Dzięki połączeniu pozytywnych cech szkła i polimerów rury z włókna szklanego mają niemal nieograniczone możliwości zastosowania - od rozmieszczenia kanałów wentylacyjnych po układanie tras petrochemicznych.
W tym artykule rozważamy główne cechy rur wykonanych z włókna szklanego, etykietowanie, techniki wytwarzania kompozytów polimerowych i składy komponentów wiążących, które określają sferę działania kompozytu.
Podajemy również ważne kryteria wyboru, zwracając uwagę na najlepszych producentów, ponieważ ważną rolę w jakości produktu przypisuje się możliwościom technicznym i reputacji producenta.
Ogólna charakterystyka włókna szklanego
Włókno szklane to tworzywo sztuczne zawierające składniki z włókna szklanego i wypełniacz wiążący (polimery termoplastyczne i termoutwardzalne). Wraz z produktami z włókna szklanego o stosunkowo niskiej gęstości mają dobre właściwości wytrzymałościowe.
Przez ostatnie 30-40 lat włókno szklane jest masowo wykorzystywane do produkcji rurociągów do różnych celów.

Autostrady łączą w sobie właściwości szkła i polimerów:
- Niska waga. Średnia waga włókna szklanego wynosi 1, 1 g / cm3. Dla porównania ten sam parametr dla stali i miedzi jest znacznie wyższy - odpowiednio 7, 8 i 8, 9. Dzięki łatwości, łatwiejszej pracy instalacyjnej i transportowi materiałów.
- Odporność na korozję. Składniki kompozytu mają niską reaktywność, dlatego nie ulegają korozji elektrochemicznej i rozkładowi bakteryjnemu. Ta jakość jest decydującym argumentem na korzyść włókna szklanego do podziemnych sieci inżynieryjnych.
- Wysokie właściwości mechaniczne. Bezwzględna wytrzymałość kompozytu na rozciąganie jest gorsza niż stali, ale parametr wytrzymałości właściwej znacznie przewyższa polimery termoplastyczne (PVC, HDPE).
- Odporność na warunki atmosferyczne. Zakres temperatur granicznych (-60 ° C .. + 80 ° C), obróbka rur z ochronną warstwą żelkotu zapewnia odporność na promienie UV. Ponadto materiał jest odporny na wiatr (limit - 300 km / h). Niektórzy producenci twierdzą o odporności sejsmicznej łączników rurowych.
- Odporność ogniowa Szkło niepalne jest głównym składnikiem włókna szklanego, dlatego materiał nie jest łatwo palny. Podczas spalania nie emituje toksycznych gazów dioksyn.
Włókno szklane ma niską przewodność cieplną, co wyjaśnia jego właściwości termoizolacyjne.

Gdy ściany wewnętrzne ścierają się, włókna stają się gołe i odrywają się - cząsteczki mogą dostać się do transportowanego medium.
Technologia produkcji rur z włókna szklanego
Właściwości fizykomechaniczne gotowego produktu zależą od techniki produkcji. Łączniki kompozytowe są wytwarzane przy użyciu czterech różnych metod: wytłaczania, pultruzji, odlewania odśrodkowego i nawijania.
Technologia # 1 - Wytłaczanie
Wytłaczanie jest procesem technologicznym opartym na ciągłym wytłaczaniu pastowatego lub wysoce lepkiego materiału przez narzędzie formujące. Żywica jest mieszana z rozdrobnionym utwardzaczem z włókna szklanego i tworzywa sztucznego, a następnie podawana do wytłaczarki.

Wysokowydajna linia do wytłaczania pozwala uzyskać bezramowe produkty kompozytowe w niskiej cenie, ale zapotrzebowanie na nie jest ograniczone ze względu na niskie właściwości mechaniczne. Podstawą matrycy polimerowej jest polipropylen i polietylen.
Technologia # 2 - Pultruzja
Pultruzja to technologia wytwarzania kompozytowych elementów o długiej długości i małej średnicy o stałym przekroju. Przechodząc przez ogrzewaną płytę matrycową (+ 140 ° C), części są wyciągane z materiału z włókna szklanego impregnowanego żywicą termoutwardzalną.
W przeciwieństwie do procesu wytłaczania, gdzie decydującym wpływem jest ciśnienie, w jednostce pultrusywnej rolę tę odgrywa efekt ciągnięcia.

Proces technologiczny:
- Włókniste włókna z cewek są podawane do kąpieli polimerowej, gdzie są impregnowane żywicami termoplastycznymi.
- Obrobione włókna przechodzą przez maszynę do formowania wstępnego - nici są wyrównane i przybierają pożądany kształt.
- Nieutwardzony polimer wchodzi do płyty matrycy. Dzięki kilku nagrzewnicom powstaje optymalny tryb polimeryzacji i wybierana jest prędkość ciągnięcia.
Utwardzony produkt jest ciągnięty przez maszynę ciągnącą i cięty na segmenty.
Charakterystyczne cechy technologii pultruzji:
- dopuszczalne polimery - żywice epoksydowe, żywice poliestrowe, winyle;
- prędkość ciągnięcia - zastosowanie innowacyjnych zoptymalizowanych polimerów „pultrudowanych” pozwala nam przyspieszyć ciągnięcie do 4-6 m / min. (standard - 2-3 m / min.);
- rozruch strefy roboczej : minimum - 3, 05 * 1 m (siła ciągnąca do 5, 5 tony), maksimum - 1, 27 * 3, 05 m (siła - 18 ton).
Na wyjściu znajduje się rura z idealnie gładkimi ścianami zewnętrznymi i wewnętrznymi, o wysokim poziomie i charakterystyce wytrzymałościowej.

Wady tej metody nie są związane z jakością oryginalnego produktu, ale z samą technologią. Argumenty „przeciw”: wysoki koszt i czas trwania procesu produkcyjnego, niemożność produkcji rur o dużej średnicy, przeznaczonych do dużych obciążeń.
Technologia # 3 - odlewanie odśrodkowe
Szwajcarska firma Hobas opracowała i opatentowała technikę formowania odśrodkowego. W tym przypadku produkcja odbywa się od ściany zewnętrznej do ściany wewnętrznej, gdy aktywowana jest forma obrotowa. Rurociąg składa się z: pokruszonych uprzęży szklanych, piasku i żywic poliestrowych.
Surowce są podawane do obracającej się matrycy - tworzy się struktura zewnętrznej powierzchni rurociągu. W miarę postępu produkcji stałe składniki miesza się z ciekłą żywicą, wypełniaczem i włóknami szklanymi - pod działaniem katalizatora polimeryzacja przebiega szybciej.

Dodatkowe zalety:
- wysoka dokładność wymiarów oryginalnego produktu (wewnętrzna część formy obrotowej odpowiada zewnętrznej średnicy gotowego produktu);
- zdolność do rzucania ściany o dowolnej grubości;
- wysoka sztywność pierścieniowa kompozytu polimerowego;
- uzyskanie gładkiej powierzchni na zewnątrz i wewnątrz łączników rur.
Brak odśrodkowej produkcji rur z włókna szklanego - energochłonność i wysoki koszt produktu końcowego.
Technologia # 4 - Uzwojenie
Najpopularniejszą techniką jest ciągłe nawijanie. Rura jest tworzona na przemian z przemianą trzpienia z polimerami z włókna szklanego z procesami chłodzenia. Metoda produkcji ma kilka podgatunków.
Technologia pierścieni spiralnych
Układarka włókien jest specjalnym pierścieniem, wokół którego znajdują się matryce z gwintami.
Element roboczy porusza się w sposób ciągły wzdłuż osi ruchomej ramy i rozprowadza włókna wzdłuż linii śrubowych.

Główne zalety metody:
- jednolita siła na całej powierzchni autostrady;
- doskonała tolerancja na obciążenia rozciągające - pęknięcia są wykluczone;
- tworzenie produktów o zmiennej średnicy i przekrojach złożonej konfiguracji.
Ta technika pozwala uzyskać rury o wysokiej wytrzymałości, przeznaczone do pracy pod wysokim ciśnieniem (sieci inżynieryjne pompowo-sprężarkowe).
Uzwojenie taśmy spiralnej
Technika jest podobna do poprzedniej, różnica polega na tym, że układarka podaje wąską wstęgę włókien. Gęstą warstwę wzmacniającą uzyskuje się przez zwiększenie liczby przejść.
Tańszy sprzęt jest zaangażowany w produkcję niż w metodę z pierścieniem spiralnym, ale uzwojenie „wstęgowe” ma kilka poważnych wad:
- ograniczona wydajność;
- luźne układanie włókien zmniejsza wytrzymałość rurociągu.
Metoda taśma spiralna ma znaczenie w produkcji łączników rurowych pod niskim, umiarkowanym ciśnieniem.
Metoda wzdłużna-poprzeczna
Ciągłe nawijanie jest wykonywane - układarka umieszcza włókna wzdłużne i poprzeczne jednocześnie. Brak ruchu wstecznego.

Charakterystyka metody:
- jest stosowany głównie przy tworzeniu rur o przekroju do 75 mm
- istnieje możliwość naprężania gwintów osiowych, dzięki czemu uzyskuje się wytrzymałość, jak w metodzie spiralnej.
Technologia wzdłużnej poprzecznej jest bardzo wydajna. Maszyny pozwalają na zmianę stosunku wzmocnienia osiowego i pierścieniowego w szerokim zakresie.
Skośna poprzeczna technologia wzdłużna
Rozwój inżynierów w Charkowie jest popyt wśród krajowych producentów. Gdy ukośne uzwojenie układarka usuwa „zasłonę”, składającą się z wiązki nici wiążących. Taśma jest podawana na ramę pod niewielkim kątem zachodzenia na poprzedni okrągły pierścień wzmacniający.
Po zakończeniu przetwarzania całego trzpienia włókna są zwijane wokół rolek - resztki polimerów wiążących są usuwane, powłoka wzmacniająca jest zagęszczana.

Zawiera ukośne radełkowanie:
- szczelność włókien szklanych;
- nieograniczona średnica produkowanych rur;
- wysokie właściwości dielektryczne ze względu na brak stałego zbrojenia wzdłuż osi.
Moduł sprężystości „ukośnego” włókna szklanego jest gorszy niż w przypadku innych technik. Ze względu na ryzyko pęknięć międzywarstwowych, metoda ta nie jest wykonalna przy tworzeniu rurociągów pod wysokim ciśnieniem.
Opcje wyboru rur GRP
Wybór rur kompozytowych szklanych opiera się na następujących kryteriach: sztywność i ciśnienie projektowe, rodzaj składnika wiążącego, cechy konstrukcyjne ścian i sposób połączenia. Znaczące parametry są wskazane w towarzyszących dokumentach i skrócone oznakowanie na każdej probówce.
Sztywność i ciśnienie nominalne
Sztywność włókna szklanego określa zdolność materiału do wytrzymywania obciążeń zewnętrznych (grawitacja gruntu, ruch drogowy) i nacisku na ściany od wewnątrz. Zgodnie z normalizacją ISO łączniki rur są klasyfikowane na kilka klas sztywności (SN).

Stopień sztywności zwiększa się wraz ze wzrostem grubości ścianki rury z włókna szklanego.
Klasyfikacja według ciśnienia nominalnego (PN) odzwierciedla gradację produktów w odniesieniu do bezpiecznego ciśnienia cieczy w temperaturze +20 ° C przez cały okres użytkowania (około 50 lat). Jednostką dla PN jest MPa.
Niektórzy producenci, tacy jak Hobas, wskazują połączone cechy dwóch parametrów (ciśnienie i sztywność) poprzez ułamek. Oznaczone zostaną rury o ciśnieniu roboczym 0, 4 MPa (klasa PN - 4) o stopniu sztywności (SN) 2500 Pa - 4/2500.
Rodzaj spoiwa
Właściwości użytkowe rury w dużej mierze zależą od rodzaju spoiwa. W większości przypadków stosowane są dodatki poliestrowe lub epoksydowe.
Cechy spoiwa PEF
Ściany są wykonane z termoutwardzalnych żywic poliestrowych wzmocnionych włóknem szklanym i dodatkami piaszczystymi.
Stosowane polimery mają ważne cechy:
- niska toksyczność;
- utwardzanie w warunkach temperatury pokojowej;
- niezawodne połączenie z włóknami szklanymi;
- obojętność chemiczna.
Rury kompozytowe z polimerami PE nie podlegają korozji i mediom korozyjnym.

Charakterystyka żywicy epoksydowej
Spoiwo nadaje materiałowi zwiększoną wytrzymałość. Granica temperatury kompozytów z epoksydami do +130 ° C, maksymalne ciśnienie - 240 atmosfer.
Dodatkową zaletą jest praktycznie zerowa przewodność cieplna, dlatego zmontowane autostrady nie wymagają dodatkowej izolacji termicznej.

Kompozytowa konstrukcja ściany rury
Zgodnie z projektem wyróżnij: rury jedno-, dwu- i trzywarstwowe z włókna szklanego.
Charakterystyka produktów jednowarstwowych
Rury nie mają powłoki ochronnej, dzięki czemu wyróżniają się niskimi kosztami. Cechy łączników rur: niemożność wykorzystania w regionach o trudnym terenie i surowym klimacie.
Ponadto produkty te wymagają starannego montażu - kopania dużego rowu, układania „poduszki” z piasku. Ale szacunek instalacji działa z powodu tego wzrostu.
Cechy rur dwuwarstwowych
Produkty są wewnętrznie pokryte powłoką foliową - wysokociśnieniowy polietylen. Ochrona zwiększa odporność chemiczną i poprawia szczelność linii pod obciążeniami zewnętrznymi.
Jednak działanie zaworów w rurociągach przemysłu naftowego ujawniło słabości w dwuwarstwowych modyfikacjach:
- brak przyczepności między warstwą strukturalną a podszewką - naruszenie solidności ścian;
- pogorszenie elastyczności folii ochronnej w temperaturach ujemnych.
Podczas transportu medium zawierającego gaz można wyjąć podszewkę.

Parametry rury trójwarstwowej
Struktura rur GRP:
- Zewnętrzna warstwa polimerowa (grubość 1-3 mm) - zwiększająca odporność mechaniczną i chemiczną.
- Warstwa strukturalna - warstwa strukturalna, odpowiedzialna za wytrzymałość produktu.
- Wkładka (grubość 3-6 mm) - wewnętrzna powłoka z włókna szklanego.
Warstwa wewnętrzna zapewnia gładkość, szczelność i wygładza cykliczne wahania ciśnienia wewnętrznego.

Metoda dokowania autostrady GRP
Zgodnie z metodą łączenia asortyment łączników rurowych z kompozytu jest podzielony na 4 grupy.
Grupa nr 1 - dokowanie dzwonkowe
Elastyczne gumowe uszczelki są zamontowane w wzajemnych rowkach na końcowych kolcach rur. Pierścienie do siedzenia są formowane na sprzęcie ze sterowaniem elektronicznym, zapewniając dokładność ich lokalizacji i rozmiaru.

Grupa nr 2 - dzwon cierniowy z uszczelką i korkiem
Podczas układania linii naziemnej konieczne jest skompensowanie wpływu sił osiowych na rurociąg. W tym celu oprócz uszczelki umieszcza się korek. Element wykonany jest z metalowego kabla, polichlorku winylu lub poliamidu.

Numer grupy 3 - połączenie kołnierzowe
Dokowanie rurociągu kompozytowego za pomocą kształtek lub rur metalowych. Wymiary łączące kołnierzy z włókna szklanego są regulowane przez GOST 12815-80 .

Numer grupy 4 - mocowanie kleju
Nieodłączalna metoda łączenia - na końcach nakładana jest kompozycja zbrojących materiałów szklanych z dodatkiem poliestrowego komponentu „zimnego” utwardzania. Metoda zapewnia wytrzymałość i szczelność linii.
Oznakowanie ochronnej warstwy wewnętrznej
Metoda produkcji wyrobów rurowych pozwala na wytwarzanie produktów o różnym składzie warstwy wewnętrznej, co decyduje o odporności linii na transportowane medium.

Producenci krajowi stosują następujące oznakowanie powłok ochronnych.
Oznaczenie literowe wyświetla prawidłowy zakres zastosowania:
- Oraz - transport cieczy za pomocą materiałów ściernych;
- P - dostawa i usuwanie zimnej wody, w tym picie;
- X - dopuszczalne zastosowanie w gazie agresywnym chemicznie i ciekłym;
- D - systemy zaopatrzenia w ciepłą wodę (limit 75 ° С);
- C - inne płyny, w tym te o wysokiej kwasowości.
Powłoka ochronna jest nakładana warstwą do 3 mm.
Przegląd produktów wiodących producentów
Wśród różnorodnych prezentowanych produktów znajdują się renomowane marki o długoletniej pozytywnej reputacji. Należą do nich produkty firm: Hobas (Szwajcaria), Steklokomposite (Rosja), Amiantit (koncern z Arabii Saudyjskiej z zakładami produkcyjnymi w Niemczech, Hiszpanii, Polsce), Ameron International (USA).
Młodzi i obiecujący producenci rur kompozytowych z włókna szklanego: Poliek (Rosja), Arpipe (Rosja) i fabryka rur z włókna szklanego (Rosja).
Producent nr 1 - marka HOBAS
Znaki towarowe marki znajdują się w USA i wielu krajach europejskich. Produkty grupy Hobas zdobyły uznanie na całym świecie za doskonałą jakość. Rury GRT ze spoiwem poliestrowym są wytwarzane zgodnie z techniką odlewania odśrodkowego z włókna szklanego i nienasyconych żywic poliestrowych.

