Se utilizan tanto para transportar diversos medios a lo largo de ellos como como elementos estructurales (soportes, columnas, travesaños, carcasas).

Historia

La aparición y producción de tuberías de fibra de vidrio se hizo posible a mediados de la década de 1950, cuando se dominó la producción industrial de aglutinantes termoplásticos (principalmente - resina epoxica) y fibras de vidrio. Incluso entonces se convirtieron beneficios obvios de estas tuberías: bajo peso y alta resistencia a la corrosión. Sin embargo, durante este período, aún no podían ganar ninguna participación en el mercado de productos de tubería debido al bajo precio de los materiales de tubería "tradicionales": acero (incluido el acero inoxidable), cobre y aluminio. A mediados de la década de 1960, la situación comenzó a cambiar. En primer lugar, el precio del acero aleado y el aluminio aumentó considerablemente. En segundo lugar, el inicio de la producción de petróleo en las plataformas marinas y en áreas terrestres de difícil acceso requirió el uso de tuberías livianas y resistentes a la corrosión. En tercer lugar, se mejoró la tecnología de producción de tuberías de fibra de vidrio y se mejoró el rendimiento del producto. Durante estos años, Ameron (EE. UU.) dominó la producción a gran escala de tuberías de fibra de vidrio de alta presión (hasta 30 MPa) para campos petroleros. Las tuberías fueron un éxito comercial y aparecieron muchos fabricantes de productos de fibra de vidrio en los Estados Unidos. En la década de 1970, las tuberías de fibra de vidrio fabricadas en EE. UU. se generalizaron en los campos petroleros de América del Norte y Oriente Medio.

En la década de 1980, apareció el interés por las tuberías de fibra de vidrio en todos los países industrializados. Su producción y aplicación se han dominado en Europa, Japón, Taiwán. Comenzaron los experimentos sobre el uso de tuberías de fibra de vidrio en la URSS.

Tecnologías de producción

A partir de 2013, se conocen cuatro tecnologías fundamentalmente diferentes para la producción de tuberías de fibra de vidrio:

• Refuerzo de vidrio de bobinado impregnado con un aglutinante en Superficie exterior mandril tecnológico (mandril);
• fundición centrífuga;
• Moldeado centrífugo de preimpregnado en la superficie interna del mandril tecnológico (molde);
• Pultrusión en el espacio entre los mandriles exterior e interior;
• Extrusión de un ligante relleno en volumen con fibra de vidrio troceada.

devanado

La tecnología de bobinado (coiling) es la más sencilla de implementar y proporciona un alto rendimiento. El devanado puede ser tanto periódico como continuo. La tecnología de bobinado asegura una alta calidad de la superficie interior de la tubería debido a su moldeado en la superficie exterior del mandril, pero la calidad de la superficie exterior es baja debido a la ausencia de elementos formadores en el exterior. En el caso de tuberías destinadas al transporte de líquidos y gases, esta última circunstancia no es imprescindible.

Devanado conocido mediante ligantes poliméricos termoendurecibles (poliéster, epoxi, fenolformaldehído y otras resinas) y termoplásticos (polipropileno, polietileno, poliamida, tereftalato de polietileno, etc.). Cuando se utilizan aglutinantes termoplásticos, son posibles tecnologías de bobinado de una y dos etapas. Cuando se utiliza una tecnología de una etapa, el proceso de combinación (impregnación) de un relleno fibroso con un aglutinante termoplástico y el bobinado en un mandril ocurren secuencialmente en la misma instalación tecnológica. Cuando se utiliza una tecnología de dos etapas, primero, como resultado de la operación de combinación, se obtiene un material preimpregnado (prepreg) en forma de hilo, cinta, hilo. El preimpregnado resultante se vuelve a calentar y se aplica al mandril.

Hay muchas formas de colocar fibras de vidrio de refuerzo, pero Aplicación industrial encontró métodos espiral-anular, espiral-cinta, longitudinal-transversal y oblicuo longitudinal-transversal.

Devanado de anillo en espiral

El método fue propuesto e implementado por primera vez por Ameron (EE. UU.) en la década de 1960 para la producción de tubería de fibra de vidrio. Con el devanado de anillo en espiral (SKN), el apilador, que es un anillo con troqueles espaciados uniformemente alrededor de la circunferencia, se mueve hacia adelante y hacia atrás a lo largo del eje del mandril giratorio. Tal movimiento asegura que las fibras sean continuas a lo largo de toda su longitud con un paso igual a lo largo de las líneas helicoidales. Variando la relación de la velocidad de rotación del mandril y movimiento hacia adelante apilador, puede cambiar el ángulo de apilamiento de fibra. En las secciones finales de la tubería en la zona de inversión del apilador, el ángulo de colocación de las fibras se reduce de modo que se mantienen en la superficie del mandril por fuerzas de fricción. Debido a esto, las fibras retienen la tensión que les da el apilador, y después del curado del aglutinante, el refuerzo de la tubería se tensa, lo que mejora propiedades fisicas y mecanicas productos

Las ventajas del devanado de anillos en espiral incluyen:

• alta productividad gracias a la colocación en una sola pasada un número grande fibras;
• alta resistencia de los tubos resultantes;
• la posibilidad de obtener la misma fuerza en las direcciones anular y axial;
• alto valor del módulo de elasticidad axial;
• debido al pretensado del refuerzo, el aglutinante tolera bien las cargas de tracción sin agrietarse;
• la posibilidad de formar una generatriz con una forma compleja, así como tuberías de diámetro variable;
• la posibilidad de colocar mechas de vidrio, que consisten en una gran cantidad de fibras elementales (más de 2400 tex);
• cuando se utiliza un mandril plegable o destructible, la posibilidad de formar carcasas cerradas (cilindros, cajas motores de cohetes).

