Стеклопластиковые композитные трубы: что это такое и в каких сферах применяется

Стеклопластиковые трубы – выполненные из стеклопластика длинные пустотелые элементы с неизменным сечением, предназначенные для осуществления перемещения по ним какой-либо рабочей среды или для защиты помещаемых внутрь кабелей разного назначения. Производство в промышленных масштабах налажено с середины 1950-х годов, но подлинно широкое распространение начинается спустя два-три десятилетия.

Стеклопластиковые трубы — это универсальные изделия, нашедшие применение во многих областях строительства и промышленности

Способы изготовления

Стеклопластиковые трубы изготавливают на основе четырех технологий, кардинально различных между собой. Для получения композитных изделий пользуются:

1. Намоткой (навивкой). Полагается достаточно высокой по производительности и чрезвычайно простой по выполнению. Различают навивку:

Навивку разделяют по использованию полимерных связующих:

• термореактивных – полиэфирных, фенолформальдегидных, эпоксидных и прочих смол;
• термопластичных – полиамида, полипропилена, полиэтилена, полиэтилен рефталата и пр. В этом случае технология возможна одно- или двустадийная.

Укладывается армирующее стеклянное волокно разными способами, но крупное промышленное производство ведется только четырьмя:

• спирально-кольцевым. Так изготавливают стеклопластиковые трубы высокого давления и конструкционные, для корпусов твердотопливных ракетных двигателей, опор линий электропередач. Стеклопластиковые трубы большого диаметра этим способом практически не производятся из-за высокой сложности и дороговизны процесса;

Для изготовления труб используют разные способы навивки и намотки материала

• спирально-ленточным. Упрощение технологического процесса позволяет получать изделия большого диаметра. Но оборачивается снижением качества, таким способом вырабатываются стеклопластиковые трубы для магистралей со средним или низким давлением;
• продольно-поперечным. При таком способе волокна укладываются машиной независимо друг от друга;
• косослойным продольно-поперечным. Способ разработали в Харьковском авиационном институте, чтобы массово производить стеклопластиковые корпуса для реактивных снарядов.

Важно! Последний способ отличается от прочих получением высочайшего содержания стекла в полученном изделии. Оно доходит до 85 % от общей массы стеклопластика. К этому способу близка редко используемая навивка стеклотканью, с помощью которой получают малые партии крупногабаритных изделий.

2. Центробежным формованием (литьем). Этим способом, позволяющим практически неограниченно увеличивать толщину стенок, получают трубы с повышенной кольцевой жесткостью, а также изделия для микротоннелирования, подвергающиеся высоким осевым нагрузкам.

3. Методом пултрузии (протяжки). На высокопроизводительном оборудовании выполняются для отопительных систем, сантехники трубы малого диаметра и удилища.

4. Методом экструзии (выдавливания). Упрощение технологии для повышения производительности до высочайшего уровня позволяет вырабатывать из термопластов, в основном, изделия с несплошным армированием, т. е., с ухудшенными физико-механическими характеристиками.

Кроме технологии производства, трубы различаются составом материала, что сказывается на из свойствах

Классификация

Высокопрочные композитные изделия в зависимости от того, какой материал избран армирующим наполнителем, бывают:

• базальтопластиковыми;
• органопластиковыми;
• стеклопластиковыми.

Принимают во внимание тип полимерного связующего, которое может быть:

Имеет определенное значение тип соединения:

Исходя из конструктивных особенностей стенок, трубы рассматриваются как:

• многослойные;
• футерованные;
• без футеровки.

Трубы без защитного покрытия (футеровки) используют для транспортировки неагрессивных сред

По конструкции изделия могут быть:

• однослойными. Изготавливаются с применением мокрого способа намотки с преобладанием эпоксидной смолы и стеклонитей в качестве связующего;
• многослойными. Они укрываются одним или несколькими полиэтиленовыми слоями.

Полезная информац ия ! Использованием смол повышается устойчивость стеклопластиковых труб к воздействию кислот, солей и щелочных раствором.

