rezistența la foc Sticla necombustibilă este componenta principală a fibrelor de sticlă, prin urmare materialul nu este ușor inflamabil. Când arderea nu emite dioxină gazoasă toxică.
Fibra de sticlă are o conductivitate termică scăzută, ceea ce explică calitățile sale de izolare termică.
Dezavantaje ale țevilor compozite: susceptibilitatea la uzura abrazivă, formarea de praf carcinogen datorită prelucrării mecanice și costuri ridicate comparativ cu materialele plastice
Pe măsură ce zidurile interioare absoarbă, fibrele devin goale și se rup - particulele pot ajunge în mediul transportat.
Tehnologie de fabricare a țevilor din fibră de sticlă
Caracteristicile fizico-mecanice ale produsului finit depind de tehnica de producție. Fitingurile compozite sunt fabricate folosind patru metode diferite: extrudare, pultrusion, turnare centrifugală și înfășurare.
Tehnologie # 1 - Extrudare
Extrudarea este un proces tehnologic bazat pe extrudarea continuă a unui material pastos sau foarte vâscos printr-o unealtă de formare. Rășina este amestecată cu întărit din fibră de sticlă și întăritor de plastic și apoi introdusă în extruder.
Produsul finit nu are un cadru solid de armare, deoarece liantul este umplut la întâmplare cu fibră de sticlă. Lipsa "armopoyas" afectează reducerea rezistenței țevilor
Linia extrudată de înaltă performanță permite obținerea de produse compozite fără rama la un preț scăzut, dar cererea pentru aceasta este limitată datorită proprietăților mecanice scăzute. Baza matricei polimerice este polipropilena și polietilenă.
Tehnologie # 2 - Pultruziune
Pultruzia este tehnologia de fabricație a elementelor compozite cu lungime lungă de diametru mic, cu o secțiune transversală constantă. Trecând prin placa de matriță încălzită (+140 ° C), părțile sunt scoase din material din fibră de sticlă impregnată cu o rășină termorezistentă.
Spre deosebire de procesul de extrudare, unde influența decisivă este presiunea, într-o unitate pultructivă acest rol este jucat de un efect de tragere.
Unitățile principale de lucru ale fabricii de pultruziune: complex de aprovizionare cu fibre, rezervor de polimeri, dispozitiv de preformare, termoformare, bandă de tragere și mașină de tăiat
Proces tehnologic:
- Fibrele fibroase din bobine sunt introduse într-o baie de polimer, unde sunt impregnate cu rășini termoplastice.
- Fibrele tratate trec prin mașina de preformare - firele sunt aliniate și prelucrează forma dorită.
- Polimerul neacoperit intră în placa de matriță. Datorită mai multor încălzitoare, se creează un mod optim de polimerizare și este aleasă viteza tragerii.
Produsul întărit este tras cu o mașină de tragere și tăiat în segmente.
Caracteristici distinctive ale tehnologiei pultrusion:
- polimeri admisibili - rășini epoxidice, poliesterice, viniluri;
- viteza de tragere - utilizarea polimerilor inovativi optimizați "pultruded" ne permite să accelerăm tragerea la 4-6 m / min. (standard - 2-3 m / min.);
- rularea zonei de lucru : minim - 3, 05 * 1 m (forță de tragere până la 5, 5 tone), maxim - 1, 27 * 3, 05 m (forță - 18 tone).
La ieșire există o țeavă cu pereți exteriori și interiori ideali, la un nivel ridicat și caracteristici de rezistență.
Caracteristicile fibra de sticla obtinute prin metoda pultruziunii: tensiune de rupere la indoire - 700-1240 MPa, conductivitate termica - 0, 35 W / m2 ° C, gradul de elasticitate in tensiune - 21-41 GPa
Dezavantajele metodei nu au legătură cu calitatea produsului original, ci cu tehnologia în sine. Argumentele "împotriva": costul ridicat și durata procesului de producție, incapacitatea de a produce conducte de diametru mare, proiectate pentru încărcături grele.
Tehnologie # 3 - Turnarea centrifugală
Compania elvețiană Hobas a dezvoltat și brevetat tehnica de formare centrifugală. În acest caz, producția este efectuată de la peretele exterior al țevii la cea interioară când forma rotativă este activată. Conducta este compusă din: harnașamente din sticlă zdrobită, rășini de nisip și poliester.