Debido a estas ventajas, el devanado de anillos en espiral se ha generalizado en la fabricación de tuberías de alta presión (en particular, tubería), tuberías estructurales, soportes compuestos para líneas de transmisión de energía y carcasas de motores de cohetes de combustible sólido.

Sin embargo, esta tecnología tiene sus inconvenientes:

• alta complejidad del equipo;
• la gran masa del apilador, combinada con su rápido movimiento alternativo, conduce a un aumento de las cargas en los mecanismos de transmisión y guía;
• la complejidad de cargar fibra de vidrio en el camino de transporte del hilo;
• un aumento significativo en el número (hasta varios cientos e incluso miles) de fibras que se colocarán al enrollar tuberías de gran diámetro, lo que requiere el uso de una gran cantidad de hileras y otros elementos de la trayectoria del hilo;
• Debido a la necesidad de un movimiento inverso del apilador con respecto al mandril, el método en espiral no es muy adecuado para el bobinado continuo.

Debido a estas desventajas, el devanado de anillos en espiral rara vez se usa para la producción de tuberías de gran diámetro.

Bobinado de cinta en espiral

Según el principio, el bobinado de cinta en espiral (SLN) no difiere del bobinado de anillo en espiral, sin embargo, el apilador forma solo una cinta estrecha que consta de varias decenas de fibras. La continuidad del refuerzo está asegurada por múltiples pasadas del apilador. Esta tecnología es más simple que la espiral-anular y permite la formación de tuberías de grandes diámetros, pero tiene una serie de desventajas:

• la productividad del método es significativamente menor debido a la necesidad de una gran cantidad de pasadas del apilador;
• la colocación de las fibras es irregular y suelta, lo que empeora las características físicas y mecánicas de las tuberías.

Sin embargo, el bobinado de cinta en espiral se usa ampliamente en la industria de tuberías. propósito general bajas y medias presiones.

Bobinado longitudinal-transversal

Con el enrollado longitudinal-transversal (PPN), las fibras que refuerzan la tubería en las direcciones longitudinal y transversal se colocan independientemente unas de otras. En este caso, no es necesario un movimiento inverso del apilador y este método es adecuado para bobinado continuo. Las ventajas de PNP incluyen:

• alto rendimiento;
• la capacidad de cambiar la proporción del refuerzo anular y axial en un rango más amplio que con los métodos en espiral;
• la posibilidad de implementar bobinado continuo;
• la continuidad de las fibras axiales y la posibilidad de su tensión, por lo que las características físicas y mecánicas de las tuberías no son peores que con los métodos en espiral.

Desventajas de la NPP:

• La necesidad de utilizar un apilador de fibra longitudinal giratorio, lo que complica el equipo;
• En el caso de grandes diámetros de tubería, la necesidad de colocar un número grande bobinas de fibras en un apilador giratorio.

El bobinado longitudinalmente transversal ha encontrado una amplia aplicación en la producción en línea de tuberías de fibra de vidrio de diámetros pequeños (hasta 75 mm).

Bobinado longitudinal-transversal oblicuo

La tecnología se desarrolló en la URSS para la producción en masa de proyectiles de fibra de vidrio para cohetes. Poco conocido fuera de Rusia y Ucrania. En Rusia, por el contrario, estuvo muy extendida hasta mediados de la década de 2000. En el caso del bobinado longitudinal-transversal oblicuo (CCW), un apilador forma una pseudocinta que consiste en un haz paralelo de fibras impregnadas con un aglutinante, enrollado en un ligero ángulo en la superficie del mandril (formando un refuerzo anular), que se envuelve preliminarmente con fibras no impregnadas, que forman un refuerzo axial después de la colocación. Pseudo-dolent se coloca en el mandril con una superposición en la bobina anterior. Después de colocarlas sobre el mandril, las capas de pseudocinta se enrollan mediante rodillos, cuya superficie exterior tiene líneas helicoidales. El rodillo compacta la capa de refuerzo, eliminando el exceso de ligante. Como resultado, el apilamiento de fibras es muy denso y la capa de unión entre ellas tiene un espesor mínimo, lo que tiene un efecto positivo en la resistencia de la fibra de vidrio y reduce su combustibilidad. Gracias al laminado, es posible obtener un contenido de vidrio en la fibra de vidrio curada del 75%-85% en peso, resultado inalcanzable por otros métodos (SKN da un contenido de vidrio del orden del 65%, y SKL y PPN - 45%-60%). Al variar la superposición, es posible cambiar el grosor de la pared de la tubería colocada en una sola pasada. Este método hace posible implementar un bobinado continuo, así como bobinar tuberías de gran diámetro con una pequeña cantidad de fibras colocadas simultáneamente.

Las ventajas de CPP incluyen:

• muy alta productividad, especialmente cuando se enrollan tubos de gran diámetro (más de 150 mm);
• la posibilidad de enrollar tuberías de diámetros arbitrariamente grandes (teóricamente, hasta el infinito);
• la posibilidad de bobinado continuo;
• muy alta densidad de empaquetamiento de fibras;
• baja inflamabilidad de la fibra de vidrio obtenida;
• la posibilidad de variar la relación de refuerzo anular y axial en un amplio rango;
• la ausencia de refuerzo axial continuo, lo que mejora las propiedades dieléctricas de la fibra de vidrio.

