Способы производства труб из стеклопластика. Время производить стеклопластиковые трубы Технологический процесс изготовления стеклопластиковых труб

Из всего разнообразия материалов, которые используются для изготовления полимерных труб различного назначения, особое внимание всегда уделяется именно стеклопластику, так как он обладает действительно уникальными эксплуатационными свойствами. Как правило, стеклопластиковые трубы используются больше для промышленных целей и отличаются тем, что легко переносят любые эксплуатационные условия и имеют достаточно высокий рабочий ресурс. И, невзирая на то, что стоит этот материал относительно дорого, он в последние годы обретают все большую популярность, в том числе среди простых частных застройщиков.

Трубы из стеклопластика

Что собой представляют такие трубы?

Итак, стеклопластик – это особый композитный материал, который отличается повышенными прочностными характеристиками. Изготовители описываемых в данной статье труб уверяют в том, что их изделия, которые пропитываются эпоксидными/полиэфирными смолами, могут быть использованы при наземной/подземной прокладке трубопроводов различного назначения. Такие трубы отлично демонстрируют себя в условиях повышенного давления транспортируемого вещества, с их помощью прокладываются магистрали в самых разных климатических зонах (сюда относится даже Крайний Север).

Обратите внимание! Если потребуется, то на внутреннюю поверхность изделий может быть нанесено защитное покрытие, благодаря которому их можно будет применять для транспортировки разных газообразных либо жидких сред.

Маркировка стеклопластиковых труб, которые имеют подобное покрытие, выглядит следующим образом.

«П». Такие изделия могут быть использованы для трубопроводов холодного водоснабжения.
«А». Трубы, имеющие такую маркировку, предназначаются для перемещения жидких сред, включающих в себя различные абразивные примеси.
«Г». Это трубы, которые применяются для прокладки сетей горячего водоснабжения.
«Х». Изделия, которые имеют такую маркировку, рассчитаны на химически активные жидкости, среди которых и продукты нефтеперерабатывающей промышленности.
«С». Последняя категория труб, которая предназначается для всех остальных целей.

Особенности появления стеклопластиковых труб

Изготовление такого рода труб возникло еще в 50-х годах прошлого столетия, поскольку именно тогда производство эпоксидных смол обрело промышленные масштабы. Данная технология, равно как и любая другая новинка, поначалу особой популярностью не пользовалась: у людей не было опыта применения стеклопластика, более того, традиционные материалы (такие как алюминий или сталь) стояли относительно недорого.

Однако лет через 10-15 ситуация кардинальным образом изменилась. По какой причине?

В первую очередь, это объясняется тем, что стоимость стали и цветных металлов заметно возросла.
Насосно-компрессорные трубы из стеклопластика имели преимущество перед стальными – весили они немного и отличались при этом устойчивостью к коррозии (трубы никак на страдали от продолжительного контакта с соленой водой чего об их «конкурентах» сказать нельзя).
Еще одна причина, которая во многом касается предыдущей – начала развиваться коммерческая разработка газовых/нефтяных месторождений.
И, наконец, изменилась и сама производственная технология – теперь стеклопластиковые трубы обходились дешевле и становились все более прочными.

Вполне очевидно, что долго ждать результатов не пришлось – уже к концу шестидесятых компания «Амерон» из США ворвалась на рынок стройматериалов с качественными стеклопластиковыми трубами повышенного давления. Вначале продукция компании завоевала Северную Америку, а потому перешла и на ближневосточный рынок. Уже в восьмидесятые годы «в игру» вошли европейские страны, еще спустя некоторые время – и Советский Союз.

Видео – Трубы из стеклопластика

Разновидности труб в зависимости от типа смол

Эксплуатационные свойства описываемых в статье труб могут меняться в зависимости от того, на основе каких именно смол они изготовлены. Именно по этой причине во время покупки необходимо в обязательном порядке уточнять, что за стеклопластик вам продают. С этой точки зрения изделия делятся на две категории, ознакомимся с особенностями каждой из них.

Стеклопластик, изготовленный на основе полиэфирных смол. Данный материал характеризуется химической нейтральностью, устойчивостью к влиянию разного рода веществ; материал является очень важным элементом при прокладке трубопроводов для нефтеперерабатывающей отрасли. Однако вы должны знать, что такие трубы непригодны для эксплуатации в условиях высоких температур (свыше +95-ти градусов) либо высокого давления (максимум – 32 атмосферы).
Стеклопластик, выполненный на основе эпоксидных смол. Благодаря эпоксидному связующему, которое применяется в производственном процессе, готовая продукция получается гораздо более прочной. Трубы, изготовленные по такой технологии и имеющие больший диаметр, способны переносить очень высокое давление (максимум – 240 атмосфер) и температуру не более +130-ти градусов. Другим преимуществом этого материала считается его относительно низкая теплопроводность, в связи с чем нет необходимости в обустройстве дополнительной теплоизоляции (изделия практически не отдают тепловой энергии). Стоимость таких труб несколько дороже, если сравнивать с аналогичным показателем полиэфирного стеклопластика.

Где могут использоваться трубы из стеклопластика?

Сразу оговоримся, что они могут применяться в самых разных промышленных и хозяйственных отраслях. Но если говорить более конкретно, то такие трубы отлично зарекомендовали себя в приведенных ниже сферах.

