Zahvaljujući kombinaciji pozitivnih svojstava stakla i polimera, cijevi od stakloplastike imaju gotovo neograničene mogućnosti primjene - od uređenja ventilacijskih kanala do polaganja petrokemijskih ruta.
U ovom članku razmatramo glavne karakteristike cijevi od stakloplastike, označavanje, polimerne kompozitne tehnike proizvodnje i sastave vezivnih komponenti koje određuju područje djelovanja kompozita.
Također smo dali važne kriterije odabira, vodeći računa o najboljim proizvođačima, jer važnu ulogu u kvaliteti proizvoda ima tehnička sposobnost i ugled proizvođača.
Opće značajke fiberglasa
Fiberglass je plastični materijal koji sadrži komponente staklenih vlakana i vezivno punilo (termoplastični i termoreaktivni polimeri). Uz relativno nisku gustoću stakloplastike proizvodi imaju dobra svojstva čvrstoće.
Posljednjih 30-40 godina fiberglas se masovno koristi za proizvodnju cjevovoda za razne namjene.
Polimerni kompozit je vrijedna alternativa staklu, keramici, metalu i betonu u proizvodnji konstrukcija za rad u ekstremnim uvjetima (petrokemija, zrakoplovstvo, proizvodnja plina, brodogradnja itd.)
Autoceste kombiniraju kvalitete stakla i polimera:
- Mala težina. Prosječna težina fiberglasa je 1, 1 g / cc. Za usporedbu, isti parametar za čelik i bakar znatno je veći - 7, 8 odnosno 8, 9. Zahvaljujući jednostavnosti, lakšim instalacijama i transportu materijala.
- Otpornost na koroziju. Komponente kompozita imaju nisku reaktivnost, stoga se ne podvrgavaju elektrokemijskoj koroziji i razgradnji bakterija. Ta kvaliteta je odlučujući argument u korist fiberglasa za podzemne inženjerske mreže.
- Visoka mehanička svojstva. Apsolutna vlačna čvrstoća kompozita slabija je od čvrstoće čelika, ali parametar specifične čvrstoće uvelike premašuje termoplastične polimere (PVC, HDPE).
- Otpornost na vremenske uvjete. Granični temperaturni raspon (-60 ° C .. + 80 ° C), obrada cijevi sa zaštitnim slojem gelcoata osigurava otpornost na UV zrake. Osim toga, materijal je otporan na vjetar (granica - 300 km / h). Neki proizvođači tvrde seizmičku otpornost cijevnih priključaka.
- Otpornost na vatru Negorivo staklo je glavna komponenta stakloplastike, stoga materijal nije lako zapaljiv. Kada se gori ne emitira otrovni plin dioksin.
Stakloplastika ima nisku toplinsku vodljivost, što objašnjava njegove toplinske izolacijske kvalitete.
Nedostaci kompozitnih cijevi: osjetljivost na abrazivno trošenje, stvaranje karcinogene prašine zbog mehaničke obrade i visoka cijena u usporedbi s plastikom
Kako se unutarnji zidovi obrušavaju, vlakna postaju goli i odlomljeni - čestice mogu ući u transportirani medij.
Tehnologija izrade cijevi od stakloplastike
Fizikalno-mehaničke karakteristike gotovog proizvoda ovise o tehnici proizvodnje. Kompozitni okovi proizvedeni su pomoću četiri različite metode: ekstruzija, pultruzija, centrifugalno lijevanje i namatanje.
Tehnologija # 1 - Ekstruzija
Ekstruzija je tehnološki proces koji se temelji na kontinuiranoj ekstruziji pastoznog ili visoko viskoznog materijala kroz alat za oblikovanje. Smola je pomiješana s drobljenim staklenim vlaknima i plastičnim učvršćivačem, a zatim je stavljena u ekstruder.
