Стеклопластик

Стеклопластики

Стеклопластики-это уникальные композиционные материалы с высокой прочностью, низкой плотностью и теплопроводностью, высокой биологической и химической стойкостью. Тонкие и прочные стеклянные волокна обеспечивают прочность, жесткость и коррозионную стойкость стеклопластиков, а полимерные связующие-монолитность и защиту от внешних воздействий.

Стекловолокно может быть получено при переработке отходов (стеклобоя). Полимерные смолы также могут быть получены при пиролизе отходов полимеров, однако это требует очень строго соблюдения технологических режимов. Поэтому в нашей стране чаще проводят более простой пиролиз полимерных отходов с получением жидких топлив и пиролитического углерода.

В настоящей статье рассказывается о технологиях производства стеклопластиков, их характеристиках и преимуществах, а также областях применения.

Виды стеклопластиков

Стеклопластики-это многочисленный класс композиционных материалов на основе стеклянных волокон и полимерных смол. Они различаются видами стеклянных наполнителей, типами полимерных связующих и технологиями их изготовления.

Стекловолоконные наполнители

Стеклопластики армируются стеклянными волокнами. Они могут быть представлены различными видами:

  • стеклянные нити (стеклоровинг) в виде прядей, нескрученных волокон, жгутов, шпагатов и нитей из скрученных волокон;
  • нетканого стеклополотна (маты, ленты);
  • стеклотканей различного переплетения.

Чем больше прочность стеклянных наполнителей, тем выше прочность и износостойкость стеклопластиков.

Связующие смолы

При производстве стеклопластиков применяются связующие на основе различных типов полимерных смол. Они позволяют объединить стеклянный наполнитель в сплошной монолит и придать ему заданные параметры для различного использования. Наиболее распространенными видами полимерных смол являются:

  • фенолоформальдегидные;
  • полиэфирные;
  • эпоксидные;
  • полиамидные;
  • кремнеорганические.

Тип полимерного связующего определяет температурную устойчивость стеклопластиков. Полиэфирные материалы работают до температур 130-150 град. С, эпоксидные-до 200 град. С, а кремнеорганические работают до температур до 350-370 град. С.

Технологии производства

Производство изделий из стеклопластика
Изготовление изделий из стеклопластика

В зависимости от назначения изделий возможны различные технологии производства стеклопластиков. Наиболее распространенными являются:

  • ручное формование;
  • вакуумное напыление;
  • горячее прессование;
  • намотка;
  • пултрузия.

Ручное формование

Осуществляется пропитка стекловолокна, нетканого стекломата или стеклоткани, помещенных в специальную форму, полимерными смолами при помощи ручных инструментов (кистей, валиков и др.), После отверждения готовое изделие извлекается из формы и подвергается финишной обработке (шлифование, сверление и др.).

Вакуумное напыление

Стекловолокно дробится на мелкие частицы. Они воздушным потоком распыляются на заготовку, куда подается полимерное связующее с отвердителем. После нанесения поверхность прокатывается валиком для удаления воздушных включений и поступает на отверждение.

Эти два способа имеют общие недостатки:

  • низкая производительность;
  • необходимость финишной доработки изделий после формования;
  • повышенный расход полимерных смол;
  • зависимость качества изделий от квалификации работников;
  • высокая опасность для работников, требующая  строгого применения спецодежды и средств индивидуальной защиты.

Однако, эти способы дают возможность изготовления сложных трехмерных изделий. Например, корпусов катеров или яхт.

Катер из стеклопластика
Изготовление катера из стеклопластика

Горячее прессование

Стекловолокно или стеклоткань закрепляют в специальной форме, после чего пропитывают полимерным связующим под высоким давлением. После окончания пропитки форму вакуумируют. Отверждают при повышенных температурах, что способствует качественному заполнению полимерной смолой стеклянного армирующего наполнителя. Способ позволяет получать высокопрочный стеклопластик с высокой долей стеклянных волокон при очень низком уровне воздушных включений.

