Стены
Стекловолокно представляет собой волокна или нити, изготовленные из стекла или его производных, но благодаря сложному процессу производства приобретшее в конечном итоге уникальные свойства, нехарактерные для обычного стекла. Оно не разбивается при ударе, а легко гнется, при этом не деформируясь и не повреждаясь. Из материалов, производимых на его основе, изготавливаются различные изделия, успешно заменяющие традиционные привычные материалы, а сферой применения становятся области строительства, автомобилестроение, дорожные работы в другие направления. В статье речь пойдет о разновидностях стекловолокна.
Содержание:
Производство искусственного волокна и применение материалов на его основе представляет большой интерес как прогрессивное направление бизнеса. Оно занимает сегодня огромную часть отрасли стекольной промышленности с приличными капиталовложениями. Это говорит о том, что стекловолокно востребованный продукт среди ассортимента производимых товаров в современном мире.
Синтетическое стекловолокно может выпускаться из различного типа сырья, среди которых стекло, шлак, различные горные породы и минералы. Стекловолокно может быть произведено методом непрерывных нитей, или другим способом — в виде штапельного волокна.
Стекловолокно характеристики
Стекловолокно популярно и востребовано как материал благодаря своим замечательным свойствам, которые в значительной мере отличаются от исходного материала. Особое внимание стоит остановить на следующих характеристиках:
Свойства, которыми будет обладать готовое изделие, в конечном итоге зависят от способа изготовления продукта, химического состава сырья, воздействия факторов окружающей среды и толщины стекловолокна.
Материалы на основе стекловолокна
Само стекловолокно является лишь сырьем для производства различных продуктов — стеклонитей, ровингов и рубленого волокна, из которых впоследствии изготавливаются разные материалы строительного, электроизоляционного, производственного и конструкционного назначения.
Из непрерывных стекловолокнистых нитей получают:
Из штапельных стекловолокнистых нитей и рубленых волокон можно купить стекловолокно следующего назначения:
Каждый из этих материалов имеет свои присущие только ему особенности и индивидуальные характеристики, что предоставляет неограниченные возможности для широчайшего использования их во всех областях человеческой жизни.
Стекловолокно применение
Сегодня без изделий из стекловолокна не обходятся строительные, ремонтные и отделочные работы. Этот материал применяется также и при проведении дорожных работ. Широкое использование он получил в авто- и судостроении, в сфере производства товаров бытового, спортивного и медицинского назначения. А из-за превосходных диэлектрических свойств давно применяется в энергетической отрасли в качестве изоляционных материалов.
Применение стекловолокна в строительстве
Очень много продуктов из стекловолокна используется в строительстве. Одним из них является стеклопластиковая арматура, которая разрабатывалась как замена для стальной. Дело в том, что долгое время сталь являлась практически единственным материалом, у которого имелись необходимые для армирующего элемента свойства — исключительная прочность и долговечность. Альтернативы не было, а значит, приходилось мириться и с недостатками стали. Когда развитие технологий сделало возможным получение материалов с ранее недоступными свойствами, изменились и стандарты производства стройматериалов, в том числе и армирующих. На смену стальной пришла композитная стеклопластиковая арматура.
Применение стекловолокна в дорожном и промышленном строительстве
Применение стекловолокна в авто- и судостроение
Лодка из стекловолокна видео
Другие способы применения стекловолокна
В зависимости от толщины стекловолокна из него производят различные товары народного потребления и другие изделия:
Это далеко не полный список перечислений всех мест, где может быть использованы изделия из стекловолокна. С каждым днем область их применения все больше расширяется, охватывая все новые и новые сферы нашей деятельности.
Широкое распространение и применение стекловолокна и изделий на его основе стало возможным благодаря достижениям современного производства, высоким технологиям в области химпромышленности, в частности полимеров и композитных материалов, и высоким требованиям к качеству конечного продукта. Стекловолокно — уникальный продукт, который как нельзя лучше отвечает реалиям времени и требуемым характеристикам и свойствам, присущим современным материалам. Поэтому такое его разностороннее применение совсем неудивительно.
Все о стеклопластике – изделия, виды, технические характеристики
Стеклопластики относятся к категории композиционных материалов универсального применения.
