Состав и структура
Для изготовления стеклопластика используются следующие материалы:
- Наполнители.
- Связующее.
- Модифицирующие добавки — инициаторы реакций, катализаторы, отвердители, ускорители, стабилизаторы или замедлители твердения, огнеупорные добавки, пластификаторы и пенообразователи и другие категории добавок, влияющие на температурный режим полимеризации матрицы вяжущего и параметры физико-технических свойств пластмассы.
- Красители, вводимые в процессе полимеризации, окрашивают изделия СЗМ в светлые насыщенные цвета.
Наполнители, представленные различными стекловолоконными материалами, получаемыми при текстильной переработке первичных стеклянных и кварцевых волокон (первичные волокна или нити получают протягиванием расплавленного стекла через прядильные сопла диаметром 6-20 мкм):
- нити и пучки скрученных первичных волокон;
- ровинг, чаще называемый стеклянным ровингом (от англ roving — ровинг), представляющий собой нить из параллельных нескрученных волокон;
- стекловолокно.
Стеклобой, добавляемый в сырье для получения стекломассы, должен соответствовать требованиям ГОСТ Р 56617-2015 «Ресурсосбережение. Технические требования к углю, предназначенному для использования в производстве стеклопластика».
Нитевидный наполнитель выступает в роли армирующего элемента, обеспечивающего жесткость пластиковой конструкции и повышенную прочность стеклопластикового материала.
Столь высокую прочность СЗМ обеспечивают наполнители из высокомодульных (сверхпрочных) стеклянных волокон.
Они имеют модуль упругости выше 50 ГПа.
Значение модуля упругости стеклопластика хуже, чем у конструкционной стали (210 ГПа). Однако удельная прочность, которую рассчитывают как отношение предела прочности материала при растяжении к плотности, у СЗМ значительно выше (90,0 у стеклопластика против 3,1 у стали).
Показатель удельной прочности используется при сравнении конструкционных материалов и характеризует степень прочности изделий при заданной массе, что актуально для аэрокосмической отрасли.
Стеклопластиковое изделие в несколько раз легче, чем столь же прочная стальная конструкция.
Связующие на основе полимерных синтетических смол, выполняющие следующие функции:
- объединение («связывание») стекловолоконного наполнителя и других компонентов в единый монолитный материал;
- равномерное распределение внутренних напряжений и внешних механических нагрузок между нитями заполнения;
- защита наполнителя от агрессивных воздействий окружающей среды.
При изготовлении стеклопластика связующие смолы не способны проникать в стекловидную структуру волокон наполнителя, а лишь обволакивают внешнюю поверхность стекловолокон.
Связующие полимеры дают СЗМ возможность формоваться в изделия заданной конфигурации и необходимых размеров.
Смолы
При изготовлении СЗМ используются связующие смолы, на основе которых после соответствующей химико-технологической обработки формируется полимерная матрица, определяющая физико-химические свойства и эксплуатационные характеристики стеклопластика.
Способ формирования изделия из стеклопластика и способ утилизации отходов, образующихся при производстве, зависят от химико-технологических свойств матрицы и ее термостойкости.
Термопластичность СЗМ, заключающаяся в способности стеклопластикового изделия изменять форму при нагревании и сохранять ее после охлаждения, зависит от поведения связующих смол по отношению к нагреву.
Связующие смолы, применяемые при производстве стеклопластика, в зависимости от термостойких и термопластичных свойств подразделяют на два вида: термореактивные и термопластичные.
Термореактивные
Это смолы на основе полиэфирных, эпоксидных, карбамидных или фенолформальдегидных смол, состоящие из макромолекул, соединенных ковалентными пространственными связями. Структура, образующаяся при синтезе пластика, необратима.
Стекловолокно, армированное термореактивными связующими, называемыми термопластами, представляет собой неплавкие материалы, которые затвердевают при нагревании.
С практической точки зрения отверждение термопластов путем нагревания означает, что стеклопластики на отвердевающих связующих допускают только однократную обработку для формования изделий. Следовательно, технологические, промышленные или бытовые отходы ВЗМ практически не подлежат переработке.
Термопластичные
Смолы на основе полиэтилена, полистирола, полиамида и др., характеризующиеся линейной молекулярной структурой. Пластмассы на основе связующих термопластичных смол, называемые термопластами, размягчаются при нагревании и восстанавливаются при охлаждении, сохраняя способность к переработке.
Возможность восстановления термопластами своих физических свойств создает условия для многократных обработок, позволяющих возвращать в технологический контур отходы производства и избавляться от продукции, утратившей потребительскую ценность.
Читайте также: Стекловата: горит ли она, каков ее состав и технология производства, опасна ли она для человека, вредит ли здоровью?
Особенности производства
Процессы формования изделий из СЗМ весьма специфичны и зависят от многих обстоятельств, из которых решающими являются следующие факторы:
- вид наполнителя из стекловолокна (стеклохолст, пакля или ровинг, лента, ткань или маты);
- тип связующей смолы – термореактивная или термопластичная.
