Стекловолокно: применение, характеристики, теплоизоляционные свойства, состав и изделия из него: маты, плиты, ткань, рубленый материал, рулоны, панели

Что это и из чего делают?

Стеклянная нить представляет собой волокно, сформированное из стекла. В таком виде стекло проявляет необычные для себя свойства – оно не трескается и не разбивается, а легко принимает изогнутую форму.

Стеклянные волокна природного происхождения можно найти в районах, где когда-то происходили извержения вулканов.

Их называют волосами Пеле, по химическому составу они близки к базальтовым породам. Однако по своим физико-техническим характеристикам их нельзя считать полными аналогами стеклопластика.

Впервые стекловолокно было получено случайно — в стекольной промышленности произошла авария, под давлением воздуха расплавленная масса вспучилась и раскололась на тонкие гибкие нити. Это стало большой неожиданностью для инженеров, так как стекло обычно затвердевает после затвердевания. С тех пор прошло более 150 лет. За это время технология многократно совершенствовалась, но принцип оставался неизменным.

Кварцевый песок используется для изготовления стекловолокна, а уголь идет на переработку – это может быть стеклотара, битое стекло или бракованная стеклянная продукция, полученная в производственных условиях. Отходы стекольного производства подлежат 100% вторичной переработке. Это приводит к использованию в производстве переработанных материалов — это позволяет значительно снизить стоимость готового материала и поддержать защиту окружающей среды.

Технология сводится к выдуванию тончайших нитей из сырья. Для этого сырые заготовки плавятся при температуре 1400 градусов. Вязкая масса поступает в формующую установку и проходит через центрифугу. В результате получается стекловата со смешанными волокнами. На заключительном этапе полученный полуфабрикат пропускают через сито с микроотверстиями и продувают под высоким давлением воздуха. На выходе получаются гладкие длинные нити, которые в дальнейшем служат сырьем для изготовления более сложных изделий.

Полученные волокна могут быть двух типов.

• Длинные нити – растянуты на тысячи километров, их получают непрерывным методом. Тонкие струйки текут через отверстия, охлаждаются и наматываются на барабан. Внешне такое волокно напоминает шелковую нить. В процессе волочения нити проходят через склеивающий агрегат, пропитанный клеем и пластификаторами. Такая обработка позволяет получить гибкие волокна.
• Короткие нити — имеют длину 35-50 см, они похожи на шерстяное валяние. Производство основано на штапельной технологии – расплавленная стекломасса обдувается паром или горячим воздухом.

В зависимости от толщины нитей различают:

• толстое волокно – более 25 мкм;
• утолщенный — 12-25 мкм;
• тонкие — 4-12 мкм;
• ультратонкий — 1-3 мкм.

Производство стеклопластика регулируется действующими ГОСТами:

• для веществ конструкционного назначения — ГОСТ 19170-2001;
• для теплоизоляционного материала — ГОСТ 19907-83.

Основные характеристики

Стекловолокно имеет ряд преимуществ, обуславливающих широкую востребованность в различных отраслях строительства и промышленности.

• Материал имеет низкую теплопроводность, поэтому для выполнения теплоизоляции используется стекловата. Стекловата имеет самый низкий показатель – ее теплопроводность равна 0,05 Вт/м*К. Благодаря этому летом в помещении сохраняется прохлада, а зимой тепло не покидает здание.
• Стекловолокно устойчиво к кислотам и щелочам. Он отличается повышенной химической инертностью, так как состоит почти исключительно из кварцевого песка. Под воздействием агрессивных растворов не происходит химической реакции, поэтому стекловолокно можно удачно сочетать со всеми строительными и отделочными материалами.
• Нити высокопрочные, плотность соответствует 2500 кг/м3. При этом нити распушены, поэтому готовое изделие имеет большой объем в сочетании с малым весом.
• Стекловолокно часто используется для изготовления пожарного оборудования. Это термостойкий материал с температурой плавления 1200 градусов – такой нагрев можно обеспечить только при непосредственном воздействии на горелку. Теоретически можно создать такие условия, при которых произойдет воспламенение. Но в этом случае в составе стеклопластика обязательно должны присутствовать горючие связующие компоненты, что бывает крайне редко.
• Материал имеет необычную структуру. В нем пространство между волокнами заполнено микроскопическими пузырьками воздуха. Благодаря этому достигается высокий звукоизоляционный эффект.
• Стеклопластик обладает способностью сопротивляться деформации и сопротивляться износу, благодаря чему сохраняет свою первоначальную форму долгие годы.
• Материал гибкий, тонкий, но в то же время эластичный. При транспортировке его можно свернуть или свернуть в рулоны – эксплуатационные свойства полотна от этого не ухудшатся. Это позволяет сэкономить место при транспортировке товаров и, следовательно, снизить транспортные расходы.