Materiile prime sunt introduse într-o matrice rotativă - se formează structura suprafeței exterioare a conductei. Odată cu producerea, componentele solide sunt amestecate în rășina lichidă, umplutura și fibrele de sticlă - sub acțiunea catalizatorului, polimerizarea are loc mai rapid.
Ca rezultat, se formează pereți netede multistrat. Datorită tehnicii centrifuge de "pulverizare", structura conductei este monolită, omogenă fără stratificare și particule gazoase
Avantaje suplimentare:
- înaltă precizie a dimensiunilor produsului original (secțiunea internă a formei rotative corespunde diametrului exterior al produsului finit);
- capacitatea de a arunca un perete de orice grosime;
- înaltă rigiditate inelară a compozitului polimer;
- obținerea unei suprafețe netede în interiorul și în interiorul fitingurilor de țevi.
Lipsa producției centrifuge de țevi din fibră de sticlă - intensitatea energetică și costul ridicat al produsului final.
Tehnologie # 4 - Înfășurare
Cea mai populară tehnică este înfășurarea continuă. Țeava este creată alternând alternanța dornului cu polimeri din fibră de sticlă cu procese de răcire. Metoda de producție are mai multe subspecii.
Tehnologie inelară spirală
Stivuitorul fibrelor este un inel special, în jurul căruia circumferința este matriță cu fire.
Elementul de lucru se deplasează continuu de-a lungul axei cadrului mobil și distribuie fibrele de-a lungul liniilor elicoidale.
Când se schimbă viteza de rotație a jantei și se deplasează stivuitorul, unghiul fibrelor de sticlă se schimbă. La capetele țevii, inelul funcționează în modul "invers" și introduce firele cu o panta minimă
Principalele avantaje ale metodei:
- forța uniformă pe toată suprafața autostrăzii;
- tolerabilitatea excelentă a sarcinilor de tracțiune - sunt excluse fisurile;
- crearea de produse cu diametru variabil și secțiuni transversale de configurație complexă.
Această tehnică permite obținerea țevilor de înaltă rezistență, proiectate pentru a funcționa sub presiune înaltă (rețele de inginerie pompă-compresor).
Bandă brățară spirală
Tehnica este similară celei anterioare, diferența fiind că stivuitorul alimentează o panglică îngustă de fibre. Un strat dens de armare este realizat prin creșterea numărului de treceri.
Echipamentele ieftine sunt implicate în producție decât prin metoda inelului spiralat, însă o înfășurare "panglică" are câteva defecte grele:
- performanță limitată;
- desfacerea în vrac a fibrelor reduce rezistența conductei.
Metoda de bandă spirală este relevantă pentru fabricarea fitingurilor de țevi la presiune scăzută, moderată.
Metodă longitudinală și transversală
Se efectuează o înfășurare continuă - stivuitorul plasează simultan fibrele longitudinale și transversale. Miscarea inversa este absenta.
Sub dornul rotativ sunt bobine în mișcare, alimentând fibrele longitudinale de armare. În fabricarea țevilor în vrac necesită utilizarea unui număr mare de role.
Caracteristicile metodei:
- se utilizează în principal la crearea țevilor cu o secțiune transversală de până la 75 mm;
- există posibilitatea tensionării firelor axiale, datorită căreia se obține rezistența, ca și în metoda spirală.
Tehnologia transversală longitudinală este foarte productivă. Mașinile vă permit să modificați raportul dintre armătura axială și inelară într-o gamă largă.
Tehnologie longitudinală oblică transversală
Dezvoltarea inginerilor din Kharkov este în căutare de către producătorii interni. Când înfășurați oblic, stivuitorul îndepărtează "voalul", constând dintr-un pachet de fire de legare. Banda este alimentată pe cadru cu o suprapunere ușoară, cu formarea anterioară a inelului de rundă.
După finalizarea prelucrării întregului dorn, fibrele se rotesc în jurul lor cu role - reziduurile de polimeri de liant sunt îndepărtate, stratul de armare este compactat.
Rolling vă permite să atingeți conținutul minim necesar de plastic. Proporția de sticlă din compozitul întărit este de aproximativ 80% - rezultatul optim, oferind o rezistență ridicată și o inflamabilitate scăzută
Caracteristici oblique knurling:
- etanșeitatea fibrelor de sticlă;
- diametrul nelimitat al conductelor produse;
- înalte proprietăți dielectrice din cauza lipsei de armare solidă de-a lungul axei.
Modulul de elasticitate a fibrelor "oblice" este inferior celui al altor tehnici. Datorită riscului de apariție a fisurilor între straturi, metoda nu este fezabilă la crearea conductelor sub presiune înaltă.
