Zaradi kombinacije pozitivnih lastnosti stekla in polimerov imajo cevi iz steklenih vlaken skoraj neomejene možnosti uporabe - od ureditve prezračevalnih kanalov do polaganja petrokemičnih poti.
V tem članku bomo obravnavali glavne značilnosti cevi iz steklenih vlaken, označevanje, tehnike izdelave polimernih kompozitov in sestave vezivnih komponent, ki določajo področje delovanja kompozita.
Prav tako podajamo pomembna merila izbire, pri čemer skrbimo za najboljše proizvajalce, saj je pomembna vloga kakovosti izdelkov tehnična zmogljivost in ugled proizvajalca.
Splošne značilnosti steklenih vlaken
Fiberglass je plastični material, ki vsebuje sestavine iz steklenih vlaken in vezivno polnilo (termoplastični in termoreaktivni polimeri). Skupaj z relativno nizko gostoto izdelkov iz steklenih vlaken imajo dobre lastnosti trdnosti.
V zadnjih 30-40 letih se steklena vlakna množično uporabljajo za izdelavo cevovodov za različne namene.
Polimerni kompozit je vredna alternativa steklu, keramiki, kovini in betonu pri izdelavi konstrukcij, ki so namenjene delovanju v ekstremnih pogojih (petrokemija, letalstvo, proizvodnja plina, ladjedelništvo itd.)
Avtoceste združujejo kakovost stekla in polimerov:
- Majhna teža. Povprečna teža steklenih vlaken je 1, 1 g / cm3. Za primerjavo je isti parameter za jeklo in baker veliko večji - 7, 8 oziroma 8, 9. Zahvaljujoč lahkemu, lažjemu inštalacijskemu delu in transportu materiala.
- Odpornost proti koroziji. Sestavine kompozita imajo nizko reaktivnost, zato niso podvržene elektrokemični koroziji in bakterijski razgradnji. Ta kakovost je odločilen argument v prid steklenih vlaken za podzemne inženirske mreže.
- Visoke mehanske lastnosti. Absolutna natezna trdnost kompozita je slabša od tiste iz jekla, vendar pa parameter specifične trdnosti močno presega termoplastične polimere (PVC, HDPE).
- Vremenska odpornost. Temperaturno območje meje (-60 ° C .. + 80 ° C), obdelava cevi z zaščitnim slojem gelcoata zagotavlja odpornost na UV žarke. Poleg tega je material odporen na veter (omejitev - 300 km / h). Nekateri proizvajalci trdijo, da so cevni priključki odporni proti potresu.
- Požarna odpornost Negorljivo steklo je glavna sestavina steklenih vlaken, zato material ni lahko vnetljiv. Pri gorenju ne oddaja strupenega dioksina.
Fiberglass ima nizko toplotno prevodnost, kar pojasnjuje lastnosti toplotne izolacije.
Slabosti kompozitnih cevi: dovzetnost za abrazivno obrabo, nastanek kancerogenega prahu zaradi mehanske obdelave in visoki stroški v primerjavi s plastiko
Ko se notranje stene obrusijo, vlakna postanejo gola in se zlomijo - delci lahko pridejo v transportni medij.
Tehnologija izdelave cevi iz steklenih vlaken
Fizikalno-mehanske lastnosti končnega izdelka so odvisne od tehnike izdelave. Kompozitni fitingi so izdelani s štirimi različnimi metodami: ekstrudiranjem, pultruzijo, centrifugalnim ulivanjem in navijanjem.
Tehnologija # 1 - Ekstrudiranje
Ekstrudiranje je tehnološki proces, ki temelji na neprekinjenem iztiskavanju pastoznega ali visoko viskoznega materiala skozi orodje za oblikovanje. Smolo zmešamo z zdrobljenim steklenim vlaknom in plastičnim utrjevalcem, nato pa jo damo v ekstruder.
Končni izdelek nima trdnega ojačevalnega okvirja, saj je vezivo naključno polnjeno s steklenimi vlakni. Pomanjkanje "armopoyas" vpliva na zmanjšanje jakosti cevi
Visokozmogljiva ekstruzijska linija omogoča pridobivanje sestavljenih izdelkov brez okvirja po nizki ceni, vendar je povpraševanje po njej omejeno zaradi nizkih mehanskih lastnosti. Osnova polimerne matrice je polipropilen in polietilen.