Gotovi proizvod nema čvrsti okvir za ojačanje, budući da se vezivo nasumce puni staklenim vlaknima. Nedostatak "armopoyas" utječe na smanjenje čvrstoće cijevi
Ekstruzijska linija visokih performansi omogućuje dobivanje kompozitnih proizvoda bez okvira po niskoj cijeni, ali je potražnja za njima ograničena zbog niskih mehaničkih svojstava. Osnova polimerne matrice je polipropilen i polietilen.
Tehnologija # 2 - Pultrusion
Pultrusion je tehnologija proizvodnje kompozitnih dugotrajnih elemenata malog promjera s konstantnim presjekom. Prolazeći kroz zagrijanu ploču (+140 ° C), dijelovi se izvlače iz materijala od fiberglasa impregniranog termoreaktivnom smolom.
Za razliku od procesa ekstruzije, gdje je odlučujući utjecaj tlak, u pultrusivnoj jedinici tu ulogu ima učinak vuče.
Glavne radne jedinice postrojenja za pultruziju: kompleks za opskrbu vlaknima, polimerni spremnik, uređaj za predoblikovanje, termo-kalup, vučna traka i stroj za rezanje
Tehnološki proces:
- Vlaknasti filamenti iz svitaka ulaze u polimersku kupelj, gdje su impregnirani termoplastičnim smolama.
- Obrađena vlakna prolaze kroz stroj za preoblikovanje - niti su poravnate i dobivaju željeni oblik.
- Neočvrsnuti polimer ulazi u matricu. Zbog nekoliko grijača stvara se optimalan način polimerizacije i odabire se brzina izvlačenja.
Stvrdnuti proizvod vuče stroj za izvlačenje i pilja u segmente.
Posebnosti pultrusion tehnologije:
- dopušteni polimeri - epoksi, poliesterske smole, vinili;
- brzina izvlačenja - korištenje inovativnih optimiziranih "pultruded" polimera omogućuje nam ubrzanje povlačenja na 4-6 m / min. (standardni - 2-3 m / min.);
- radna zona : minimalna - 3, 05 * 1 m (vučna sila do 5, 5 tona), maksimalna - 1, 27 * 3, 05 m (sila - 18 tona).
Na izlazu je cijev s idealno glatkim vanjskim i unutarnjim zidovima, na visokoj razini i karakteristikama čvrstoće.
Karakteristike stakloplastike dobivene metodom pultruzije: naprezanje pri savijanju - 700-1240 MPa, toplinska vodljivost - 0, 35 W / m2 ° C, stupanj elastičnosti u naponu - 21-41 GPa
Nedostaci metode nisu povezani s kvalitetom izvornog proizvoda, već sa samom tehnologijom. Argumenti "protiv": visoki troškovi i trajanje proizvodnog procesa, nemogućnost proizvodnje cijevi velikog promjera, dizajnirane za teška opterećenja.
Tehnologija # 3 - Centrifugalno lijevanje
Švicarska tvrtka Hobas razvila je i patentirala tehniku centrifugalnog oblikovanja. U tom slučaju, proizvodnja se provodi od vanjske stijenke cijevi do unutarnje kada se aktivira rotirajući oblik. Cjevovod se sastoji od: snopova od drobljenog stakla, pijeska i poliesterskih smola.
Sirovine se unose u rotirajuću matricu - formira se struktura vanjske površine cjevovoda. Kako se proizvodnja nastavlja, krute se komponente miješaju u tekuću smolu, punilo i staklena vlakna - pod djelovanjem katalizatora polimerizacija se odvija brže.
Kao rezultat, formiraju se višeslojni glatki zidovi. Zahvaljujući centrifugalnoj "sprej" tehnici, struktura cijevi je monolitna, homogena bez slojevitosti i plinovitih čestica.
Dodatne prednosti:
- visoka točnost dimenzija izvornog proizvoda (unutarnji dio rotirajućeg oblika odgovara vanjskom promjeru gotovog proizvoda);
- sposobnost lijevanja zida bilo koje debljine;
- visoka krutost prstena polimernog kompozita;
- dobivanje glatke površine s vanjske i unutarnje cijevne armature.