Таким способом получают рулонные (гибкие)  или листовые (жесткие) стеклопластики. Такие материалы находят очень широкое применение в строительстве, транспортном машиностроении и электротехнической промышленности.

Листовой стеклопластик
Стеклопластик листовой

Намотка

Этот метод используется при изготовлении труб, емкостей и других пустотелых изделий. Для этого стекловолокно пропускается через ванну с полимерным связующим. После чего оно проходит через систему валиков, где происходит удаление избытка смолы с возвратом его в пропиточную ванну, и под натяжение наматывается на заготовку. Способ отличается высокой производительностью, безопасностью и высокой прочностью получаемого стеклопластика.

Пултрузия

Метод похож на экструзию полимерных материалов. Стекловолокно протягивается через емкость с полимерной смолой. После этого композиция под давлением поступает в формующую фильеру. Происходит удаление избытка связующего и формирование стеклопластикового изделия заданной формы.

Изделия получают в виде разных форм:

  • прутков и стержней различного сечения;
  • типовых профильных изделий (швеллеры, двутавры, уголки и др.);
  • профили сложной формы, например, дверные полотна.

Достоинства и недостатки

Стеклопластики обладают множеством преимуществ:

  1. Низкая плотность от 400 до 1800 кг/куб. м (средние значения около 1100 кг/куб. м) при прочности, сопоставимой со сталью. Особенно важны эти качества в сочетании с отличной коррозионной стойкостью в транспортном машиностроении для экономии топлива.
  2. Высокая стойкость к коррозии. Устойчивы к атмосферным, биологическим, химическим и электрохимическим воздействиям.
  3. Отличные диэлектрические свойства (электроизолятор). Они используются при изготовлении корпусов электрических приборов, электронных плат, диэлектрических лестниц для работы в зоне высоких напряжений и др.
  4. Прозрачность. При использовании определенных видов полимерных смол можно получить прозрачные стеклопластики, оптические характеристики которых лишь немного уступают листовому стеклу.
  5. Отличные физико-механические характеристики. По прочности сопоставимы со сталью при почти в 7 раз меньшем удельном весе.
  6. Хорошие декоративные свойства. В процессе изготовления стеклопластики можно окрашивать в различные цвета. Стойкость цвета сохраняется в течение всего срока службы изделий.
  7. Хорошие теплоизоляционные свойства. Эти свойства используются при производстве сэндвич панелей, в которых слои стеклопластика чередуют со слоями пористых полимеров (пенополиуретана или вспененного полистирола). Такие панели широко используют в строительстве, вагоностроении, судостроении и др.

К недостаткам стеклопластиков можно отнести:

  1. Низкий модуль упругости. В результате могут происходить нежелательные изгибающие деформации.
  2. Плохо противостоит абразивным воздействиям.
  3. Образует мельчайшую стеклянную пыль при механической обработке. Это требует специальных мер защиты рабочих с использованием средств индивидуальной защиты.

Области применения

Трубы из стеклопластика
Трубы из стеклопластика

Благодаря комплексу уникальных свойств стеклопластики находят очень широкое применение. Они используются:

  • в строительстве;
  • в различных отраслях промышленности;
  • в коммунальном хозяйстве (водоснабжение и канализация);
  • для изготовления бытовой техники и товаров народного потребления.

Строительство

В рамках одной статьи невозможно описать все области применения стеклопластиков в строительстве. Остановимся на основных направлениях их использования.

Армирование бетона

Стеклопластиковая арматура
Арматура стеклопластиковая

Благодаря низкой плотности, высокой прочности и коррозионной стойкости стеклопластиковая арматура все активнее вытесняет стальную. Это позволяет снизить вес бетонных конструкций и одновременно увеличить их долговечность.

Канализация

Прочность, водостойкость и коррозионная стойкость стеклопластиков делают их незаменимым материалом для изготовления труб, емкостей, септиков, отстойников и других резервуаров. По сравнению с стальными, чугунными или бетонными аналогами они имеют значительно меньший вес и высокую долговечность.