Las desventajas de CPP incluyen:

• la posibilidad de agrietamiento entre capas, que no permite la creación de tuberías de alta presión utilizando esta tecnología;
• el uso de rodillos de costura complica el uso de ligantes de endurecimiento rápido;
• la falta de pretensado del refuerzo axial reduce el módulo de elasticidad de la fibra de vidrio.

Bobinado de fibra de vidrio

El enrollado con tela de fibra de vidrio se usa relativamente raramente, debido al mayor costo de la tela de fibra de vidrio en comparación con las fibras no tejidas. En términos de propiedades tecnológicas, el bobinado con fibra de vidrio está cerca del CPV y, a veces, se usa para la producción a pequeña escala de tuberías de gran tamaño.

Moldeo centrífugo

En 1957, en la ciudad suiza de Basilea, nació la idea de utilizar tubos de plástico reforzado con fibra de vidrio fundidos por centrifugación (CC-GRP - Centrifugally Cast Glassfiber Reinforced Plastic). esta tecnología fue desarrollado, aplicado y patentado por primera vez por HOBAS

En este método, los materiales que componen la pared de la tubería son alimentados por un alimentador controlado por un controlador digital al interior de un molde de acero que gira rápidamente.

La composición de los materiales es resina de poliester, fibra de vidrio troceada, arena de cuarzo y harina de mármol.

El diámetro interior del molde giratorio es el diámetro exterior de la tubería de fibra de vidrio terminada. Esto hace posible obtener una tubería con una precisión de diámetro exterior de 0,1 mm.

Este método también permite hacer que la pared de la tubería sea más homogénea y monolítica, para evitar inclusiones gaseosas y delaminaciones.

Dado que es posible fundir una pared de tubería de casi cualquier espesor, los productos compuestos de mayor rigidez del anillo

(más de SN 12.000 n/m² y las tuberías de microtúneles de alta carga axial se producen predominantemente de esta manera.

pultrusión

La pultrusión es un método de alto rendimiento para la producción de tuberías de fibra de vidrio y garantiza una alta calidad de la superficie exterior e interior. Al mismo tiempo, la pultrusión tiene una serie de limitaciones:

• la complejidad de la implementación del refuerzo del anillo;
• la dificultad de obtener tuberías de gran diámetro;
• complejidad de la implementación tecnológica en comparación con el bobinado;
• la necesidad de utilizar ligantes especiales con un tiempo de curado inicial corto.

La pultrusión se utiliza para la producción en serie de tuberías de fibra de vidrio de diámetros pequeños y presiones de trabajo bajas para fines de plomería y calefacción, así como en la producción de varillas de fibra de vidrio.

Extrusión

Los tubos de fibra de vidrio extruidos no tienen un marco de refuerzo regular sólido. El aglutinante se rellena con fibra de vidrio picada orientada aleatoriamente. Esta tecnología es simple y altamente productiva, pero la ausencia de refuerzo sólido empeora significativamente las características físicas y mecánicas de las tuberías. Los termoplásticos (polietileno, polipropileno) se utilizan principalmente como matriz polimérica para tubos de fibra de vidrio extruidos.

Funciones de aplicación y rendimiento

relevancia y conveniencia económica El uso de tuberías de fibra de vidrio está determinado por una serie de características operativas en comparación con otros tipos de tuberías.

• La fibra de vidrio se caracteriza por una densidad de 1750-2100 kg/m 3 , mientras que su resistencia a la tracción está en el rango de 150-350 MPa. Por lo tanto, en términos de resistencia específica, la fibra de vidrio es comparable al acero de alta calidad y supera significativamente a los polímeros termoplásticos (HDPE, PVC) en este indicador.
• La fibra de vidrio tiene una alta resistencia a la corrosión, ya que el vidrio y las resinas termoestables curadas (poliéster, epoxi), que lo componen, tienen una baja reactividad. Según este indicador, la fibra de vidrio es significativamente superior a los metales ferrosos y no ferrosos y es comparable al acero inoxidable.
• La fibra de vidrio es un material autoextinguible, ignífugo y de combustión lenta, con un alto índice de oxígeno, ya que el vidrio incombustible constituye una proporción importante de la masa de fibra de vidrio. En este indicador, la fibra de vidrio es superior a los polímeros termoplásticos homogéneos y rellenos.
• La fibra de vidrio es un material anisótropo y sus propiedades en determinadas direcciones se pueden controlar fácilmente variando el patrón de apilamiento de las fibras. Por lo tanto, las tuberías de fibra de vidrio se pueden fabricar con el mismo margen de seguridad en las direcciones axial y anular. En materiales isotrópicos, cuando las tuberías están cargadas con presiones internas, el margen de seguridad en la dirección anular es siempre 2 veces menor que en la dirección axial.
• El límite elástico de la fibra de vidrio está cerca de la resistencia a la tracción, por esta razón las tuberías de fibra de vidrio son mucho menos elásticas que las tuberías de acero o termoplásticas.
• La fibra de vidrio no es soldable. Las conexiones de tubería se realizan con bridas, acoplamientos, conexiones de boquilla, pegamento.

Sobre la base de estas características, se han formado una serie de áreas de aplicación de tuberías de fibra de vidrio:

Producción de petróleo

En la industria petrolera, las tuberías de fibra de vidrio se utilizan debido a su alta resistencia a la corrosión en ambientes agresivos (aguas de formación, petróleo crudo, fluidos de perforación y de proceso) en comparación con el acero y su alta resistencia específica en comparación con los polímeros termoplásticos.