Смола применяется бифенольная, изофталевая или же ортофталиевая.

Трубы различают в зависимости от устройства внутреннего сечения, которое бывает:

• сплошным. Форма может быть круглой, полукруглой, прямоугольной, трапециевидной, сегментированной;
• кольцевым. Такие выполняются по согласованию с заказчиком.

Изделия могут различаться по способу армирования среза, степени усиления боковой грани пазовых клиньев.

Сферы применения и маркировка стеклопластиковых труб

Достоинства стеклопластиковых изделий обусловили их распространение в разных областях деятельности. Массовое применение нашлось в:

• нефтедобывающей промышленности. Способность сохранять высокую коррозионную стойкость под воздействием агрессивных сред (нефти, растворов, пластовых вод) и высокую удельную прочность позволяют отдать стеклопластиковым изделиям предпочтение перед стальными и полимерными;
• угольной промышленности. Здесь играют роль малый вес и простота монтажа, слабая воспламеняемость и горючесть, нетоксичность продуктов горения, стойкость к коррозии, отсутствие поражающих осколков при взрыве метана;
• энергетике. Устойчивость к высокому давлению делает стеклопластик необходимым для трубопроводов;
• жилищно-коммунальном хозяйстве. Стеклопластиковыми изделиями оснащаются системы канализации и мелиорации, инженерных коммуникаций.

Стеклопластиковые трубы подходят для монтажа хозяйственных водопроводов и канализационных систем

Маркируют стеклопластиковую продукцию следующим образом:

1. А – предназначаются для перекачивания рабочих сред с различными абразивными включениями;
2. Г – для систем горячего водоснабжения с температурой энергоносителя до 75º С;
3. П – для водопроводной сети, в том числе, подающей питьевую воду;
4. С – универсального назначения. Рабочая среда может иметь различную кислотность;
5. Х – способны транспортировать химически активные жидкости и газы.

Преимущества и недостатки стеклопластиковых труб

Распространение стеклопластиковой продукции связано с такими ее достоинствами:

• длительностью эксплуатации;
• малым весом, что упрощает транспортировку и монтаж;
• малым коэффициентом теплового расширения;
• простотой монтажа;
• неподверженностью коррозии и инертностью к агрессивным средам;
• износоустойчивостью;
• прочностью;
• устойчивостью к температурным колебаниям в диапазоне от — 65º С до +155º С;
• сравнительно невысокой стоимостью;
• экологичностью.

Обратите внимание! Выделяют такой недостаток стеклопластиковых изделий, как низкую устойчивость при значительной нагрузке, приходящейся поперек волокон, что приводит к образованию трещин. Поэтому для усиления герметичности изнутри наносится специальный рифленый слой.

Преимущества в значительной мере перевешивают недостаток, который, скорее, можно отнести к особенностям использования.

Монтаж труб может производиться раструбным методом, который отличается простотой

Монтаж стеклопластиковых труб

Соединение стеклопластиковых изделий осуществляется многими способами, не требующими специального оборудования и не отличающимися сложностью:

• муфтовым. Допускается возможность дополнительной установки конструкций с применением клеев, когда не будет требоваться впоследствии разборка;
• бугельным. Рассматривается как разновидность муфтового, когда трубы состыковываются с применением специального приспособления, а затем соединяются с помощью элементов крепежа;
• враструб. Стандартное и чрезвычайно простое соединение, при котором трубу вставляют в расширение следующей;
• винтовым;
• резьбовым;
• фланцевым. Торцы труб оснащаются фланцами.

Произвести соединение стеклопластиковых труб несложно, так как не требуется ни специального оборудования, ни особых навыков.

Быстрота установки стеклопластиковых изделий в сочетании с преимуществами, предоставляемыми их использованием, способствовала созданию устойчивого спроса в разных сферах хозяйственной деятельности. Особенно расширилось применение стеклопластиковых труб в бытовой сфере.