В то же время у стеклопластика есть и недостатки. Поэтому при намокании он теряет свои эксплуатационные свойства. Но при высыхании они снова восстанавливаются. Поэтому материал можно использовать только в комплексе с надежной гидроизоляцией.

Читайте также: Переработка стекла как идея для бизнеса — технология, вложения, каналы сбыта (2023) — с чего начать и сколько можно заработать — 877 идей для открытия бизнеса

Стеклопластик плохо реагирует на износ и частые изгибы. Чтобы исправить ситуацию, потребуется обработка лаком и смолой.

Численные значения перечисленных физико-технических параметров напрямую зависят от технологии производства волокна, его толщины, химического состава и воздействия различных внешних факторов.

Разновидности

Среди разнообразия представленных стеклопластиковых изделий можно выделить две группы материалов:

• 100% сырье;
• композитный – в состав вводятся дополнительные компоненты, что придает определенные эксплуатационные характеристики.

В зависимости от этого стекловолокно выпускается нескольких видов.

• Маты из стекловаты – такие изделия широко используются в промышленной и строительной сфере. Востребован при монтаже для шумо- и теплоизоляции. Структура матов предполагает соединение прямых отрезков нитей, соединенных друг с другом естественным образом. Эти изделия на 100% состоят из стекловолокна.

• Рулонная стекловата – по составу и способу производства этот продукт полностью идентичен матам, только выпускается в виде рулонов. Эта схема проведения некоторых видов теплоизоляционных работ считается более практичной.

• Стеклосетка – данный продукт используется для армирования различных видов поверхностей при проведении ремонтно-отделочных работ. Конструкция изготовлена ​​из стеклянных нитей, сплетенных между собой и обработанных специальными пропитками. Может производиться в листах и ​​рулонах.

• Клейкая лента производится на основе сетки из стекловолокна; для производства на стеклянную основу наносится акриловое или силиконизированное связующее. Готовое изделие характеризуется высокой прочностью при небольшой толщине, хорошей ремонтопригодностью и малой потребностью в разборке. Эта лента используется для проклейки стыков и зазоров между листовыми панелями.

• Стекловолокно – по функционалу аналогично сетке, но отличается более плотным переплетением стеклянных нитей. Выполняется по технологии плетения. Используется в производстве и электротехнике.

• Стекловолокно – универсальный композит. Состоит из стеклянных нитей с добавлением полимерных смол. Он подвергается формованию, поэтому позволяет изготавливать самые разнообразные детали.

• Арматура из стекловолокна является хорошей альтернативой стальным аналогам и может заменить металл в большинстве областей применения.

Для производства изделий используется стеклоткань нескольких качеств, изготовленная по разным технологиям, с разными параметрами толщины и длины нитей.

По типу покрытия все виды стеклопластика делятся на несколько категорий.

• Ламинированный – самый распространенный вид материала, в этом случае стеклоткань покрывается алюминиевой фольгой. Склеивание волокон с фольгой осуществляется путем высокотемпературного воздействия на основные компоненты изделия. Такая фольга не расслаивается, не пропускает воду и защищает нити стекла от УФ-лучей.

• Силиконовые – пропитаны силиконом с одной или двух сторон. При этом чем толще покрытие, тем выше способность материала улавливать воду и газ. Такие изделия устойчивы к вибрационным волнам и имеют долгий срок службы.