Nedostatak centrifugalne proizvodnje cijevi od stakloplastike - energetski intenzitet i visoka cijena finalnog proizvoda.
Tehnologija # 4 - navijanje
Najpopularnija tehnika je kontinuirano namotavanje. Cijev se stvara naizmjeničnom izmjenom osovine s polimerima od staklenih vlakana s procesima hlađenja. Metoda proizvodnje ima nekoliko podvrsta.
Tehnologija spiralnog prstena
Slagač vlakana je poseban prsten, oko kojeg je obod umro sa nitima.
Radni element se kontinuirano kreće duž osi pokretnog okvira i raspoređuje vlakna duž spiralnih linija.
Prilikom promjene brzine vrtnje oboda i pomicanja slagača, mijenja se kut staklenih vlakana. Na krajevima cijevi prsten radi u "obrnutom" načinu rada i polaže niti s minimalnim nagibom
Glavne prednosti metode:
- ravnomjerna čvrstoća na cijeloj površini autoceste;
- izvrsna podnošljivost vlačnih opterećenja - isključene su pukotine;
- stvaranje proizvoda promjenljivog promjera i presjeka složene konfiguracije.
Ova tehnika omogućuje dobivanje cijevi visoke čvrstoće, projektiranih za rad pod visokim tlakom (inženjerske mreže pumpi-kompresora).
Namotaj spiralne trake
Tehnika je slična prethodnoj, razlika je u tome što slagač hrani usku vrpcu vlakana. Gustim slojem ojačanja postiže se povećanjem broja prolaza.
Jeftinija oprema je uključena u proizvodnju nego s metodom spiralnog prstena, ali "trakasti" namot ima nekoliko teških nedostataka:
- ograničeni učinak;
- labavo polaganje vlakana smanjuje čvrstoću cjevovoda.
Metoda spiralne trake važna je u proizvodnji cijevnih priključaka pod niskim, umjerenim tlakom.
Uzdužno-poprečna metoda
Provodi se kontinuirani namot - slagač postavlja uzdužna i poprečna vlakna istovremeno. Obrnuto kretanje je odsutno.
Ispod rotirajućeg trna se nalaze pokretne zavojnice, koje napajaju uzdužna vlakna za pojačanje. U proizvodnji rasutih cijevi potrebna je uporaba velikog broja valjaka.
Značajke metode:
- koristi se uglavnom pri izradi cijevi poprečnog presjeka do 75 mm;
- postoji mogućnost zatezanja aksijalnih navoja, zbog čega se postiže čvrstoća, kao u spiralnoj metodi.
Tehnologija uzdužno-poprečna je vrlo produktivna. Strojevi omogućuju promjenu omjera aksijalne i prstenaste armature u širokom rasponu.
Klizna poprečna uzdužna tehnologija
Razvoj Kharkov inženjera je u potražnji među domaćim proizvođačima. Kada kosi navijanje slagač uklanja "veo", koji se sastoji od snopa veznih niti. Traka se stavlja u okvir pod malim kutnim preklapanjem s prethodnim ojačanjem kružnog prstena.
Po završetku obrade cijelog trna, vlakna se valjaju s valjcima - uklanjaju se ostaci polimera veziva, ojačani sloj se zbija.
Rolling vam omogućuje postizanje minimalnog potrebnog sadržaja plastike. Udio stakla u stvrdnutom kompozitu je oko 80% - optimalan rezultat, osiguravajući visoku čvrstoću i nisku zapaljivost
Značajke: koso izrezivanje:
- nepropusnost staklenih vlakana;
- neograničeni promjer proizvedenih cijevi;
- visoka dielektrična svojstva zbog nedostatka čvrstog pojačanja uzduž osi.
