Благодарение на комбинацията от положителни характеристики на стъкло и полимери, тръбите от фибростъкло имат почти неограничени възможности за приложение - от подреждането на вентилационните канали до полагането на нефтохимически маршрути.
В тази статия ще разгледаме основните характеристики на тръбите от фибростъкло, етикетиране, полимерни композитни техники за производство и състави на свързващи компоненти, които определят сферата на действие на композита.
Също така даваме важни критерии за подбор, като обръщаме внимание на най-добрите производители, защото важна роля в качеството на продукта се дава на техническия капацитет и репутацията на производителя.
Общи характеристики на фибростъкло
Фибростъкло е пластмасов материал, който съдържа компоненти от стъклени влакна и свързващ пълнител (термопластични и термореактивни полимери). Заедно с относително ниската плътност фибростъкло продукти имат добри якостни свойства.
Последните 30-40 години, фибростъкло се използва масово за производството на тръбопроводи за различни цели.
Полимерният композит е достойна алтернатива на стъкло, керамика, метал и бетон при производството на конструкции, предназначени за работа в екстремни условия (нефтохимия, авиация, производство на газ, корабостроене и др.)
Магистралите съчетават качествата на стъклото и полимерите:
- Ниско тегло. Средното тегло на фибростъкло е 1, 1 g / cc. За сравнение, същият параметър за стомана и мед е много по-висок - съответно 7, 8 и 8, 9. Благодарение на лекотата, по-лесните монтажни работи и транспортирането на материалите.
- Устойчивост на корозия. Компонентите на композита имат ниска реактивност, следователно не се подлагат на електрохимична корозия и бактериално разлагане. Това качество е решаващ аргумент в полза на фибростъкло за подземни инженерни мрежи.
- Високи механични свойства. Абсолютната якост на опън на композита е по-ниска от тази на стоманата, но специфичният параметър на силата значително надвишава термопластичните полимери (PVC, HDPE).
- Устойчивост на времето. Границата на температурния диапазон (-60 ° C .. + 80 ° C), обработката на тръби със защитен слой от гелкоат осигурява имунитет на UV лъчи. В допълнение, материалът е устойчив на вятъра (граница - 300 км / ч). Някои производители твърдят сеизмична устойчивост на тръбните фитинги.
- Огнеустойчивост Незапалимото стъкло е основният компонент от фибростъкло, поради което материалът не е лесно запалим. При изгаряне не се отделя токсичен газ диоксин.
Фибростъкло има ниска топлопроводимост, което обяснява качествата му на топлоизолация.
Недостатъци на композитните тръби: чувствителност към абразивно износване, образуване на канцерогенен прах поради механична обработка и висока цена в сравнение с пластмасата
Когато вътрешните стени се подрязват, влакната стават голи и се разкъсват - частиците могат да попаднат в транспортираната среда.
Технология на производство на тръби от фибростъкло
Физико-механичните характеристики на готовия продукт зависят от техниката на производство. Композитните фитинги се произвеждат по четири различни метода: екструзия, пултрузия, центробежно леене и навиване.
Технология # 1 - Екструзия
Екструзията е технологичен процес, основан на непрекъснато екструдиране на пастообразен или високо вискозен материал през формовъчен инструмент. Смолата се смесва с натрошен фибростъкло и пластмасов втвърдител и след това се подава към екструдера.
Крайният продукт няма твърда подсилваща рамка, тъй като свързващото вещество се пълни случайно с фибростъкло. Липсата на "армопоя" влияе върху намаляването на якостта на тръбите
Високопроизводителната екструзионна линия дава възможност за получаване на безкомпонентни композитни продукти на ниска цена, но търсенето е ограничено поради ниските механични свойства. Основата на полимерната матрица е полипропилен и полиетилен.
Технология # 2 - Пултрузия
Пултрузията е технология за производство на съставни елементи с дълъг проход с малък диаметър с постоянно напречно сечение. Преминавайки през нагрятата плоча (+140 ° C), частите се издърпват от фибростъкло, импрегниран с термореактивна смола.
За разлика от процеса на екструдиране, където решаващото влияние е налягането, в пултрусивната единица тази роля се играе от теглещ ефект.
Основни работни единици на пултрузионния завод: комплекс за снабдяване с влакна, полимерен резервоар, устройство за предварително формоване, термопластика, лента и машина за рязане
Технологичен процес:
- Влакнестите нишки от рулоните се подават в полимерна баня, където се импрегнират с термопластични смоли.