Связующую смолу выбирают с учетом:
- размеры изделия из стеклопластика и его конфигурация;
- требования к физико-механическим и техническим свойствам продукции;
- рабочая температура и мощность.
Относительно долгое время при производстве изделий из стеклопластика для нужд машиностроения, авиационной промышленности, приборостроения и других отраслей промышленности использовались термореактивные полимерные матрицы.
Большинство термопластичных смол имеют низкую адгезию к стеклопластику, что не позволило реализовать прочностные свойства стеклопластиковых наполнителей при использовании традиционных технологий изготовления изделий из пластмассы.
Этими технологиями являются литье под давлением и экструзия. Только с внедрением современных разработок в последние годы отмечается расширение области применения термопластичных вяжущих с соответствующей заменой термореактивных матриц.
Свойства и характеристики
К основным преимуществам материала можно отнести следующее. Изделие изготовлено по ГОСТу. Стеклопластик универсален, так как конструкции из него используются не только внутри, но и снаружи. Повышенная устойчивость к влаге и осадкам, а также воздействию прямых солнечных лучей сделала его столь популярным. Диапазон температур составляет от -50 до +100 градусов Цельсия, что удивительно. Что касается плотности изделий, то показатель варьируется в пределах 1800-2000 кг/м3. Модуль упругости стекловолокна находится в пределах 3500-12000 Па, чаще всего около 4000 Па. Удельный вес составляет от 0,4 до 1,8 г/см3, поэтому материал целесообразно использовать в производстве транспортных средств.
Долговечность стала одним из решающих факторов роста популярности стеклопластика. Изделия из него могут служить десятилетиями, при этом свойства прекрасно сохраняются, а это немаловажно. По сравнению с металлом или деревом большим плюсом является отсутствие коррозионного разрушения и устойчивость к грибкам и бактериям. Важную роль играет прочность, особенно при использовании стеклопластика в строительных конструкциях, по характеристикам в этой категории его можно сравнить со сталью, плюс небольшой вес, поэтому многие производители выбирают первый вариант для изготовления оборудования и сложных конструкций.
Следует отметить диэлектрические свойства, проявляющиеся при использовании постоянного и переменного тока. Теплоизоляционные свойства не лишены преимуществ, поэтому стекловолокно иногда используют для создания сэндвич-конструкций вместе с пенопластом или другим пористым материалом.
Виды
Виды стеклопластика различают по способу производства, каждый имеет свои характерные свойства и функции, с которыми стоит познакомиться.
Полученные контактным формованием
Технология заключается в пропитке стекловолокна полимерами. Для этого используются ручные инструменты в виде кистей и валиков. В результате получают стекломаты, которые затем укладывают в формы, где происходит дальнейшая обработка. Ролики раскатывают содержимое для предотвращения образования пузырьков воздуха, на завершающем этапе с изделия снимают фаску и при необходимости делают отверстия и канавки для дальнейшего использования в конкретной отрасли. При работе используются разные виды смол, которые комбинируются со стеклотканью.
К основным достоинствам метода можно отнести практичность, простоту, большой выбор компонентов и доступность. В то же время установить широкую производительность с помощью этой технологии практически невозможно.
Многие также используют вакуум для добавления изделий из стекловолокна. Специалисты используют герметичную пленку, которая приклеивается к матрице, создавая рабочую полость с армирующим материалом. Связующее втягивается, пропитывая последний компонент. Благодаря этому процесс частично механизируется, а качество исполнения повышается.
Производимые по технологии намотки
Этот метод используется при производстве труб и емкостей, где должно быть пустое пространство. Суть в том, чтобы пропустить стеклоткань через ванну со связующим, которое натягивается с помощью валиков. Последний также выполняет функцию удаления излишков смолы. При намотке ограничений на компоненты связующего нет. Это быстрый и производительный метод, позволяющий регулировать пропорции полимеров и стекловолокна. Стеклопластик приобретает улучшенные свойства, а оборудование для производства стоит дорого. Для этой технологии используются матрицы, которые устанавливаются на пултрузионной линии. Это прочные формы, через которые протягиваются нити.
Рулонные
Такое стекловолокно является гибким и относится к категории листовых материалов. Основными преимуществами продукта являются устойчивость к повышенной влажности и резким перепадам температуры, пластичность, легкость, низкая теплопроводность и безопасность. Такой материал предлагается по доступной цене, поэтому он востребован в строительной сфере.
Листовые
Стеклопластиковые листы изготавливаются на конвейерной ленте с использованием рубленого стекловолокна со связующими, в основе которых могут быть различные смолы. Этот материал делится на несколько разновидностей, он прозрачен, поэтому идеально подходит для строительства теплиц и других сооружений, где необходимо естественное освещение. Оттенок также пропускает свет, непрозрачный, предлагается в широкой цветовой палитре.
К основным преимуществам листов стеклопластика можно отнести простоту монтажа за счет малого удельного веса, коррозионную стойкость, экологичность, устойчивость к деградации и нагрузкам, способность рассеивать свет.
