Застосовуються як транспортування з них різних середовищ, і як конструкційних елементів (опор, колон, перекладин, оболонок).

Історія

Поява та випуск склопластикових труб стали можливими в середині 1950-х років, коли було освоєно промисловий випуск реактопластичних сполучних (насамперед - епоксидних смол) та скляних волокон. Вже тоді стали очевидними перевагицих труб: мала маса та висока корозійна стійкість. Однак, у зазначений період завоювати якусь частку ринку трубної продукції вони ще не могли через низьку ціну на «традиційні» трубні матеріали: сталь (у тому числі нержавіючу) мідь та алюміній. У 1960-х років ситуація почала змінюватися. По-перше, різко подорожчали легована сталь та алюміній. По-друге, початок видобутку нафти на морських шельфах і важкодоступних районах суші зажадало застосування легких і корозійно стійких труб. По-третє, технології виробництва склопластикових труб були вдосконалені, а характеристики продукції покращено. У ці роки фірма Ameron (США) опанувала великосерійний випуск склопластикових труб високого тиску (до 30 МПа) для нафтопромислів. Труби мали комерційний успіх і в США з'явилося багато виробників склопластикової продукції. У 1970-х роках на нафтопромислах Північної Америки та Близького Сходу склопластикові труби виробництва США набули широкого поширення.

У 1980-х роках інтерес до склопластикових труб виник у всіх промислово розвинених країнах. Їх виробництво та застосування освоїли у Європі, Японії, Тайвані. Почалися експерименти із застосування склопластикових труб та у СРСР.

Технології виробництва

Станом на 2013 рік відомі чотири технології виробництва склопластикових труб, що принципово відрізняються:

• Намотка просоченої сполучною скляної арматури на зовнішню поверхнютехнологічної оправки (мандрі);
• Відцентрове лиття;
• відцентрове формування з препрега на внутрішній поверхні технологічної оправки (форми);
• Пултрузія в зазорі між зовнішньою та внутрішньою оправками;
• Екструзія сполучного, наповненого обсягом рубаним скляним волокном.

Намотування

Технологія намотування (навивки) найбільш проста по реалізації та забезпечує високу продуктивність. Намотування може бути як періодичної так і безперервної. Технологія намотування забезпечує високу якість внутрішньої поверхні труби за рахунок її формування на зовнішній поверхні оправки, але якість зовнішньої поверхні низька через відсутність зовні формотворчих елементів. Для труб, що використовуються для транспортування рідин та газів остання обставина не є важливим.

Відома намотування з використанням термореактивних (поліефірні, епоксидні, фенолформальдегідні та ін смоли) і термопластичних (поліпропілен, поліетилен, поліамід, поліетилентерефталат та ін) полімерних сполучних. При використанні термопластичних сполучних можливі одностадійні та двостадійні технології намотування. При використанні одностадійної технології процес поєднання (просочення) волокнистого наповнювача термопластичним сполучним і намотування на оправлення відбуваються послідовно на одній і тій же технологічній установці. При використанні двостадійної технології спочатку в результаті операції суміщення отримують попередньо просочений матеріал (препрег) як нитки, стрічки, стренги. Потім отриманий препрег знову розігрівають і наносять на оправлення.

Відомо безліч способів укладання армуючих скляних волокон, але промислове застосуваннязнайшли спірально-кільцевий, спірально-стрічковий, поздовжньо-поперечний та косошаровий поздовжньо-поперечний способи.

Спірально-кільцева намотування

Спосіб вперше запропонований та реалізований фірмою Ameron (США) у 1960-х роках для виробництва склопластикових насосно-компресорних труб. При спірально-кільцевій намотуванні (СКН) укладальник, що представляє собою кільце з рівномірно розташованими по колу фільєрами рухається зворотно-поступально вздовж осі оправки, що обертається. Такий рух забезпечує укладання безперервних по всій довжині волокон з рівним кроком уздовж гвинтових ліній. Варіюючи співвідношення швидкості обертання оправки та поступального рухуукладача можна змінювати кут укладання волокон. На кінцевих ділянках труби в зоні реверсування укладача кут укладання волокон зменшують таким чином, щоб вони утримувалися на поверхні оправлення силами тертя. За рахунок цього волокна зберігають натяг, наданий їм укладачем і після затвердіння сполучного арматури труби стає напруженою, що покращує фізико-механічні властивостіВироби.

До переваг спірально-кільцевої намотування відносяться:

• висока продуктивність через укладання за один прохід великої кількостіволокон;
• висока міцність одержуваних труб;
• можливість отримання рівної міцності в кільцевому та осьовому напрямках;
• високе значення осьового модуля пружності;
• за рахунок попереднього натягу арматури сполучна добре переносить розтягуючі навантаження без розтріскування;
• можливість формування зі складною формою утворюючого перерізу, а також труб змінного діаметра;
• можливість укладання склоровінгів, що складаються з великої кількості елементарних волокон (понад 2400 тексів);
• при використанні розбірної або руйнованої оправки можливість формування замкнутих оболонок (балонів, корпусів) ракетних двигунів).