La fibra de vidrio se utiliza para fabricar tubos y tuberías de conducción (sistemas RPD) con un diámetro de hasta 130 mm para presiones de funcionamiento de hasta 30 MPa, tuberías para tuberías colectoras de aceite con un diámetro de hasta 300 mm para presiones de funcionamiento de hasta 5 MPa, tuberías principales con un diámetro de hasta 1200 mm para presiones de funcionamiento de hasta 2,5 MPa.

industria del carbon

En la industria del carbón, existen restricciones sobre los materiales utilizados en las labores mineras cerradas. Por lo que las normas de seguridad en las minas de carbón establecen que los productos elaborados con materiales no metálicos ubicados en labores mineras cerradas deben tener un índice de oxígeno de al menos 28%, ser de combustión lenta, de difícil ignición (según GOST 12.1.044), y sus productos de combustión no deben ser altamente tóxicos. Por estas razones, el uso de polietileno y tubos de polipropileno no es posible en las minas de carbón. Al mismo tiempo, las tuberías de fibra de vidrio cumplen con estos requisitos. El uso de tuberías de fibra de vidrio en las minas es recomendable por varias razones:

• bajo peso, lo cual es muy importante, ya que las tuberías de la mina tienen diámetros grandes (150 - 1200 mm) y se montan, por regla general, manualmente;
• resistencia a la corrosión en una atmósfera de mina;
• superficie interior lisa que reduce los depósitos polvo de carbón y otros polvos inevitablemente presentes en los medios transportados;
• seguridad en explosiones de metano, ya que la destrucción de la fibra de vidrio ocurre sin la formación de fragmentos traumáticos.

Departamento de Vivienda y Servicios Públicos

Las tuberías de fibra de vidrio han encontrado aplicación en viviendas y servicios comunales, principalmente como tuberías de alcantarillado. Esto se debe al hecho de que las tuberías de alcantarillado tienen diámetros del orden de 600 a 2500 mm, funcionan sin presión interna en condiciones de cargas externas del suelo y la presión del agua subterránea. La alta rigidez anular de la fibra de vidrio le permite crear tuberías para estas condiciones.

Otra aplicación de las tuberías de fibra de vidrio en viviendas y servicios comunales son los vertederos de basura. En los últimos 10-15 años, las tuberías de fibra de vidrio también se han utilizado como conductos de humos en calderas de gas y centrales térmicas.

La fibra de vidrio es un material compuesto relleno de vidrio. Se compone de un aglutinante (que se utiliza como resina de poliéster) y un relleno (fibra de vidrio). El objetivo principal del relleno es reforzar y dar al material la resistencia necesaria. Gracias a la adición de resina de poliéster, se asegura la solidez del material, la protección de la fibra de vidrio de los efectos negativos de los ambientes agresivos y el uso más eficiente de su fuerza.

26 de noviembre de 2014 1862

La fibra de vidrio es un material que se caracteriza por una gravedad específica baja, con una gama de aplicaciones bastante amplia, desde viviendas y servicios comunales hasta la industria de la defensa. Caracterizado por baja conductividad térmica (aproximadamente como la madera), alta resistencia específica (mayor que el acero), resistencia a la humedad, estabilidad biológica y resistencia a la intemperie inherente a los polímeros, este material no tiene las desventajas que tienen los termoplásticos. Este es uno de los materiales de construcción compuestos menos costosos y más asequibles.

Los principales costes en la fabricación de vidrio. productos de plástico, por regla general, caen sobre el equipo y mano de obra. El segundo punto de los costos está asociado con la intensidad del trabajo y los costos de tiempo significativos. Así, en la actualidad, los productos fabricados con este material tienen un precio inferior al de los productos metálicos. Esto se debe en gran medida a la complejidad y duración del procedimiento de pegado de piezas de fibra de vidrio, lo que provoca la aparición de serios obstáculos durante producción en masa. El uso de fibra de vidrio es más beneficioso en el caso de la producción a pequeña escala. Alta eficiencia la producción a gran escala se logra mediante el uso de tecnología de bobinado continuo automático.

En la fabricación de tuberías de fibra de vidrio, el papel de las fibras de refuerzo se le suele dar al roving o hilo de vidrio. Las resinas epoxi y poliéster se utilizan como aglutinante. Hoy en día, hay dos métodos principales que se utilizan en la fabricación de tuberías de fibra de vidrio: el método de bobinado continuo y el método de moldeo rotacional.

Tecnología de bobinado periódico, que fue adoptada de empresas que operan en el campo. industria de defensa no ha sido ampliamente adoptado. Este método generalmente se usa en la fabricación de tuberías de fibra de vidrio sobre un aglutinante epoxi. La mayoría de las tuberías de fibra de vidrio del mundo se fabrican utilizando la tecnología de bobinado continuo de fibra y un componente aglutinante en un mandril. Una vez completado el enrollado, la tubería se endurece. Luego se retira del mandril, se prueba y se envía al cliente.

En este caso, la tubería se produce utilizando un mandril "caminante" y un procedimiento de enfriamiento gradual. Sectores del mandril, que se mueven en dirección longitudinal, mueven el tubo enrollado a través de hornos especiales, donde preliminarmente tratamiento térmico. A continuación, se retira el tubo del mandril. El endurecimiento final se realiza en hornos posteriores. Después de eso, la pieza de trabajo resultante se corta con una rueda de "diamante" en piezas de la longitud requerida.