- Обработените влакна преминават през машината за предварително формоване - нишките са подравнени и поемат желаната форма.
- Невтвърден полимер навлиза в матрицата. Благодарение на няколко нагревателя се създава оптимален режим на полимеризация и се избира скоростта на издърпване.
Втвърденият продукт се издърпва чрез дърпаща машина и се нарязва на сегменти.
Отличителни черти на технологията на пултрузия:
- допустими полимери - епоксидни, полиестерни смоли, винили;
- скорост на изтегляне - използването на иновативни оптимизирани "pultruded" полимери ни позволява да ускорим тегленето до 4-6 m / min. (стандарт - 2-3 м / мин.);
- разгръщане на работната зона : минимум - 3.05 * 1 m (сила на теглене до 5.5 тона), максимум - 1.27 * 3.05 m (сила - 18 тона).
На изхода има тръба с идеално гладки външни и вътрешни стени, с високи нива и якостни характеристики.
Характеристики на фибростъкло, получени по метода на пултрузия: разрушаващо напрежение при огъване - 700-1240 MPa, топлопроводимост - 0.35 W / m2 ° C, степен на еластичност при напрежение - 21-41 GPa
Недостатъци на метода не са свързани с качеството на оригиналния продукт, а с самата технология. Аргументи "против": високата цена и продължителността на производствения процес, невъзможността да се произвеждат тръби с голям диаметър, предназначени за тежки товари.
Технология # 3 - Центробежно леене
Швейцарската компания Hobas разработи и патентова техника за центробежно образуване. В този случай производството се осъществява от външната стена на тръбата до вътрешната, когато се активира въртящата се форма. Тръбопроводът се състои от: сбруи от натрошено стъкло, пясъчни и полиестерни смоли.
Суровините се подават в въртяща се матрица - образува се структурата на външната повърхност на тръбопровода. Тъй като производството продължава, твърдите компоненти се смесват в течната смола, пълнителя и стъклените влакна - под действието на катализатора, полимеризацията протича по-бързо.
В резултат се образуват многопластови гладки стени. Благодарение на центробежната техника "пръскане", структурата на тръбата е монолитна, хомогенна без стратификация и газообразни частици.
Допълнителни предимства:
- висока точност на размерите на оригиналния продукт (вътрешната част на въртящата се форма съответства на външния диаметър на готовия продукт);
- способността за отливане на стени от всякаква дебелина;
- висока твърдост на пръстена на полимерния композит;
- получаване на гладка повърхност от външната и вътрешната тръбна арматура.
Липсата на центробежно производство на фибростъкло - енергийна интензивност и висока цена на крайния продукт.
Технология # 4 - Навиване
Най-популярната техника е непрекъснатото навиване. Тръбата се създава чрез редуване на редуването на дорника с полимери от стъклени влакна с процеси на охлаждане. Методът на производство има няколко подвида.
Технология на спиралния пръстен
Нагревателят на влакната е специален пръстен, по периферията на който са убити с нишки.
Работният елемент се движи непрекъснато по оста на движещата се рамка и разпределя влакната по спиралните линии.
При промяна на скоростта на въртене на джантата и придвижване на уреда, ъгълът на стъклените влакна се променя. В краищата на тръбата пръстенът работи в режим „на заден ход“ и поставя нишките с минимален наклон
Основните предимства на метода:
- еднаква здравина по цялата повърхност на магистралата;
- отлична поносимост на опънните натоварвания - пукнатини са изключени;
- създаване на продукти с променлив диаметър и напречно сечение на сложна конфигурация.
Тази техника позволява да се получат високоякостни тръби, проектирани за работа под високо налягане (помпено-компресорни инженерни мрежи).
Навиване на спирална лента
Техниката е подобна на предходната, като разликата е, че телбодът подхранва тесна лента от влакна. Плътно подсилващ слой се постига чрез увеличаване на броя на проходите.
По-евтино оборудване е включено в производството, отколкото с метода на спираловидния пръстен, но “лентата” има няколко тежки недостатъка:
- ограничено изпълнение;
- свободното полагане на влакна намалява якостта на тръбопровода.
Методът на спираловидната лента е от значение при производството на тръбни фитинги при ниско, умерено налягане.