Обладая прочностью конструкционной стали и теплопроводностью натурального дерева, стеклопластик очень востребован при строительстве самолетов, яхт и катамаранов, изготовлении деталей для автомобилей (кузова, бамперы и т.п.).
Наполнительным компонентом в составе стеклопластиковых материалов (далее по тексту – СПМ) служат стеклянные волокна, для изготовления которых чаще всего используются вторичные ресурсы (бытовой стеклобой).
Химическая инертность стекловолокна, формирующего структуру СПМ, наделила стеклопластиковые изделия биологической и антикоррозионной стойкостью, присущей многим термореактивным пластмассам.
При этом СПМ лишены главного недостатка, свойственного термопластичным полимерам (ПВХ, полиэтилен, полистирол) — плавления при температурах, превышающих 150-200°С.
Виды стекловолокнистых наполнителей
Термин «стеклопластики» образован от англ. «FiberGlass» — дословно «стекловолокно».
Однако обиходная речь трансформировала этот термин в качестве названия стеклонаполненных пластиков, в которых наполнителями служат различные стекловолокнистые материалы.
По аналогии с железобетоном, стекловолокна выполняют функции арматуры, обеспечивающей жесткость структуры и прочность СПМ, а синтетические смолы связывают нити наполнителя в единую матрицу, создавая монолитную структуру.
Сырьем для производства стекловолокон служит стеклянный лом (стеклобой), источниками для которого являются:
Отходы стекла поддаются 100%-ной вторичной переработке, что доказывает приоритетность переработки стеклобоя для экономии первичного сырья и поддержания экологической чистоты окружающей среды.
Битое стекло не попадает в почву, не загрязняет полигоны.
Одна тонна битого стеклосырья экономит более тонны первичного исходного природного материала, используемого промышленностью в производстве стеклоизделий.
Первичное стекловолокно формуют в виде непрерывной стеклонити, вытягивая из расплавленного вторичного стеклосырья элементарные волокна, называемые филаментами.
После дальнейшей переработки из филаментов образуют полуфабрикаты:
В таком виде стекловолокно как наполнитель практически не применяют.
Полученные полуфабрикаты подвергают текстильной переработке для создания продукции, которая будет уже непосредственно применяться в качестве наполнителя при формовании стеклопластиковых изделий.
Основными видами стекловолокнистого наполнителя являются:
Связующие смолы для СПМ
Для объединения армирующих стеклонитей в монолитную матрицу используютсясвязующие составы на основе синтетических веществ. По своей сути стеклопластик представляет армированную и полимеризованную смолу.
Связующие составы не способны проникать в структуру стеклонаполнителя, их функция – равномерное обволакивание внешней поверхности каждого волокна и качественное склеивание волокон в процессе застывания смолы.
Соответственно, основными требованиями к связующим смолам являются:
Наиболее распространенными видами синтетических смол с высокой адгезией к стекловолокну, используемых в производстве стеклопластиковых изделий, являются:
Широко распространены стеклопластики на основе эпоксидных и полиэфирных связующих, называемые соответственно эпоксидными и полиэфирными стеклопластиками.
Полиэфирные стеклопластики надежно работают в диапазоне температур 130-150°С, эпоксидные СПМ – до 200°С.
Стеклопластики на основе кремний-органических связующих могут долгое время работать при температурах до 350-370°С и выдерживать кратковременные нагревания до 540°С.
Технические качества и физико-механические характеристики
Стеклопластики выгодно отличаются от других конструкционных материалов, сочетая высокие прочностные показатели с малым удельным весом, за что их нередко называют «легкими металлами».
Благодаря варьированию пространственной ориентации армирующих стекловолокон и состава связующих смол, удается регулировать в нужном направлении технические характеристики и физико-механические свойства стеклопластиков.
В таблице приведены усредненные прочностные показатели для СПМ на различных связующих смолах.
| Наименование показателя | Единица измерения | Значение показателя для стеклопластиков на основе различных смол | ||
| Полиэфирная | Эпоксидная | Фенолформальдегидная | ||
| Плотность | г/см³ | 1,4-1,75 | 1,6-1,9 | 1,5-1,8 |
| Плотность при растяжении | МПа | 140-450 | 400-600 | 300-500 |
| Прочность при статическом изгибе | МПа | 150-500 | 400-800 | 200-600 |
| Прочность при сжатии | МПа | 150-300 | 200-400 | 100-300 |
| Модуль упругости при растяжении | ГПа | 11-25 | 22-32 | 18-25 |
Для сопоставления физико-механических характеристик стеклопластика с аналогичными показателями других материалов в таблице ниже приведены сравнительные данные для СПМ, ПВХ, стали и алюминия.
| Физико-механические характеристики | Стеклопластик | ПВХ | Сталь | Алюминий |
| Плотность, кг/м³ | 1600-2000 | 1400 | 7800 | 2700 |
| Разрушающее напряжение при сжатии (растяжении), МПА | 410 | 41-48 | 410-480 | 80-430 |
| Разрушающее напряжение при изгибе, МПа | 690-1240 | 80-110 | 400 | 275 |
| Модуль упругости при растяжении, ГПа | 21-41 | 2,8 | 210 | 70 |
| Модуль упругости при изгибе, ГПа | 27-41 | 2,8 | 210 | 70 |
| Коэффициент линейного расширения, *10-6м/град | 5-14 | 57-75 | 11-14 | 140-190 |
| Коэффициент теплопроводности, ВТ/мК | 0,3-0,5 | 0,15-0,16 | 46 | 140-190 |
Достоинства и недостатки
К основным достоинствам СПМ относят следующие факторы:
Из «минусов» СПМ отмечают следующие:
Области применения
Стеклопластики обладают достаточно стабильными механическими, теплофизическими и электрическими характеристиками, не зависящими от погодных условий и резких температурных перепадов.
Стеклопластик устойчив к воздействию ударных и вибрационных нагрузок.
При использовании СПМ в машиностроении удается не только снизить весовые характеристики машин, механизмов и приборов, но и обеспечить существенный рост мощности двигателей транспортных установок.
Поначалу СПМ применялись для изделий военной тематики (радиопрозрачные обтекатели ракет, внутренняя обшивка самолетов, приборные панели и т.п.).
Постепенно СПМ «перекочевали» в автомобиле- и судостроение, химическую промышленность, строительство, ветроэнергетику, широко используются для изготовления атрибутов индустрии развлечений.
Наиболее успешно стеклопластиковые изделия и конструкции используют следующие отрасли:
В этих направлениях стеклопластик востребован больше, чем в промышленных отраслях:
Жидкий стеклопластик популярен среди умельцев при ремонте и укреплении строительных конструкций (трубы, кровля, теплоизоляция и т.п.), поскольку хорошо соединяется с пористыми материалами типа бетона, кирпича или дерева.
Многие мастера используют твердеющую стеклопластиковую матрицу для усовершенствования ручного инструмента, ремонта или изготовления деталей инвентаря.
Коммунальное хозяйство, переживающее сейчас глубокую техническую реформацию, широко использует следующую стеклопластиковую продукцию:
В авиации стеклопластик используется для изготовления:
В автомобилестроении производят:
В этих областях применения выбор СПМ обусловлен высокими диэлектрическими свойствами стеклопластиков.
Из СПМ производят не только элементы электроаппаратуры, но вспомогательное оборудование и оснастку, например, диэлектрические приставные лестницы, необходимые для работ в зоне высокого напряжения.
В производстве серийного электроинструмента стеклопластик востребован для изготовления большинства вращающихся деталей редукторов и электродвигателей.
В строительстве, где активно используется СПМ, можно выделить следующие виды изделий:
Ее также начали применять художники-оформители при создании бетонных скульптур и садовых фигур для ландшафтного дизайна.
В частном домостроении особой популярностью пользуются садовые беседки с кровлей двух типов:
Самодельный стеклопластик не отличается по качеству от изделий, выполненных в заводских условиях. Детали хорошо обрабатываются и обеспечивают жесткость конструкций.
При использовании стеклопластика для внутренней герметизации емкостей, бензобаков или бассейнов гарантировано отсутствие протечек.
Классификация по виду исполнения
Отличительной особенностью изготовления изделий из СПМ является одновременное формирование полимерной матрицы и формование самой детали или конструкции из этого стеклопластика.
Это определяет технические характеристики получаемого композита.
Стеклопластиковый материал получается в процессе изготовления изделия путем укладки стеклонаполнителя на поверхность шаблона или вовнутрь формы и его пропитки связующей смолой.
Унифицированным алгоритмом изготовления практически всех изделий из СПМ является технология импрегнирования (от англ. «to impregnate» – пропитывать, насыщать), применяемая во многих отраслях, занятых производством конструкционных материалов.
Применительно к производству стеклопластика импрегнирование представляет собой следующие операции:
В зависимости от вида армирующего стекломатериала и методики нанесения смолы для пропитки шаблона, производятся различные изделия и конструкции, которые можно классифицировать по виду исполнения и объединить в группы с соответствующими признаками:
Изделия, полученные контактным формованием
В этой группе присутствуют изделия, полученные контактным формованием с использованием ручного формования, вакуумной инфузии и напыления.
Для этих технологий характерны следующие факторы:
Технологии контактного формования СПМ являются малопроизводительными, но они необходимы для постройки габаритных изделий, сложных трехмерных моделей или эксклюзивных конструкций.
В группу изделий, получаемых контактным формованием, входят корпуса лодок и катеров, кабины, крылья и внутреннее оснащение автомобилей, малые архитектурные формы и инвентарь для аттракционов.
На их стоимость существенно влияет цена шаблона-матрицы, на которую будет укладываться стекловолокно.
Простейшие матрицы из стеклопластика для ручной формовки оцениваются в пределах 30-50 у.е., цена сложных шаблонов-матриц для вакуумной инфузии превышает 1000 у.е. Для крупногабаритных изделий стоимость изготовления из стеклопластика составляет 300-2000 руб./кв. м.
Укажем ориентировочные цены на основные компоненты стеклопластика, используемые при ручном формовании:
Производство по технологии намотки
Технология намотки используется для крупносерийного производства изделий, имеющих форму тел вращения.
Практически вся номенклатура представлена следующими группами изделий:
В зависимости от типоразмеров (диаметр трубы, толщина стенки) стоимость труб из СПМ составляет от 4350 руб./п.м. для труб диаметром 500 мм до 47900 руб./п.м. для изделий диаметром 2000 мм.
На фото ниже показан процесс изготовления трубы способом намотки.
Рулонные
Рулонные стеклопластики представляют собой достаточно гибкий по характеристике листовой материал, производимый на основе стекловолокнистого наполнителя и разнообразных связующих составов.
Для покровного слоя теплоизоляции емкостей и трубопроводных коммуникаций применяется стеклопластик марки РСТ (Р — рулонный, С – стеклопластик, Т – теплоизоляционного назначения).
Масса 1 кв. метра РСТ составляет от 100 до 850 г/кв.м.
Наиболее широко на рынке строительных материалов представлены следующие марки рулонных стеклопластиков:
Листовые
Стеклопластики в форме листов производятся на конвейерных линиях с использованием рубленого стекложгута или стеклоткани и связующих составов на основе эпоксидных, полиэфирных или фенол-формальдегидных смол.
Наиболее востребован листовой стеклопластик в следующих отраслях:
Из облицовочных и кровельных материалов популярны:
Стоимость бесцветного профильного листа «Фибролайт» размером 140х1165х1,2 мм составляет 1410 руб., такого же профиля, но размером 3500х1080х1,2 мм – 3630 руб.
Стеклопластиковые профили
Профильные стеклопластиковые изделия представляют собой стержневые детали заданного профиля, изготовленные методом непрерывной протяжки ровинга, пропитанного эпоксидными или полиэфирными связующими смолами.
Профили из стеклопластика удобно использовать как конструктивные элементы взамен листовых заготовок для изготовления каких-либо деталей.
Это существенно снижает затраты на механическую обработку материала.
Промышленностью выпускаются следующие разновидности стеклопластиковых профилей:
Стоимость профилей зависит от сложности формы и предназначения профиля. Наиболее простые прутки могут оцениваться в пределах 6,5 руб/пог.м, а стеклопластиковые профили для окон будут продавать не дешевле 60-120 руб/пог.м.
Видео по теме
Смотрите в данном видео краткий обзор технологии изготовления емкостей из стеклопластика:
Заключение
Многообразие стеклопластиковых изделий подчеркивает актуальность инновационных решений, направленных на отработку технологий вторичной переработки отходов стекла.
Прочитав статью, вы узнали о свойствах и технических характеристиках стеклопластика, областях его применения. Мы также рассказали о том, сколько стоит листовой и рулонный материал, о его цене за 1 кв. м.