Энергетика . Здесь такие трубы активно применяются при прокладке магистралей, функционирующих при высоком показателе давления.
Нефтяная промышленность . В данном случае трубы из стеклопластика используются как для транспортирования ценных ископаемых (речь идет о магистральных линиях), так и для обеспечения всех остальных производственных процессов, в том числе для добычи газа/нефти.
В системе ЖКХ . А здесь описываемые в статье изделия применяются для прокладки водопроводов (ГВС и ХВС), а также для монтажа отопительных систем.
Медицинская, химическая промышленности . Благодаря химической нейтральности, а также устойчивости к разного рода агрессивным воздействиям, стеклопластиковые трубы просто незаменимы для транспортировки щелочей, кислот и иных смесей/жидкостей.

Обратите внимание! Помимо всего прочего, в последнее время такие трубы все больше используются в бытовых целях. Причем это использование вполне оправдано – их безаварийный (то есть, без ремонта) эксплуатационный срок составляет более полувека.

Особенности изготовления стеклопластиковых труб

Как на сегодняшний день производятся такие трубы? Существует четыре основных способа, мы рассмотрим каждый из них. Но для начала отметим, что эксплуатационные свойства готовых изделий могут значительно меняться в зависимости от того, каково число конструктивных слоев.

Простейшие однослойные трубы считаются самыми дешевыми. И неудивительно, ведь стеклопластик в данном случае практически ничем не защищен.
У двухслойных изделий имеется наружная защитная оболочка, повышающая устойчивость к УФ-излучению и разного рода агрессивным средам.
Наконец, в изделиях, состоящих из трех слоев, один слой является дополнительным силовым – он располагается между наружным и внутренним. Подобные трубы очень прочны, а потому могут использоваться при очень высоком давлении. Однако следует помнить, что и стоят они при этом недешево.

А теперь рассмотрим основные технологии изготовления.

Технология №1. Экструзия

В данном случае отвердитель перемешивается со смолой, а также измельченным стекловолокном, а затем полученная смесь продавливается через отверстие посредством специального экструдера. В результате получаем технологичное и достаточно дешевое производство, однако армирующий каркас отсутствует, что влияет на прочностные характеристики продукции.

Технология №2. Пултрузия

Здесь изделия формируются уже между внешней и внутренней оправками. Благодаря этому, все поверхности выходят идеально ровными, но по причине производственных ограничений такие трубы не могут изготавливаться с большим диаметром или рассчитанными на повышенное рабочее давление.

Технология №3. Формование центробежное

Особенностью метода является то, что армирование в данном случае – это уже готовый рукав, выполненный из стеклоткани, прижимаемый к поверхностям формы, которая вращается благодаря центробежным силам. Из-за этих же сил смола распределяется по стенкам изделий максимально равномерно. Но главное преимущество – это то, что можно получать идеально гладкую внешнюю поверхность. Хотя есть и минус – технология достаточно энергоемкая, а значит, и дорогая.

Технология №4. Намотка

Здесь стекловолокно, которое пропитано связующим, наматывают на оправку цилиндрической формы. То оборудование, что используется для такого производства, получило наибольшее распространение по причине повышенной производительности и простоты.

Обратите внимание! Этот способ может быть нескольких видов. Рассмотрим особенности каждой из разновидностей намоток.

Разновидность первая. Спирально-кольцевая

Специальный укладчик движется возвратно-поступательно параллельно вращающейся оправке. После каждого такого прохода остается слой волокон, а шаг при этом перманентный. Благодаря подобной методике намотки, получаются предельно прочные на разрыв стеклопластиковые трубы.

Обратите внимание! Что характерно, если нить предварительно натянуть, то прочность готового изделия из-за этого также повысится, а риск возникновения трещин при изгибах будет минимальным.

При использовании данного метода производятся насосно-компрессные изделия (они способны выдерживать высокие показатели рабочего давления), различные несущие элементы (в том числе опоры для линий электропередач), а также корпусы для ракетных двигателей.

Разновидность вторая. Спирально-ленточная

Отличается от предыдущей разновидности только тем, что укладчик после каждого прохода оставляет небольшую ленту, состоящую из нескольких десятков волокон. По этой причине (необходимо больше проходов) армирующий слой получается не таким плотным. Преимущество методики в том, что используется более простая, а значит, и более дешевая техника.

Разновидность третья. Продольно-поперечная

Главное отличие состоит в непрерывной намотке – нити одновременно укладываются как продольные, так и поперечные. На первый взгляд, сама технология в данном случае должна быть более простой и дешевой, однако имеется одна трудность – чисто механическая. Так, сама оправка вращается, а потому и катушки тоже должны вращаться (те, из которых наматываются нити). Что характерно, чем больший диаметр будет иметь труба, тем большее число этих катушек понадобится.

Разновидность четвертая. Поперечно-продольная косослойная

Методика была создана в Харькове еще во времена СССР и предназначалась для применения в изготовлении ракетных снарядов. Вскоре технология была распространены и в других странах. Суть состоит в том, что укладчиком формируется широкая лента, которая, в свою очередь, состоит из многочисленных волокон, которые пропитаны связующим веществом. Эта лента обматывается не пропитанной нитью еще до намотки — так создается осевая арматура. Каждый новый слой после укладки необходимо прокатывать валиком, который выдавливает излишки связующего и уплотняет армирование.

У данной методики имеются важные преимущества, ознакомимся с каждым из них более детально.