Proceso tecnológico La producción de tubos de fibra de vidrio consiste en la aplicación capa por capa de materiales de vidrio a un mandril de acero, que están preimpregnados con resina de curado "en frío". Al seleccionar el tipo de resina, se tienen en cuenta las propiedades del líquido que se planea transportar a través de la tubería. El esquema de refuerzo se determina mediante la realización de un cálculo, que debe realizarse de acuerdo con estándares internacionales ASTM/AWWA, en base a las condiciones de instalación especificadas y posterior operación de la tubería. Una vez que se completa la polimerización, se forma una estructura inerte, monolítica y muy fuerte con una pared que consta de varias capas. El revestimiento de fibra de vidrio (pared interior) proporciona la resistencia requerida a los medios agresivos y abrasivos transportados a través de la tubería y la estanqueidad.

El valor de la rugosidad absoluta de la pared interior es de 23 µm. capa de fuerza diseñado para proporcionar resistencia mecánica bajo el efecto combinado de cargas externas e internas durante la operación de la tubería. La función de la capa exterior (también llamada capa de gel) es proporcionar la suavidad necesaria de la superficie exterior de la tubería, resistencia a la humedad, resistencia a los productos químicos, radiación ultravioleta y diversos fenómenos atmosféricos.

La línea de producción para la producción de tubos de fibra de vidrio utilizando el método de bobinado continuo incluye una sección de suministro de mechas, una unidad de preparación de aglomerante, un baño de aglomerante (los hilos de mecha se mueven y humedecen a través de él), una sección de bobinado equipada con ejes de rotación (el diámetro del producto final depende del tamaño de este último), así como controles que controlan todo el equipo.

Las tuberías de fibra de vidrio fabricadas con esta tecnología presentan una serie de ventajas, entre las que cabe destacar una alta resistencia específica, resistencia a la corrosión, bajo peso, durabilidad (vida útil de hasta sesenta años sin reparación), fiabilidad, bajos costes de instalación y posterior mantenimiento, alta mantenibilidad, baja resistencia hidráulica, garantía de mantenimiento de la pureza de los productos transportados desde el punto de vista medioambiental.

El segundo método para la producción de tuberías de fibra de vidrio, el moldeo centrífugo, fue propuesto por Hobas. El proceso tecnológico de fabricación de tuberías con esta tecnología se lleva a cabo en la dirección de la superficie exterior a la interior, utilizando un molde giratorio. Las materias primas para la fabricación de tuberías por este método son haces de fibra de vidrio picada, arena y resina de poliéster. Estos materiales se alimentan a un troquel giratorio. Como resultado, la formación de la estructura de la tubería comienza con la capa exterior. Durante la fabricación, se añaden a la resina líquida relleno, fibra de vidrio y materias primas sólidas. La polimerización de la resina se lleva a cabo bajo la influencia de un catalizador. Aceleración adicional este proceso logrado a través del calentamiento. La irreversibilidad del procedimiento de polimerización se debe a los enlaces químicos espaciales tridimensionales. Por lo tanto, el material conserva la estabilidad dimensional total, incluso si la temperatura ambiente es elevada.

Los tubos de fibra de vidrio fabricados por el método de moldeo centrífugo se utilizan en el tendido de alcantarillas, drenaje, construcción de tuberías por las que se transporta agua potable y de proceso, tuberías industriales, centrales hidroeléctricas, etc.

Además, debe tenerse en cuenta que tales tuberías de fibra de vidrio se pueden usar usando diferentes caminos estilismo Estos incluyen: tecnología de arrastrar y soltar, microtúneles, tendido sobre el suelo y tendido abierto.

¿Cómo es la producción de tuberías de fibra de vidrio? ¿Qué deberían ser las tuberías de fibra de vidrio según GOST? ¿Qué tan atractivas son sus características en el contexto? soluciones alternativas? Tratemos de responder a estas preguntas.

Lo que es

¿Qué es la fibra de vidrio? El nombre, en general, da una idea exhaustiva de la composición del material: el aglutinante (resina epoxi o poliéster) está reforzado con fibra de vidrio. El refuerzo proporciona resistencia a las cargas de tracción y flexión; el aglutinante garantiza la resistencia al impacto.

Tenga en cuenta: las resinas utilizadas son termoplásticos típicos.
Durante el endurecimiento, se producen en ellos cambios químicos irreversibles; Si es así, a diferencia de los termoplásticos, soldadura por contacto productos no es posible.
Para conexión con pernos, roscas, etc.

Historia

La tecnología de producción se originó en los años cincuenta del siglo pasado, cuando se inició la producción industrial de resinas epoxi. Como cualquiera nueva tecnología, en la etapa inicial, éste no fue muy popular: la falta de experiencia en el uso de fibra de vidrio se complementó con el bajo precio de los materiales tradicionales (acero, cobre y aluminio).

Sin embargo, a mediados de la década de 1960, el panorama comenzó a cambiar.

¿Qué pasó?

• Los precios del acero y los metales no ferrosos aumentaron.
• Ha comenzado el desarrollo comercial de campos de petróleo y gas en alta mar. Los tubos de fibra de vidrio (tubos) diferían favorablemente de los tubos de metal en peso ligero y, lo que es más importante, resistencia a la corrosión: el contacto con agua salada no les causó ningún daño, a diferencia de los productos de la competencia.
• Finalmente, las tecnologías de producción de fibra de vidrio tampoco se detuvieron: se volvieron más baratas y más fuertes.

El resultado no se hizo esperar: a finales de los años 60 empresa americana Ameron lanzó su tubería de fibra de vidrio de alta presión primero en el mercado de América del Norte y luego en el Medio Oriente. En los años 80, los fabricantes europeos y, un poco más tarde, los soviéticos (más tarde rusos) se levantaron.