Через зазначені переваги спірально-кільцева намотування набула широкого поширення при виготовленні труб високого тиску (зокрема насосно-компресорних труб), конструкційних труб, композитних опор ЛЕП, корпусів ракетних двигунів твердого палива.

Проте ця технологія має свої недоліки:

• висока складність обладнання;
• велика маса укладача у поєднанні з його швидким зворотно-поступальним рухом призводить до підвищених навантажень на приводи та напрямні механізми;
• складність зарядки скловолокна в ниткопровідний тракт;
• значне збільшення числа (до декількох сотень і навіть тисяч) волокон, що укладаються при намотуванні труб великого діаметру, що обумовлює необхідність застосування великої кількості фільєр і інших елементів ниткопровідного тракту;
• через необхідність реверсивного руху укладача щодо оправлення спіральний спосіб мало придатний для безперервного намотування.

Через зазначені недоліки спірально-кільцева намотування рідко застосовується для виробництва труб великого діаметру.

Спірально-стрічкова намотування

За принципом спірально-стрічкова намотування (СЛН) не відрізняється від спірально-кільцевої, проте укладач формує лише вузьку стрічку, що складається з кількох десятків волокон. Суцільність армування забезпечується багаторазовими проходами укладача. Така технологія простіша за спірально-кільцеву і дозволяє формувати труби великих діаметрів, але має ряд недоліків:

• продуктивність способу істотно нижче через необхідність великої кількості проходів укладача;
• укладання волокон нерівномірне і пухке, що погіршує фізико-механічні характеристики труб.

Тим не менш, спірально-стрічкова намотування має широке поширення у виробництві труб загального призначеннянизьких та середніх тисків.

Поздовжньо-поперечна намотування

При поздовжньо-поперечному намотуванні (ППН) волокна, що армують трубу в поздовжньому та поперечному напрямках укладаються незалежно один від одного. При цьому немає необхідності в реверсивному русі укладача і такий спосіб придатний для безперервної реалізації намотування. До переваг ППН слід віднести:

• високу продуктивність;
• можливість змінювати співвідношення кільцевої та осьової арматури у ширших межах, ніж при спіральних способах;
• можливість реалізації безперервного намотування;
• безперервність осьових волокон та можливість їх натягу, внаслідок чого фізико-механічні характеристики труб виходять не гірше ніж при спіральних способах.

Недоліки ППН:

• Необхідність застосування укладача поздовжніх волокон, що обертається, що ускладнює обладнання;
• У разі великих діаметрів труб необхідність розміщення великої кількостікотушок з волокнами в укладальнику, що обертається.

Поздовжньо поперечна намотування знайшла широке застосування в потоковому виробництві склопластикових труб малих діаметрів (до 75 мм).

Косошарова поздовжньо-поперечна намотування

Технологія була розроблена в СРСР для масового виробництва склопластикових корпусів реактивних снарядів. За межами Росії та України маловідома. У Росії - навпаки, була широко поширена до середини 2000-х років. При косослойному поздовжньо-поперечному намотуванні (КППН) укладачем формується псевдолента, що складається з паралельного пучка просочених сполучним волокон, намотуваного під невеликим кутом на поверхню оправки (утворюючи кільцеву арматуру), який попередньо обмотується непросоченими волокнами. Псевдолнента укладається на виправлення з нахлестом на попередній виток. Після укладання на оправлення шари псевдоленти докочуються роликами, зовнішня поверхня яких має гвинтові лінії. Накочування роликами ущільнює шар арматури, видаляючи зайве сполучне. Внаслідок цього укладання волокон виходить дуже щільним, а шар сполучного між ними має мінімальну товщину, що позитивно позначається на міцності склопластику та знижує його горючість. Завдяки прикочуванням вдається отримати вміст скла в затвердженому склопластику 75%-85% по масі - результат недосяжний для інших способів (СКН дає вміст скла близько 65%, а СКЛ і ППН - 45%-60%). Варіюючи нахлест, можна змінювати товщину стінки труби, що укладається за один прохід. Такий спосіб дозволяє реалізовувати безперервну намотування, а також намотування труб великого діаметру малим числом волокон, що одночасно укладаються.

До переваг КППН слід віднести:

• дуже високу продуктивність, особливо при намотуванні труб великих діаметрів (понад 150 мм);
• можливість намотування труб як завгодно великих діаметрів (теоретично - до нескінченності);
• можливість безперервного намотування;
• дуже високу щільність укладання волокон;
• низьку горючість отриманого склопластику;
• можливість варіювання в широких межах співвідношення кільцевого та осьового армування;
• відсутність суцільної осьової арматури, що покращує діелектричні властивості склопластику.

До недоліків КППН належать:

• можливість міжшарового розтріскування, що не дозволяє створювати за цією технологією труби високого тиску;
• використання прикочувальних роликів ускладнює застосування швидкоствердних сполучних;
• відсутність попереднього натягу осьової арматури знижує модуль пружності склопластику.