Tehnologija # 2 - Pultrusion
Pultruzija je tehnologija izdelave sestavljenih dolgih elementov majhnega premera s konstantnim prerezom. Skozi ogreto ploščo (+140 ° C) se deli potegnejo iz materiala iz steklenih vlaken, impregniranih s termoreaktivno smolo.
V nasprotju s postopkom iztiskanja, kjer je odločilen vpliv tlak, v pultrusivni enoti to vlogo igra vlečni učinek.
Glavne delovne enote pultruzije: kompleks za oskrbo z vlakni, polimerni rezervoar, predoblikovalna naprava, termo-kalup, vlečni trak in stroj za rezanje
Tehnološki proces:
- Vlakneni filamenti iz tuljav se dovajajo v polimerno kopel, kjer so impregnirani s termoplastičnimi smolami.
- Obdelana vlakna preidejo skozi predoblikovalni stroj - niti so poravnane in prevzamejo želeno obliko.
- Neoluščen polimer vstopi v matrico. Zaradi več grelcev se ustvari optimalen način polimerizacije in izbere hitrost vlečenja.
Izdvojeni izdelek potegne vlečni stroj in se razžaga v segmente.
Značilnosti tehnologije pultruzije:
- dopustni polimeri - epoksi, poliestrske smole, vinili;
- hitrost vlečenja - uporaba inovativnih optimiziranih "pultrumed" polimerov nam omogoča pospeševanje vlečenja na 4-6 m / min. (standardni - 2-3 m / min.);
- pretočnost delovne cone : najmanj - 3, 05 * 1 m (vlečna sila do 5, 5 ton), največja - 1, 27 * 3, 05 m (sila - 18 ton).
Na izstopu je cev z idealno gladkimi zunanjimi in notranjimi stenami, na visoki ravni in trdnosti.
Značilnosti steklenih vlaken, dobljenih po metodi pultruzije: razbremenilna napetost pri upogibanju - 700-1240 MPa, toplotna prevodnost - 0, 35 W / m2 ° C, stopnja elastičnosti v napetosti - 21-41 GPa
Pomanjkljivosti metode niso povezane s kakovostjo prvotnega izdelka, ampak s samo tehnologijo. Argumenti "proti": visoki stroški in trajanje proizvodnega procesa, nezmožnost izdelave cevi velikega premera, namenjene za težke obremenitve.
Tehnologija # 3 - Centrifugalno litje
Švicarska družba Hobas je razvila in patentirala tehniko centrifugalnega oblikovanja. V tem primeru se proizvodnja izvede od zunanje stene cevi do notranje, ko se aktivira vrteča se oblika. Cevovod sestavljajo: pasovi iz drobljenega stekla, pesek in poliestrske smole.
Surovine vnašamo v rotacijsko matrico - oblikuje se struktura zunanje površine cevovoda. Ko se proizvodnja nadaljuje, se trdne sestavine v tekoči smoli, polnilo in steklena vlakna mešajo - pod delovanjem katalizatorja polimerizacija poteka hitreje.
Tako nastanejo večplastne gladke stene. Zahvaljujoč centrifugalni tehniki "brizganja" je struktura cevi monolitna, homogena brez stratifikacije in plinastih delcev.
Dodatne prednosti:
- visoka natančnost dimenzij prvotnega izdelka (notranji del vrteče se oblike ustreza zunanjemu premeru končnega izdelka);
- zmožnost ulivanja stene katere koli debeline;
- visoka togost polimernega kompozita;
- pridobivanje gladke zunanje in notranje cevi.
Pomanjkanje centrifugalne proizvodnje cevi iz steklenih vlaken - energetska intenzivnost in visoki stroški končnega izdelka.
Tehnologija # 4 - navijanje
Najbolj priljubljena tehnika je neprekinjeno navijanje. Cev je ustvarjena z izmenično izmenjavo trna s polimeri iz steklenih vlaken s procesi hlajenja. Proizvodna metoda ima več podvrst.
Tehnologija spiralnih obročev
Viličar vlaken je poseben obroč, okrog katerega so umrli z nitmi.
Delovni element se premika neprekinjeno vzdolž osi gibljivega okvirja in razporedi vlakna vzdolž spiralnih linij.