Ventajas

¿Por qué la fibra de vidrio ganó popularidad?

La lista de sus ventajas no es demasiado larga, pero parece muy convincente.

1. Costo muy razonable en el contexto de aceros inoxidables y de alta aleación..
2. Resistencia a la corrosión y ambientes agresivos.

Útil: si es necesario transportar líquidos especialmente agresivos, los elementos de la tubería están revestidos con polietileno de alta presión.

1. peso ligero. La resistencia específica de la fibra de vidrio (resistencia relacionada con la densidad) es 3,5 veces mayor que la del acero; Por lo tanto, las estructuras de igual resistencia hechas de estos materiales diferirán en peso varias veces.

1. La posibilidad de obtener un material con las propiedades mecánicas deseadas debido a un esquema de refuerzo específico. Por ejemplo, el devanado de anillo helicoidal de fibra de vidrio proporciona la mayor resistencia a la presión interna.

Producción

¿Cómo es la producción de tuberías de fibra de vidrio?

Hasta la fecha, se pueden distinguir cuatro tecnologías principales para su fabricación.

El último método de producción tiene varias, por así decirlo, subespecies. Conozcámoslos.

Devanado de anillo en espiral

El apilador, un anillo con varios mecanismos de alimentación de hilo impregnado, se mueve alternativamente a lo largo de un mandril giratorio. En cada pasada se deposita una capa de fibras de paso constante; el esquema de colocación del anillo, como recordamos, permite lograr la máxima resistencia a la tracción de la tubería.

Curiosamente, el pretensado de la rosca también tiene un efecto positivo en la resistencia final del producto, evitando la aparición de grietas bajo cargas de flexión.

Los tubos diseñados para altas presiones de funcionamiento, elementos estructurales de carga (incluidos los soportes de líneas de transmisión de energía compuestas) e incluso ... las carcasas de los motores de cohetes se fabrican utilizando el método de bobinado circular en espiral.

Bobinado de cinta en espiral

La diferencia con el método anterior es que en una sola pasada el apilador forma una cinta estrecha en una docena o dos de fibras. En consecuencia, se requieren muchas más pasadas para formar un refuerzo continuo; el refuerzo en sí es algo menos denso. La principal ventaja del método es un equipo mucho más simple y, en consecuencia, más económico.

Bobinado longitudinal-transversal

La diferencia fundamental con los esquemas anteriores es que el bobinado se hace continuo: el apilador coloca simultáneamente los hilos longitudinales y transversales. Parecería que esto debería simplificar y reducir el costo de la tecnología; sin embargo, aquí hay un problema puramente mecánico.

El mandril sobre el que se enrolla el futuro tubo gira; si es así, las bobinas de las que se desenrolla el hilo de refuerzo longitudinal también deben girar. Además, cuanto mayor sea el diámetro de la tubería, más bobinas debe haber.

Bobinado oblicuo transversal-longitudinal

Esta solución se desarrolló durante la vida de la Unión Soviética en Kharkov y se usó originalmente en la producción de proyectiles de cohetes. Más tarde se generalizó en todo el espacio postsoviético.

¿Cuál es la esencia del método?

• El apilador forma una ancha cinta de fibras paralelas impregnadas con un aglomerante.
• La cinta antes de enrollarse en el mandril se enrolla previamente con un hilo sin impregnación, que posteriormente forma un refuerzo axial. Los propios hilos ensamblados en una cinta forman, respectivamente, un refuerzo transversal: la cinta se coloca a través del eje del mandril.
• Después de la colocación, cada capa se enrolla con rodillos, compactando el refuerzo y desplazando el exceso de ligante.

¿Cuál es el beneficio de tal esquema?

• Posibilidad de producción continua. En una sola pasada, puede formar paredes arbitrariamente gruesas simplemente cambiando la superposición de la cinta.
• Alto rendimiento.
• La capacidad de producir tuberías de fibra de vidrio de gran diámetro (en teoría, sin restricciones en el tamaño máximo). Las dimensiones están limitadas únicamente por el tamaño del mandril.
• Contenido extremadamente alto de fibra de vidrio en el material acabado. Alcanza el 85% frente al 45-65% con métodos alternativos. Esto afecta tanto a la resistencia final como a la inflamabilidad del producto.

Bobinado transversal longitudinal oblicuo.

Estándares

La producción de productos que nos interesan está regulada por dos documentos reglamentarios:

1. GOST R 53201-2008 contiene condiciones técnicas para la fabricación de tuberías con un diámetro de 50-200 mm en conexiones roscadas.
2. Desarrollado con la participación de LLC NTT (New Pipe Technologies), GOST R 54560-2011 describe los detalles de las tuberías hechas de "termoplásticos reforzados con fibra de vidrio".

Estudiemos las principales disposiciones de los documentos.

GOST R 53201-2008

El modo de operación de las tuberías proporcionado por el estándar se ve así:

• Temperatura - de -60 a + 60C.
• Humedad relativa - hasta 100%.
• La temperatura del líquido transportado es de hasta +110C.
• Presión de trabajo: de 3,5 a 27,6 MPa.

Se prevén las siguientes opciones para el uso de los productos descritos por la norma:

1. Transporte de condensados ​​de petróleo y gas.
2. Transporte de soluciones salinas (incluyendo agua de mar).
3. Construcción de columnas elevadoras.
4. Reparación de pozos para diversos fines.