Стеклопластиковые трубы: особенности изделий, производства, плюсы и минусы

Стеклопластиковые трубы: особенности производства

Стеклопластиковые трубы благодаря особенностям производства имеют широкую сферу применения. В изделиях комбинируются характеристики стекла с полимерным материалом. Трубы используют в вентканалах, трассах нефтяной промышленности.

Продукция имеет положительные качества, особенности маркировки. Выбирая трубы, нужно ориентироваться в различных производителях, которые выпускают различную по качеству продукцию.

Общие сведения. Особенности стеклопластикового материала

Стеклопластик относят к пластическому материалу. Он состоит из стекловолокнистых компонентов со связующим наполнителем, в качестве которого выступают полимеры термопластичного и термореактивного типа. Трубы из стеклопластика имеют невысокую плотность, но у них высокие прочностные характеристики. В течение сорока лет изделия из данного материала используют, чтобы прокладывать трубопроводы различного типа.

Внимание! Из полимерного композита производят конструкции, которые выдерживают экстремальные условия, к примеру, в нефтехимии, судостроении, авиации. Они выступают в качестве альтернативы для изделий из керамики, стекла, бетона, металлического материала.

Трубопрокаты соединяют в себе особые характеристики, которые присущи стеклу и полимерам. К ним относят:

1.небольшой вес. Стеклопласт в среднем весит 1.1 грамм за кубический сантиметр. Изделия медные или стальные весят соответственно 8.9 и 7.8 грамм. Этот параметр делает монтажные работы удобными, быстрыми, трубы легко перевозить.

2.трубы устойчивы к образованию коррозии. Композит имеет низкий уровень реакционной способности, что исключает электрохимическую коррозию, бактериальное разложение, поэтому их применяют при прокладке подземных коммуникаций.

3.высокие механические характеристики. По абсолютному пределу прочности материала он ниже, чем сталь, но по удельной прочности выше, чем полимерные материалы: ПНД и ПВХ.

4.стойкий к атмосферным явлениям. Трубы можно применять при температуре окружающей среды от минус 60 до плюс 80 градусов. Сверху трубы смазаны гелькоутом, поэтому они не боятся солнечных лучей. Изделия не теряют свойств, если ветер достигает 300 километров в час. Некоторые фирмы выпускают арматуру с высокой сейсмостойкостью.

5.огнеупорный. Главным компонентом считается стекло, которое не горит. Весь материал тяжело воспламеняется. Когда стеклопластик горит, то не выделяет диоксин в виде ядовитого газа.

6.низкая теплопроводность, поэтому он обладает высокими теплоизоляционными качествами.

К недостаткам относят быстрый абразивный износ, если трубы подвергаются механической обработке, то образуется канцерогенная пыль. Трубы из этого материала стоят дороже, чем пластиковые аналоги. Когда истираются стенки трубопровода, то волокна могут обломаться и попасть в среду, которая движется по трубам.

Подробности

Производство трубопрокатов из стеклопластика

Техника производства влияет на физические и механические свойства готовой продукции. Для изготовления композитной арматуры применяют четыре технологии: намотку, экструзию, центробежное литье, пултрузию.

Технология экструзии подразумевает продавливание вещества без остановки, имеющего вязкое состояние, похожее на пасту, сквозь специальные формы. Смолы смешивают с мелкими волокнами стекла, добавляя отвердитель пластичного типа, далее смесь обрабатывают в экструдере.

Внимание! В конце производства продукция не оснащена армирующим каркасом сплошного типа, потому что стекловолокно наполняет связующее в хаотичном порядке. Такая особенность влияет на низкий уровень прочности изделия.

Изделия, изготовленные таким способом, стоят недорого. Но они мало популярны, потому что имеют низкий уровень механических качеств. Полимерную основу изготавливают из полиэтиленового и полипропиленового материала.