Намотування склотканиною

Намотування склотканиною використовується порівняно рідко, внаслідок більш високої вартості склотканини порівняно з нетканими волокнами. За технологічними властивостями намотування склотканиною близька до КППН і іноді використовується для дрібносерійного виготовлення великогабаритних труб.

Відцентрове формування

У 1957 році у швейцарському місті Базель, зародилася ідея, використовувати відцентрове лиття для виробництва склопластикових труб (CC-GRP – Centrifugally Cast Glassfiber Reinforced Plastic). Ця технологіябула вперше розроблена, застосована та отримана патент компанією HOBAS

При цьому способі матеріали, що становлять стінку труби, подаються фідером, керованим цифровим контролером, у внутрішню частину сталевої форми, що швидко обертається.

Склад матеріалів – це поліефірна смола, рубаний ровінг зі скловолокна, кварцовий пісок та мармурове борошно.

Внутрішній діаметр форми, що обертається, є зовнішнім діаметром готової склопластикової труби. Це дозволяє отримувати трубу з точністю зовнішнього діаметра 0.1 мм.

Даний метод дозволяє також робити стінку труби більш однорідною та монолітною, уникати газоподібних включень та розшарування.

Так як відлити стінку труби можна практично будь-якої товщини, то композитні вироби підвищеної кільцевої жорсткості

(більше SN 12 000 n/м² і витримують високі осьові навантаження труби для мікротоннелювання виготовляються переважно цим способом.

Пултрузія

Пултрузія є високопродуктивним способом виробництва склопластикових труб та забезпечує високу якість зовнішньої та внутрішньої поверхні. У той же час пултрузія має низку обмежень:

• складність реалізації кільцевого армування;
• складність одержання труб великих діаметрів;
• складність технологічної реалізації порівняно з намотуванням;
• необхідність застосування спеціальних сполучних з малим часом початкового затвердіння.

Пултрузія застосовується для масового виробництва склопластикових труб малих діаметрів малих робочих тисків сантехнічного та опалювального призначення, а також у виробництві склопластикових вудлищ.

Екструзія

Екструзійні склопластикові труби не мають суцільного регулярного каркасу арматури. Сполучна наповнюється хаотично орієнтованим рубаним скляним волокном. Така технологія проста і високовиробника, але відсутність суцільного армування суттєво погіршує фізико-механічні характеристики труб. Як полімерна матриця у екструзійних склопластикових труб використовуються, в основному, термопласти (поліетилен, поліпропілен).

Застосування та експлуатаційні особливості

Актуальність та економічна доцільністьзастосування склопластикових труб визначається рядом їх експлуатаційних особливостей порівняно із трубами інших типів.

• Склопластики характеризуються щільністю 1750-2100 кг/м 3 при цьому їх міцність на розтяг лежить в межах 150-350 МПа. Таким чином по питомій міцності склопластик порівняний з якісною сталлю і значно перевершує за цим показником термопластичні полімери (ПНД, ПВХ).
• Склопластик має високу корозійну стійкість, так як скло і затверділі термореактивні смоли (поліефірна, епоксидна), що входять до його складу, мають низьку реакційну здатність. За цим показником склопластик значно перевершує темні і кольорові метали і можна порівняти з нержавіючої сталлю.
• Склопластик є важкогорючим, важкозаймистим самозагасаючим матеріалом з високим значенням кисневого індексу, так як негорюче скло становить в масі склопластику значну частку. За цим показником склопластик перевершує гомогенні та наповнені термопластичні полімери.
• Склопластик є анізотропним матеріалом та його властивостями в заданих напрямках легко керувати, варіюючи схему укладання волокон. Таким чином склопластикові труби можуть бути виконані з рівним запасом міцності в осьовому та кільцевому напрямках. В ізотропних матеріалах при навантаженні труб внутрішнім тискам запас міцності в кільцевому напрямку завжди в 2 рази менше, ніж в осьовому.
• Межа плинності склопластику близька до межі міцності, тому склопластикові труби значно менш еластичні, ніж сталеві або термопластичні.
• Склопластик не зварюється. З'єднання труб виробляються за допомогою фланців, муфт, ніпель-розрубних з'єднань, клею.

Виходячи із зазначених особливостей сформувався ряд областей застосування склопластикових труб:

Нафтовидобуток

У нафтовидобувній промисловості склопластикові труби знаходять застосування через високу корозійну стійкість в агресивних середовищах (пластові води, сира нафта, бурові та технологічні розчини) порівняно зі сталлю та високою питомою міцністю порівняно з термопластичними полімерами.

Зі склопластику виготовляють насосно-компресорні та лінійні (систем ППД) труби діаметром до 130 мм на робочі тиски до 30 МПа, труби для нафтозбірних трубопроводів діаметром до 300 мм на робочі тиски до 5 МПа, труби магістральні діаметром до 1200 мм на робочі 5 МПа.