Pri spreminjanju hitrosti vrtenja platišča in premikanja regalnika se kot steklenih vlaken spreminja. Na koncih cevi obroč deluje v "obratnem" načinu in položi niti z minimalnim naklonom
Glavne prednosti metode:
- enotna trdnost po celotni površini avtoceste;
- odlična toleranca natezne obremenitve - razpoke so izključene;
- ustvarjanje izdelkov spremenljivega premera in prečnih prerezov kompleksne konfiguracije.
Ta tehnika omogoča pridobivanje cevi visoke trdnosti, ki so namenjene delovanju pod visokim tlakom (inženirske mreže črpalke-kompresorja).
Spiralno navijanje traku
Tehnika je podobna prejšnji, razlika pa je v tem, da se zlagalnik hrani z ozkim trakom vlaken. Gosto ojačevalno plast dosežemo s povečanjem števila prehodov.
Cenejša oprema se ukvarja s proizvodnjo kot z metodo spiralnega obroča, vendar ima "trakasto" navijanje nekaj težkih napak:
- omejena zmogljivost;
- ohlapno polaganje vlaken zmanjšuje trdnost cevovoda.
Metoda s spiralnim trakom je pomembna pri izdelavi fitingov za cevi pod nizkim, zmernim tlakom.
Vzdolžno-prečna metoda
Izvede se neprekinjeno navijanje - zlagalnik postavlja vzdolžna in prečna vlakna hkrati. Vzvratno gibanje je odsotno.
Pod rotirajočim trnom so gibljive tuljave, ki dovajajo vzdolžna ojačitvena vlakna. Pri izdelavi razsutih cevi je potrebna uporaba velikega števila kolutov.
Značilnosti metode: \ t
- uporablja se predvsem pri izdelavi cevi s presekom do 75 mm;
- obstaja možnost napenjanja aksialnih navojev, zaradi česar se doseže trdnost, kot pri spiralni metodi.
Vzdolžno-prečna tehnologija je zelo produktivna. Stroji omogočajo spreminjanje razmerja med aksialno in obročasto ojačitvijo v širokem območju.
Poševna prečna vzdolžna tehnologija
Razvoj inženirjev Harkova je v povpraševanju domačih proizvajalcev. Ko poševno navijanje zlagalnik odstrani "tančico", ki je sestavljena iz snopa zavezujočih niti. Trak se v okvir podira pod rahlim kotnim prekrivanjem s predhodnim okroglim obročnim ojačenjem.
Po končani obdelavi celotnega trna se vlakna obračajo z valji - odstranijo se ostanki vezivnih polimerov, ojačevalni premaz se stisne.
Valjanje vam omogoča, da dosežete minimalno zahtevano vsebino plastike. Delež stekla v utrjenem kompozitu je približno 80% - optimalen rezultat, ki zagotavlja visoko trdnost in nizko vnetljivost
Značilnosti poševno narebrenje:
- tesnost steklenih vlaken;
- neomejen premer proizvedenih cevi;
- visoke dielektrične lastnosti zaradi pomanjkanja trdne ojačitve vzdolž osi.
Modul elastičnosti "poševnega" fiberglasa je slabši od drugih tehnik. Zaradi nevarnosti pojava vmesnih razpok ni mogoče uporabiti pri ustvarjanju cevovodov pod visokim tlakom.
Možnosti izbire cevi GRP
Izbira steklenih kompozitnih cevi temelji na naslednjih merilih: togost in konstrukcijski tlak, vrsta vezivne komponente, konstrukcijske značilnosti sten in način priključitve. Pomembni parametri so navedeni v spremnih dokumentih in skrajšana oznaka na vsaki epruveti.
Trdnost in nazivni tlak
Togost steklenih vlaken določa sposobnost materiala, da prenese zunanje obremenitve (težnost zemlje, promet) in pritisk na stene od znotraj. Po ISO standardizaciji so cevni priključki razvrščeni v več razredov togosti (SN).
Najvišja dovoljena raven delovnega tlaka za vsak razred: SN 2500 - 0, 4 MPa, SN 5000 - 1 MPa, SN 10000 - 2, 5 MPa
Stopnja togosti se poveča z naraščanjem debeline steklenih cevi iz steklenih vlaken.
Razvrstitev po nazivnem tlaku (PN) odraža stopnjevanje proizvodov glede na varni tlak tekočine pri temperaturi +20 ° C v celotni življenjski dobi (približno 50 let). Enota za PN je MPa.
