Sklolaminátové rúry. Čas na výrobu rúr zo sklenených vlákien Hrdlový a čapový spoj s dvojitým O-krúžkovým tesnením a poistným prvkom

Používajú sa ako na prepravu rôznych médií cez ne, tak aj ako konštrukčné prvky (podpery, stĺpy, priečniky, škrupiny).

Príbeh

Vzhľad a výroba sklolaminátových rúr sa stala možná v polovici 50-tych rokov 20. storočia, keď bola zvládnutá priemyselná výroba termosetových spojív (predovšetkým epoxidových živíc) a sklenených vlákien. Už vtedy sa ukázali výhody týchto rúr: nízka hmotnosť a vysoká odolnosť proti korózii. Počas tohto obdobia však ešte nedokázali získať žiadny podiel na trhu s potrubnými výrobkami kvôli nízkej cene „tradičných“ potrubných materiálov: ocele (vrátane nehrdzavejúcej ocele), medi a hliníka. V polovici 60. rokov sa situácia začala meniť. Po prvé, ceny legovanej ocele a hliníka prudko vzrástli. Po druhé, začiatok ťažby ropy na morských šelfoch a v ťažko dostupných pozemných oblastiach si vyžadoval použitie ľahkých rúr odolných voči korózii. Po tretie, zlepšila sa technológia výroby rúr zo sklenených vlákien a zlepšili sa vlastnosti produktu. V týchto rokoch Ameron (USA) ovládol veľkosériovú výrobu vysokotlakových sklolaminátových rúr (do 30 MPa) pre ropné polia. Rúry mali komerčný úspech a v Spojených štátoch sa objavilo mnoho výrobcov výrobkov zo sklenených vlákien. V 70. rokoch sa v ropných poliach v Severnej Amerike a na Strednom východe rozšírili rúrky zo sklenených vlákien vyrobené v USA.

V 80. rokoch sa záujem o sklolaminátové rúry objavil vo všetkých priemyselných krajinách. Ich výroba a použitie boli zvládnuté v Európe, Japonsku a na Taiwane. Experimenty s použitím rúrok zo sklenených vlákien sa začali v ZSSR.

Výrobné technológie

Od roku 2013 sú známe štyri zásadne odlišné technológie na výrobu rúr zo sklenených vlákien:

Navíjanie sklenenej výstuže impregnovanej spojivom na vonkajší povrch technologického tŕňa (tŕňa);
Odstredivé liatie;
Odstredivé tvarovanie z prepregu na vnútornom povrchu technologického tŕňa (formy);
Pultrúzia v medzere medzi vonkajším a vnútorným tŕňom;
Extrúzia spojiva objemovo vyplneného nasekaným skleneným vláknom.

Navíjanie

Technológia navíjania je najjednoduchšia na implementáciu a poskytuje vysokú produktivitu. Navíjanie môže byť periodické aj nepretržité. Technológia navíjania zabezpečuje vysokú kvalitu vnútorného povrchu rúry vďaka jej vylisovaniu na vonkajšom povrchu tŕňa, ale kvalita vonkajšieho povrchu je nízka kvôli nedostatku tvarovacích prvkov na vonkajšej strane. Pre potrubia používané na prepravu kvapalín a plynov nie je táto okolnosť dôležitá.

Navíjanie je známe pomocou termosetových (polyesterových, epoxidových, fenolformaldehydových a iných živíc) a termoplastických (polypropylén, polyetylén, polyamid, polyetyléntereftalát atď.) polymérnych spojív. Pri použití termoplastických spojív sú možné jednostupňové a dvojstupňové technológie navíjania. Pri použití jednostupňovej technológie dochádza postupne v tej istej technologickej inštalácii k procesu kombinovania (impregnácie) vláknitého plniva s termoplastickým spojivom a navíjania na tŕň. Pri použití dvojstupňovej technológie sa najskôr v dôsledku kombinovanej operácie získa vopred impregnovaný materiál (predimpregnovaný laminát) vo forme vlákna, pásky, vlákna. Výsledný predimpregnovaný laminát sa potom znovu zahreje a nanesie na tŕň.

