Для чего нужен стеклопластик

Стеклопластик. Состав и применение. Свойства и особенности

Стеклопластик – композит, который состоит из наполнителя на основе стекловолокна и связующего полимера. Отличительным его качеством, выделяющим среди прочих материалов, является соотношение прочности и упругости к массе. Он легкий, при этом стойкий к воздействию на излом, растяжению, давлению, за счет чего нашел применение в различных областях.

Как устроен стеклопластик

Основными компонентами стеклопластика выступают:

Стекловолокно выполняет функцию армирования. Это наполнитель изделия, который и делает его столь упругим, прочным и при этом легким. Полимерная смола в основе композита это вяжущий компонент. Она также отличается гибкостью. Смола не просто связывает волокна между собой, но и защищает их от внешнего воздействия.

Связующим компонентом при изготовлении стеклопластиков чаще всего применяют полиэфирные смолы. Также возможно использование эпоксидной и фенольной смолы. В зависимости от того какая именно применяется, определяются конечные качества готового композита.

На качество композита влияет и наполнитель. Возможно применение стекловолокна различного состава. Это может быть материал класса:

Практически 80% стеклопластика изготовлены именно из стекловолокна класса «E». Оно электроизоляционное алюмоборосиликатное. Для изготовления изделий, эксплуатируемых в условиях высокой механической нагрузки, используется наполнитель класса «S». Для устойчивых к воздействию химической средой стеклопластиков применяется наполнитель марки «С».

Форма наполнителя в стеклопластиках

Стекловолокно в стеклопластике может иметь различный вид. Это полуфабрикат, который наделяется определенной формой. Это может быть:

Стекломат представляет собой рулонный или листовой материал, который получается из рубленных волокон. Последние удерживаются в заданной форме, так как скреплены связующим полимером. Тот при контакте с полиэфирной смолой растворяется, однако стекловолокно продолжается хранить изначальное положение за счет полимера.

Стеклопластик, сделанный на основе стеклоткани, обычно прочнее. Это также волокна, но сплетенные в подобие ткани. За счет этого они распределяют нагрузку между собой равномерней, обеспечив повышенную устойчивость к разрыву или слому композита. Ровинг – это длинная нить, сплетенная из стекловолокна. Обычно она встречается в виде намотки на бобину.

Производство

Изготовление стеклопластиковых изделий возможно по различным технологиям. Их суть всегда одинаковая – нужно смешать наполнитель из стекловолокна с полимерной смолой.

Чаще всего это делается такими методами:

Получение композитных изделий из стеклопластика обычно выполняется в ручном режиме. Для этого стекловолокно размещается на матрице, форму которой нужно повторить. Его слой смачивается полимером, после чего сверху снова укладывается волокно. Смола может наноситься методом распыления либо просто кистью. В конечном итоге формируется изделие требуемой толщины. Для обеспечения максимальной монолитности требуется выгонять пузырьки воздуха между слоями. Это обычно делается валиками. Если пузырьки остаются, то в таких местах композит получается ослабленным, более уязвимым к нагрузкам.

Более технологичным способом изготовления стеклопластика является напыление. Это достаточно сложный процесс, так как требует использования специального недешевого оборудования. Суть метода в том, что в качестве наполнителя используется ровинг. Он затягивается специализированным пистолетом измельчителем, и разбивается на короткие волокна. Те напыляются на поверхность одновременно с полимером. В итоге компоненты смешиваются, и липкие волокна налипают слоем нужной толщины. Это достаточно быстрый метод, но и он не может быть полностью автоматизированным, так как после напыления требуется сделать прикатку поверхности для удаления пузырьков воздуха и придания большей гладкости. Недостаток этого способа в большом расходе смолы. Полимер является самым дорогим компонентом стеклопластика, так что его лучше использовать по минимуму.