Технология пултрузии. Данную технику применяют, чтобы выпускать длинномерные элементы, диаметр труб небольшой, они имеют неизменяемые поперечные сечения. Во время производства материал пропускают через фильеру, которая имеет 140 градусов выше ноля. Из нее появляются вытянутые трубопрокаты, имеющие в основе стекловолокно, которое пропитано с помощью термореактивной смолы. Отвердевшую продукцию распиливают на куски. На материал оказывается тянущее влияние, а не давление, как при экструзии.

Справка! Пултрузионная установка имеет основные детали конструкции, состоящая из таких компонентов: комплекса, подающего волокно, полимерного резервуара, преформовочного прибора, термо-прессформы, тянущей ленты, отрезной машины.

Технология производства имеет свои особенности

К ним относятся:

1.можно обрабатывать полимеры эпоксидного, винилового типа, полиэфирную смолу.

2.технология отличается скоростью протяжки, которая позволяет изготавливать от 4 до 6 метров продукции за минуту, когда стандартно производят от 2 до 3 метров трубопроката.

3.отличается диапазон в рабочей зоне: от 2.05 Х 1 метр до 1.27 Х 3.05 метров.

Трубы имеют гладкие стенки снаружи и внутри труб. Также изделия наделены высокими прочностными качествами. Недостатком метода считаются нюансы в технологии производства, а не качество полученных трубопрокатов. Процесс создания труб длительный, нельзя выпускать трубы с большим диаметром, которые могут выдерживать большие нагрузки. Также изделия имеют высокую стоимость.

Методы

Метод центробежного литья

Данная технология появилась благодаря швейцарской компании, у которой появился патент на технику. Трубы производят, продвигаясь к внутренней стене от наружной, при этом задействуют форму, которая вращается. В основе материала лежит жгуты из стекла, песок, смолы полиэфирные. Во вращающейся матрице помещается сырье, чтобы сформировать внешнюю стенку трубопровода. Постепенно в жидкую смолу добавляют твердые частицы, далее стекловолокно с наполнителем. С помощью катализатора процесс полимеризации происходит быстро.

Внимание! Технология позволяет сформировать гладкую поверхность снаружи и внутри изделия из многих слоев. При этом труба представляет собой монолит, однородный, не имеющий расслоения, газообразные частицы.

Детали, выполненные этим методом, имеют свои плюсы и минусы. К достоинствам относят такие свойства, как:

1.высоий уровень точности размеров изделий: по внутреннему сечению вращающаяся форма равна размеру внешнего диаметра готовой трубы.

2.можно сделать стенку изделия, которая имеет любую толщину.

3.полимерный композит имеет хорошую кольцевую жесткость.

4.гладкая поверхность с обеих сторон изделия.

Внимание! К недостаткам изделий, изготовленных по такой технологии, относят большую цену, высокий уровень энергоемкости.

Метод намотки поступательный

Широко распространенным методом является намотка непрерывного типа. Трубопрокаты создаются чередованием оправки с помощью стекловолокна и полимерного вещества, также их охлаждением. У метода есть подвиды:

Способ спирально – кольцевой. Волокна укладывают с помощью специального кольца, оснащенного по всей окружности фильерами, имеющих нити. Плюсы метода:

1.трубы имеют равномерную прочность по всей поверхности трубопроката.

2.выдерживают растягивающих нагрузки, не могут образоваться трещины.

3.можно создавать изделия с переменным диаметром, также с сечением сложной формы.

С помощью данного метода получают трубы высокой прочности. Их можно использовать в системах с высоким давлением, к примеру, в насосно – компрессионных инженерных системах.

Способ спирально – ленточный. Методика устроена по принципу первой техники. С помощью укладчика подают узкую ленту на основе волокон. Плотность трубы добиваются, увеличивая количество прогонов. Для производства используют недорогое оборудование по отношению к первому способу. У способа имеются недостатки:

2.рыхлых метод укладки волокон понижает уровень прочности труб.

Внимание! Изделия, изготовленные методом спирально-ленточным, можно устанавливать в трубопроводах, которые работают при низком, умеренном давлении.