Existuje mnoho známych spôsobov kladenia výstužných sklenených vlákien, ale metódy špirála-krúžok, špirála-páska, pozdĺžne priečne a šikmé pozdĺžne priečne metódy našli priemyselné uplatnenie.

Vinutie špirálového krúžku

Táto metóda bola prvýkrát navrhnutá a implementovaná spoločnosťou Ameron (USA) v 60. rokoch 20. storočia na výrobu trubíc zo sklenených vlákien. Pri špirálovom vinutí (SCW) sa stohovač, čo je krúžok s matricami rovnomerne rozmiestnenými po obvode, pohybuje tam a späť pozdĺž osi rotujúceho tŕňa. Tento pohyb zaisťuje ukladanie vlákien, ktoré sú súvislé po celej dĺžke s rovnakým rozstupom pozdĺž špirálových línií. Zmenou pomeru rýchlosti otáčania tŕňa a translačného pohybu stohovača môžete zmeniť uhol umiestnenia vlákna. Na koncových úsekoch rúry v reverznej zóne stohovača je uhol uloženia vlákien zmenšený tak, že sú držané na povrchu tŕňa trecími silami. Vďaka tomu si vlákna zachovávajú napätie, ktoré im dáva vrstva a po vytvrdnutí spojiva sa výstuž potrubia napne, čo zlepšuje fyzikálne a mechanické vlastnosti výrobku.

Medzi výhody špirálového vinutia patria:

vysoká produktivita vďaka kladeniu veľkého počtu vlákien v jednom priechode;
vysoká pevnosť výsledných rúr;
možnosť dosiahnutia rovnakej pevnosti v prstencovom a axiálnom smere;
vysoká hodnota axiálneho modulu pružnosti;
vďaka predpätiu výstuže spojivo dobre znáša ťahové zaťaženie bez praskania;
možnosť vytvorenia generatrixovej časti so zložitým tvarom, ako aj rúr s premenlivým priemerom;
možnosť kladenia sklenených prameňov zložených z veľkého počtu elementárnych vlákien (nad 2400 tex);
pri použití skladacieho alebo zničiteľného tŕňa možnosť formovania uzavretých plášťov (valce, skrine raketových motorov).

Vďaka týmto výhodám sa špirálové vinutie rozšírilo pri výrobe vysokotlakových potrubí (najmä potrubí čerpadiel a kompresorov), konštrukčných potrubí, kompozitných podpier elektrického vedenia a krytov raketových motorov na tuhé palivo.

Táto technológia má však svoje nevýhody:

vysoká zložitosť vybavenia;
veľká hmotnosť finišera v kombinácii s jeho rýchlym vratným pohybom vedie k zvýšenému zaťaženiu pohonov a vodiacich mechanizmov;
obtiažnosť nabíjania sklenených vlákien do dráhy vedenia vlákna;
výrazné zvýšenie počtu (až niekoľko stoviek a dokonca tisícov) vlákien uložených pri navíjaní rúr s veľkým priemerom, čo si vyžaduje použitie veľkého počtu matríc a iných prvkov závitovodného traktu;
Kvôli potrebe spätného pohybu zakladača voči tŕňu nie je špirálová metóda príliš vhodná na kontinuálne navíjanie.

Kvôli týmto nevýhodám sa špirálové vinutie zriedka používa na výrobu rúr s veľkým priemerom.

Špirálové navíjanie pásky

Podľa princípu sa špirálové navíjanie pásky (SLW) nelíši od špirálového navíjania, stohovač však tvorí iba úzku pásku pozostávajúcu z niekoľkých desiatok vlákien. Kontinuita výstuže je zabezpečená viacnásobnými prechodmi finišera. Táto technológia je jednoduchšia ako technológia špirálových krúžkov a umožňuje vytváranie rúr veľkých priemerov, má však množstvo nevýhod:

produktivita metódy je výrazne nižšia v dôsledku potreby veľkého počtu prechodov zakladača;
uloženie vlákien je nerovnomerné a uvoľnené, čo zhoršuje fyzikálne a mechanické vlastnosti rúr.