Nekateri proizvajalci, kot je Hobas, nakazujejo kombinirane značilnosti obeh parametrov (tlaka in togosti) skozi del. Označene bodo cevi z delovnim tlakom 0, 4 MPa (razred PN - 4) s stopnjo togosti (SN) 2500 Pa - 4/2500.
Vrsta veziva
Lastnosti cevi so v veliki meri odvisne od vrste veziva. V večini primerov se uporabljajo poliestrski ali epoksidni dodatki.
Značilnosti PEF-veziva
Stene so narejene iz termostabilnih poliestrskih smol, ojačanih s steklenimi vlakni in peščenimi dodatki.
Uporabljeni polimeri imajo pomembne lastnosti:
- nizka toksičnost;
- strjevanje v pogojih sobne temperature;
- zanesljivo povezovanje s steklenimi vlakni;
- kemična inertnost.
Kompozitne cevi s PE-polimeri niso izpostavljene koroziji in korozivnim medijem.
Uporaba: komunalne storitve, zajem vode, cevovodi za čiščenje odplak, industrijske in gospodinjske odplake. Omejitve delovanja: temperatura nad +90 ° C, tlak nad 32 atmosfer
Značilnosti epoksidne smole
Vezivo daje materialu večjo moč. Temperaturna meja kompozitov z epoksidi do +130 ° C, maksimalni tlak - 240 atmosfer.
Dodatna prednost je praktično nič toplotne prevodnosti, zato sestavljene avtoceste ne zahtevajo dodatne toplotne izolacije.
Cevi tega razreda bodo stale več kot PE-izdelki. Praviloma se cevovodi iz steklenih vlaken z epoksidnim vezivom uporabljajo v naftni in plinski industriji, petrokemični industriji in pri organizaciji infrastrukture morskih pristanišč.
Kompozitna struktura stenske cevi
Z zasnovo, razlikujejo: eno-, dvo- in trislojne cevi iz steklenih vlaken.
Značilnosti enoslojnih izdelkov
Cevi nimajo zaščitne obloge, zaradi česar se odlikujejo po nizkih stroških. Značilnosti cevnih priključkov: nezmožnost uporabe v regijah s težkim terenom in ostrim podnebjem.
Tudi ti izdelki zahtevajo skrbno namestitev - kopanje velik jarek, urejanje peska "blazino". Toda ocena namestitvenih del zaradi tega se povečuje.
Značilnosti dvoslojnih cevi
Izdelki so notranje obloženi s filmsko oblogo - visokotlačnim polietilenom. Zaščita poveča kemično odpornost in izboljša tesnost linije pod zunanjimi obremenitvami.
Vendar je delovanje ventilov v cevovodih naftne industrije razkrilo slabosti dvoslojnih sprememb:
- pomanjkanje adhezije med strukturno plastjo in oblogo - kršitev trdnosti sten;
- poslabšanje elastičnosti zaščitnega filma pri temperaturah pod ničlo.
Pri transportu medija, ki vsebuje plin, se lahko obloge odstranijo.
Namen dvoslojnega cevovoda je transport degaziranih mas. Kompozitne cevi so primerne za črpanje odpadne vode, polaganje kanalizacije in vodovoda
Parametri triplastne cevi
Struktura cevi GRP:
- Zunanja polimerna plast (debelina 1-3 mm) - povečuje mehansko in kemično odpornost.
- Strukturni sloj - strukturni sloj, odgovoren za trdnost izdelka.
- Obloga (debelina 3-6 mm) - notranja lupina iz steklenih vlaken.
Notranji sloj zagotavlja gladkost, tesnost in gladi ciklična nihanja notranjega tlaka.
Fizikalno-mehanske lastnosti triplastnih GRP cevi omogočajo njihovo uporabo v različnih panogah za transport plinastih in tekočih medijev.
Način pristajanja avtoceste GRP
Po metodi priključitve je izbor cevnih priključkov iz kompozita razdeljen na 4 skupine.
Skupina №1 - pristanišče z zvončkom
Elastična gumijasta tesnila so nameščena v vzajemnih utorih na končnih konicah cevi. Sedežni obroči so oblikovani na opremi z elektronsko kontrolo, ki zagotavlja natančnost njihove lokacije in velikosti.
Glede na lokacijo inženirske mreže in vrsto transportnega medija se izbere tip gumijastega tesnila. Cevni priključki so opremljeni s potrebnimi obročki.