Способ продольно – поперечного типа. Во время производства осуществляют непрерывную намотку, с помощью укладчика размещают сразу волокна двух видов: поперечного и продольного, при этом нет реверсного движения. Особенности метода:

1.метод подходит для создания труб, имеющих сечение максимум 75 миллиметров.

2.можно натягивать нити по оси, чтобы повысить прочность. Тоже применяют в спиральном методе.

Данная техника производства отличается высоким уровнем производительности. С помощью станка меняют параметры арматуры по оси и по кольцу в большом диапазоне.

Способ косослойный поперечно – продольный. Данная технология популярна у российских фирм – производителей. С помощью укладчика выводят вуаль, которая имеет пучок связующих волокон. Ленту под наклоном подают на оправу, витки кладут с нахлестом. Так делают кольцевую арматуру.

Когда завершена обработка оправки по всей длине, волокна обкатывают с помощью роликов, ненужные частицы связующего полимера удаляют. Далее уплотняют покрытие армирующего типа. Характеристика метода:

1.уровень плотности прилегания волокон.

2.трубы можно производить любого диаметра.

3.высокий уровень диэлектрических свойств, потому что отсутствует сплошная арматура по оси.

По модулю упругости композит уступает изделиям, изготовленным по другим методикам. Существует риск образования трещин между слоями, поэтому трубы нельзя использовать для трубопроводов, работающих под большим давлением.

По каким параметрам выбирают трубы?

Выбирая стеклопластиковые трубы, следует опираться на такие нюансы, как жесткость и расчетное давление, особенности связующего вещества, стенок, метод стыковки. Каждая труба имеет сопроводительный документ с информацией, на всех изделиях есть маркировка.

По жесткости и номинальному давлению

По жесткости материала определяют устойчивость к механическим повреждениям из-за движения транспорта, тяжести земли, также возможность противостоять нагрузке от давления на внутреннюю поверхность. У труб различают классы жесткости: SN.

Внимание! Когда увеличивается толщина стенки, то уровень жесткости также увеличивается.

У изделий различают номинальное давление: PN. Параметр показывает уровень безопасного давления среды, если температура будет равна двадцати градусам выше ноля на весь срок годности трубы, который равен около пятидесяти лет. Измеряется параметр в мПа.

По типу связующего компонента

Характеристики труб во время эксплуатации могут отличаться в зависимости от связующего компонента. Чаще всего используют в производстве полиэфирные смолы, эпоксидные вещества.

Свойства связующих веществ

Стенки делают, применяя термореактивные полиэфирные смолы. Их укрепляют дополнительно с помощью стекловолокна, песка. Полимеры имеют особые свойства:

1.низкий уровень токсичности.

2.отвердевают при комнатных показателях температуры.

3.хорошо сцепляются со стекловолокнами.

4.вещество химически инертно.

Если трубы содержат ПЭФ полимеры, то они не образуют коррозию, не поддаются разрушению при агрессивных средах. Их применяют в области ЖКХ, водозаборе, в трубопроводах систем очистки, в канализациях. Их можно использовать при температуре до 90 градусов выше ноля, также при давлении до тридцати двух атмосфер.

Свойства эпоксидных смол

Вещество нужно, чтобы придавать прочность материалу. Композиты со смолами можно использовать при температуре среды до ста тридцати градусов и давлении в двести сорок атм. Изделия имеют нулевую теплопроводность, не нужно теплоизолировать трубы.

Внимание! Данные трубы стоят дороже, чем ПЭФ продукция. Трубы с эпоксидным веществом подходят для прокладки трубопроводов в области нефти и газа, химической промышленности, для коммуникаций в морских портах.

Лучшие марки

На рынке присутствует множество марок изделий. Среди них есть самые популярные среди потребителей, которые имеют хорошие отзывы. Изделия компаний Hobas из Швейцарии, Стеклокомпозит из России, Аmeron INTERNATIONAL из Америки, Аmiantit из ОАЭ. К молодым производителям, но уже зарекомендовавшим себя, можно отнести Полиэк и Аrpipe из России, также изделия российского Завода стеклопластиковых труб.