Производственный процесс является непрерывным, а толщина стенок может быть любой (требуется лишь изменение нахлеста ленты).
В готовых трубах стекловолокна содержится достаточно много (данный показатель может достигать 85-ти процентов; для примера – у других способов это максимум 40-65 процентов).
Показатель производительности в данном случае также достаточно высокий.
Наконец, появляется возможность изготавливать трубы самых больших размеров (теоретически никаких ограничений нет вообще), которые зависят исключительно от габаритов оправки.

Таблица. Основные разновидности описываемых в статье труб.

Таблица. Диаметр обсадных и насосно-компрессорных изделий по ГОСТу.

Таблица. Диаметр линейных изделий по ГОСТу.

Ключевые преимущества труб, выполненных из стеклопластика

В чем же заключается причина столь высокой популярности таких труб? Ниже приведен перечень преимуществ данного материала – он не слишком большой, зато каждый из пунктов имеет огромное значение.

Стоят стеклопластиковые трубы более чем приемлемо, особенно если сравнивать их с изделиями из нержавеющей/высоколегированной стали.
Благодаря той или иной схеме армирования (все они были перечислены в предыдущем разделе статьи), можно получить изделия, имеющие конкретные механические свойства. К примеру, первая разновидность намотки (спирально-кольцевая) дает возможность изготовить трубы крайне устойчивые к высокому рабочему давлению.
Еще стеклопластик характеризуется отменной устойчивостью к различным агрессивным средам и коррозии.
Наконец, материал просто немного весит. Если говорить более конкретно, то его удельная прочность выше примерно в 3,5 раза, чем аналогичный показатель у стали. Следовательно, трубы из этих материалов, имея одинаковую прочность, будут иметь совершенно разную массу.

Примерная стоимость стеклопластиковых труб

Современный ассортимент описываемых в статье изделий достаточно большой, а потому и производителей немало. Тем не менее, все они изготавливают трубы по ГОСТам, а потому размеры и характеристики должны быть идентичными. Но все же ознакомимся с особенностями нескольких разновидностей труб, а также выясним сегодняшние среднерыночные цены. Для удобства посетителей нашего сайта все сведения ниже приведены в виде небольшой таблицы.

Таблица. Сколько стоит трубы из стеклопластика – цены, характеристики.

Наименование, фото	Краткое описание	Среднерыночная стоимость, в рублях
1. Профильная труба из стеклопластика	Габариты изделия следующие – 10х5х0,6 сантиметра (ВхШхТ). Что же касается веса, то он в данном случае составляет 3,14 килограмма на погонный метр.	От 1250 за метр
2. Профильная труба из стеклопластика	Аналогичное изделие, отличаются только габариты (они в данном случае составляют 18х6х0,6 сантиметра) и, следовательно, вес. Плотность в данном случае варьируется между 1 750 и 2 100 килограммов на кубический метр. Заметим также, что удельная прочность данного материала такая же, как высококачественной стали.	От 2200
3. Рифленая труба из стеклопластика	Габариты этого изделия составляют 3,4х0,9 сантиметра, а вес – 500 граммов на один метр длины. Внутренний диаметр такой трубы равен 2,5 сантиметра.	От 200
4. Круглая труба из стеклопластика	Ее наружный диаметр составляет 7 сантиметров, в то время как внутренний – 5,5 сантиметра. Стенки изделия имеют толщину 1,5 сантиметра. Масса равна 2,8 килограмма на метр длины.	От 1150
5. Круглая труба из стеклопластика	По характеристикам это изделие очень похоже на предыдущее – его наружный диаметр также составляет 7 сантиметров, зато внутренний – уже 6 сантиметров. Стенки имеют сантиметровую толщину.	От 800

Обратите внимание! Как видим, стоимость может быть разной и зависит от конкретной формы изделий, их габаритов и толщины стенок. Еще цена может варьироваться в зависимости от конкретного производителя, но не сильно. Как бы то ни было, выбрать в любом случае есть из чего.

Видео – Достоинства стеклопластиковых труб

Подводя итоги

В конце стоит заметить, что сегодня мы рассказали, конечно же, только о малой части столь обширной и интересной темы, как применение стеклопластика (в частности – труб, выполненных из данного материала). Мы лишь вскользь упомянули, могут ли такие трубы использоваться в канализационных или отопительных системах, лучше ли они, чем пластиковые или, скажем, металлополимерные аналоги. Как бы то ни было, к этой теме мы еще вернемся. На этом все, удачи в работе!

Применяются как для транспортировки по ним различных сред, так и в качестве конструкционных элементов (опор, колонн, перекладин, оболочек).

История

Появление и выпуск стеклопластиковых труб стали возможными в середине 1950-х годов, когда был освоен промышленный выпуск реактопластичных связующих (прежде всего - эпоксидных смол) и стеклянных волокон. Уже тогда стали очевидными преимущества этих труб: малая масса и высокая коррозионная стойкость. Однако, в указанный период завоевать какую-либо долю рынка трубной продукции они ещё не могли по причине низкой цены на «традиционные» трубные материалы: сталь (в том числе нержавеющую) медь и алюминий. В середине 1960-х годов ситуация начала меняться. Во-первых, резко подорожали легированная сталь и алюминий. Во-вторых, начало добычи нефти на морских шельфах и в труднодоступных районах суши потребовало применения легких и коррозионно стойких труб. В третьих, технологии производства стеклопластиковых труб были усовершенствованы, а характеристики продукции улучшены. В эти годы фирма Ameron (США) освоила крупносерийный выпуск стеклопластиковых труб высокого давления (до 30 МПа) для нефтепромыслов. Трубы имели коммерческий успех и в США появилось множество производителей стеклопластиковой продукции. В 1970-х годах на нефтепромыслах Северной Америки и Ближнего Востока стеклопластиковые трубы производства США получили широкое распространение.

В 1980-х годах интерес к стеклопластиковым трубам появился во всех промышленно развитых странах. Их производство и применение освоили в Европе, Японии, Тайване. Начались эксперименты по применению стеклопластиковых труб и в СССР.

Технологии производства

По состоянию на 2013 год известны четыре принципиально отличающихся технологии производства стеклопластиковых труб:

Намотка пропитанной связующим стеклянной арматуры на наружную поверхность технологической оправки (мандрели);
Центробежное литье;
Центробежное формование из препрега на внутренней поверхности технологической оправки (формы);
Пултрузия в зазоре между наружной и внутренней оправками;
Экструзия связующего, наполненного в объеме рубленным стеклянным волокном.

Намотка

Технология намотки (навивки) наиболее проста по реализации и обеспечивает высокую производительность. Намотка может быть как периодической так и непрерывной. Технология намотки обеспечивает высокое качество внутренней поверхности трубы за счет её формования на наружной поверхности оправки, но качество наружной поверхности низкое по причине отсутствия снаружи формообразующих элементов. Для труб, используемых для транспортировки жидкостей и газов последнее обстоятельство не принципиально.

Известна намотка с использованием термореактивных (полиэфирные, эпоксидные, фенолформальдегидные и др. смолы) и термопластичных (полипропилен, полиэтилен, полиамид, полиэтилентерефталат и др.) полимерных связующих. При использовании термопластичных связующих возможны одностадийные и двухстадийные технологии намотки. При использовании одностадийной технологии процесс совмещения (пропитки) волокнистого наполнителя термопластичным связующим и намотка на оправку происходят последовательно на одной и той же технологической установке . При использовании двухстадийной технологии сначала в результате операции совмещения получают предварительно пропитанный материал (препрег) в виде нити, ленты, стренги. Затем полученный препрег снова разогревают и наносят на оправку.

Известно множество способов укладки армирующих стеклянных волокон, но промышленное применение нашли спирально-кольцевой, спирально-ленточный, продольно-поперечный и косослойный продольно-поперечный способы.

Спирально-кольцевая намотка

Способ впервые предложен и реализован фирмой Ameron (США) в 1960-х года для производства стеклопластиковых насосно-компрессорных труб. При спирально-кольцевой намотке (СКН) укладчик, представляющий собой кольцо с равномерно расположенными по окружности фильерами движется возвратно-поступательно вдоль оси вращающейся оправки. Такое движение обеспечивает укладку непрерывных на всей длине волокон с равным шагом вдоль винтовых линий. Варьируя соотношение скорости вращения оправки и поступательного движения укладчика можно изменять угол укладки волокон. На концевых участках трубы в зоне реверсирования укладчика угол укладки волокон уменьшают таким образом, чтобы они удерживались на поверхности оправки силами трения. За счет этого волокна сохраняют натяжение, приданное им укладчиком и после отверждения связующего арматура трубы становится напряженной, что улучшает физико-механические свойства изделия.

К достоинствам спирально-кольцевой намотки относятся:

высокая производительность по причине укладки за один проход большого количества волокон;
высокая прочность получаемых труб;
возможность получения равной прочности в кольцевом и осевом направлениях;
высокое значение осевого модуля упругости;
за счет предварительного натяжения арматуры связующее хорошо переносит растягивающие нагрузки без растрескивания;
возможность формирования со сложной формой образующего сечения, а также труб переменного диаметра;
возможность укладки стеклоровингов, состоящих из большого количества элементарных волокон (свыше 2400 текс);
при использовании разборной или разрушаемой оправки возможность формирования замкнутых оболочек (баллонов, корпусов ракетных двигателей).

По причине указанных преимуществ спирально-кольцевая намотка получила широкое распространение при изготовлении труб высокого давления (в частности насосно-компрессорных труб), конструкционных труб, композитных опор ЛЭП, корпусов ракетных двигателей твердого топлива.

Тем не менее данная технология имеет свои недостатки:

высокая сложность оборудования;
большая масса укладчика в сочетании с его быстрым возвратно-поступательным движением приводит к повышенным нагрузкам на приводы и направляющие механизмы;
сложность зарядки стекловолокна в нитепроводящий тракт;
значительное увеличение числа (до нескольких сот и даже тысяч) укладываемых волокон при намотке труб большого диаметра, что обуславливает необходимость применения большого количества фильер и других элементов нитепроводящего тракта;
по причине необходимости реверсивного движения укладчика относительно оправки спиральный способ мало пригоден для непрерывной намотки.

По причине указанных недостатков спирально-кольцевая намотка редко применяется для производства труб большого диаметра.

Спирально-ленточная намотка

По принципу спирально-ленточная намотка (СЛН) не отличается от спирально-кольцевой, однако укладчик формирует лишь узкую ленту, состоящую из нескольких десятков волокон. Сплошность армирования обеспечивается многократными проходами укладчика. Такая технология проще спирально-кольцевой и позволяет формировать трубы больших диаметров, но имеет ряд недостатков:

производительность способа существенно ниже по причине необходимости большого количества проходов укладчика;
укладка волокон неравномерная и рыхлая, что ухудшает физико-механические характеристики труб.