Профили
Изделия в таком виде изготавливаются путем вытягивания ровинга, который пропитывается связующими полиэфирными компонентами. Такие профили удобно и практично использовать в качестве конструктивных элементов, поэтому они часто заменяют листовые заготовки при производстве различных деталей. В результате снижаются затраты на обработку. Профили предлагаются в виде уголков, стержней и стержней. Конструкционный материал используется для производства деталей, фурнитуры и различных конструкций не только внешнего, но и внутреннего дизайна.
Обзор производителей
На территории России предлагается широкий выбор компаний, занимающихся производством изделий из стеклопластика. Их продукция пользуется спросом, поэтому стоит ознакомиться с ведущими производителями, которые успели зарекомендовать себя с лучшей стороны. Компания Смарт Консалт производит конструктивные элементы, используемые в строительной отрасли.
Услугами пользуются ведущие компании. Если говорить о производстве стеклопластиковых труб, то в стране всего несколько компаний, которые работают в этом направлении. Речь идет об ООО «Новые Трубные Технологии», которое является лидером в своей области. Более 60% продукции этого производителя представлено на внутреннем рынке, что говорит о многом.
На втором месте по производству полиэфирных труб находится ПК Стеклокомпозит, предприятие продолжает активно развиваться, поэтому цифры ежегодно увеличиваются. Продукция часто используется в транспортной отрасли. Компания «Этерус-Техно» специализируется на производстве листового материала, который используется в автомобильной промышленности, наряду с этим компания занимается профилированными листами из стеклопластика. Отличные показатели демонстрирует компания Тритон, которая является крупнейшим производителем акриловых ванн не только в России, но и Европе. Заводы производят стекловолокно, которое впоследствии становится армирующим слоем.
Сферы применения
Поскольку стеклопластик относится к композиционным материалам, сочетающим в себе не только отличное качество, но и приемлемую стоимость, спрос на его популярность с каждым годом продолжает расти. Этот материал можно красить, наносить различные покрытия и обрабатывать механическим способом. Благодаря богатому перечню технических свойств продукт используется в различных отраслях промышленности. В судостроении и производстве емкостных конструкций без стеклопластика не обойтись.
Стоит отметить, что именно эта отрасль повлияла на развитие производства материала в таких масштабах. Из этого материала производится большое количество малотоннажных корпусов плотов в разных уголках мира, речь идет о гребных и моторных лодках, спасательных шлюпках, гоночных яхтах и даже крейсерах, катерах, мотороллерах и другом водном транспорте.
Помимо шпангоутов, из материала изготавливаются конструкции рубки и палубы, изготавливаются крылья и ходовые мостики, а также двигатели и люковые закрытия. Еще одной отраслью, которая не может обойтись без стекловолокна, является строительство бассейнов и красивых садовых фонтанов, искусственных водоемов.
Автомобильная промышленность изготавливает детали кузова и бампера из композитного материала. В интерьере салона можно найти элементы из стеклопластика. А вот гоночные автомобили полностью сделаны из этого композита, так как в случае удара можно быстро восстановить форму, к тому же коррозия не страшна.
Производство трубопроводов не обходится без композитных компонентов, поэтому в производстве ливневых коллекторов активно используется стеклопластик. Системы очистки сточных вод изготавливаются из пластика, сюда входят фильтры, септики, отстойники. Они просты в уходе, не требуют постоянного ремонта, поэтому такая востребованность очевидна.
Больше всего стеклопластик востребован в строительной сфере, ведь его используют как для наружных, так и для внутренних работ. Он может стать отличной заменой металлическим и каменным конструкциям, ведь его прочность на высоте. Например, стеклопластиковая арматура часто используется при заливке фундамента малоэтажного дома.
В случае высотных зданий фасадные элементы выполняются из композитного материала, выполняется лепнина и красивые декоративные украшения, прекрасно дополняющие общую картину.
Стеновые панели, кровля, отделка фасадов, перегородки – все это можно сделать из стеклопластика, обладающего удивительными эксплуатационными характеристиками и способного оставаться неизменным долгие годы. Сотовые панели часто покрывают этим материалом для улучшения звукоизоляционных свойств. Наружное и внутреннее покрытие стен листовым изделием выглядит красиво и эстетично, а на рынке представлено большое разнообразие оттенков. Многие специалисты считают этот продукт отличным кровельным материалом.
Жидкая стеклоткань востребована при проведении ремонтных работ, она выступает надежным отвердителем таких строительных конструкций, как теплоизоляция, кровля, трубы и др. материал хорошо сочетается с пористыми составляющими. Что касается дизайна интерьера, то рынок предлагает широкий ассортимент композитных изделий – это и посуда, и различные статуэтки, и элементы декора, и даже мебель.
Как было сказано выше, при производстве тары различных форм и размеров компании часто используют стекловолокно. Резюмируя, можно смело сказать, что стеклопластик стал одним из самых востребованных видов композиционных материалов, завоевав рынок в различных отраслях промышленности благодаря эксплуатационным характеристикам, которыми он наделен.