Opțiuni de selectare a conductelor GRP
Alegerea conductelor compozite din sticlă se bazează pe următoarele criterii: rigiditatea și presiunea de proiectare, tipul de componentă a liantului, caracteristicile de proiectare ale pereților și metoda de conectare. Parametrii semnificativi sunt indicați în documentele însoțitoare și marcate abreviat pe fiecare tub.
Rigiditate și presiune nominală
Rigiditatea fibrei de sticlă determină capacitatea materialului de a rezista la sarcini externe (gravitatea solului, trafic) și presiunea pe pereți din interior. Conform standardizării ISO, racordurile de țevi sunt clasificate în mai multe clase de rigiditate (SN).
Nivelul maxim admisibil de presiune de lucru pentru fiecare clasă: SN 2500 - 0, 4 MPa, SN 5000 - 1 MPa, SN 10000 - 2, 5 MPa
Gradul de rigiditate crește odată cu creșterea conductei din fibră de sticlă cu grosime de perete.
Clasificarea la presiunea nominală (PN) reflectă gradarea produselor în ceea ce privește presiunea sigură a lichidului la o temperatură de +20 ° C pe întreaga durată de viață (aproximativ 50 de ani). Unitatea pentru PN este MPa.
Unii producători, cum ar fi Hobas, indică caracteristicile combinate ale celor doi parametri (presiune și rigiditate) printr-o fracțiune. Țevile cu o presiune de lucru de 0, 4 MPa (clasa PN - 4) cu un grad de rigiditate (SN) de 2500 Pa vor fi marcate - 4/2500.
Tipul de liant
Proprietățile de performanță ale unei țevi depind în mare măsură de tipul de liant. În majoritatea cazurilor se utilizează aditivi de poliester sau epoxidici.
Caracteristicile liantului PEF
Pereții sunt formați din rășini poliesterice termorezistente, ranforsate cu fibră de sticlă și aditivi de nisip.
Polimerii utilizați au calități importante:
- toxicitate redusă;
- întărirea în condiții de temperatură în încăpere;
- cuplaj fiabil cu fibre de sticlă;
- inerția chimică.
Țevile compozite cu polimeri PE nu sunt supuse coroziunii și mediilor corozive.
Aplicații: instalații de alimentare cu apă, conducte de tratare a apelor reziduale, canalizare industrială și casnică. Restricții de funcționare: temperatură peste +90 ° C, presiune peste 32 de atmosfere
Caracteristicile rășinilor epoxidice
Binder conferă materialului o rezistență sporită. Limita de temperatură a compozitelor cu epoxizi de până la +130 ° C, presiune maximă - 240 atmosfere.
Un avantaj suplimentar este practic conductivitatea termică zero, deci autostrăzile asamblate nu necesită izolare termică suplimentară.
Țevile din această clasă vor costa mai mult decât produsele PE. Ca regulă, conductele din fibră de sticlă cu liant epoxidic sunt utilizate în industria petrolieră și petrochimică, precum și în organizarea infrastructurii porturilor maritime
Structura de perete din țeavă compozită
Prin design, se disting: țevi din fibră de sticlă cu un singur, cu două și trei straturi.
Caracteristicile produselor cu un singur strat
Țevile nu au o acoperire protectoare pentru căptușeală, datorită căreia se disting printr-un cost redus. Caracteristicile fitingurilor de țeavă: imposibilitatea utilizării în regiuni cu teren dificil și climă aspră.
De asemenea, aceste produse necesită instalare atentă - săpat un șanț mare, aranjând o "pernă" de nisip. Dar estimarea lucrărilor de instalare din cauza acestui fapt crește.
Caracteristicile țevilor cu strat dublu
Produsele sunt căptușite în interior cu înveliș de film - polietilenă de înaltă presiune. Protecția crește rezistența chimică și îmbunătățește etanșeitatea liniei la sarcini externe.
Cu toate acestea, funcționarea supapelor în conductele din industria petrolului a evidențiat deficiențe în modificările în două straturi:
- lipsa de adeziune între stratul structural și căptușeala - o încălcare a solidității pereților;
- deteriorarea elasticității filmului de protecție la temperaturi scăzute.
Atunci când se transportă un mediu care conține gaz, căptușeala poate fi îndepărtată.
Scopul conductei cu două straturi este transportul maselor degazate. Țevile compozite sunt potrivite pentru pomparea apei uzate, a canalului de canalizare și a rețelei de apă
Parametrii unei conducte cu trei straturi
Structura conductei GRP:
- Stratul exterior al polimerului (grosime 1-3 mm) - cresc rezistența mecanică și chimică.