Вугільна промисловість

У вугільній промисловості існують обмеження на матеріали, що застосовуються в закритих гірничих виробках. Так правила безпеки у вугільних шахтах встановлюють, що вироби з неметалевих матеріалів, що знаходяться в закритих гірничих виробках повинні мати кисневий індекс не менше 28%, бути важкогорючими, важкозаймистими (згідно з ГОСТ 12.1.044), а продукти їх горіння не повинні бути високотоксичними. З вказаних причин застосування поліетиленових та поліпропіленових трубу вугільних шахтах неможливо. У той же час склопластикові труби цим вимогам відповідають. Застосування у шахтах склопластикових труб доцільно з низки причин:

• мала маса, що дуже актуально, оскільки шахтні трубопроводи мають великі діаметри (150 – 1200 мм) та монтуються, як правило, вручну;
• корозійна стійкість у рудничній атмосфері;
• гладка внутрішня поверхня, що знижує утворення відкладень вугільного пилута іншого пилу, який неминуче присутній у транспортирумих середовищах;
• безпека при вибухах метану, оскільки руйнування склопластику відбувається без утворення травмонебезпечних уламків.

Житлово-комунальне господарство

Склопластикові труби знайшли застосування в ЖКГ, в основному, як каналізаційні. Це з тим, що труби каналізації мають діаметри близько 600 - 2500 мм, працюють без внутрішнього тиску за умов зовнішніх навантажень від ґрунту і тиску ґрунтових вод. Висока кільцева жорсткість склопластику дозволяє створювати труби для вказаних умов.

Ще одним застосування склопластикових труб у ЖКГ є сміттєпроводи. В останні 10-15 років склопластикові труби знаходять застосування і як димові на газових котельнях і ТЕЦ.

Склопластик є склонаповненим матеріалом композитного типу. До його складу входять сполучна (як застосовується поліефірна смола) і наповнювач (скловолокно). Основне призначення наповнювача полягає в армуванні та наданні матеріалу необхідної міцності. Завдяки доданню поліефірної смоли забезпечується монолітність матеріалу, захист скловолокна від негативного впливу агресивних середовищ та максимально ефективне використання його міцності.

26.11.2014 р. 1862

Склопластик – це матеріал, що характеризується невеликою питомою вагою, що має досить широкий спектр сфер застосування від ЖКГ до оборонки. Відрізняючись малою теплопровідністю (приблизно, як у дерева), високою питомою міцністю (більше, ніж у сталі), вологостійкістю, біологічною стійкістю та атмосферостійкістю, властивими полімерам, даний матеріал не має недоліків, які мають термопласти. Це один з найменш дорогих і доступних композиційних будматеріалів.

Основні витрати при виготовленні скло пластикових виробів, як правило, припадають на обладнання та робочу силу. Другий пункт витрат пов'язаний із трудомісткістю та значними витратами часу. Таким чином, в даний час вироби з даного матеріалу поступаються ціною продукції з металу. Багато в чому це обумовлено складністю та тривалістю здійснення процедури виклеювання склопластикових деталей, наслідком чого стає виникнення серйозних перешкод при масовому виробництві. Застосування склопластику виявляється найвигіднішим у випадку з дрібносерійним виробництвом. Висока ефективністьвеликосерійного виробництва досягається при використанні технології автоматичного безперервного намотування.

При виготовленні труб зі склопластику, роль армуючих волокон зазвичай приділяється ровінгу або скляній нитці. Епоксидні, поліефірні смоли використовуються як сполучна. Сьогодні існують два основні методи, які знаходять застосування при виготовленні склопластикових труб: метод безперервного намотування та метод відцентрового формування.

Технологія періодичного намотування, яка була перейнята з підприємств, що функціонують у сфері оборонної промисловості, не набула широкого поширення. Цим способом зазвичай користуються при виготовленні труб зі склопластику на епоксидному сполучному. Більшість склопластикових труб у світі виробляється за технологією безперервного намотування волокна і сполучного компонента на оправлення. Після завершення намотування труба твердне. Потім її знімають з оправки, випробовують і відправляють замовнику.

У цьому випадку труба проводиться з використанням крокуючої оправки і ступінчастої процедури охолодження, що реалізується. Сектори оправки, які переміщуються в поздовжньому напрямку, пересувають намотану трубу через спеціальні печі, де проводиться попередня термічна обробка. Далі труба знімається із оправки. Остаточно затвердіння проводиться у наступних печах. Після цього отримана заготовка розрізається за допомогою "алмазного" кола на шматки необхідної довжини.

Технологічний процесВиробництво склопластикових труб полягає в пошаровому нанесенні на виконану зі сталі оправлення скломатеріалів, які заздалегідь просочуються смолою холодного затвердіння. При підборі типу смоли враховуються властивості рідини, яку планується транспортувати трубопроводом. Схему армування визначають шляхом проведення розрахунку, який слід виконувати згідно міжнародних стандартів ASTM/AWWA, ґрунтуючись на заданих умовах встановлення та подальшої експлуатації трубопроводу. Після завершення полімеризації відбувається утворення інертної, монолітної, міцної структури зі стінкою, що складається з декількох шарів. Склопластиковий лайнер (внутрішня стінка) забезпечує необхідну стійкість до впливу агресивних, а також абразивних середовищ, що транспортуються трубопроводом, та герметичність.