Тем не менее, спирально-ленточная намотка имеет широкое распространение в производстве труб общего назначения низких и средних давлений.

Продольно-поперечная намотка

При продольно-поперечной намотке (ППН) волокна, армирующие трубу в продольном и поперечном направлениях укладываются независимо друг от друга. При этом нет необходимости в реверсивном движении укладчика и такой способ пригоден для реализации непрерывной намотки. К достоинствам ППН следует отнести:

высокую производительность;
возможность изменять соотношение кольцевой и осевой арматуры в более широких пределах, чем при спиральных способах;
возможность реализации непрерывной намотки;
непрерывность осевых волокон и возможность их натяжения, в результате чего физико-механические характеристики труб получаются не хуже чем при спиральных способах.

Недостатки ППН:

Необходимость применения вращающегося укладчика продольных волокон, что усложняет оборудование;
В случае больших диаметров труб необходимость размещения большого числа катушек с волокнами во вращающемся укладчике.

Продольно поперечная намотка нашла широкое применение в поточном производстве стеклопластиковых труб малых диаметров (до 75 мм).

Косослойная продольно-поперечная намотка

Технология была разработана в СССР в для массового производства стеклопластиковых корпусов реактивных снарядов. За пределами России и Украины малоизвестна. В России - наоборот, была широко распространена до середины 2000-х годов. При косослойной продольно-поперечной намотке (КППН) укладчиком формируется псевдолента, состоящая из параллельного пучка пропитанных связующим волокон, наматываемого под небольшим углом на поверхность оправки (образуя кольцевую арматуру), который предварительно обматывается непропитанными волокнами, образующими после укладки осевую арматуру. Псевдолнента укладывается на оправку с нахлестом на предыдущий виток. После укладки на оправку слои псевдоленты прикатываются роликами, наружная поверхность которых имеет винтовые линии. Прикатка роликами уплотняет слой арматуры, удаляя лишнее связующее. В результате этого укладка волокон получается очень плотной, а слой связующего между ними имеет минимальную толщину, что положительно сказывается на прочности стеклопластика и снижает его горючесть. Благодаря прикатке удается получить содержание стекла в отвержденном стеклопластике 75%-85% по массе - результат недостижимый для других способов (СКН дает содержание стекла порядка 65%, а СКЛ и ППН - 45%-60%). Варьируя нахлест, можно изменять толщину стенки трубы, укладываемую за один проход. Такой способ позволяет реализовывать непрерывную намотку, а также намотку труб большого диаметра малым числом одновременно укладываемых волокон.

К достоинствам КППН следует отнести:

очень высокую производительность, особенно при намотке труб больших диаметров (свыше 150 мм);
возможность намотки труб сколь угодно больших диаметров (теоретически - до бесконечности);
возможность непрерывной намотки;
очень высокую плотность укладки волокон;
низкую горючесть полученного стеклопластика;
возможность варьирования в широких пределах соотношения кольцевого и осевого армирования;
отсутствие сплошной осевой арматуры, что улучшает диэлектрические свойства стеклопластика.

К недостаткам КППН относятся:

возможность межслойного растрескивания, что не позволяет создавать по данной технологии трубы высокого давления;
использование прикаточных роликов осложняет применение быстрозатвердевающих связующих;
отсутствие предварительного натяжения осевой арматуры снижает модуль упругости стеклопластика.

Намотка стеклотканью

Намотка стеклотканью используется сравнительно редко, по причине более высокой стоимости стеклоткани по сравнению с неткаными волокнами. По технологическим свойствам намотка стеклотканью близка к КППН и иногда используется для мелкосерийного изготовления крупногабаритных труб.

Центробежное формование

В 1957 году в швейцарском городе Базель, зародилась идея, использовать центробежное литье для производства стеклопластиковых труб (CC-GRP - Centrifugally Cast Glassfiber Reinforced Plastic). Данная технология была впервые разработана, применена и получен патент компанией HOBAS

При этом способе материалы, составляющие стенку трубы, подаются фидером, управляемым цифровым контроллером, во внутреннюю часть быстро вращающейся стальной формы.

Состав материалов – это полиэфирная смола, рубленый ровинг из стекловолокна, кварцевый песок и мраморная мука.

Внутренний диаметр вращающейся формы является внешним диаметром готовой стеклопластиковой трубы. Это дает возможность получать трубу с точностью внешнего диаметра 0.1 мм.

Данный метод позволяет также делать стенку трубы более однородной и монолитной, избегать газообразных включений и расслоений.

Так как отлить стенку трубы можно практически любой толщины, то композитные изделия повышенной кольцевой жесткости

(более SN 12 000 n/м² и выдерживающие высокие осевые нагрузки трубы для микротоннелирования изготавливаются преимущественно этим способом.

Пултрузия

Пултрузия является высокопроизводительным способом производства стеклопластиковых труб и обеспечивает высокое качество наружной и внутренней поверхности. В то же время пултрузия имеет ряд ограничений:

сложность реализации кольцевого армирования;
сложность получения труб больших диаметров;
сложность технологической реализации по сравнению с намоткой;
необходимость применения специальных связующих с малым временем начального отверждения.

Пултрузия применяется для массового производства стеклопластиковых труб малых диаметров малых рабочих давлений сантехнического и отопительного назначения, а также в производстве стеклопластиковых удилищ.