Круглые и цилиндрические поверхности из стеклопластика получают методом намотки. Для этого на матрицу наматывается нитка или холст, пропитанный смолой. Так слой за слоем набирается требуемая толщина заготовки. Это достаточно быстрый метод. При работе данным способом чаще всего используется ровинг. Тот пропускается через ванну со смолой, поэтому сразу же прилипает.

Свойства стеклопластика

Ценность композита высока, так как он наделен уникальными качествами. Для него характерны следующие свойства:

Материал имеет низкую теплопроводность, за счет этого его часто применяют в качестве теплоизолятора. В целом же в этом направлении он почти не используется, так как существуют более дешевые и доступные аналоги. Заслуживает внимания и то, что композит имеет очень малое температурное расширение. По сути оно лишь слегка больше, чем у стекла. То есть, подогнанные детали из стеклопластика при изменении температуры держат свою геометрию, поэтому не трутся между собой в результате изменения зазоров. Они всегда остаются стабильными.

Материал работает и как диэлектрик. Это позволяет делать из него ручки для инструмента. Заслуживает внимания и коррозийная устойчивость материала. Композит не ржавеет. Он нормально переносит воздействие влаги. Все это совокупно является залогом его долговечности. При этом за счет высокой прочности стеклопластик способен заменить прочие материалы, сделанные даже с большим сечением.

Не лишен стеклопластик и недостатков. Их несколько:

Композит поддается сверлению, распилу, шлифовке. Все это делается достаточно просто. Проблема в том, что образуемая при этом пыль содержит крохотные частицы стекловолокна. Дышать ими не стоит. Так что при механической обработке композита лучше использовать респиратор для защиты органов дыхания. При ударном воздействии материал крошится по краям. Так что он не подходит для изготовления изделий, предназначенных на динамическую нагрузку.

Что делают из стеклопластика

Стеклопластик применяется в самых разнообразных областях. Им пользуются в таких отраслях:

Из стеклопластика делают основы для компьютерных плат. Кроме этого из него изготавливаются удилища. Те получаются в меру легкими, при этом упругими на конце, что дает возможность эффективно гасить рывки рыбы. Бланки удилищ из стеклопластика достаточно дешевые. Это вообще не столь дорогой в плане производства материал. Композит на основе углеволокна намного более дорогой, но он соответственно и прочнее.

Из стеклопласта делают даже композитную броню на военную технику. Нередко им пользуются в качестве изоляционного материала от влаги. Из стеклопластика делают лодки, и даже целые яхты. В итоге они получаются легкими, а главное совершенно стойками к воздействию влаги. Стеклопластик достаточно легко шлифуется, так что его поверхность можно сделать гладкой. Она достаточно хорошо удерживает на себе краску.

Из стеклопластика делают капоты для автомобилей и прочие части кузова с целью его облегчения. Это распространенное решение для спортивных гоночных машин. Также стеклопластиком выполняется кузовной ремонт. Существует технология, позволяющая заполнять им сквозные отверстия от коррозии на металле. Это дает возможность восстанавливать прогнивший кузов автомобиля без использования сварки.

Из стеклопластика делают и корпуса различного оборудования, особенно если оно применяется в агрессивной среде. Этот долговечный материал, способный работать как защитный кожух. Он очень прочный при сравнительно малой толщине.

Стоит отметить, и ценность материала в строительной сфере. В частности особым спросом пользуется стеклопластиковая арматура. Это современный материал, который в разы дешевле традиционной стальной арматуры. Основная его ценность в высокой стойкости на разрыв. В связи с этим ее можно применять для армирования кладки стен, с целью предотвращения их растрескивания. Так же стеклопластик используется для изготовления ванн. Так называемые акриловые ванны имеют основание из стеклопластика, которые просто с внутренней стороны заливаются акрилом. В итоге получается гладкая привлекательная лицевая поверхность. Композит также применяется для изготовления труб, желобов, особенно предназначенных для химической среды. Он более стойкий к ней, чем многие пластики, а тем более металлы.

В целом из стеклопластика можно делать практически что угодно. Внешний вид композита зависит от смолы, применяемой в качестве связующего. Существуют составы, композит из которых получается очень похожим на стекло. Так что из стеклопластика возможно делать даже сувенирную продукцию, предметы интерьера. При использовании безопасного полимера, композит может применяться для изготовления даже посуды.

Источник

Все о стеклопластике – изделия, виды, технические характеристики

Стеклопластики относятся к категории композиционных материалов универсального применения.

Обладая прочностью конструкционной стали и теплопроводностью натурального дерева, стеклопластик очень востребован при строительстве самолетов, яхт и катамаранов, изготовлении деталей для автомобилей (кузова, бамперы и т.п.).

Наполнительным компонентом в составе стеклопластиковых материалов (далее по тексту – СПМ) служат стеклянные волокна, для изготовления которых чаще всего используются вторичные ресурсы (бытовой стеклобой).

Химическая инертность стекловолокна, формирующего структуру СПМ, наделила стеклопластиковые изделия биологической и антикоррозионной стойкостью, присущей многим термореактивным пластмассам.

При этом СПМ лишены главного недостатка, свойственного термопластичным полимерам (ПВХ, полиэтилен, полистирол) — плавления при температурах, превышающих 150-200°С.

Виды стекловолокнистых наполнителей

Термин «стеклопластики» образован от англ. «FiberGlass» — дословно «стекловолокно».

Однако обиходная речь трансформировала этот термин в качестве названия стеклонаполненных пластиков, в которых наполнителями служат различные стекловолокнистые материалы.

По аналогии с железобетоном, стекловолокна выполняют функции арматуры, обеспечивающей жесткость структуры и прочность СПМ, а синтетические смолы связывают нити наполнителя в единую матрицу, создавая монолитную структуру.

Сырьем для производства стекловолокон служит стеклянный лом (стеклобой), источниками для которого являются:

Отходы стекла поддаются 100%-ной вторичной переработке, что доказывает приоритетность переработки стеклобоя для экономии первичного сырья и поддержания экологической чистоты окружающей среды.

Битое стекло не попадает в почву, не загрязняет полигоны.

Одна тонна битого стеклосырья экономит более тонны первичного исходного природного материала, используемого промышленностью в производстве стеклоизделий.

Первичное стекловолокно формуют в виде непрерывной стеклонити, вытягивая из расплавленного вторичного стеклосырья элементарные волокна, называемые филаментами.

После дальнейшей переработки из филаментов образуют полуфабрикаты:

В таком виде стекловолокно как наполнитель практически не применяют.

Полученные полуфабрикаты подвергают текстильной переработке для создания продукции, которая будет уже непосредственно применяться в качестве наполнителя при формовании стеклопластиковых изделий.

Основными видами стекловолокнистого наполнителя являются:

Связующие смолы для СПМ

Для объединения армирующих стеклонитей в монолитную матрицу используютсясвязующие составы на основе синтетических веществ. По своей сути стеклопластик представляет армированную и полимеризованную смолу.

Связующие составы не способны проникать в структуру стеклонаполнителя, их функция – равномерное обволакивание внешней поверхности каждого волокна и качественное склеивание волокон в процессе застывания смолы.

Соответственно, основными требованиями к связующим смолам являются:

Наиболее распространенными видами синтетических смол с высокой адгезией к стекловолокну, используемых в производстве стеклопластиковых изделий, являются:

Широко распространены стеклопластики на основе эпоксидных и полиэфирных связующих, называемые соответственно эпоксидными и полиэфирными стеклопластиками.

Полиэфирные стеклопластики надежно работают в диапазоне температур 130-150°С, эпоксидные СПМ – до 200°С.

Стеклопластики на основе кремний-органических связующих могут долгое время работать при температурах до 350-370°С и выдерживать кратковременные нагревания до 540°С.

Технические качества и физико-механические характеристики

Стеклопластики выгодно отличаются от других конструкционных материалов, сочетая высокие прочностные показатели с малым удельным весом, за что их нередко называют «легкими металлами».

Благодаря варьированию пространственной ориентации армирующих стекловолокон и состава связующих смол, удается регулировать в нужном направлении технические характеристики и физико-механические свойства стеклопластиков.

В таблице приведены усредненные прочностные показатели для СПМ на различных связующих смолах.

Для сопоставления физико-механических характеристик стеклопластика с аналогичными показателями других материалов в таблице ниже приведены сравнительные данные для СПМ, ПВХ, стали и алюминия.

Достоинства и недостатки

К основным достоинствам СПМ относят следующие факторы:

Из «минусов» СПМ отмечают следующие:

Области применения

Стеклопластики обладают достаточно стабильными механическими, теплофизическими и электрическими характеристиками, не зависящими от погодных условий и резких температурных перепадов.

Стеклопластик устойчив к воздействию ударных и вибрационных нагрузок.

При использовании СПМ в машиностроении удается не только снизить весовые характеристики машин, механизмов и приборов, но и обеспечить существенный рост мощности двигателей транспортных установок.

Поначалу СПМ применялись для изделий военной тематики (радиопрозрачные обтекатели ракет, внутренняя обшивка самолетов, приборные панели и т.п.).

Постепенно СПМ «перекочевали» в автомобиле- и судостроение, химическую промышленность, строительство, ветроэнергетику, широко используются для изготовления атрибутов индустрии развлечений.

Наиболее успешно стеклопластиковые изделия и конструкции используют следующие отрасли:

В этих направлениях стеклопластик востребован больше, чем в промышленных отраслях:

Жидкий стеклопластик популярен среди умельцев при ремонте и укреплении строительных конструкций (трубы, кровля, теплоизоляция и т.п.), поскольку хорошо соединяется с пористыми материалами типа бетона, кирпича или дерева.

Многие мастера используют твердеющую стеклопластиковую матрицу для усовершенствования ручного инструмента, ремонта или изготовления деталей инвентаря.

Коммунальное хозяйство, переживающее сейчас глубокую техническую реформацию, широко использует следующую стеклопластиковую продукцию:

В авиации стеклопластик используется для изготовления:

В автомобилестроении производят:

В этих областях применения выбор СПМ обусловлен высокими диэлектрическими свойствами стеклопластиков.

Из СПМ производят не только элементы электроаппаратуры, но вспомогательное оборудование и оснастку, например, диэлектрические приставные лестницы, необходимые для работ в зоне высокого напряжения.

В производстве серийного электроинструмента стеклопластик востребован для изготовления большинства вращающихся деталей редукторов и электродвигателей.

В строительстве, где активно используется СПМ, можно выделить следующие виды изделий:

Ее также начали применять художники-оформители при создании бетонных скульптур и садовых фигур для ландшафтного дизайна.

В частном домостроении особой популярностью пользуются садовые беседки с кровлей двух типов:

Самодельный стеклопластик не отличается по качеству от изделий, выполненных в заводских условиях. Детали хорошо обрабатываются и обеспечивают жесткость конструкций.

При использовании стеклопластика для внутренней герметизации емкостей, бензобаков или бассейнов гарантировано отсутствие протечек.

Классификация по виду исполнения

Отличительной особенностью изготовления изделий из СПМ является одновременное формирование полимерной матрицы и формование самой детали или конструкции из этого стеклопластика.

Это определяет технические характеристики получаемого композита.

Стеклопластиковый материал получается в процессе изготовления изделия путем укладки стеклонаполнителя на поверхность шаблона или вовнутрь формы и его пропитки связующей смолой.

Унифицированным алгоритмом изготовления практически всех изделий из СПМ является технология импрегнирования (от англ. «to impregnate» – пропитывать, насыщать), применяемая во многих отраслях, занятых производством конструкционных материалов.