Розмір абсолютної шорсткості внутрішньої стінки дорівнює 23 мкм. Силовий шарпризначений для забезпечення механічної міцності при об'єднаному впливі зовнішніх та внутрішніх навантажень під час експлуатації трубопроводу. Функцією зовнішнього шару (його називають гель-коут) є забезпечення необхідної гладкості зовнішньої поверхні труби, вологостійкості, стійкості до впливу хімікатів, ультрафіолетового випромінювання, різних атмосферних явищ.

Технологічна лінія виробництва склопластикових труб за методом безперервного намотування включає секцію подачі ровінга, установку, призначену для підготовки сполучного, ванну зі сполучним (через неї переміщуються і змочуються нитки ровінга), секцію намотування, оснащену валами обертання (від розміру останніх залежить діаметр ), і навіть органи, щоб забезпечити управління всім устаткуванням.

Труби зі склопластику, що виготовляються за даною технологією, мають цілу низку переваг, серед яких слід відзначити високу питому міцність, стійкістю до корозії, невелику вагу, довговічність (термін експлуатації до шістдесяти років без проведення ремонту), надійність, малі витрати на встановлення та подальше обслуговування. , високу ремонтопридатність, невеликий гідравлічний опір, гарантію збереження чистоти продукції, що транспортується з точки зору екології.

Другий спосіб виробництва труб із склопластику – відцентрове формування, був запропонований фірмою Hobas. Технологічний процес виготовлення труб за даною технологією відбувається в напрямку від зовнішньої поверхні до внутрішньої, з використанням форми, що обертається. Сировиною для виготовлення труб за цим методом є рубані волокнисті джгути зі скла, пісок і поліефірна смола. Названі матеріали подаються на матрицю, що обертається. У результаті утворення структури труби починається із зовнішнього шару. Під час виготовлення відбувається додавання до рідкої смоли наповнювача, скляного волокна та твердої сировини. Полімеризація смоли здійснюється під впливом каталізатора. Додаткове прискорення даного процесудосягається за рахунок нагрівання. Необоротність процедури полімеризації обумовлена ​​3-мірними просторовими хімічними зв'язками. Таким чином, матеріал повністю зберігає просторову стабільність, навіть якщо температура навколишнього середовища буває підвищеною.

Склопластикові труби, виконані за методом відцентрового формування, знаходять застосування при прокладанні каналізації, влаштуванні дренажу, спорудженні трубопроводів, якими транспортується питна, технічна вода, промислових трубопроводів, на гідроелектростанціях і т.д.

Крім цього, слід зазначити, що такі склопластикові труби можуть використовуватися із застосуванням. різних способівукладання. Сюди відносяться: технологія протягування, метод мікротунелю, метод надземного укладання та укладання відкритим способом.

Як виглядає виробництво труб із склопластику? Якими мають бути склопластикові труби за ГОСТом? Наскільки привабливими є їх характеристики на тлі альтернативних рішень? Спробуємо відповісти на ці запитання.

Що це таке

Що таке склопластик? Назва, загалом, дає вичерпне уявлення про склад матеріалу: сполучна (епоксидна або поліефірна смола) армується скловолокном. Армування забезпечує стійкість по відношенню до навантажень на розтяг та вигин; сполучна гарантує стійкість до ударних навантажень.

Зверніть увагу: застосовувані смоли – типові реактопласти.
При твердінні у них відбуваються незворотні хімічні зміни; раз так – на відміну від термопластів, Контактна зваркавиробів неможливе.
Для з'єднання під болти, різьблення тощо.

Історія

Технологія виробництва зародилася в 50-х роках минулого століття, коли почалося промислове виготовлення епоксидних смол. Як і будь-яка нова технологія, На початковому етапі ця не користувалася особливою популярністю: відсутність досвіду використання склопластику доповнювала невисока ціна на традиційні матеріали (сталь, мідь та алюміній).

Приблизно до середини 60-х, проте, картина почала змінюватись.

Що сталося?

• Зросли ціни на сталь та кольорові метали.
• Почалася комерційна розробка шельфових родовищ нафти та газу. Склопластикові труби НКТ (насосно-компресорні) вигідно відрізнялися від металевих невеликою вагою та, що ще важливіше, корозійною стійкістю: контакт із солоною водою не завдавав їм жодної шкоди, на відміну від конкуруючих продуктів.
• Нарешті, самі технології виробництва склопластику теж не стояли на місці: він ставав дешевшим і міцнішим.

Результат не змусив на себе чекати: до кінця 60-х американська компанія Ameron вийшла зі своїми склопластиковими трубами високого тиску спочатку на північноамериканський, а потім і близькосхідний ринок. До 80-х років підтягнулися європейські і, трохи пізніше, радянські (пізніше – російські) виробники.