Экструзия

Экструзионные стеклопластиковые трубы не имеют сплошного регулярного каркаса арматуры. Связующее наполняется хаотично ориентированным рубленным стеклянным волокном. Такая технология проста и высокопроизводитела, но отсутствие сплошного армирование существенно ухудшает физико-механические характеристики труб. В качестве полимерной матрицы у экструзионных стеклопластиковых труб используются, в основном, термопласты (полиэтилен, полипропилен).

Применение и эксплуатационные особенности

Актуальность и экономическая целесообразность применения стеклопластиковых труб определяется рядом их эксплуатационных особенностей по сравнению с трубами других типов.

Стеклопластики характеризуются плотностью 1750-2100 кг/м 3 , при этом их прочность на растяжение лежит в пределах 150-350 МПа. Таким образом по удельной прочности стеклопластик сопоставим с качественной сталью и значительно превосходит по этому показателю термопластичные полимеры (ПНД, ПВХ).
Стеклопластик обладает высокой коррозионной стойкостью, так как стекло и отвержденные термореактивные смолы (полиэфирная, эпоксидная), входящие в его состав, обладают низкой реакционной способностью. По этому показателю стеклопластик существенно превосходит черные и цветные металлы и сопоставим с нержавеющей сталью.
Стеклопластик является трудногорючим, трудновоспламеняемым самозатухающим материалом с высоким значением кислородного индекса , так как негорючее стекло составляет в массе стеклопластика значительную долю. По этому показателю стеклопластик превосходит гомогенные и наполненные термопластичные полимеры.
Стеклопластик является анизотропным материалом и его свойствами в заданных направлениях легко управлять, варьируя схему укладки волокон. Таким образом стеклопластиковые трубы могут быть выполнены с равным запасом прочности в осевом и кольцевом направлениях. В изотропных материалах при нагружении труб внутренним давлениям запас прочности в кольцевом направлении всегда в 2 раза меньше чем в осевом.
Предел текучести стеклопластика близок к пределу прочности, по этой причине стеклопластиковые трубы значительно менее эластичны, чем стальные или термопластичные.
Стеклопластик не сваривается. Соединения труб производятся с помощью фланцев, муфт, ниппель-раструбных соединений, клея.

Исходя из указанных особенностей сформировался ряд областей применения стеклопластиковых труб:

Нефтедобыча

В нефтедобывающей промышленности стеклопластиковые трубы находят применение по причине высокой коррозионной стойкости в агрессивных средах (пластовые воды, сырая нефть, буровые и технологические растворы) по сравнению со сталью и высокой удельной прочности по сравнению с термопластичными полимерами.

Из стеклопластика изготавливают насосно-компрессорные и линейные (систем ППД) трубы диаметром до 130 мм на рабочие давления до 30 МПа, трубы для нефтесборных трубопроводов диаметром до 300 мм на рабочие давления до 5 МПа, трубы магистральные диаметром до 1200 мм на рабочие давления до 2,5 МПа.

Угольная промышленность

В угольной промышленности существуют ограничения на применяемые в закрытых горных выработках материалы. Так правила безопасности в угольных шахтах устанавливают, что изделия из неметаллических материалов, находящиеся в закрытых горных выработках должны иметь кислородный индекс не менее 28%, быть трудногорючими, трудновоспламеняемыми (согласно ГОСТ 12.1.044), а продукты их горения не должны быть высокотоксичными. По указанным причинам применение полиэтиленовых и полипропиленовых труб в угольных шахтах невозможно. В то же время, стеклопластиковые трубы этим требованиям отвечают. Применение в шахтах стеклопластиковых труб целесообразно по ряду причин:

малая масса, что весьма актуально, поскольку шахтные трубопроводы имеют большие диаметры (150 - 1200 мм) и монтируются, как правило, вручную;
коррозионная стойкость в рудничной атмосфере;
гладкая внутренняя поверхность, снижающая образование отложений угольной пыли и другой пыли, неизбежно присутствующей в транспортирумых средах;
безопасность при взрывах метана, поскольку разрушение стеклопластика происходит без образования травмоопасных осколков.

Жилищно-коммунальное хозяйство

Стеклопластиковые трубы нашли применение в ЖКХ, в основном, в качестве канализационных. Это связано с тем, что трубы канализации имеют диаметры порядка 600 - 2500 мм,работают без внутреннего давления в условиях внешних нагрузок от грунта и давления грунтовых вод. Высокая кольцевая жесткость стеклопластика позволяет создавать трубы для указанных условий.

Еще одним применение стеклопластиковых труб в ЖКХ являются мусоропроводы. В последние 10-15 лет стеклопластиковые трубы находят применение и в качестве дымовых на газовых котельных и ТЭЦ.

Стеклопластик представляет собой стеклонаполненный материал композитного типа. В его состав входят связующее (в качестве которого применяется полиэфирная смола) и наполнитель (стекловолокно). Основное предназначение наполнителя заключается в армировании и придании материалу необходимой прочности. Благодаря добавлению полиэфирной смолы обеспечивается монолитность материала, защита стекловолокна от негативного воздействия агрессивных сред и максимально эффективное использование его прочности.

26.11.2014 г. 1862

Стеклопластик - это материал, характеризующийся небольшим удельным весом, имеющие достаточно широкий спектр сфер применения от ЖКХ до оборонки. Отличаясь малой теплопроводностью (приблизительно, как у дерева), высокой удельной прочностью (больше, чем у стали), влагостойкостью, биологической стойкостью и атмосферостойкостью, присущими полимерам, данный материал не имеет недостатков, которыми обладают термопласты. Это один из наименее дорогостоящих и самых доступных композиционных стройматериалов.