С применением и особенностями изготовления стеклопластиковых емкостей для канализации можно познакомиться на следующем видео:

Кровельные материалы

Благодаря высокой водостойкости, атмосферной стойкости, прочности и долговечности стеклопластики широко применяются в качестве кровельных материалов. Для этих целей используют рулонные или листовые материалы, стыки между которыми герметизируют битумными герметиками или жидкими стеклопластиковыми материалами.

Конструкционные материалы

Листовые стеклопластики широко применяются в строительстве. Благодаря высокой прочности и коррозионной стойкости они используются для укрепления фасадов зданий. Также они находят применение для облицовки стен помещений с повышенной влажностью.

Малый вес и низкая теплопроводность делают стеклопластики перспективным материалом для внутренней отделки помещений. В этом случае чаще используют рулонные материалы.

Теплозащитные материалы (сэндвич панели)

Представляют собой листовые стеклопластики со слоями из пористых полимеров (пенополиуретана или вспененного полистирола). Такое сочетание обеспечивает высокую прочность и очень низкую теплопроводность.

Такие материалы применяют для быстровозводимых производственных и складских зданий, но также используются и в гражданском строительстве.

Промышленность

Стеклопластики очень широко применяются в различных отраслях промышленности. Основными являются:

  • транспортное машиностроение;
  • электротехническая промышленность;
  • химическая, нефтеперерабатывающая и нефтяная промышленность.

Транспортное машиностроение

Сочетание высокой прочности, низкой плотности и высокой коррозионной стойкости делают стеклопластики незаменимым материалом для различных отраслей транспортного машиностроения.

В автомобильной промышленности из них изготавливают бамперы, багажники, элементы салона и даже цельные корпуса гоночных автомобилей.

Автомобильные корпуса из стеклопластика
Корпуса гоночных автомобилей из стеклопластика

В судостроении из стеклопластиков изготавливают корпуса малогабаритных судов, лодок, катеров и отдельные элементы водного транспорта (люки, двигатели и др.).

Электротехническая промышленность

Хорошие диэлектрические свойства, малый вес, прочность и стойкость к агрессивным средам делают стеклопластики очень важным материалом для электротехнической промышленности. Из них изготавливают корпуса электрических приборов, электронные платы, защитные средства для работы в зоне высоких напряжений (защитные лестницы, щупы и др.).

Химическая, нефтеперерабатывающая и нефтяная промышленность

В нефтяной промышленности широкое применение находят легкие, прочные и коррозионностойкие  емкости из стеклопластиков. Еще большее значение имеют эти материалы для химической и нефтеперерабатывающей промышленности, в которых применяется множество агрессивных химических веществ. В них из стеклопластиков изготавливают:

  • трубопроводы для агрессивных жидкостей;
  • емкости для хранения агрессивных химикатов;
  • скрубберы, адсорберы, циклоны;
  • корпуса электрофильтров;
  • гальванические ванны для травильных, гальванических и электролизных процессов;
  • вентиляционные системы для удаления химически агрессивных веществ.
Гальванические стеклопластиковые ванны
Гальванические ванны из стеклопластика

Бытовая техника и товары народного потребления

Комплекс уникальных свойств стеклопластиков позволяет использовать их для изготовления очень широкой номенклатуры изделий:

  • мебели;
  • сантехнических изделий (труб, емкостей, бассейнов и др.);
  • декоративных элементов для интерьера и ландшафтного дизайна;
  • бытовой техники;
  • удочек, лыжных палок, держателей антенн и многих других изделий.

Заключение

Стеклопластики в настоящее время очень широко используются в различных отраслях. Однако, в будущем их доля будет только возрастать. Особенно широко они будут внедряться в отраслях транспортного машиностроения, в которых их использование позволяет значительно снизить расход топлива.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: