Каким свойством обладает стеклопластик
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 7 октября 2019;
проверки требуют 17 правок.
Стеклопла́стик — вид композиционных материалов — пластические материалы, состоящие из стекловолокнистого наполнителя (стеклянное волокно, волокно из кварца и др.) и связующего вещества (термореактивные и термопластичные полимеры).
Основные сведения[править | править код]
Стеклопластик — материал с малым удельным весом и заданными свойствами, имеющий широкий спектр применения. Стеклопластики обладают очень низкой теплопроводностью (примерно, как у дерева), прочностью как у стали, биологической
стойкостью, и атмосферостойкостью. Подвержен влагонасыщению и водонасыщению, истираемости.
Стеклопластики уступают стали по абсолютным значениям предела прочности, но в 3,5 раза легче её и превосходят сталь по удельной прочности. При изготовлении равнопрочных конструкций из стали и стеклопластика стеклопластиковая конструкция будет в несколько раз легче. Коэффициент линейного расширения стеклокомпозита близок к стеклу (составляет 11-13‧10⁻⁶ 1/°С), что делает его наиболее подходящим материалом для светопроницаемых конструкций. Плотность стеклопластика, полученного путём прессования или намотки, составляет 1,8-2,0 г/см³.
До недавнего времени стеклопластики использовались преимущественно в самолётостроении, кораблестроении и космической технике. Широкое применение стеклопластиков сдерживалось, в основном, из-за отсутствия промышленной технологии, которая позволила бы наладить массовый выпуск профилей сложной конфигурации с требуемой точностью размеров. Эта задача успешно решена с созданием пултрузионной технологии. Существуют достаточно много методов, позволяющих массово производить стеклопластиковые изделия различной конфигурации, необязательно профили — например, RTM, вакуумная формовка. [источник не указан 3962 дня]
Стеклопластики являются одним из самых доступных и недорогих композиционных материалов. Основные затраты при производстве изделий из стеклопластика приходятся на технологическое оборудование и рабочую силу, затраты на которую велики за счет трудоёмкости и больших временных затрат на производство. Соответственно, на данный момент изделия из стеклопластика проигрывают по цене изделиям из металла из-за трудоёмкого и длительного процесса выклейки стеклопластиковых деталей, что вызывает большие затруднения при массовом производстве. Наиболее выгодно использование стеклопластика при мелкосерийном производстве. Крупносерийное производство становится более выгодным при использовании вакуумного формования. Также выгодным может быть и контактное формование, в случае если цена рабочей силы невелика.
Стеклопластик красится, декорируется, покрывается плёнками ПВХ и натурального шпона, прекрасно поддаётся всем видам механической обработки (сверлится, пилится и т. п. — однако при этом образуется крайне канцерогенная пыль, легко въедающаяся в кожу, что требует тщательной защиты задействованного персонала). Стеклопластик имеет удовлетворительную атмосферостойкость при условии наличия защитного покрытия, однако плохо переносит абразивный износ (например, от летящего с дороги песка), достаточно хрупок и с годами может деформироваться.
[источник не указан 3962 дня]
Применение[править | править код]
Макетная плата на стеклотекстолите.
Из стеклопластиков производят следующие изделия: дверные, оконные и другие профили, бассейны, купели, водные аттракционы, водные велосипеды, лодки, рыболовные удилища, таксофонные кабины, кузовные панели и обвесы для грузовых и легковых автомобилей, корпуса планеров и легкомоторных самолётов, диэлектрические лестницы и штанги для работ в опасной близости от конструкций под напряжением.
Очень удобно, что стеклопластик можно производить любой формы, цвета и толщины.
Стеклопластик — один из наиболее широко применяемых видов композиционных материалов. Из стеклопластиков в частности изготавливают трубы, выдерживающие большое гидравлическое давление и не подвергающиеся коррозии, корпуса ракетных двигателей твёрдого топлива (РДТТ), радиопрозрачные купола и обтекатели различных антенн, лодки, корпуса маломерных судов и многое другое. В США начало широкого применения конструкционных стеклопластиков было инициировано осуществлением программы «Поларис» во второй половине 1950-х годов — программы создания первой твердотопливной ракеты ВМФ США для подводного старта.
Трубы и трубчатые конструкции получают намоткой пропитанного связующим (смола + отвердитель + модифицирующие добавки) стекловолокна, на вращающуюся оправку (чаще всего стальную) с последующим отверждением и распрессовкой (снятием намотанной трубы со стальной оправки). Если диаметр трубы большой, то технически и экономически целесообразно использовать стеклопластиковую оправку.
Стойкость к действию химикатов и эксплуатационные показатели стеклопластика продемонстрированы за прошедшие 60 лет успешным использованием разнообразных изделий из композитов в сотнях различных химических сред. Практический опыт был дополнен систематической оценкой соединений, подвергнутых воздействию большого количества химических сред в лабораторных условиях.
Стеклопластиковые корпуса моделей судов, самолётов, машин и т. п. можно вручную изготавливать из эпоксидного клея и стеклоткани в условиях кружка или детской мастерской, что довольно часто практикуется в домах детского творчества.
Листовой стеклопластик заводского изготовления известен как стеклотекстолит, он широко используется в электротехнике в качестве основы для печатных плат.
Стеклопластики особых сортов используются в составе композитной брони танков и прочей военной техники.
Жилищное строительство[править | править код]
Стеклопластик также используется на рынке жилищного строительства для производства кровельных ламинатов, дверей, раздвижных конструкций, навесов, окон, дымоходов[источник не указан 2224 дня], порогов. Использование стекловолокна для этих приложений обеспечивает гораздо более быстрый монтаж в связи с уменьшением веса, скорости обработки и жёсткости конструкций. Использование специальных смол делает конструкции из стеклопластика экологичными и негорючими. С появлением высокотехнологичных производственных процессов увеличился объём стекловолоконных панелей, которые могут быть использованы в конструкции стен домов. Эти панели могут быть сделаны с соответствующей изоляцией, которая снижает потери тепла. Также для бетона используется стеклопластиковая арматура.
Изделия[править | править код]
Изделия из химически стойкого стеклопластика[править | править код]
- напорные и безнапорные трубопроводы для транспортировки агрессивных жидкостей и сред;
- ёмкости — как горизонтальные, так и вертикальные — для хранения и транспортировки агрессивных жидкостей;
- желоба для подачи электролита;
- секции охлаждающих градирен, напорные коллекторы;
- газоотводящие стволы дымовых труб;
- скрубберы, абсорберы, циклоны, аппараты Вентури;
- колонные аппараты, регенерационные колонны, корпуса электрофильтров;
- травильные, гальванические и электролизные ванны;
- вентиляционные системы для удаления паров вредных веществ от технологического оборудования;
- корпуса различного оборудования.
Изделия из рулонного стеклопластика марки РСТ[править | править код]
Рулонные стеклопластики марки РСТ, представляющие собой гибкий листовой материал, изготавливаемый из стекловолокнистых нетканных материалов и тканей с массой на единицу площади от 100 до 850 г/м2 и полимерного связующего с добавками, и предназначенный для применения в качестве покровного слоя теплоизоляции трубопроводов, находящихся внутри и вне помещений при температуре окружающей среды от минус 40º до плюс 60º С.
Покровный слой из рулонного стеклопластика марки РСТ в последнее время нашел широкое распространение. Рулонный стеклопластик укладывают по выравнивающему слою из жестких рулонных материалов. Для выравнивающего слоя применяют рубероид или пергамин (при укладке в помещении). Если к покровному слою предъявляют требования пожаробезопасности, в качестве выравнивающего слоя рекомендуется применять асбестовый или базальтовый картон, который укладывают по изоляции насухо с нахлесткой 50 мм. Крепят выравнивающий слой скобами из проволоки диаметром 2 мм, располагая их через 200 мм, кольцами из проволоки или прорезиненной лентой.
Рулонный стеклопластик укладывают спирально (на трубопроводах диаметром изоляции до 200 мм) или отдельными полотнищами (на трубопроводах с диаметром изоляции более 200 мм) с нахлесткой не менее 50 мм по продольным и поперечным швам. Швы проклеивают лаком марки ХВ — 784 или аналогичным материалом. При прокладке трубопроводов на открытом воздухе и в прохладных каналах стеклопластик дополнительно закрепляют бандажами из упаковочной ленты сечением 0,7х20 мм через 350 – 500 мм, причем бандажи устанавливают также по поперечным швам. При прокладке трубопроводов в помещении стеклопластик дополнительно не крепят. При прокладке в непроходных каналах выравнивающий слой не устанавливают, швы не проклеивают.