Надлъжно-напречен метод
Провежда се непрекъсната намотка - нагревателят поставя надлъжните и напречните влакна едновременно. Обратното движение отсъства.
Под въртящия се дорник са движещи се рулони, захранващи надлъжни усилващи влакна. При производството на насипни тръби се изисква използването на голям брой макари.
Характеристики на метода:
- използва се предимно при създаване на тръби с напречно сечение до 75 mm;
- съществува възможност за опъване на аксиалните резби, поради което се постига якост, както при спиралния метод.
Технологията на надлъжната и напречна посока е изключително продуктивна. Машините ви позволяват да промените съотношението на аксиалната и пръстеновидната армировка в широк диапазон.
Наклонена напречна надлъжна технология
Развитието на инженерите в Харков е търсено сред местните производители. Когато наклонена навивка накладчик премахва "воал", състоящ се от сноп от свързващи нишки. Лентата се подава към рамката при лек ъгъл на припокриване с предишната армировка с кръгъл пръстен.
След завършване на обработката на целия дор, влакната се навиват с ролки - остатъците от свързващите полимери се отстраняват, подсилващото покритие се уплътнява.
Rolling ви позволява да постигнете минимално необходимото съдържание на пластмаса. Делът на стъклото в втвърдения композит е около 80% - оптимален резултат, осигуряващ висока якост и ниска запалимост
Характеризира се с наклонено накачване:
- стягане на стъклени влакна;
- неограничен диаметър на произведените тръби;
- Високите диелектрични свойства се дължат на липсата на твърдо армиране по оста.
Модулът на еластичност на "наклонените" фибростъкло е по-малък от този на други техники. Поради риска от поява на междинни пукнатини, методът не е приложим при създаването на тръбопроводи под високо налягане.
Опции за избор на GRP тръби
Изборът на стъклени композитни тръби се основава на следните критерии: твърдост и проектно налягане, тип свързващ компонент, конструктивни характеристики на стените и метод на свързване. Значимите параметри са посочени в придружаващите документи и съкратена маркировка на всяка тръба.
Устойчивост и номинално налягане
Твърдостта на фибростъкло определя способността на материала да издържа на външни натоварвания (гравитация на почвата, трафик) и натиск върху стените отвътре. Съгласно ISO стандартизацията, тръбните фитинги се класифицират в няколко класа на твърдост (SN).
Максимално допустимото работно налягане за всеки клас: SN 2500 - 0.4 MPa, SN 5000 - 1 MPa, SN 10000 - 2.5 MPa
Степента на твърдост се увеличава с увеличаване на дебелината на стъклото от стъклопласт.
Класификацията по номинално налягане (PN) отразява градацията на продуктите по отношение на безопасното налягане на течността при температура от + 20 ° C през целия експлоатационен живот (около 50 години). Единицата за PN е MPa.
Някои производители, като Hobas, посочват комбинираните характеристики на двата параметъра (налягане и коравина) чрез една фракция. Маркират се тръби с работно налягане от 0, 4 МРа (клас PN - 4) със степен на твърдост (SN) от 2500 Pa - 4/2500.
Вид свързващо вещество
Характеристиките на тръбата до голяма степен зависят от вида на свързващото вещество. В повечето случаи се използват полиестерни или епоксидни добавки.
Характеристики на PEF-свързващото вещество
Стените са оформени от термореактивни полиестерни смоли, подсилени с фибростъкло и пясъчни добавки.
Използваните полимери имат важни качества:
- ниска токсичност;
- втвърдяване при условия на стайна температура;
- надеждно свързване със стъклени влакна;
- химическа инертност.
Композитните тръби с PE-полимери не са подложени на корозия и корозивни среди.
Приложения: комунални услуги, водоприемник, тръбопроводи за пречистване на отпадъчни води, промишлени и битови отпадъчни води. Ограничения за работа: температура над +90 ° C, налягане над 32 атмосфери
Характеристики на епоксидна смола
Свързващото вещество дава на материала повишена здравина. Температурната граница на композитите с епоксиди до +130 ° С, максимално налягане - 240 атмосфери.
Допълнително предимство е практически нулевата топлопроводимост, поради което монтираните магистрали не изискват допълнителна топлоизолация.
Тръбите от този клас ще струват повече от PE-продуктите. По правило тръбопроводите от фибростъкло с епоксидно свързващо вещество се използват в петролната и газовата, нефтохимическата промишленост и в организацията на инфраструктурата на морските пристанища.