Skupina №2 - zvonček s pečatom in zamaškom
Pri urejanju stacionarnega omrežja je treba kompenzirati učinek aksialnih sil na cevovod. V ta namen je poleg tesnila nameščen tudi zamašek. Element je izdelan iz kovinskega kabla, polivinilklorida ali poliamida.
Zamašek je nameščen v obročastih utorih skozi vtičnico na konici konice. Omejevalnik preprečuje aksialno premikanje elementov debla
Številka skupine 3 - prirobnični priključek
Priklop kompozitnega cevovoda z oblikovanimi fitingi ali kovinskimi cevmi. Priključne dimenzije prirobnic iz steklenih vlaken ureja GOST 12815-80 .
Za pritrditev prirobnice na dnu cevi je predvidena posebna »noga« z luknjami za pritrdilne elemente. Širina povezovalnih strani je odvisna od parametrov cevovoda
Številka skupine 4 - fiksiranje lepila
Nerazpeljiv način priključitve - sestava armaturnih steklenih materialov z dodatkom poliestrske komponente "hladnega" utrjevanja se uporablja na koncih. Metoda zagotavlja trdnost in tesnost linije.
Označevanje zaščitne notranje plasti
Metoda proizvodnje cevastih izdelkov omogoča izdelavo izdelkov z različno sestavo notranje plasti, ki določa odpornost črte na transportirani medij.
Raznolikost blaga je razdeljena na 4 skupine. Cevi iz steklenih vlaken kategorije HP tiho prenesejo redno črpanje tekočine na +90 ° C, medtem ko končna vrednost pH ne sme presegati 14
Domači proizvajalci uporabljajo naslednje oznake zaščitnih premazov.
Oznaka črke prikazuje veljaven obseg uporabe:
- - prevoz tekočine z abrazivi;
- P - dobava in odstranjevanje hladne vode, vključno s pitjem;
- Х – допустимо использование в химически агрессивной газовой и жидкостной среде;
- Г – системы горячего водоснабжения (предел 75 °С);
- С – другие жидкости, в том числе с повышенной кислотностью.
Защитное покрытие наносится слоем до 3-х мм.
Обзор товаров лидирующих производителей
Среди многообразия представленной продукции есть авторитетные бренды с многолетней положительной репутацией. К числу таких относятся товары компаний: Hobas (Швейцария), Стеклокомпозит (Россия), Amiantit (концерн из Саудовской Аравии с производственными мощностями в Германии, Испании, Польше), Ameron International (США).
Молодые и перспективные производители композитных стеклопластиковых труб: Полиэк (Россия), Arpipe (Россия) и Завод стеклопластиковых труб (Россия).
Производитель #1 - бренд HOBAS
Заводы торговой марки расположены в США и многих странах Европы. Продукция группы Hobas заслужила всемирное признание за отменное качество. GRT-трубы с полиэфирным связующим изготовлены по технике центробежного литья из стекловолокна и ненасыщенных полиэфирных смол.
Трубные системы Hobas широко используются в канализации, дренажных и водопроводных комплексах, промышленных трубопроводах и ГЭС. Допустима наземная укладка, размещение методом микротоннеля и протаскивания
Характеристики композитных труб Hobas:
- диаметр – 150-2900 мм;
- класс SN-жесткости – 630-10 000;
- уровень PN-давления – 1-25 (PN1 – безнапорный трубопровод);
- наличие внутреннего футеровочного антикоррозийного покрытия;
- стойкость к кислотной среде в широком диапазоне pH.
Налажено производство фасонных деталей: колен, переходников, фланцевых патрубков и тройников.
Производитель #2 - компания Стеклокомпозит
Компания «Стеклокомпозит» наладила линию по выпуску стеклопластиковых труб Flowtech, техника производства – непрерывная намотка.
Задействовано оборудование с двойной подачей смолистых веществ. Высокотехничные смолы подаются на укладку внутреннего слоя, а более дешевый состав – на структурный слой. Методика позволяет рационализировать расход материала и удешевить продукцию.
Номенклатура труб Flowtech – 300-3000 мм, класс PN – 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:
- Kovinsko-plastične cevi: vrste, tehnične lastnosti, lastnosti vgradnje
- 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
- Jeklene cevi: vrste, obseg, pregled tehničnih značilnosti in sestavne nianse
Zaključki in koristen videoposnetek o tej temi
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.