Переваги

Чим склопластик завоював популярність?

Список його переваг не дуже великий, але виглядає дуже переконливо.

1. Дуже розумна на тлі високолегованих та нержавіючих сталей вартість.
2. Стійкість до корозії та агресивних середовищ.

При необхідності транспортування особливо агресивних рідин елементи трубопроводів футеруються поліетиленом високого тиску.

1. Невелика вага. Питома міцність склопластику (міцність, віднесена до щільності) у 3,5 рази вища, ніж у сталі; таким чином, рівноміцні конструкції з цих матеріалів відрізнятимуться вагою кілька разів.

1. Можливість отримання матеріалу із заданими механічними властивостямизавдяки певній схемі армування. Наприклад, спірально-кільцева намотування скловолокна забезпечує високу стійкість до внутрішнього тиску.

Виробництво

Як виглядає виробництво склопластикових труб?

До теперішнього часу можна виділити чотири основні технології їх виготовлення.

В останнього способу виробництва є кілька, так би мовити, підвидів. Давайте познайомимося з ними.

Спірально-кільцева намотування

Укладач - кільце з декількома механізмами подачі просоченої нитки - здійснює зворотно-поступальні рухи вздовж обправки, що обертається. При кожному проході укладається шар волокон із постійним кроком; кільцева схема укладання, як ми пам'ятаємо, дозволяє досягти максимальної міцності труби на розрив.

Цікаво: попереднє натяг нитки теж сприятливо позначається на підсумковій міцності виробу, запобігаючи появі тріщин при згинальних навантаженнях.

Методом спірально-кільцевого намотування виготовляються насосно-компресорні труби, розраховані на високі робочі тиски, що несуть конструктивні елементи (у тому числі композитні опори ЛЕП) і навіть корпуси ракетних двигунів.

Спірально-стрічкова намотування

Різниця з попереднім методом - лише в тому, що за один прохід укладальник формує вузьку стрічку в десяток-другий волокон. Відповідно, для формування суцільного армування потрібно набагато більше проходів; саме армування виходить дещо менш щільним. Головна перевага методу – куди простіша і, відповідно, дешеве обладнання.

Поздовжньо-поперечна намотування

Принципова відмінність від попередніх схем – у тому, що намотування робиться безперервним: укладальник одночасно укладає поздовжні та поперечні нитки. Здавалося б, це має спростити та здешевити технологію; проте тут є суто механічна проблема.

Оправлення, де намотується майбутня труба, обертається; раз так – повинні обертатися котушки, з яких розмотується нитка поздовжнього армування. Причому чим більший діаметр труби, тим більше має бути котушок.

Косошарова поперечно-подовжня намотування

Це рішення було розроблено ще за життя Радянського Союзу у Харкові та спочатку застосовувалося при виробництві корпусів реактивних снарядів. Пізніше воно набуло поширення на всьому пострадянському просторі.

У чому полягає суть методу?

• Укладач формує широку стрічку паралельних просочених сполучних волокон.
• Стрічка перед намотуванням на оправку попередньо обмотується ниткою без просочення, що згодом утворює осьову арматуру. Самі зібрані в стрічку нитки утворюють, відповідно, арматуру поперечну: стрічка укладається поперек осі оправки.
• Після укладання кожен шар прокочується валиками, що ущільнюють армування і витісняють зайве сполучне.

Чим вигідна така схема?

• Можливість безперервного виробництва. За один прохід можна сформувати як завгодно товсті стінки, просто змінюючи нахльостування стрічки.
• Висока продуктивність.
• Можливістю виробляти склопластикові труби великого діаметра (теоретично – без будь-яких обмежень максимального розміру). Габарити обмежені лише розміром оправлення.
• Надзвичайно високим вмістом скловолокна у готовому матеріалі. Воно сягає 85% проти 45-65% при альтернативних способах. Це як на підсумкову міцність, і на горючість продукції.

Косошарова поперечно - поздовжня намотування.

Стандарти

Виробництво виробів, що нас цікавлять, регламентується двома нормативними документами:

1. ДЕРЖСТАНДАРТ Р 53201-2008 містить техумови для виготовлення труб діаметром 50-200 мм на різьбових з'єднаннях.
2. Розроблений за участю ТОВ НТТ (Нові Трубні Технології) ДЕРЖСТАНДАРТ Р 54560-2011 описує деталі трубопроводів з “реактопластів, армованих скловолокном”.

Вивчимо основні положення документів.

ГОСТ Р 53201-2008

Передбачений стандартом режим експлуатації труб виглядає так:

• Температура – ​​від -60 до +60С.
• Відносна вологість – до 100%.
• Температура рідини, що транспортується - до +110С.
• Робочий тиск – від 3,5 до 27,6 МПа.

Передбачаються такі варіанти використання описаних стандартом виробів:

1. Транспортування нафти та газового конденсату.
2. Транспортування розчинів солей (включаючи морську воду).
3. Споруда ліфтових колон.
4. Кріплення свердловин різного призначення.