1. Mantenimiento de la presión del yacimiento durante el desarrollo de depósitos subterráneos.
2. Suministro de agua técnica y potable.

La norma distingue tres tipos de tuberías:

¿Cuáles pueden ser los diámetros de las tuberías de fibra de vidrio producidas de acuerdo con GOST R 53201-2008 y sus otras características?

Bomba-compresor, carcasa

En la foto, tubería de alta presión de fibra de vidrio.

Lineal

Además de los tamaños de tubería, el documento contiene instrucciones detalladas para la fabricación de accesorios, indicando dimensiones básicas, requisitos para apariencia, tolerancias máximas y marcado de todos los productos.

GOST R 54560-2011

El estándar describe tuberías que operan en condiciones mucho más suaves que las descritas anteriormente:

• Presión de trabajo: hasta 3,2 MPa;
• Temperatura media - hasta 35C;
• Líquidos transportados - agua, soluciones acuosas y aguas residuales (domésticas e industriales).

Importante: GOST no se aplica a tuberías para suministro interno de agua y alcantarillado.

En el marco del documento, los productos se clasifican según los siguientes criterios:

• Diámetro (DN). El rango de valores es de 300 a 3000 milímetros.
• Presión nominal (PN). Para tuberías sin presión el concepto mismo de PN es bastante arbitrario y se toma igual a 0,1 - 0,4 MPa; para los de presión toma los valores de 0,6, 1,0, 1,6, 2,0, 2,5 y 3,2 MPa.
• Dureza nominal (SN). También se mide en megapascales y puede ser igual a 1250, 2500, 5000 y 10000.

Tenga en cuenta: al colocar con sus propias manos, debe tener en cuenta que, en principio, las tuberías SN 1250 no se recomiendan para la instalación subterránea, y se recomienda colocar SN 2500 en bandejas.

El documento, al igual que el anterior, enumera las dimensiones principales de todo tipo de accesorios y los requisitos para su apariencia, resistencia, marcado y métodos de refuerzo.

Conclusión

Por supuesto, en nuestro material, tocamos solo una pequeña parte de un tema muy extenso sobre el uso de fibra de vidrio. No hemos averiguado si las tuberías de fibra de vidrio se pueden usar para calefacción o alcantarillado doméstico, qué tan buenas son en el contexto de los productos de metal-polímero o de plástico. Algunas de estas preguntas afectan el video de este artículo. ¡Buena suerte!

Debido a la combinación de las características positivas del vidrio y los polímeros, las tuberías de fibra de vidrio han recibido perspectivas de aplicación casi ilimitadas, desde la disposición de conductos de ventilación hasta el tendido de rutas petroquímicas.

En este artículo, consideraremos las principales características de las tuberías de fibra de vidrio, el marcado, las tecnologías de fabricación de compuestos poliméricos y las composiciones de los componentes aglutinantes que determinan el alcance del compuesto.

también presentamos criterios importantes elección, prestar atención los mejores productores Después de todo, se asigna un papel importante en la calidad de los productos a las capacidades técnicas y la reputación del fabricante.

fibra de vidrio - material de plastico, que contiene componentes de fibra de vidrio y un aglutinante de relleno (polímeros termoplásticos y termoendurecibles). Junto con una densidad relativamente baja, los productos de fibra de vidrio se distinguen por sus buenas propiedades de resistencia.

Durante los últimos 30 a 40 años, la fibra de vidrio se ha utilizado ampliamente para la fabricación de tuberías para diversos fines.

El compuesto polimérico es una valiosa alternativa al vidrio, la cerámica, el metal y el hormigón en la producción de estructuras diseñadas para operar en condiciones extremas (petroquímica, aviación, producción de gas, construcción naval, etc.)

Las autopistas combinan las cualidades del vidrio y los polímeros:

1. peso ligero El peso medio de la fibra de vidrio es de 1,1 g/cc. A modo de comparación, el mismo parámetro para el acero y el cobre es mucho más alto: 7,8 y 8,9, respectivamente. El peso ligero lo hace fácil trabajo de instalación y transporte de material.
2. Resistencia a la corrosión. Los componentes del compuesto tienen una baja reactividad, por lo que no están sujetos a la corrosión electroquímica ni a la descomposición bacteriana. Esta cualidad es un argumento decisivo a favor de la fibra de vidrio para redes subterráneas de ingeniería.
3. Altas propiedades mecánicas. La resistencia a la tracción absoluta del compuesto es inferior a la del acero, pero el parámetro de resistencia específico supera significativamente a los polímeros termoplásticos (PVC, HDPE).
4. resistencia al clima. Rango de temperatura límite (-60 °С..+80 °С), el tratamiento de las tuberías con una capa protectora de gelcoat proporciona inmunidad a los rayos UV. Además, el material es resistente al viento (límite - 300 km/h). Algunos fabricantes afirman la resistencia sísmica de los accesorios de tubería.
5. Resistente al fuego. El vidrio ignífugo es el componente principal de la fibra de vidrio, por lo que el material es difícil de encender. Cuando se quema, el gas venenoso dioxina no se libera.

La fibra de vidrio tiene una baja conductividad térmica, lo que explica sus cualidades de aislamiento térmico.