• Полиуретановая пропитка значительно повышает устойчивость материала к износу и воздействию агрессивных веществ. Такое вещество используется для изготовления изделий, имеющих противопожарное назначение.

• Фторкаучук — стойкая стекловата, устойчивая к воздействию горюче-смазочных материалов и повышенных температур. Он получил широкое распространение в авиации и химической сфере.

• С графитовым покрытием – такие изделия обязательно армируются стальной проволокой. Стеклопластик характеризуется водо- и паропроницаемостью, при нагревании не выделяет токсичных соединений.

• Гидрофобизированная – ткань с водоотталкивающими пропитками и высокими диэлектрическими свойствами. Основное назначение такого стеклопластика – защита от агрессивного воздействия воды и электричества.

Обзор производителей

Одним из самых известных производителей стекловолокна в России является «ТехноНиколь». Она производит качественные строительные материалы, соответствующие всем европейским стандартам. Компания использует все преимущества стеклопластика для создания теплоизоляционных и кровельных конструкций, материалов для изоляции магистральных трубопроводов и многих других изделий.

Продукция BauTeks марки Ortex пользуется спросом. Это высококачественный стеклопластик, произведенный по немецкой технологии. Продукт этой марки востребован в судостроении и авиастроении, используется для производства стеклопластика.

Стекловолокно RATL – практичная основа для кровельных работ.

Из чего делают стеклянные нити?

Классический технологический процесс производства стеклопластика основан на выдувании стеклянных нитей из смеси кварцевого песка, кальцинированной соды, извести и других специальных добавок, расплавленных при высокой температуре 1400°С.

Полученное жидкое стекло продувают паром при выбросе из центрифуги или проталкивают через вращающиеся сопла (специальные платиновые сита с микроотверстиями) и охлаждают на следующем этапе.

При использовании центрифуг конечным продуктом является стекловата, а при использовании прядильных насадок используются стеклянные нити, которые затем используются для производства различных продуктов.

Возможность получения стекловолокна была открыта совершенно случайно. Авария на воздуховоде привела к попаданию струи сжатого воздуха в расплав стекла, в результате чего появились стеклянные нити. Этот факт способствовал изобретению технологии производства стеклопластика.

Описанный выше техпроцесс получения стекловолокна является классическим из исходного природного сырья. Но те же продукты можно получить и из отходов стекла.

Вторичная переработка изделий из стекла позволяет значительно снизить себестоимость конечного продукта, давая конкурентное преимущество производителю, выбравшему этот способ производства стекловолокна.

Технология производства в этом случае практически не отличается от вышеописанной, только вместо смеси натуральных компонентов расплавляется сортированный стеклобой с подходящими добавками.

Количество угля в сырье для производства стеклопластика может составлять до 90% от общего объема. Это открывает большие возможности для организации бизнеса по производству стекловолокна на основе отходов стекла.

Свойства и характеристики

Применение стеклопластика в промышленности и строительстве обусловлено его отличными техническими свойствами и характеристиками. Именно они обусловили высокую популярность этого материала.

Ниже мы рассмотрим основной перечень технических свойств и потребительских качеств изделий из стеклопластика:

Теплопроводность

Само стекло имеет очень низкую теплопроводность, поэтому изделия из него обладают прекрасными теплоизоляционными свойствами.

Стекловата имеет самый низкий коэффициент из всех изделий из стекловолокна. Для этих изделий она составляет 0,05 Вт/м*К, что определяет область применения.

Стекловата применяется для теплоизоляции различных строительных конструкций, трубопроводов, промышленных предприятий и т.д.

Химический состав

Это свойство зависит от состава сырья. В любом неорганическом стекле основным компонентом является кварцевый песок, поэтому содержание SiO2 в стеклянных нитях колеблется от 50% до 99% в зависимости от назначения.

Кроме этого компонента в составе стекловолокна присутствуют Al2O3, CaO и некоторые другие соединения.