1. Підтримка пластового тиску розробки підземних родовищ.
2. Технічне та питне водопостачання.

Стандарт виділяє три типи труб:

Якими можуть бути діаметри склопластикових труб, вироблених за ГОСТ Р 53201-2008, та інші характеристики?

Насосно-компресорні, обсадні

На фото склопластикові НКТ високого тиску.

Лінійні

Крім типорозмірів труб, у документі міститься детальна інструкція з виготовлення фітингів із зазначенням базових розмірів, вимоги до зовнішньому вигляду, максимальних допусків та маркування всіх виробів.

ГОСТ Р 54560-2011

Стандарт описує трубопроводи, що експлуатуються в більш м'яких порівняно з описаними вище умовах:

• Робочий тиск – до 3,2 МПа;
• Температура середовища – до 35С;
• Транспортовані рідини - вода, водні розчини та стоки (побутові та промислові).

Важливо: дія ГОСТ не поширюється на трубопроводи для внутрішніх водопроводів та каналізації.

У рамках документа продукція класифікується за такими ознаками:

• Діаметр (DN). Діапазон значень – від 300 до 3000 мм.
• Номінальний тиск (PN). Для безнапірних трубсаме поняття PN досить умовно береться рівним 0,1 – 0,4 МПа; для напірних воно набуває значення 0,6, 1,0, 1,6, 2,0, 2,5 і 3,2 МПа.
• Номінальна жорсткість (SN). Вона також вимірюється в мегапаскалях і може дорівнювати 1250, 2500, 5000 і 10000.

Зверніть увагу: при прокладанні своїми руками варто враховувати, що труби SN 1250 не рекомендовані для підземної прокладки, а SN 2500 рекомендується прокладати в лотках.

Документ, як і попередній, перераховує основні розміри всіх видів фітингів та вимоги до їх зовнішнього вигляду, міцності, маркування та методів армування.

Висновок

Зрозуміло, у нашому матеріалі ми торкнулися лише невеликої частини досить великої теми використання склопластику. Ми не з'ясували, чи можна застосовувати склопластикові труби для опалення чи побутової каналізації, наскільки вони хороші на фоні металополімерних чи повністю пластикових виробів. Частина цих питань торкається відео в цій статті. Успіхів!

Завдяки комбінації позитивних характеристик скла та полімерів склопластикові труби отримали практично безмежні перспективи застосування – від облаштування вентканалів до прокладання нафтохімічних трас.

У цій статті розглянемо основні характеристики труб із склопластику, маркування, технології виготовлення полімерного композиту та склади сполучних компонентів, що визначають сферу експлуатації композиту.

Також наведемо важливі критеріївибору, приділивши увагу найкращим виробникам, адже важлива роль як продукція відведена технічним потужностям та репутації виробника.

Склопластик – пластичний матеріал, у складі якого є скловолокнисті компоненти та сполучний наповнювач (термопластичні та термореактивні полімери). Поряд з відносно невисокою щільністю склопластикові вироби відрізняються хорошими властивостями міцності.

Останні 30-40 років склопластик масово застосовується виготовлення трубопроводів різного призначення.

Полімерний композит є гідною альтернативою скла, кераміки, металу та бетону при виробництві конструкцій, розрахованих на експлуатацію в екстремальних умовах (нафтохімія, авіація, видобуток газу, суднобудування тощо)

Магістралі поєднують у собі якості скла та полімерів:

1. Невелика вага.Середня вага склопласту становить 1,1 г/куб. Для порівняння, цей же параметр по сталі та міді набагато вищий – 7,8 та 8,9 відповідно. Завдяки легкості, полегшуються монтажні роботита транспортування матеріалу.
2. Корозійна стійкість.Складові композиту мають низьку реакційну здатність, тому не піддаються електрохімічній корозії та бактеріальному розкладанню. Ця якість – вирішальний аргумент на користь склопласту для підземних інженерних мереж.
3. Високі механічні характеристики.Абсолютна межа міцності композиту поступається показником сталі, але параметр питомої міцності значно перевищує термопластичні полімери (ПВХ, ПНД).
4. Атмосферостійкість.Діапазон граничних температур (-60 ° С. +80 ° С), обробка труб захисним шаром з гелькоуту забезпечує несприйнятливість до променів УФ-діапазону. Крім того, матеріал стійкий до вітру (межа – 300 км/год). Деякі виробники заявляють про сейсмостійкість трубної арматури.
5. Вогнетривкість.Негорюче скло - головний компонент склопласту, тому матеріал важкозаймистий. При горінні не виділяється отруйний газ діоксин.

Склопластик має низьку теплопровідність, що пояснює його теплоізоляційні якості.

Недоліки композитних труб: схильність до абразивного зносу, утворення канцерогенного пилу внаслідок механічної обробки та висока вартість у порівнянні з пластиком

У міру стирання внутрішніх стінок оголюються і обламуються волокна - частки можуть потрапляти в середовище, що транспортується.