- Strat structural - strat structural, responsabil pentru rezistența produsului.
- Căptușeală (grosime 3-6 mm) - carcasa interioară din fibră de sticlă.
Stratul interior asigură liniștea, etanșeitatea și netezește fluctuațiile ciclice ale presiunii interne.
Caracteristicile fizico-mecanice ale țevilor GRP cu trei straturi le permit să le utilizeze în diverse industrii pentru transportul gazelor conținând gaze și lichide.
Metoda de andocare a autostrăzii GRP
Conform metodei de conectare, sortimentul de fitinguri de țevi din compozit este împărțit în 4 grupe.
Grupul №1 - andocare clopotnit
Garniturile elastice din cauciuc sunt montate în canelurile reciproce de pe vârfurile de țevi ale țevilor. Scaunele sunt formate pe echipamente cu comandă electronică, asigurând precizia amplasării și dimensiunilor acestora.
În funcție de amplasarea rețelei de inginerie și de tipul de mediu de transport, se selectează tipul de etanșare din cauciuc. Racordurile pentru țevi sunt completate cu inele necesare.
Grupa №2 - ghimpe cu sigiliu și dop
Atunci când se aranjează o linie de teren, este necesar să se compenseze efectul forțelor axiale asupra conductei. În acest scop, în afară de etanșare se pune dopul. Elementul este realizat din cablu metalic, clorură de polivinil sau poliamidă.
Opritorul este instalat în canelurile inelare prin soclul vârfului vârfului. Limitatorul împiedică mișcarea axială a elementelor trunchiului
Numărul de grup 3 - conexiune la flanșă
Docking-ul conductei compozite cu fitinguri sau țevi metalice. Dimensiunile de conectare ale flanșelor din fibră de sticlă sunt reglementate de GOST 12815-80 .
Pentru fixarea flanșei la baza conductei, este prevăzut un "picior" special cu orificii pentru elemente de fixare. Lățimea laturilor de conectare depinde de parametrii conductei
Numărul de grup 4 - fixarea lipiciului
Metoda de conectare ne-demontabilă - la capete se aplică o compoziție de materiale din sticlă de armare cu adăugarea unei componente de poliester de întărire "rece". Metoda asigură rezistența și etanșeitatea liniei.
Marcarea stratului interior de protecție
Metoda de producere a produselor tubulare vă permite să produceți produse cu compoziție diferită a stratului interior, care determină rezistența liniei la mediul transportat.
Varietatea de bunuri este împărțită în 4 grupe. Clasa de conducte din fibră de sticlă HP rezistă liniștit la pomparea regulată a lichidului la + 90 ° C, în timp ce valoarea finală a pH-ului nu trebuie să depășească 14
Producătorii interni utilizează următoarea marcaj de acoperiri protectoare.
Desemnarea literei afișează domeniul de aplicare valabil:
- - transportul lichidelor cu abrazive;
- P - furnizarea și îndepărtarea apei reci, inclusiv a băuturilor;
- X - utilizare acceptabilă într-un gaz și mediu lichid agresiv chimic;
- D - sisteme de alimentare cu apă caldă (limită de 75 ° С);
- C - alte lichide, inclusiv cele cu aciditate ridicată.
Acoperirea protectoare este aplicată cu un strat de până la 3 mm.
Prezentarea generală a producătorilor
Printre varietatea de produse prezentate se numără mărcile de renume cu mulți ani de reputație pozitivă. Acestea includ produse de la companii: Hobas (Elveția), Steklokomposite (Rusia), Amiantit (o preocupare din Arabia Saudită cu instalații de producție în Germania, Spania, Polonia), Ameron International (SUA).
Producători tineri și promițători de țevi compozite din fibră de sticlă: Poliek (Rusia), Arpipe (Rusia) și fabrica de țevi din fibră de sticlă (Rusia).
Producator # 1 - marca HOBAS
Marcile de marca sunt situate in SUA si in multe tari europene. Produsele grupului Hobas au obținut recunoașterea în întreaga lume pentru o calitate excelentă. Conductele GRT cu liant de poliester sunt fabricate în conformitate cu tehnica de turnare centrifugală a fibrelor de sticlă și a rășinilor poliesterice nesaturate.