Ссылка на источник – справочник строителя «Тепловая изоляция». Под редакцией Кузнецова Г.Ф. 4 — е издание дополнительное и переработанное. Москва «Стройиздат» 1985г. С. 163 — 165.
См. также[править | править код]
- Оптоволокно
- Стекловолокно
- Стеклопластиковые трубы
- Композитная арматура
Примечания[править | править код]
Ссылки[править | править код]
- А.И. Преображенский, СТЕКЛОПЛАСТИКИ – СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ, ТЕХНОЛОГИИ — Главный механик № 5, 2010
- Рынок стекловолоконных композитов (для журнала «Мир композитов»), 2009
- Michael Lamm, The Fiberglass Story, Invention & Technology, Spring 2007, Volume 22, Issue 4 {{ref-en}
Стеклопластик представляет собой композиционный материал, в состав которого входит стекловолокно и связующее вещество. Стекловолокно является армирующим элементом, обеспечивающим необходимые прочностные характеристики, а связующее вещество – это наполнитель, равномерно распределяющий усилия между армирующими волокнами и обеспечивающий их защиту от воздействий окружающей среды.
Свойства материала
От ряда других материалов композиционного состава отличают стеклопластик свойства, среди которых наиболее важными являются следующие:
- небольшой удельный вес;
- высокие показатели механической прочности;
- коррозионная стойкость;
- температурная стойкость;
- низкая теплопроводность;
- высокие диэлектрические показатели;
- относительно низкая стоимость производства.
Когда речь заходит о механических свойствах стеклопластика, его принято сравнивать со сталью.
Абсолютные значения предела прочности у стеклопластика ниже, чем у стали, но при этом стеклопластик показывает большую удельную прочность. Удельный вес стеклопластика в 3,5 раза меньше, а вес двух равнопрочных конструкций, изготовленных из стеклопластика и из стали, будет отличаться более чем в 2 раза.
Отрицательными считаются такие характеристики стеклопластика как:
- хрупкость;
- подверженность абразивному износу (требуется нанесение на поверхность изделия защитного покрытия);
- образование канцерогенной пыли при механической обработке (при работе со стеклопластиком необходимо предусматривать соответствующие защитные мероприятия).
Производство
Долгое время областью использования стеклопластика являлись космические технологии, авиационная промышленность и судостроение. Исключительные свойства этого материала не могли найти применения в широких отраслях промышленного производства из-за отсутствия в должной мере проработанной и налаженной технологии массового выпуска изделий и профилей заданных форм и размеров. Ситуация изменилась с открытием пултрузионной технологии производства композиционных материалов.
В общем случае процесс заключается в протягивании (pull) армирующего волокна через (throught) форму с разогретым связующим веществом с последующими этапами остывания и отвердевания.
Количество вариантов этой технологии велико. Существуют горизонтальные линии производства, вертикальные, линии непрерывного производства и периодического. При небольших объемах производства применяется метод ручного формования изделий или метод напыления стекловолокна вручную.
Применение
На сегодняшний день стеклопластик считается композиционным материалом, наиболее удачно сочетающим в себе необходимые качества и доступную цену. Материал хорошо поддается окрашиванию, нанесению различных покрытий и механической обработке. Технические характеристики стеклопластика обуславливают его востребованность в различных видах производства.
Судостроение и производство емкостных сооружений
Судостроение – одна из отраслей, инициировавших развитие производства стеклопластика в промышленных масштабах. Большая часть корпусов малотоннажного флота во всем мире сегодня изготовляется из этого материала: весельные и моторные лодки, спасательные шлюпы, гоночные яхты и крейсерные яхты класса люкс, рыболовецкие суда небольшого водоизмещения, катера, скутеры, катамараны и множество других плавсредств.
Кроме непосредственно каркасов судов из стеклопластика изготовляют конструкции палуб и кабин, крылья, ходовые мосты, крышки люков и двигателей. В последнее время по аналогии с корпусами лодок из стеклопластика стали выпускать емкости всех возможных видов, начиная от ванн и заканчивая искусственными прудами и бассейнами.
Автомобилестроение
В автомобильной промышленности распространено применение стеклопластика для изготовления деталей кузовов, бамперов, кабин и кузовного обвеса. Из композиционного материала изготавливают конструкции крепления багажа на крыше и детали интерьера салона. Корпуса гоночных автомобилей (болиды) полностью изготавливаются из стеклопластика, а в спортивных автомобилях из композита часто изготавливают крыши, двери, капоты и крышки багажников.
Стеклопластик не подвержен коррозии при повреждении поверхности. В случае деформации при ударе легко восстанавливается. Хорошо поддается покраске, при этом композиционной материал в сравнении с металлом требует нанесения меньшего количества слоев красящего состава для достижения нужного оттенка RAL. Сочетание этих свойств позволяет значительно снизить стоимость производства и ремонта транспортных средств.
Сооружения водоснабжения и канализации
Большое распространение получил композиционный материал в производстве трубопроводов высокого давления и ливневых коллекторов больших диаметров. Стеклопластиковые трубы удобны в монтаже благодаря своему малому весу, могут прокладываться под автомобильными проездами без дополнительных защитных гильз (они сами могут исполнять функции гильз для других трубопроводов), не подвержены коррозии и не требуют установки станций катодной защиты.
Большая часть емкостей локальных очистных сооружений канализации, таких как септики, аэротенки, фильтры и отстойники, изготавливают из стеклопластика.
Высокая прочность материала позволяет создавать сооружения большой вместимости при относительно небольших толщинах стенок и добиваться стоимости, сопоставимой со стоимостью традиционной технологии изготовления емкостей из водонепроницаемого железобетона. Учитывая, что композиционный материал более долговечен, не требует ухода и ежегодного ремонта, выбор в его пользу очевиден.
Строительство
Широкое распространение получило применение стеклопластика в строительстве. В первую очередь материал используется как заменитель некоторых металлических и каменных конструкций. Возможность такой замены определяют прочностные характеристики, декоративные свойства и ценовые показатели материала.
В малоэтажном строительстве при заливке фундаментов и бетонных стен применяется стеклопластиковая арматура. В высотном домостроении из композитного материала изготавливают элементы фасадов, лепнины и декоративных украшений. Стеклопластиковый профиль стал хорошей заменой ПВХ при изготовлении дверных и оконных систем.
Помимо фундаментов зданий и сооружений стеклопластиковая арматура используется при устройстве автодорог и тротуаров. Если соблюдена технология строительства, дорожное полотно, армированное элементами из композиционных материалов, не растрескивается, не продавливается колесами и не собирается в «гармошку» на перекрестках.
Энергетика
Благодаря отличным диэлектрическим свойствам в сочетании с прочностью и долговечностью, изделия из композиционного материала нашли применение в энергетической сфере. В первую очередь, это изоляторы, крышки корпусов электротехнического и коммутационного оборудования, элементы высоковольтных пускателей, детали шкафов управления, щитов и ячеек.
Из стеклопластика изготавливают строительные конструкции электропомещений, такие как диэлектрические настилы, ограждающие панели и короба, плиты фальшполов, перекрытия кабельных этажей и каналов.
С еще одним композитным материалом и его свойствами можно познакомится в статье Разновидности листового текстолита и его свойства.
Свойства и характеристики стеклопластика
Композитные материалы, состоящие из стеклянного наполнителя и синтетического полимерного связующего, называются стеклопластиками.
Наполнителем служат в основном стеклянные волокна в виде нитей, жгутов (ровингов), стеклотканей, стекломатов, рубленых волокон. Связующим — преимущественно термоактивные смолы (полиэфирные, феноло-формальдегидные, эпоксидные, полиимидные), а также термостойкие термопласты — ароматические полиамиды, полисульфоны, поликарбонаты. Низкоплавкие термопласты типа полиолефинов применяются относительно реже, так как имеют низкую адгезию к стекловолокнам и не позволяют реализовывать свойства стекловолокнистых наполнителей. Для стеклопластиков электротехнического назначения используют связующие с высокими диэлектрическими характеристиками, например, кремнийорганические и эпоксидные смолы.