Применительно к производству стеклопластика импрегнирование представляет собой следующие операции:

В зависимости от вида армирующего стекломатериала и методики нанесения смолы для пропитки шаблона, производятся различные изделия и конструкции, которые можно классифицировать по виду исполнения и объединить в группы с соответствующими признаками:

Изделия, полученные контактным формованием

В этой группе присутствуют изделия, полученные контактным формованием с использованием ручного формования, вакуумной инфузии и напыления.

Для этих технологий характерны следующие факторы:

Технологии контактного формования СПМ являются малопроизводительными, но они необходимы для постройки габаритных изделий, сложных трехмерных моделей или эксклюзивных конструкций.

В группу изделий, получаемых контактным формованием, входят корпуса лодок и катеров, кабины, крылья и внутреннее оснащение автомобилей, малые архитектурные формы и инвентарь для аттракционов.

На их стоимость существенно влияет цена шаблона-матрицы, на которую будет укладываться стекловолокно.

Простейшие матрицы из стеклопластика для ручной формовки оцениваются в пределах 30-50 у.е., цена сложных шаблонов-матриц для вакуумной инфузии превышает 1000 у.е. Для крупногабаритных изделий стоимость изготовления из стеклопластика составляет 300-2000 руб./кв. м.

Укажем ориентировочные цены на основные компоненты стеклопластика, используемые при ручном формовании:

Производство по технологии намотки

Технология намотки используется для крупносерийного производства изделий, имеющих форму тел вращения.

Практически вся номенклатура представлена следующими группами изделий:

В зависимости от типоразмеров (диаметр трубы, толщина стенки) стоимость труб из СПМ составляет от 4350 руб./п.м. для труб диаметром 500 мм до 47900 руб./п.м. для изделий диаметром 2000 мм.

На фото ниже показан процесс изготовления трубы способом намотки.

Рулонные

Рулонные стеклопластики представляют собой достаточно гибкий по характеристике листовой материал, производимый на основе стекловолокнистого наполнителя и разнообразных связующих составов.

Для покровного слоя теплоизоляции емкостей и трубопроводных коммуникаций применяется стеклопластик марки РСТ (Р — рулонный, С – стеклопластик, Т – теплоизоляционного назначения).

Масса 1 кв. метра РСТ составляет от 100 до 850 г/кв.м.

Наиболее широко на рынке строительных материалов представлены следующие марки рулонных стеклопластиков:

Листовые

Стеклопластики в форме листов производятся на конвейерных линиях с использованием рубленого стекложгута или стеклоткани и связующих составов на основе эпоксидных, полиэфирных или фенол-формальдегидных смол.

Наиболее востребован листовой стеклопластик в следующих отраслях:

Из облицовочных и кровельных материалов популярны:

Стоимость бесцветного профильного листа «Фибролайт» размером 140х1165х1,2 мм составляет 1410 руб., такого же профиля, но размером 3500х1080х1,2 мм – 3630 руб.

Стеклопластиковые профили

Профильные стеклопластиковые изделия представляют собой стержневые детали заданного профиля, изготовленные методом непрерывной протяжки ровинга, пропитанного эпоксидными или полиэфирными связующими смолами.

Профили из стеклопластика удобно использовать как конструктивные элементы взамен листовых заготовок для изготовления каких-либо деталей.

Это существенно снижает затраты на механическую обработку материала.

Промышленностью выпускаются следующие разновидности стеклопластиковых профилей:

Стоимость профилей зависит от сложности формы и предназначения профиля. Наиболее простые прутки могут оцениваться в пределах 6,5 руб/пог.м, а стеклопластиковые профили для окон будут продавать не дешевле 60-120 руб/пог.м.

Видео по теме

Смотрите в данном видео краткий обзор технологии изготовления емкостей из стеклопластика:

Заключение

Многообразие стеклопластиковых изделий подчеркивает актуальность инновационных решений, направленных на отработку технологий вторичной переработки отходов стекла.

Прочитав статью, вы узнали о свойствах и технических характеристиках стеклопластика, областях его применения. Мы также рассказали о том, сколько стоит листовой и рулонный материал, о его цене за 1 кв. м.

Источник