Sistemele de conducte Hobas sunt utilizate pe scară largă în sistemele de canalizare, drenare și alimentare cu apă, conducte industriale și centrale hidroelectrice. Sunt acceptate stivuirea la sol, plasarea și tragerea microtunelelor.
Specificațiile conductelor compozite Hobas:
- diametru - 150-2900 mm;
- Clasa de rigiditate SN - 630-10 000;
- PN-nivel de presiune - 1-25 (PN1 - conductă fără presiune);
- prezența învelișului anti-coroziv al căptușelii interne;
- rezistența la mediul acid într-o gamă largă de pH.
Producția de piese formate: genunchii, adaptoarele, duzele cu flanșă și tijă.
Producator # 2 - Compania Steklocomposite
Compania Steklokomposit a stabilit o linie pentru producția de tevi din fibră de sticlă Flowtech, tehnologie de producție - înfășurare continuă.
Echipamente implicate cu un flux dublu de substanțe rășinoase. Rășinile de înaltă tehnologie sunt alimentate la instalarea stratului interior și o compoziție mai ieftină - la stratul structural. Tehnica permite raționalizarea consumului de materiale și reducerea costului de producție.
Nomenclatura țevilor Flowtech este de 300-3000 mm, clasa PN este 1-32. Стандартный метраж – 6, 12 м. Под заказ возможно производство в пределах 0, 3-21 м
Производитель #3 - бренд Amiantit
Основные компоненты труб Flowtite от Amiantit: стекловолокно, полиэфирная смола, песок. Применяемая техника – непрерывная намотка, обеспечивающая создание многослойного трубопровода.
Структура стеклопластика включает шесть слоев:
- внешняя намотка из нетканой ленты;
- слой мощности – рубленое стекловолокно + смола;
- средняя прослойка – стекловолокно + песок + полиэфирная смола;
- повторный слой мощности;
- подкладка стеклянных нитей и смолы;
- защитное покрытие из нетканого стекловолокна.
Проведенные исследования показали высокую абразивную стойкость – за 100 тыс. циклов обработки гравием, потери защитного покрытия составили 0, 34 мм.
Класс прочности изделий Flowtite – 2500 – 10000, под заказ возможно изготовление трубы SN-30000. Эксплуатационное давление – 1-32 атмосфер, максимальная скорость потока – 3 м/с (для чистой воды – 4 м/с)
Производитель #4 - компания Полиэк
ООО «Полиэк» производит различные модификации трубной продукции Fpipes из стеклопласта. Техника изготовления (непрерывная косослойная продольно-поперечная намотка) позволяет создавать трехслойные трубы до 130 см в диаметре.
Полимерные композитные материалы задействованы при создании обсадных труб, звеньев водоподъемных колонн, водоснабжающих трубопроводов и отопительных систем.
Номенклатурный ряд канализационных стеклопластиковых труб – 62, 5-300 мм, высоконапорных изделий – 62, 5-200 мм, вентиляционных каналов – 200-300 мм, обсадок скважин – 70-200 мм
Кроме труб из стеклопластика на рынке представлено много изделий из других материалов – стали, меди, полипропилена, металлопластика, полиэтилена и т.д. Которые, благодаря своей более доступной цене, активно используются в различных сферах бытового назначения – монтаж систем отопления, водоснабжения, канализации, вентиляции и прочее.
Ознакомиться с характеристиками труб из различных материалов можно в следующих наших статьях:
- Металлопластиковые трубы: виды, технические характеристики, особенности монтажа
- Полипропиленовые трубы и фитинги: виды ПП изделий для сборки трубопроводов и способы соединений
- Пластиковые вентиляционные трубы для вытяжки: виды, их характеристики, применение
- Медные трубы и фитинги: виды, маркировка, особенности обустройства медного трубопровода
- Стальные трубы: виды, сортамент, обзор технических характеристик и монтажных нюансов
Concluzii și video util pe această temă
Технология изготовления и целесообразность использования стеклопластиковых труб:
Сравнение техники непрерывной и периодической намотки волокна:
В частном домостроении стеклопластиковые трубы используются довольно редко. Основная причина – высокая стоимость, по сравнению с пластиковыми аналогами. Однако в промышленной сфере качества композита оценили по достоинству, и массово меняют изношенные металлические магистрали на стеклопластиковые .
После прочтения нашей статьи у вас остались вопросы? Задавайте их в блоке комментариев – наши эксперты постараются дать исчерпывающий ответ.
А может вы хотите дополнить изложенный материал актуальными данными или примерами из личного опыта? Пишите, пожалуйста, свое мнение под этой статьей.