Физические свойства стеклопластика и свойства изделий из него зависят от его химического состава. Особенно щелочестойкость, которая определяется содержанием диоксида циркония (ZrO2) в стекле. Чем больше этого компонента, тем щелочеустойчивее стекловолокно.

Плотность

Этот параметр непосредственно для стеклянных нитей аналогичен плотности стекла, из которого они изготовлены, и равен 2500 кг/м³.

Плотность изделий из стеклопластика может варьироваться в широких пределах. У стекловаты она минимальна, а изделия из этого материала, такие как листы, ткань и так далее, имеют максимальную плотность.

Для композитных материалов, таких как стекловолокно, плотность рассчитывается исходя из плотности исходных материалов.

Температура плавления

Любое стекловолокно плавится при температуре от 1200 до 1400°С.

Температура плавления зависит от состава стекла, из которого изготовлены волокна.

Чем больше кварцевого песка в составе, тем выше температура плавления. Поэтому для качественной переработки отходов стекла в стекловолокно необходимо точно знать его химический состав.

Стойкость к возгоранию

Стекло — абсолютно негорючий материал, поэтому изделия из него не способны поддерживать горение.

Все это в полной мере относится и к стеклопластику – стеклопластиковые изделия относятся к пожаробезопасным материалам. Правда, некоторые композиционные материалы из стеклопластика при определенных условиях могут воспламеняться.

Горит стекловолокно или нет, зависит от марки и компонентов, входящих в состав.

Химические и физические свойства стекловолокна определили виды изделий, которые можно изготавливать из этого материала.

Марки

Вы можете увидеть список качеств стекловолокна с соответствующими свойствами в таблице:

Материалы из стекловолокна

Среди всего ассортимента изделий из стекловолокна можно выделить две основные категории изделий: изделия, на 100% состоящие из этого материала, и композитные изделия, содержащие дополнительные вещества и элементы.

Рассмотрим некоторые продукты обоих видов и их характеристики.

1. Маты из стекловаты. Эти продукты предназначены для теплоизоляции и звукопоглощения как в строительстве, так и в промышленности. Структура теплоизоляционных матов состоит из ненаправленных отрезков стеклянных нитей, скрепленных между собой естественными силами. Изделия на 100% изготовлены из стекловолокна.
2. Рулонная стекловата. Продукт полностью идентичен матам по составу и способу производства, только свернутый в рулон. Для отдельных видов работ с теплоизоляцией объектов такая форма поставки предпочтительнее, чем маты.
3. Сетка из стекловолокна. Продукт предназначен для армирования различных поверхностей при отделочных работах. Состоит из гибких стеклянных нитей, переплетенных между собой и покрытых специальным раствором. Сетка доступна как в листах, так и в рулонах различных размеров.
4. Стеклоткань. Это изделие похоже на стеклосетку, только имеет более плотное переплетение тонких стеклянных нитей. Изделие выполнено по технологии плетения в различном дизайне. Стеклопластик имеет широкий спектр применения: производство обоев, особенно стеклохолста «паутинка», электромонтажные работы и т.д.
5. Стекловолокно. Это композиционный универсальный материал, состоящий из стекловолокна и специальных связующих смол. Область применения стеклопластика разнообразна. Все детали могут быть изготовлены из него литьем и другими технологическими способами.
6. Арматура из стеклопластика – достойная альтернатива металлическому аналогу, способная заменить его во всех сферах применения.

Конечно, это далеко не полный перечень изделий из стеклопластика.

Стекловолокно нашло применение в строительстве, электротехнике, радиотехнике, медицине и других отраслях промышленности.

Следует отметить, что для производства тех или иных изделий используется стеклохолст разных марок, произведенный по разным технологиям, с разной длиной и толщиной нитей.

Штапельное стекловолокно (короткая длина) используется для производства стекловаты, рубленое длинное стекловолокно — для изготовления стекловолокна, длинное (бесконечное) стекловолокно — для производства текстиля и сеток.

Сферы применения

Изделия из стеклопластика используются в различных сферах деятельности человека. Некоторые из них описаны выше.

