Технология производства стеклопластика

ЗАО “СПИНОКС”

Технология производства стеклопластика

Стеклопластики получают различными методами: протяжки, пропитки, намотки и прямого прессования.

Открытые методы формования

Метод ручной выкладки

Наиболее простой по аппаратурно-технологическому оформлению. Его применяют для изготовления крупных изделий: строительных конструкций, корпусов лодок, кузовов автомобилей. К недостаткам относятся:

  • большие затраты ручного труда
  • высокие расходы на материал
  • длительный цикл изготовления изделия.

Достоинством метода является его универсальность, т.е. получение изделий практически любых форм и размеров.

Метод напыления

Более всего подходит для изготовления недорогих деталей простой конфигурации из полиэфирных стеклопластиков, особенно санитарно-технических изделий. В основном их получают из органического стекла, усиленного с наружной стороны слоем из ненасыщенных полиэфирных смол.

Метод напыления более производительный и менее дорогой, чем ручная выкладка, но имеет ряд недостатков:

  • затруднено изготовление изделий сложной конфигурации;
  • стекловолокнистая пыль, находящаяся во взвешенном состоянии, а также пары мономера загрязняют воздух, ухудшая условия труда.
  • Способ напыления довольно простой (рубленое волокно пропитывают отверждающейся смолой, и затем эту смесь равномерным слоем с помощью распылительного устройства наносят на форму, где и происходит отверждение), но, тем не менее, требует точного соблюдения определенных условий. Прежде всего, необходим строгий контроль над качеством смешения смолы, загустителя и инициатора.

    Метод намотки

    Данный метод применяется при изготовлении тел вращения: труб для нефтегазовой, химической промышленности; газоотводящих труб; цистерн для хранения и транспортировки химически активных продуктов, воды, горюче-смазочных материалов; промышленных резервуаров.

    Ёмкости и трубы из стеклопластика имеют ряд преимуществ перед аналогичными изделиями из традиционных материалов.

    Стоимость оборудования и оснастки значительно зависит от метода намотки и диаметра изготавливаемого изделия.

    Намотка обеспечивает создание ориентированной структуры изделий с учетом их формы и особенностей эксплуатации. Использование в качестве усилителя жгутов, лент, нитей из высокопрочных стеклянных волокон способствует достижению максимальной прочности изделий.

    Намотка, относящаяся к способам производства специальных изделий, позволяет изготавливать их разнообразной конфигурации и размеров: самые маленькие могут быть длиной в несколько сантиметров и диаметром в несколько миллиметров; примерами крупных изделий могут служить корпуса маяков, судов и железнодорожных цистерн.

    Закрытые способы формования

    Закрытыми способами формуют препреги и премиксы на основе реактопластов и термопластов. Из них преимущественно получают детали, отличающиеся высокой термостойкостью, стойкостью к тепловому старению, жесткостью и твердостью поверхностного слоя, хорошими звуко-, электро- и теплоизоляционными свойствами.

    Пропитка под давлением

    Процесс был запатентован в 40-х годах под названием Marco-метод. Пропитка под давлением предназначена преимущественно для мелкосерийного производства (менее 20 тыс. шт.) и характеризуется минимальным выделением мономера по сравнению с другими методами, позволяет быстро перейти на выпуск новой продукции, так как при этом используют недорогую и простую по конструкции оснастку. К недостаткам относятся:

    • невозможность получения деталей с высоким качеством поверхности без последующего покрытия;
    • невысокая производительность;
    • значительная усадка изделий.

    Существует множество машин, работающих по методу пропитки под давлением, — от небольших с большими затратами труда до сложных автоматических установок.

    Метод прессования

    Используется для изготовления мебели (столы, стулья), для производства спортивных товаров, создания игровых площадок и бассейнов. Цикл прессования составляет 4-7 мин в зависимости от размеров изделия.

    Прессование армированных пластиков в зависимости от способа пропитки волокнистого наполнителя имеет две разновидности:

    • прессование сухих, предварительно пропитанных холстов и тканей (препрегов) и премиксов;
    • прессование с пропиткой непосредственно в форме («холодное» прессование).

    Наибольшее применение нашел первый способ. При изготовлении изделий простой конфигурации используют обычно прямое (компрессионное) прессование, а для получения прецизионных изделий сложной формы, например, технических деталей, электроарматуры, предпочтительно литьевое прессование. Создано новое поколение прессов высокой точности, оснащенных современными системами контроля, на которых можно получать детали с высоким качеством поверхности и примерно одинаковые по стоимости со стальными деталями.