Modul elastičnosti "kosog" fiberglasa manji je od modula drugih tehnika. Zbog rizika od pojave pukotina u međuslojevima, metoda nije izvediva pri izradi cjevovoda pod visokim tlakom.
Opcije odabira GRP cijevi
Izbor staklenih kompozitnih cijevi temelji se na sljedećim kriterijima: krutost i konstrukcijski tlak, vrsta vezivne komponente, konstrukcijske značajke zidova i način spajanja. Značajni parametri navedeni su u pratećim dokumentima i skraćenom oznakom na svakoj epruveti.
Krutost i nazivni tlak
Krutost stakloplastike određuje sposobnost materijala da izdrži vanjska opterećenja (gravitacija tla, promet) i pritisak na zidove iznutra. Prema ISO normi, cijevni spojevi se klasificiraju u nekoliko klasa krutosti (SN).
Maksimalna dopuštena razina radnog tlaka za svaku klasu: SN 2500 - 0, 4 MPa, SN 5000 - 1 MPa, SN 10000 - 2, 5 MPa
Stupanj krutosti povećava se s povećanjem debljine stjenke od stakloplastike.
Razvrstavanje prema nazivnom tlaku (PN) odražava gradaciju proizvoda s obzirom na siguran tlak tekućine na temperaturi od +20 ° C tijekom cijelog životnog vijeka (oko 50 godina). Jedinica za PN je MPa.
Neki proizvođači, kao što je Hobas, ukazuju na kombinirane karakteristike dvaju parametara (tlak i krutost) kroz frakciju. Cijevi s radnim tlakom od 0, 4 MPa (klasa PN - 4) sa stupnjem krutosti (SN) od 2500 Pa bit će označene - 4/2500.
Vrsta veziva
Svojstva izvedbe cijevi uvelike ovise o vrsti veziva. U većini slučajeva koriste se aditivi od poliestera ili epoksida.
Značajke PEF-veziva
Zidovi su izrađeni od termoreaktivnih poliesterskih smola ojačanih staklenim vlaknima i pješčanim aditivima.
Polimeri koji se koriste imaju važne osobine:
- niska toksičnost;
- sušenje u uvjetima uvjeta sobne temperature;
- pouzdano povezivanje sa staklenim vlaknima;
- kemijska inertnost.
Kompozitne cijevi s PE-polimerima nisu izložene koroziji i korozivnim medijima.
Primjena: vodovod, kanalizacija, industrijska i kućna kanalizacija. Radna ograničenja: temperatura preko +90 ° C, tlak preko 32 atmosfere
Značajke epoksidne smole
Vezivo daje materijalu povećanu čvrstoću. Temperaturna granica kompozita s epoksidima do +130 ° C, maksimalni tlak - 240 atmosfera.
Dodatna prednost je praktički nulta toplinska provodljivost, stoga montirane autoceste ne zahtijevaju dodatnu toplinsku izolaciju.
Cijevi ove klase koštat će više od PE-proizvoda. U pravilu se cjevovodi od stakloplastike s epoksidnim vezivom koriste u naftnoj i plinskoj industriji, petrokemijskoj industriji te u organizaciji infrastrukture morskih luka.
Kompozitna struktura zidnih cijevi
Po dizajnu, razlikovati: jedno-, dva i tri sloja stakloplastike cijevi.
Značajke jednoslojnih proizvoda
Cijevi nemaju zaštitnu oblogu, zbog čega se razlikuju po niskoj cijeni. Značajke cijevnih priključaka: nemogućnost korištenja u područjima s teškim terenom i oštrom klimom.
Također, ovi proizvodi zahtijevaju pažljivu instalaciju - kopanje velikog rova, uređenje pješčanog "jastuka". No, procjena instalacije radi zbog toga se povećava.
Značajke dvoslojnih cijevi
Proizvodi su unutarnje obloženi filmom - visokotlačnim polietilenom. Zaštita povećava kemijsku otpornost i poboljšava nepropusnost vodova pod vanjskim opterećenjima.