Основные затраты при изготовлении стеклопластиковых изделий, как правило, приходятся на оборудование и рабочую силу. Второй пункт затрат связан с трудоемкостью и значительными затратами времени. Таким образом, в настоящее время изделия из данного материала уступают в цене продукции из металла. Во многом это обусловлено сложностью и длительностью осуществления процедуры выклейки стеклопластиковых деталей, следствием чего становится возникновение серьезных препятствий при массовом производстве. Применение стеклопластика оказывается наиболее выгодным в случае с мелкосерийным производством. Высокая эффективность крупносерийного производства достигается при использовании технологии автоматической непрерывной намотки.

При изготовлении труб из стеклопластика, роль армирующих волокон обычно отводится ровингу либо стеклянной нити. Эпоксидные, полиэфирные смолы используются как связующее. Сегодня существуют два основных метода, которые находят применение при изготовлении стеклопластиковых труб: метод непрерывной намотки и метод центробежного формования.

Технология периодической намотки, которая была перенята с предприятий, функционирующих в сфере оборонной промышленности, не получила широкого распространения. Этим способом обычно пользуются при изготовлении труб из стеклопластика на эпоксидном связующем. Большая часть стеклопластиковых труб в мире производится по технологии непрерывной намотки волокна и связующего компонента на оправку. После завершения намотки труба затвердевает. Затем ее снимают с оправки, подвергают испытаниям и отправляют заказчику.

В этом случае труба производится с использованием «шагающей» оправки и реализуемой ступенчато процедуры охлаждения. Сектора оправки, которые перемещаются в продольном направлении, передвигают намотанную трубу через специальные печи, где проводится предварительная термическая обработка. Далее труба снимается с оправки. Окончательно затвердевание проводится в последующих печах. После этого полученная заготовка разрезается при помощи «алмазного» круга на куски требуемой длины.

Технологический процесс производства стеклопластиковых труб состоит в послойном нанесении на выполненную из стали оправку стекломатериалов, которые заранее пропитываются смолой «холодного» отверждения. При подборе типа смолы учитываются свойства жидкости, которую планируется транспортировать по трубопроводу. Схему армирования определяют путем проведения расчета, который следует выполнять согласно международных стандартов ASTM/AWWA, основываясь на заданных условиях установки и последующей эксплуатации трубопровода. После завершения полимеризации происходит образование инертной, монолитной, очень прочной структуры со стенкой, состоящей из нескольких слоев. Стеклопластиковый лайнер (внутренняя стенка) обеспечивает требуемую стойкость к влиянию агрессивных, а также абразивных сред, транспортируемых по трубопроводу, и герметичность.

Величина абсолютной шероховатости внутренней стенки равна 23 мкм. Силовой слой предназначен для обеспечения механической прочности при объединенном воздействии внешних и внутренних нагрузок во время эксплуатации трубопровода. Функцией внешнего слоя (его еще называют гель-коут) является обеспечение необходимой гладкости наружной поверхности трубы, влагостойкости, стойкости к влиянию химикатов, ультрафиолетового излучения, различных атмосферных явлений.

Технологическая линия производства стеклопластиковых труб по методу непрерывной намотки включает в себя секцию подачи ровинга, установку, предназначенную для подготовки связующего, ванну со связующим (через нее перемещаются и смачиваются нити ровинга), секцию намотки, оснащенную валами вращения (от размера последних зависит диаметр конечной продукции), а также органы, обеспечивающие управление всем оборудованием.

Трубы из стеклопластика, изготавливаемые по данной технологии, имеют целый ряд достоинств, среди которых следует отметить высокую удельную прочность, стойкостью к коррозии, небольшой вес, долговечность (срок эксплуатации до шестидесяти лет без проведения ремонта), надежность, малые затраты на установку и последующее обслуживание, высокую ремонтопригодность, небольшое гидравлическое сопротивление, гарантию сохранения чистоты транспортируемой продукции с точки зрения экологии.

Второй способ производства труб из стеклопластика - центробежное формование, был предложен фирмой Hobas. Технологический процесс изготовления труб по данной технологии происходит в направлении от внешней поверхности к внутренней, с использованием вращающейся формы. Сырьем для изготовления труб по этому методу служат рубленые волокнистые жгуты из стекла, песок и полиэфирная смола. Названные материалы подаются на вращающуюся матрицу. В итоге образование структуры трубы начинается с внешнего слоя. Во время изготовления происходит добавление в жидкую смолу наполнителя, стеклянного волокна и твердого сырья. Полимеризация смолы осуществляется под воздействием катализатора. Дополнительное ускорение данного процесса достигается за счет нагревания. Необратимость процедуры полимеризации обусловлена 3-хмерными пространственными химическими связями. Таким образом, материал в полной мере сохраняет пространственную стабильность, даже если температура окружающей среды бывает повышенной.

Стеклопластиковые трубы, выполненные по методу центробежного формования, находят применение при прокладке канализации, устройстве дренажа, сооружении трубопроводов, по которым транспортируется питьевая, техническая вода, промышленных трубопроводов, на гидроэлектростанциях и т.д.

Помимо этого, нужно отметить, что такие стеклопластиковые трубы могут использоваться с применением разных способов укладки. Сюда относятся: технология протаскивания, метод микротуннеля, метод надземной укладки и укладка открытым способом.