    Литье под давлением

    Метод начали применять в промышленных масштабах во второй половине 60-х годов. По сравнению с прессованием литье под давлением имеет следующие преимущества:

    • высокая степень автоматизации процесса;
    • точность дозирования материала;
    • незначительные потери материала;
    • непродолжительное время цикла;
    • незначительная последующая обработка готовых деталей вследствие лучшего качества поверхности.

    При изготовлении одинаковых деталей литьем под давлением производительность процесса на 22 % выше, чем при прессовании, из-за меньшей продолжительности цикла. Недостатки процесса литья под давлением:

    • прочность, вязкость и сопротивление ударным нагрузкам деталей из композиций, усиленных коротким волокном, ниже чем прессованных деталей;
    • литьевое оборудование имеет большой расход материала на литниковую систему.

    Пултрузия

    Отдельным направлением в изготовлении стеклопластика является метод непрерывной вытяжки (пултрузии) через формообразующую фильеру. Изготовление профиля таким образом осуществляется с помощью специальной пултрузионной машины.

    Схематично процесс выглядит следующим образом. Стеклопластиковый профиль трудногорючий и не выделяет при пожаре сильнодействующий газ диоксин, в отличие от поливинилхлорида.

    Благодаря своим удивительным свойствам стеклопластиковый профиль находит широкое применение в гражданском и промышленном строительстве, транспортном машиностроении, при изготовлении оконных и балконных блоков, электротехнических коробов, несущих конструкций, труб, лестниц, стеновых блоков и т.д.

    Метод протяжки

    Один из немногих непрерывных методов изготовления изделия из армированных волокнами реактопластов. Это несложный в аппаратном оформлении процесс, состоящий из трех стадий:

    • пропитки в ванне непрерывного армирующего волокнистого агента в виде ровницы или мата жидким связующим (термореактивной смолой, содержащей катализатор);
    • протягивания пропитанных ровницы или матов через обогреваемое формующее устройство, где происходит формование профиля и отверждение связующего;
    • разрезание профиля на секции нужной длины.

    В последние годы метод протяжки стали применять для получения профилей из винилэфирных и эпоксидных смол. Такие профили обладают более высокой химической стойкостью, чем из полиэфирных смол.

    Основным фактором, препятствующим более широкому использованию протянутых профилей, является недостаточно высокая производительность оборудования для протяжки. Одной из быстрорастущих областей применения изделий, изготовленных методом протяжки в строительстве, является производство оконных профилей из армированных ненасыщенных полиэфиров, которые наряду с поливинилхлоридными конкурируют с аналогичными алюминиевыми изделиями.

    Пожарные резервуары из стеклопластика

    Пожарный резервуар предназначен для использования запасенного объема воды при пожаре (пожарный резервуар также известен под другими терминами: противопожарная ёмкость, пожарный запас воды, противопожарный резервуар, запас воды на пожаротушение, противопожарный запас воды).

    Пожарный объем воды надлежит предусматривать в случаях, когда получение необходимого количества воды для тушения пожара непосредственно из источника водоснабжения технически невозможно или экономически нецелесообразно.

    Объем, который должен быть у стеклопластикового резервуара для тушения пожаров/пожара, расход воды на наружное пожаротушение (на один пожар) и количество одновременных пожаров в населенном пункт.

    Ответы на эти и другие вопросы можно найти в нормативной литературе:

    • СНиП 2.04.01-85 Внутренний водопровод и канализация зданий
    • СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение наружные сети и сооружения

    Согласно СНиП 2.04.01-85 – пожарный резервуар или водоемы должны быть в количестве не менее двух, при этом в каждом из них должно храниться 50% объема воды на пожаротушение. Пожарный резервуар оборудовать переливными и спускными трубопроводами не требуется.

    Засчет высокой прочности и малого веса значительно облегчается задача по транспортировке стеклопластиковых пожарных резервуаров и их монтаже. В связи с высокими прочностными характеристиками пожарный резервуар можно монтировать прямо в землю с небольшой песчаной обсыпкой без применения бетонной опалубки и кессонов.