Međutim, rad ventila u naftovodima naftne industrije otkrio je slabosti u dvoslojnim modifikacijama:
- nedostatak adhezije između strukturnog sloja i obloge - kršenje čvrstoće zidova;
- pogoršanje elastičnosti zaštitnog filma na temperaturama ispod nule.
Kada se transportira medij koji sadrži plin, obloga se može odvojiti.
Svrha dvoslojnog cjevovoda je transport degaziranih masa. Kompozitne cijevi su pogodne za crpljenje otpadnih voda, postavljanje kanalizacije i vodovoda
Parametri troslojne cijevi
GRP cijevna struktura:
- Vanjski polimerni sloj (debljine 1-3 mm) - povećava mehaničku i kemijsku otpornost.
- Strukturni sloj - strukturni sloj, odgovoran za čvrstoću proizvoda.
- Uložak (debljine 3-6 mm) - unutarnja ljuska od stakloplastike.
Unutarnji sloj osigurava glatkoću, nepropusnost i zaglađuje cikličke fluktuacije unutarnjeg tlaka.
Fizikalno-mehaničke karakteristike troslojnih GRP cijevi omogućavaju njihovo korištenje u različitim industrijama za transport plinovitih i tekućih medija.
Metoda pristajanja GRP autoceste
Prema načinu spajanja, asortiman cijevnih priključaka od kompozita podijeljen je u 4 skupine.
Skupina br. 1 - pristajanje s zvonom
Elastične gumene brtve montirane su u međusobnim utorima na krajnjim šiljcima cijevi. Na opremi s elektroničkom kontrolom formiraju se sjedeći prstenovi koji osiguravaju točnost njihovog položaja i veličine.
Ovisno o lokaciji inženjerske mreže i vrsti transportnog medija, odabire se vrsta gumene brtve. Cijevni priključci su opremljeni potrebnim prstenovima.
Skupina №2 - zvonolik s brtvom i čepom
Prilikom uređenja zemaljske linije potrebno je nadoknaditi učinak aksijalnih sila na cjevovod. U tu svrhu pored brtve se stavlja i čep. Element je izrađen od metalnog kabela, polivinil klorida ili poliamida.
Čep je postavljen u prstenastim žljebovima kroz utičnicu na vrhu šiljaka. Limiter sprječava aksijalno pomicanje elemenata prtljažnika
Broj skupine 3 - prirubnički priključak
Spajanje kompozitnog cjevovoda s oblikovanim armaturama ili metalnim cijevima. Priključne dimenzije prirubnica od stakloplastike regulirane su prema GOST 12815-80 .
Za pričvršćivanje prirubnice na dnu cijevi predviđena je posebna “noga” s rupama za pričvršćivanje. Širina spojnih strana ovisi o parametrima cjevovoda
Grupa broj 4 - fiksiranje ljepila
Nespojivi način spajanja - na krajeve se nanosi sastav armirajućih staklenih materijala s dodatkom poliesterske komponente "hladnog" stvrdnjavanja. Metoda osigurava čvrstoću i nepropusnost linije.
Označavanje zaštitnog unutarnjeg sloja
Metoda proizvodnje cjevastih proizvoda omogućuje izradu proizvoda s različitim sastavom unutarnjeg sloja, koji određuje otpornost linije na transportirani medij.
Raznolikost robe podijeljena je u 4 skupine. Cijevi od staklenih vlakana kategorije HP tiho podnose redovito pumpanje tekućine na +90 ° C, dok konačna pH vrijednost ne smije prelaziti 14
Domaći proizvođači koriste sljedeće oznake zaštitnih premaza.
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:
- Metalno-plastične cijevi: vrste, tehničke karakteristike, značajke ugradnje
- 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
- Čelične cijevi: vrste, raspon, pregled tehničkih karakteristika i nijansi montaže
Zaključci i koristan video na temu
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.