Desventajas de las tuberías compuestas: susceptibilidad al desgaste abrasivo, generación de polvo cancerígeno debido al procesamiento mecánico y alto costo en comparación con el plástico

A medida que las paredes internas se desgastan, las fibras quedan expuestas y se rompen; las partículas pueden ingresar al medio transportado.

galería de imágenes

No hace mucho tiempo, el equipo de Poliek LLC asumió la producción de productos de tubería a partir de materias primas de fibra de vidrio, pero hoy en día, tales tuberías se han convertido en una solución exitosa para muchos problemas. El proceso de fabricación implica el uso de varios métodos, gracias a los cuales se obtienen tubos muy estrechos y de 600, 1000 o más milímetros. Sus principales componentes son:

una resina sintética que tiene, como aglutinante, alta resistencia a las cargas de impacto;

fibra de vidrio que refuerza las paredes de las tuberías para aumentar su resistencia. Además de vidrio, también se puede utilizar fibra de carbono o fibra de basalto;

fibras sintéticas que te permiten crear un refuerzo adicional;

caucho y fluoroplásticos - para mejorar la carcasa a los agresores externos.

Dependiendo de las variedades, todas las opciones para la producción de fibra de vidrio son populares en Moscú, según el diseño de la pared del cual se distinguen las tuberías: tuberías de una sola capa, con una masa de impregnación de epoxi de hasta el 60-70% del peso total y un espesor de pared de 0,2 ... 0,8 mm; dos capas: capas protectoras y estructurales químicamente resistentes con un parámetro de espesor general de 1 ... 3 mm; tres capas: consisten en una capa interna de origen de fibra de vidrio revestida con capas estructurales y protectoras, donde la capa interna puede ser de 3-6 mm y la capa protectora de polietileno (PVD) - 1-3 mm. Además, se puede utilizar polipropileno en lugar de polietileno. Al mismo tiempo, las tuberías de fibra de vidrio se producen de las siguientes maneras:

bobinado de fibra de vidrio impregnada en un mandril cilíndrico

moldeo por centrifugación, mediante el refuerzo de la manga de fibra de vidrio terminada con resinas;

pultrusión utilizando dos mandriles de moldeo;

extrusión: una mezcla de fibra de vidrio cortada con un endurecedor y resina se fuerza a través de un orificio anular utilizando una extrusora.

Pero debido a una serie de deficiencias y la imposibilidad de fabricar diámetros grandes, la primera y la última opción son las más utilizadas.

Producción de bobinado

El bobinado continuo es el método más común en San Petersburgo y otras ciudades industriales de tuberías, utilizando un mandril como medio principal para formar la tubería. Al fin y al cabo, el proceso consiste en soltar un hilo de fibra de vidrio impregnado de resina, que se enrolla alrededor de un mandril. Además, sus sectores longitudinales alimentan los tubos de formación a través del horno de pretratamiento térmico y posteriores, hasta el máximo caudal. Como resultado, la polimerización forma materiales inertes, con una estructura de pared monolítica, de alta resistencia de la siguiente estructura:

carcasa de fibra de vidrio reforzada de la capa interna (revestimiento termoestable). Su superficie tiene solo 23 micras de rugosidad para el paso más eficiente de los fluidos de trabajo. El diseño asegura una completa resistencia a los medios agresores y garantiza una estanqueidad absoluta.

capa de fibra de vidrio. Confiere a las tuberías una especial resistencia mecánica necesaria para resistir las cargas de acción interna y externa que se producen durante el funcionamiento de las canalizaciones.

gelcoat o capa exterior. Sus tareas: resistencia a la humedad y otros fenómenos atmosféricos, a la influencia de la radiación ultravioleta, productos químicos. Mientras tanto, la superficie exterior adquiere una extraordinaria suavidad.

Dependiendo del equipo utilizado, la instalación de fibra de vidrio de refuerzo también tiene algunas características. En la industria, métodos tales como longitudinal-transversal y el mismo oblicuo, espiral-cinta y espiral-anular han encontrado distribución.

producción extruida

La extrusión en la industria se denomina formación de productos poliméricos forzando la masa preparada a través del producto de formación en la extrusora. Esta tecnología de producción de tuberías implica la preparación de materias primas a partir de fibra de vidrio picada de forma caótica. La productividad muy alta, debido al suministro continuo de tuberías, le permite obtener la cantidad requerida de material mucho más rápido.

que pipas son mejores

Por supuesto, la extrusión es una tecnología más económica para la producción de material para tuberías de fibra de vidrio. Pero los sistemas de extrusión no implican la implementación de un marco regular de refuerzo sólido. Su ausencia conduce a un deterioro significativo de las características físicas y mecánicas. Por lo tanto, tales estructuras son ideales cuando se construyen sistemas que no están dentro de los límites de ambientes agresivos con el transporte de líquidos a baja presión, o como estructuras temporales.

Pero el método de bobinado más caro y más lento tiene ventajas operativas significativas. Entonces, la compra de tales tuberías en la ciudad de Belgorod y en todos los distritos rusos es popular debido a:

resistencia a los agresores externos del entorno operativo;

alta flexibilidad manteniendo la fuerza;

resistencia a la deformación;

gran durabilidad, con un límite mínimo de 50 años, incluso con fluctuaciones de temperatura y alta humedad.

Por lo tanto, si no hay necesidad de una economía estricta o si se espera que las tuberías funcionen en condiciones especiales, por supuesto, los productos obtenidos por el segundo método son más preferibles. Después de todo, las tuberías de fibra de vidrio fabricadas en la planta de Poliek LLC pueden funcionar incluso en las condiciones más severas. Por lo tanto, se compran para la extracción de minerales de petróleo y gas, para sistemas de alcantarillado pluvial, para suministro de agua a viviendas y servicios comunales, donde la durabilidad de las tuberías y el menor costo en comparación con los metales ayudarán a ahorrar el presupuesto de la ciudad.