    Композитные материалы (стеклопластики)

    Композитные материалы, к которым относится и стеклопластик – материал для стеклопластиковых емкостей, представляют собой металлические и неметаллические матрицы (основы) с заданным распределением в них упрочнителей (волокон, дисперсных частиц и др.); при этом композитные материалы позволяют эффективно использовать индивидуальные свойства составляющих композиции, что отвечает ответственному назначению стеклопластиковых емкостей.

    По характеру структуры композитные материалы подразделяются на волокнистые, упрочнённые непрерывными волокнами и нитевидными кристаллами, дисперсноупрочнённые композиционные материалы, полученные путём введения в металлическую матрицу дисперсных частиц упрочнителей, слоистые композитные материалы, созданные путем прессования или прокатки разнородных материалов.

    Сплавы с направленной кристаллизацией эвтектических структур также представляют собой композитные материалы. Комбинируя объемное содержание компонентов, можно, в зависимости от назначения, получать композитные материалы с требуемыми значениями прочности, жаропрочности, модуля упругости, абразивной стойкости, а также создавать композитные материалы с необходимыми магнитными, диэлектрическими, радиопоглощающими и другими специальными свойствами.

    Композитные материалы своим прообразом имеют широко известный железобетон, представляющий собой сочетание бетона, работающего на сжатие, и стальной арматуры, работающей на растяжение, а также полученные в 19в. прокаткой слоистые материалы.

    Успешному развитию современных композитных материалов содействовали: разработка и применение в конструкциях волокнистых стеклопластиков, обладающих высокой удельной прочностью; открытие весьма высокой прочности, приближающейся к теоретической, нитевидных кристаллов и доказательства возможности использования их для упрочнения металлических и неметаллических материалов; разработка новых армирующих материалов - высокопрочных и высокомодульных непрерывных волокон бора, углерода, Al2O3, SiC и волокон других неорганических тугоплавких соединений, а также упрочнителей на основе металлов.

    Области применения композитных материалов многочисленны; кроме авиационно-космической, ракетной и других специальных отраслей техники, композитные материалы могут быть успешно применены в энергетическом турбостроении, в автомобильной промышленности - для деталей двигателей и кузовов автомашин; в машиностроении - для корпусов и деталей машин; в химической промышленности - для автоклавов, цистерн, аппаратов сернокислотного производства, ёмкостей для хранения и перевозки нефтепродуктов и др. Стеклопластики, из которых и изготовлена стеклопластиковая емкость – это композитные материалы, состоящие из стеклянного наполнителя и синтетического полимерного связующего. Наполнителем для материала, из которого изготовлена стеклопластиковая емкость, служат в основном стеклянные волокна в виде нитей, жгутов (ровингов), стеклотканей, стекломатов, рубленых волокон; связующим - полиэфирные смолы, феноло-формальдегидные, эпоксидные, кремнийорганические смолы, полиимиды, алифатические полиамиды, поликарбонаты и др.

    Для стеклопластиков характерно сочетание высоких прочностных, диэлектрических свойств, сравнительно низкой плотности и теплопроводности, высокой атмосферо-, водо- и химстойкости, что ясно отвечает назначениям, которые имеет любая стеклопластиковая емкость. 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, что любая стеклопластиковая емкость будет иметь в качестве плюса . 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 пресс-материалы; материалы на основе рубленых волокон, нанесённых на форму методом напыления одновременно со связующим, и на основе холстов (матов). Стеклопластки на основе полиэфирных смол можно эксплуатировать до 60-150 С, эпоксидных - до 80-200 C, феноло-формальдегидных - до 150-250 С, полиимидов - до 200-400 С. Диэлектрическая проницаемость стеклопластиков 4-14, тангенс угла диэлектрических потерь 0,01-0,05, причём при нагревании до 350-400 С показатели более стабильны для стеклопластиков на основе кремнийорганических и полиимидных связующих.

    Изделия из стеклопластиков с ориентированным расположением волокон изготавливают методами намотки, послойной выкладки или протяжки с последующим автоклавным, вакуумным или контактным формованием либо прессованием, из пресс-материалов - прессованием и литьём.

    Стеклопластики, помимо материала, из которого изготовлена стеклопластиковая нержавеющая емкость, применяют как конструкционный и теплозащитный материал при производстве корпусов лодок, катеров, судов и ракетных двигателей, радиопрозрачных обтекателей, лопастей вертолётов, коррозионностойкого оборудования и трубопроводов, небольших зданий, бассейнов для плавания и др., а также стеклопластик используется как электроизоляционный материал в электро- и радиотехнике.