Благодаря комбинации положительных характеристик стекла и полимеров стеклопластиковые трубы получили практически безграничные перспективы применения – от обустройства вентканалов до прокладки нефтехимических трасс.

В этой статье рассмотрим основные характеристики труб из стеклопластика, маркировку, технологии изготовления полимерного композита и составы связующих компонентов, которые определяют сферу эксплуатации композита.

Также приведем важные критерии выбора, уделив внимание лучшим производителям, ведь немаловажная роль в качестве продукции отведена техническим мощностям и репутации изготовителя.

Стеклопластик – пластический материал, в составе которого есть стекловолокнистые компоненты и связующий наполнитель (термопластичные и термореактивные полимеры). Наряду с относительно невысокой плотностью стеклопластиковые изделия отличаются хорошими прочностными качествами.

Последние 30-40 лет стеклопластик массово применяется для изготовления трубопроводов разного назначения.

Полимерный композит является достойной альтернативой стекла, керамики, металла и бетона при производстве конструкций, рассчитанных на эксплуатацию в экстремальных условиях (нефтехимия, авиация, добыча газа, судостроение и т.п.)

Магистрали сочетают в себе качества стекла и полимеров:

Малый вес. Средний вес стеклопласта составляет 1,1 г/куб.см. Для сравнения, этот же параметр по стали и меди гораздо выше – 7,8 и 8,9 соответственно. Благодаря легкости, облегчаются монтажные работы и транспортировка материала.
Коррозийная стойкость. Составляющие композита имеют низкую реакционную способность, поэтому не подвергаются электрохимической коррозии и бактериальному разложению. Это качество – решающий аргумент в пользу стеклопласта для подземных инженерных сетей.
Высокие механические свойства. Абсолютный предел прочности композита уступает показателю стали, но параметр удельной прочности значительно превосходит термопластичные полимеры (ПВХ, ПНД).
Атмосферостойкость. Диапазон граничных температур (-60 °С..+80 °С), обработка труб защитным слоем из гелькоута обеспечивает невосприимчивость к лучам УФ-диапазона. Кроме того, материал стоек к ветру (предел – 300 км/ч). Некоторые производители заявляют о сейсмостойкости трубной арматуры.
Огнеупорность. Негорючее стекло – главный компонент стеклопласта, поэтому материал трудновоспламеняем. При горении не выделяется отравляющий газ диоксин.

Стеклопластик имеет низкую теплопроводность, что объясняет его теплоизоляционные качества.

Недостатки композитных труб: подверженность абразивному износу, образование канцерогенной пыли вследствие механической обработки и высокая стоимость в сравнении с пластиком

По мере истирания внутренних стенок оголяются и обламываются волокна – частицы могут попадать в транспортируемую среду.

Галерея изображений

Как выглядит производство труб из стеклопластика? Какими должны быть стеклопластиковые трубы по ГОСТу? Насколько привлекательны их характеристики на фоне альтернативных решений? Давайте попробуем ответить на эти вопросы.

Что это такое

Что представляет собой стеклопластик? Название, в общем-то, дает исчерпывающее представление о составе материала: связующее (эпоксидная или полиэфирная смола) армируется стекловолокном. Армирование обеспечивает устойчивость по отношению к нагрузкам на растяжение и изгиб; связующее гарантирует стойкость к ударным нагрузкам.

Обратите внимание: применяющиеся смолы – типичные реактопласты.
При твердении в них происходят необратимые химические изменения; раз так – в отличие от термопластов, контактная сварка изделий невозможна.
Для соединения под болты, резьбы и т.д.

История

Технология производства зародилась в пятидесятых годах прошлого века, когда началось промышленное изготовление эпоксидных смол. Как и любая новая технология, на начальном этапе эта не пользовалась особой популярностью: отсутствие опыта использования стеклопластика дополняла невысокая цена на традиционные материалы (сталь, медь и алюминий).

Примерно к середине 60-х, однако, картина начала меняться.

Что произошло?

Выросли цены на сталь и цветные металлы.
Началась коммерческая разработка шельфовых месторождений нефти и газа. Стеклопластиковые трубы НКТ (насосно-компрессорные) выгодно отличались от металлических небольшим весом и, что еще важнее, коррозионной стойкостью: контакт с соленой водой не наносил им никакого ущерба, в отличие от конкурирующих продуктов.
Наконец, сами технологии производства стеклопластика тоже не стояли на месте: он становился дешевле и прочнее.

Результат не заставил себя ждать: к концу 60-х американская компания Ameron вышла со своими стеклопластиковыми трубами высокого давления вначале на североамериканский, а затем и на ближневосточный рынок. К 80-годам подтянулись европейские и, чуть позже, советские (позже – российские) производители.

Преимущества

Чем стеклопластик завоевал популярность?

Список его достоинств не слишком велик, но выглядит весьма убедительно.

Весьма разумная на фоне высоколегированных и нержавеющих сталей стоимость .
Стойкость к коррозии и агрессивным средам .

Полезно: при необходимости транспортировки особо агрессивных жидкостей элементы трубопроводов футеруются полиэтиленом высокого давления.

Небольшой вес . Удельная прочность стеклопластика (прочность, отнесенная к плотности) в 3,5 раза выше, чем у стали; таким образом, равнопрочные конструкции из этих материалов будут различаться весом в несколько раз.

Возможность получения материала с заданными механическими свойствами благодаря определенной схеме армирования . Например, спирально-кольцевая намотка стекловолокна обеспечивает высочайшую устойчивость к внутреннему давлению.