Изделия из стеклопластика могут быть любой формы, цвета и толщины: оконные профили, бассейны, купели, водные аттракционы и прочие гидросооружения, велосипеды, лодки, каноэ, рыболовные удилища, таксофонные кабины, кузовные панели для автомобилей и многое-многое другое.
| Лекция технолога «НСТ» по свойствам, технологии и оборудованию для стеклопластика |
Характеристики стеклопластика
Стеклопластик обладает многими очень ценными свойствами, дающими ему право называться одним из материалов будущего:
- Малый вес
Удельный вес стеклопластиков колеблется от 1,4 до 2,1 и в среднем составляет 1,7 г/см3. Напомним, что удельный вес металлов значительно выше, например, стали – 7,8, а меди — 8,9 г/см3. Даже удельный вес одного из наиболее легкого сплава, применяемого в технике, дуралюмина составляет 2,8 г/см3. Таким образом, удельный вес стеклопластика в среднем в пять-шесть раз меньше, чем у черных и цветных металлов, и в два раза меньше, чем у дуралюмина. Это делает стеклопластик особенно удобным для применения на транспорте. Экономия в весе на транспорте переходит в экономию энергии; кроме того, за счет уменьшения веса транспортных конструкций (самолетов, автомобилей, судов и т.п.) можно повысить их полезную нагрузку и за счет экономии топлива увеличить радиус действия.
- Диэлектрические свойства
Стеклопластики являются прекрасными электроизоляционными материалам при использовании как переменного, так и постоянного тока.
- Высокая коррозионная стойкость
Стеклопластики как диэлектрики совершенно не подвергаются электрохимической коррозии. Существует целый ряд смол, позволяющие получить стеклопластики стойкие к различным агрессивным средам, в том числе и к воздействию концентрированных кислот и щелочей.
- Хороший внешний вид
Стеклопластики при изготовлении хорошо окрашиваются в любой цвет и при использовании стойких красителей могут сохранять его неограниченно долго. Прозрачность. На основе некоторых марок светопрозрачных смол можно изготовить стеклопластики, по оптическим свойствам немногим уступающим стеклу.
- Высокие механические свойства
При своем небольшом удельном весе стеклопластик обладает высокими физико-механическими характеристиками. Используя некоторые смолы и определенные виды армирующих материалов, можно получить стеклопластик, по своим прочностным свойствам превосходящий некоторые сплавы цветных металлов и стали. Механические свойства стеклопластиков определяются преимущественно характеристиками наполнителя и прочностью связи его со связующим, а температуры переработки и эксплуатации стеклопластика — связующим. Наибольшей прочностью и жёсткостью обладают стеклопластики, содержащие ориентировано расположенные непрерывные волокна. Такие стеклопластики подразделяются на однонаправленные и перекрёстные; у стеклопластика первого типа волокна расположены взаимно параллельно, у стеклопластика второго типа — под заданным углом друг к другу, постоянным или переменным по изделию. Изменяя ориентацию волокон, можно в широких пределах регулировать механические свойства стеклопластиков. Большей изотропией механических свойств обладают стеклопластики с неориентированным расположением волокон: гранулированные и спутанно-волокнистые прессматериалы; материалы на основе рубленых волокон, нанесённых на форму методом напыления одновременно со связующим, и на основе холстов (матов).
- Теплоизоляционные свойства
Стеклопластик относится к материалам с низкой теплопроводностью. Кроме того, можно значительно повысить теплоизоляционные свойства путем изготовления стеклопластиковой конструкции типа “сэндвич”, используя между слоями стеклопластика пористые материалы, например пенопласт. Благодаря своей низкой теплопроводности, стеклопластиковые сэндвичевые конструкции с успехом применяются в качестве теплоизоляционных материалов в промышленном строительстве, в судостроении, в вагоностроении и т.д.
- Простота в изготовлении
Существует много способов изготовления стеклопластиковых изделий, большинство из которых требует минимальных вложений в оборудование. Например, для ручного формования потребуются только матрица и небольшой набор ручных инструментов (прикаточные валики, кисти, мерные сосуды и т.д.). Матрица может быть изготовлена практически из любого материала, начиная с дерева и заканчивая металлом. В настоящие время широкое распространение получили стеклопластиковые матрицы, которые имеют сравнительно небольшую стоимость и длительный срок службы.
Дополнительная информация по стеклопластикам:
Принципы создания высокопрочных ориентированных стеклопластиков.
Взаимодействие коротких хаотически армирующих стекловолокнистых элементов стеклопластика с полимерной матрицей
Масштабный эффект прочности у хаотически армированных стеклопластиков.