    Преимущества емкостей из стеклопластика

    • химически устойчивы (срок эксплуатации под землей более 50 лет);
    • не требуется применение укрепляющих металлических поясов;
    • нержавеющие емкости;
    • диаметр крышки позволяет вести обслуживание емкостей изнутри;
    • устойчивы к погодным условиям;
    • при небольшом удельном весе, 1,5–1,8 г/см3, обладают большой механической прочностью.

    На сегодняшний день производящими предприятиями из стеклопластика изготавливаются следующие емкости:

    1. Технологические емкости;
    2. Накопительные емкости;
    3. Химстойкие емкости;
    4. Септики;
    5. Технические колодцы;
    6. Пожарные резервуары;
    7. Реагентные баки;
    8. Сорбционные фильтры;
    9. Масло-бензоотделители и жироотделители;
    10. Канализационные насосные станции различной производительности.

    Накопительные ёмкости из стеклопластика

    Стеклопластиковая накопительная ёмкость применяется:

    • для чистой воды и как противопожарная нервжавеющая емкость;
    • для хранения и транспортировки пищевых продуктов и питьевой воды;
    • для сбора сточных вод в частных домах, на дачах и т.п.

    Варианты размещения: накопительная стеклопластиковая емкость имеет возможность быть размещенной в подземном и надземном варианте.

    Подземное размещение

    Стеклопластиковая емкость размещается под землей горизонтально, на поверхности земли остаются смотровые люки, закрытые крышками. Для удобства обслуживания не рекомендуется заглублять установку более чем на 1,8 метра от поверхности земли. В случае заглубления установки более чем на 1,8 метра возможно предусмотреть установку КНС, либо усилить стенки корпуса.

    При необходимости размещения стеклопластиковой накопительной емкости под проезжей частью, над установкой выполняется монолитная железобетонная плита из армированного бетона, а стеклопластиковые люки заменяются по месту на чугунные.

    Надземное размещение

    Стеклопластиковая емкость размещается на твердое основание, бетонируется на 1/3 диаметра емкости. При надземном размещении стенки установки усиливаются. Общее количество пожарных стеклопластиковых емкостей одного назначения в одном узле должно быть не менее двух. Во всех ёмкостях в узле наинизшие и наивысшие уровни пожарных, аварийных и регулирующих объемов должны быть соответственно на одинаковых отметках. При выключении одной емкости в остальных должно храниться не менее 50% пожарного и аварийного объемов воды.

    Стеклопластиковая емкость может быть объединена в блоки, увеличивая общий полезный объем хранимой жидкости.

    Как правило, накопительная стеклопластиковая ёмкость для сбора сточных вод и химикатов снабжается сигнальным устройством, которое, в случае переполнения ёмкости, подаёт звуковой и световой сигнал.

    Стеклопластиковая накопительная емкость применяется также в местах отсутствия систем муниципальной канализации. Такие емкости необходимы для накопления сточных вод, которые выводятся от учебных заведений, загородных домов, коттеджей и других зданий. Накопительные емкости бывают разных размеров, например, для небольшого коттеджа необходима емкость 10 куб.м.

    Чаще всего они комплектуются тросами, с помощью которых фиксируется накопитель и датчиком сигнализации наполнения емкости. В зависимости от того, куда будет помещен датчик, можно узнавать о наполненности емкости в момент заполнения или же предварительно, за несколько дней до заполнения.

    Стеклопластиковая накопительная емкость требует периодического очищения, поэтому расположена в месте, к которому возможен свободный проезд машины для опорожнения. Размер емкости вычисляется на основании расчетного количества сточной воды и частоты опустошения емкости. Место нахождения входной трубы (труб) и стояка для опорожнения определяется самостоятельно потребителем.

    Также они абсолютно безопасны для здоровья человека. Стеклопластик обеспечивает продукции высокую стойкость к воздействию агрессивной среды, увеличение срока службы, данная нержавеющая емкость огнестойка, имеет низкие эксплуатационные затраты и простоту в обслуживании.

    Создание сайта - НИИ Электронных образовательных ресурсов    Design Banda-Panda
    Copyright © ЗАО “СПИНОКС” 2017
    625049 Тюмень, ул. Московский тракт, 140/1
    Написать письмо...
    (+7 3452) 30-71-72