Рассмотрим этот вопрос более подробно, по каждой отрасли отдельно с указанием основных изделий из стеклопластика, предназначенных для выполнения определенных работ, а также объектов, узлов и конструкций, которые могут быть изготовлены на основе стеклопластика.

Строительная индустрия

В строительстве изделия из стеклопластика в основном используются для теплоизоляции:

• корпус;
• промышленные здания;
• трубопроводы и другие объекты.

Для этих целей используются:

• коврики;
• рулоны стекловаты;
• пластина из стекловолокна.

Для производства различных конструкций в строительной отрасли также широко используется стеклопластик – композиционный материал, состоящий из стекловолокна и полимеров.

Из него изготавливают разнообразные панели, плиты, в том числе теплоизоляционные и другие защитные архитектурные элементы.

Стекловолокно нашло свое применение в отделочных работах. Они изготовлены из стеклоткани с разным рисунком переплетения.

Для штукатурки используется сетка из стекловолокна. Стекловолокно огнеупорное керамическое применяется в качестве теплоизоляции котлов, футеровки дымоходов, воздуховодов, стен и сводов отопления, термических печей.

Производство товаров

Стеклопластик широко применяется в судостроении, автомобилестроении и других отраслях, где решающими факторами являются легкость, простота обслуживания, коррозионная стойкость и низкая стоимость деталей.

Из него изготавливают корпуса и обшивки лодок и яхт, автомобильные детали, ящики для инструментов и так далее

Стеклопластиковые бассейны, емкости для воды, септики, лыжи и другие товары прочно вошли в жизнь современного человека.

Выбор изделий из стеклопластика огромен.

Электротехника и электроника

Стекловолокно используется для изготовления различных электроизоляционных материалов.

Стекло является прекрасным диэлектриком, поэтому нити используются при производстве специальных тканых материалов для изоляции токопроводящих конструкций и проводников электрической энергии.

Стеклотекстолит, покрытый медной фольгой (смесь стекловолокна с эпоксидной смолой), является основой для производства многослойных печатных плат электронных устройств.

Оптическое волокно, широко применяемое в электронике, также представляет собой стекловолокно из кварцевого стекла.

Медицина

Стеклопластик используется для изготовления протезов различных частей тела человека, а также некоторых видов имплантов без вреда для здоровья. В стоматологии стекловолокно используется для изготовления протезов. Во многих медицинских инструментах и ​​оборудовании стекловолокно в различных формах присутствует в качестве основного или вторичного конструкционного материала. Одним из основных элементов хирургических лазерных скальпелей является такое же высокочистое стекловолокно.

Из приведенной выше информации можно сделать однозначный вывод, что стеклопластик, как основа для производства различных изделий, является очень популярным материалом на данный момент.

Что можно сделать своими руками?

Для самостоятельного творчества стекловолокно – отличный материал.

В основном поделки своими руками делают из стеклоткани и различных связующих: эпоксидного клея, полиэфирных смол и других синтетических наполнителей.

Что можно сделать из самого стеклопластика? Да все, от простой подставки для чайника до корпуса самодельной лодки или автомобиля. Все зависит от вашего желания и фантазии.

Наиболее простым способом изготовления детали или конструкции из стеклоткани является технология послойного нанесения тканевой основы на модель с проклейкой каждого слоя эпоксидной смолой.

Этот способ позволяет изготовить практически любую конструкцию со сложной поверхностью из стеклопластика своими руками.

Это может быть приборная панель, бампер автомобиля или лодка.

Самое главное подготовить модель, которую вы собираетесь использовать, и правильно склеить слои стекловолокна.

Его можно сделать из пластилина, глины, дерева или других легко поддающихся обработке материалов.

Модель следует смазать жидким парафином, чтобы облегчить снятие готового изделия.

Каждый слой стеклопластика проклеивается эпоксидным клеем и вся конструкция снимается с модели после полного отверждения.

Заготовка вырезается по контуру, шлифуется и при необходимости в ней вырезаются отверстия, после чего деталь готова.

Это описание не относится к конкретному изделию и вкратце рассказывает об общем принципе изготовления изделий из стеклопластика своими руками.