Структура на стена от композитна тръба
По дизайн, различи: едно-, дву- и трислойни фибростъкло тръби.
Характеристики на еднослойните продукти
Тръбите нямат защитно покритие, поради което се отличават с ниска цена. Характеристики на тръбните фитинги: невъзможността за използване в райони с труден терен и суров климат.
Също така, тези продукти изискват внимателно инсталиране - изкопаване на голям изкоп, организиране на пясък "възглавница". Но оценката на работата на инсталацията се увеличава.
Характеристики на двуслойни тръби
Продуктите са вътрешно облицовани с филмово покритие - полиетилен под високо налягане. Защитата увеличава химическата устойчивост и подобрява херметичността на линията при външни натоварвания.
Въпреки това, експлоатацията на клапаните в тръбопроводите в нефтената промишленост разкри слабости в двуслойните модификации:
- липса на сцепление между структурния слой и облицовката - нарушение на здравината на стените;
- влошаване на еластичността на защитния филм при отрицателни температури.
При транспортиране на среда, съдържаща газ, облицовката може да бъде обелена.
Целта на двуслойния тръбопровод е да транспортира дегазирани маси. Композитните тръби са подходящи за изпомпване на отпадъчни води, полагане на канализационни и водопроводими мрежи
Параметри на трислойна тръба
GRP тръбна конструкция:
- Външният полимерен слой (дебелина 1-3 mm) - увеличава механичната и химическа устойчивост.
- Структурен слой - структурен слой, отговорен за здравината на продукта.
- Лайнерът (дебелина 3-6 мм) - вътрешната обвивка от фибростъкло.
Вътрешният слой осигурява гладкост, стегнатост и изглажда цикличните колебания на вътрешното налягане.
Физико-механичните характеристики на трислойните GRP тръби позволяват използването им в различни индустрии за транспортиране на газосъдържащи и течни среди.
Метод на докинг на магистрала GRP
Съгласно метода на свързване, асортиментът от тръбни фитинги от композитни материали е разделен на 4 групи.
Група №1 - камбанен док
Еластичните гумени уплътнения са монтирани в реципрочните канали на крайните шипове на тръбите. Седалните пръстени са оформени на оборудване с електронно управление, осигуряващо точността на тяхното местоположение и размер.
В зависимост от местоположението на инженерната мрежа и вида транспортна среда се избира типът гумено уплътнение. Тръбните фитинги се допълват с необходимите пръстени.
Група №2 - звънец с уплътнение и запушалка
При подреждането на наземна линия е необходимо да се компенсира влиянието на аксиалните сили върху тръбопровода. За тази цел в допълнение към уплътнението се поставя запушалка. Елементът е изработен от метален кабел, поливинилхлорид или полиамид.
Стоперът се монтира в пръстеновидните канали през гнездото на върха на шипа. Ограничителят предотвратява аксиално движение на елементите на багажника
Номер на група 3 - фланец
Докиране на композитния тръбопровод с оформени фитинги или метални тръби. Свързващите размери на фланците от стъклопласт се регулират от ГОСТ 12815-80 .
За фиксиране на фланеца в основата на тръбата е предвидено специално стъпало с отвори за крепежни елементи. Ширината на свързващите страни зависи от параметрите на тръбопровода
Група номер 4 - фиксиране на лепило
Неразглобяем метод на свързване - върху краищата се прилага състав от армиращи стъклени материали с добавка на полиестерен компонент на „студено” втвърдяване. Способ обеспечивает прочность и герметичность магистрали.
Маркировка защитного внутреннего слоя
Методика производства трубной продукции позволяет выпускать изделия с разным составом внутреннего слоя, определяющим стойкость магистрали к транспортируемой среде.
Многообразие товаров подразделено на 4 группы. Стеклопластиковые трубы категории HP спокойно выдерживают регулярную перекачку жидкости до +90 °С, при этом придельное значение pH не должно превышать 14
Отечественные производители применяют следующую маркировку защитных покрытий.
Буквенное обозначение отображает допустимую сферу использования:
- А – транспортировка жидкости с абразивами;
- П – подача и отвод холодной воды, в том числе питьевой;
- 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:
- Металопластикови тръби: видове, технически характеристики, монтажни характеристики
- 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
- Стоманени тръби: видове, гама, преглед на техническите характеристики и нюанси на сглобяване
Заключения и полезно видео по темата
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.