Dane techniczne rur kompozytowych Hobas:
- średnica - 150-2900 mm;
- Klasa sztywności SN - 630-10 000;
- Poziom ciśnienia PN - 1-25 (PN1 - rurociąg bezciśnieniowy);
- obecność wewnętrznej powłoki antykorozyjnej;
- odporność na środowisko kwaśne w szerokim zakresie pH.
Produkcja kształtek: kolan, adapterów, dysz kołnierzowych i trójników.
Producent nr 2 - firma Steklocomposite
Firma Steklokomposit stworzyła linię do produkcji rur z włókna szklanego Flowtech, technologię produkcji - ciągłe nawijanie.
Zaangażowany sprzęt z podwójnym przepływem substancji żywicznych. Żywice high-tech są podawane do układania warstwy wewnętrznej i tańszej kompozycji - do warstwy strukturalnej. Technika pozwala na racjonalizację zużycia materiału i zmniejszenie kosztów produkcji.

Производитель #3 - бренд Amiantit
Основные компоненты труб Flowtite от Amiantit: стекловолокно, полиэфирная смола, песок. Применяемая техника – непрерывная намотка, обеспечивающая создание многослойного трубопровода.
Структура стеклопластика включает шесть слоев:
- внешняя намотка из нетканой ленты;
- слой мощности – рубленое стекловолокно + смола;
- средняя прослойка – стекловолокно + песок + полиэфирная смола;
- повторный слой мощности;
- подкладка стеклянных нитей и смолы;
- защитное покрытие из нетканого стекловолокна.
Проведенные исследования показали высокую абразивную стойкость – за 100 тыс. циклов обработки гравием, потери защитного покрытия составили 0, 34 мм.

Производитель #4 - компания Полиэк
ООО «Полиэк» производит различные модификации трубной продукции Fpipes из стеклопласта. Техника изготовления (непрерывная косослойная продольно-поперечная намотка) позволяет создавать трехслойные трубы до 130 см в диаметре.
Полимерные композитные материалы задействованы при создании обсадных труб, звеньев водоподъемных колонн, водоснабжающих трубопроводов и отопительных систем.

Кроме труб из стеклопластика на рынке представлено много изделий из других материалов – стали, меди, полипропилена, металлопластика, полиэтилена и т.д. Которые, благодаря своей более доступной цене, активно используются в различных сферах бытового назначения – монтаж систем отопления, водоснабжения, канализации, вентиляции и прочее.
Ознакомиться с характеристиками труб из различных материалов можно в следующих наших статьях:
- Металлопластиковые трубы: виды, технические характеристики, особенности монтажа
- Полипропиленовые трубы и фитинги: виды ПП изделий для сборки трубопроводов и способы соединений
- Пластиковые вентиляционные трубы для вытяжки: виды, их характеристики, применение
- Медные трубы и фитинги: виды, маркировка, особенности обустройства медного трубопровода
- Rury stalowe: rodzaje, zakres, przegląd charakterystyk technicznych i niuanse montażu
Wnioski i przydatne wideo na ten temat
Технология изготовления и целесообразность использования стеклопластиковых труб:
Сравнение техники непрерывной и периодической намотки волокна:
В частном домостроении стеклопластиковые трубы используются довольно редко. Основная причина – высокая стоимость, по сравнению с пластиковыми аналогами. Однако в промышленной сфере качества композита оценили по достоинству, и массово меняют изношенные металлические магистрали на стеклопластиковые .
После прочтения нашей статьи у вас остались вопросы? Задавайте их в блоке комментариев – наши эксперты постараются дать исчерпывающий ответ.
А может вы хотите дополнить изложенный материал актуальными данными или примерами из личного опыта? Пишите, пожалуйста, свое мнение под этой статьей.