Галерея зображень

Виробництвом трубопродукції зі скловолоконної сировини команда ТОВ "Поліек" зайнялася не так давно, але в сьогоднішньому днітакі труби стали успішним вирішенням багатьох завдань. Процес виготовлення передбачає використання різних методів, завдяки яким труби виходять дуже вузькими, і становлять 600, 1000 і більше міліметрів. Основними складовими їх є:

синтетична смола, що володіє, як сполучний елемент, високою опірністю ударним навантаженням;

скловолокно, що армує стінки в трубах для підвищення їх міцності. Крім скла, може застосовуватися волокно вуглепластикове або базальтове;

синтетичні волокна, що дозволяють створити додаткове армування;

гуми та фторопласти - для підвищення оболонки до зовнішніх агресорів.

Залежно від різновидів, у Москві популярні всі варіанти виробництва склопластику, відповідно конструкції стінки якого труби розрізняють: одношарові труби, з масою епоксидного просочення до 60-70% загальної ваги і товщиною стінки 0,2...0,8 мм; двошарові - хімічно стійкий захисний та конструкційний шари із загальним параметром товщини 1...3 мм; тришарові - складаються з внутрішньої оболонки склопластикового походження обшитої конструкційними та захисними шарами, де внутрішня оболонка може становити 3-6 мм, а захисний поліетиленовий (ПВД) шар - 1-3мм. Також замість поліетилену може використовуватися поліпропілен. При цьому склопластикові труби виробляють наступними способами:

намотування просоченого скловолокна на циліндричну оправку

відцентрового формування шляхом армування смолами готового склотканинного рукава;

пултрузії, що використовує дві оправки для формування;

екструзії - суміш рубаного скловолокна з затверджувачем та смолою продавлюють через кільцевий отвір за допомогою екструдера.

Але через низку недоліків та неможливість виконання великих діаметрів, найбільшого поширення набули перший і останній варіант.

Намотувальне виробництво

Безперервна намотування є найпоширенішим у Санкт-Петербурзі та інших трубо-промислових міст способом, що використовує оправлення як основний засіб формування труби. Адже процес складається із випуску просоченої смолою скловолоконної нитки, яка намотується на оправлення. Далі поздовжні її сектори подають труби, що формуються крізь піч попередньої термообробки і наступні, до максимального відведення. В результаті, полімеризація утворює інертну, з монолітною будовою стін високоміцні матеріали наступної структури:

армована склопластикова оболонка внутрішнього шару (термореактивний лайнер). Її поверхня має всього 23 мкм шорсткості для максимально ефективного проходження робочих рідин. Конструкцією забезпечується повна стійкість до середовищ-агресорів та забезпечується абсолютна герметичність.

шар силовий склопластиковий. Він надає трубам особливої ​​механічної міцності, необхідної для протидії навантаженням дії внутрішньої та зовнішньої, які виникають під час експлуатації трубопроводів.

гелькоут чи зовнішній шар. Його завдання: стійкість до вологи та інших атмосферних явищ, впливу ультрафіолету, хімічних речовин. Тим часом, зовнішня поверхня набуває надзвичайної гладкості.

Залежно від використовуваного обладнання, укладання армуючих скловолокон також має деякі особливості. У промисловості знайшли поширення такі способи як поздовжньо-поперечний і такий же косошаровий, спірально-стрічковий та спірально-кільцевий.

Екструдоване виробництво

Екструзією в промисловості називають формування полімерних виробів за рахунок продавлювання підготовленої маси крізь наявний в екструдер формуючий виріб. Ця технологія виробництва труб передбачає підготовку сировини з рубаного хаотичним способом скловолокна. Дуже висока продуктивність за рахунок безперервної подачі труб дозволяє значно швидко отримати необхідну кількість матеріалу.

Які труби краще

Звичайно, екструзія є більш дешевою технологією виробництва матеріалу для склопластикового трубопроводу. Але екструзійні системи не передбачають виконання регулярного каркасу суцільної арматури. Його відсутність веде до значного погіршення фізико-механічних характеристик. Тому такі конструкції ідеальні при побудові систем не в межах агресивних середовищ із транспортуванням рідин під малими тисками, або як часові конструкції.

Але дорожчий і менш швидкий спосіб намотування має значні експлуатаційні переваги. Так, покупка таких труб у місті Білгород та по всіх російських округах популярна завдяки:

стійкості до зовнішніх агресорів середовища експлуатації;

високої гнучкості із збереженням міцності;

стійкості до деформацій;

великої довговічності, з мінімальною межею 50 років, навіть при перепадах температур і високої вогкості.

Тому, якщо немає необхідності суворої економії або передбачається робота труб в особливих умовах, звичайно ж, отримані вироби другим способом кращі. Адже виконані на заводі ТОВ “Поліек” склопластикові труби можуть працювати навіть у найсуворіших умовах. Тому їх купують для видобутку нафтогазових копалин, для зливових каналізаційних систем, при подачі водопостачання в ЖКГ, де довговічність труб та менша вартість порівняно з металами допоможе заощадити міський бюджет.