Špirálové navíjanie pásky sa však široko používa pri výrobe nízko a strednotlakových rúr na všeobecné použitie.

Pozdĺžno-priečne vinutie

Pri pozdĺžnom priečnom vinutí (PPN) sa vlákna vystužujúce rúru v pozdĺžnom a priečnom smere ukladajú nezávisle od seba. V tomto prípade nie je potrebný spätný pohyb zakladača a tento spôsob je vhodný pre kontinuálne navíjanie. Výhody PPN zahŕňajú:

vysoká produktivita;
schopnosť meniť pomer prstencovej a osovej výstuže v širšom rozsahu ako pri špirálových metódach;
možnosť realizácie kontinuálneho vinutia;
kontinuita axiálnych vlákien a možnosť ich napätia, v dôsledku čoho fyzikálne a mechanické vlastnosti rúr nie sú horšie ako pri špirálových metódach.

Nevýhody PPN:

Potreba použiť otočný pozdĺžny stohovač vlákien, čo komplikuje vybavenie;
V prípade veľkých priemerov rúr nutnosť umiestniť veľké množstvo cievok vlákien do otočného zakladača.

Pozdĺžne priečne vinutie našlo široké uplatnenie pri in-line výrobe sklolaminátových rúr malých priemerov (do 75 mm).

Šikmovrstvové pozdĺžne-priečne vinutie

Technológia bola vyvinutá v ZSSR na hromadnú výrobu sklolaminátových plášťov pre rakety. Málo známy mimo Ruska a Ukrajiny. Naopak, v Rusku bol rozšírený až do polovice roku 2000. V prípade šikmého pozdĺžneho priečneho vinutia (CCW) vytvára stohovač pseudopásku pozostávajúcu z paralelného zväzku vlákien impregnovaných spojivom, navinutých pod miernym uhlom na povrchu tŕňa (tvorí prstencovú výstuž), ktorý je predbežne obalený neimpregnovanými vláknami, ktoré po položení tvoria osovú výstuž. Pseudopavučina sa položí na tŕň s presahom na predchádzajúci obrat. Po položení na tŕň sa vrstvy pseudopásky navinú valčekmi, ktorých vonkajší povrch má špirálovité línie. Valcovanie valčekmi zhutňuje vrstvu výstuže a odstraňuje prebytočné spojivo. V dôsledku toho je kladenie vlákien veľmi husté a vrstva spojiva medzi nimi má minimálnu hrúbku, čo má pozitívny vplyv na pevnosť sklolaminátu a znižuje jeho horľavosť. Vďaka valcovaniu je možné získať obsah skla vo vytvrdenom sklolamináte 75%-85% hmotnosti - výsledok nedosiahnuteľný inými metódami (SKN udáva obsah skla asi 65% a SKL a PPN - 45%-60 %). Zmenou presahu môžete zmeniť hrúbku steny potrubia položenej v jednom prechode. Táto metóda umožňuje realizovať kontinuálne navíjanie, ako aj navíjanie rúr s veľkým priemerom s malým počtom súčasne uložených vlákien.

Medzi výhody CPP patria:

veľmi vysoká produktivita, najmä pri navíjaní rúr s veľkým priemerom (nad 150 mm);
schopnosť navíjať rúry ľubovoľne veľkých priemerov (teoreticky - do nekonečna);
možnosť nepretržitého navíjania;
veľmi vysoká hustota vlákna;
nízka horľavosť výsledného sklolaminátu;
možnosť zmeny pomeru prstencovej a axiálnej výstuže v širokom rozsahu;
absencia súvislej axiálnej výstuže, čo zlepšuje dielektrické vlastnosti sklolaminátu.

Nevýhody CPP zahŕňajú:

možnosť praskania medzivrstvy, ktorá neumožňuje vytváranie vysokotlakových potrubí pomocou tejto technológie;
použitie zošívacích valčekov komplikuje použitie rýchlotvrdnúcich spojív;
absencia predpätia axiálnej výstuže znižuje modul pružnosti sklolaminátu.

Vinutie zo sklenených vlákien

Vinutie sklolaminátom sa používa pomerne zriedkavo, kvôli vyššej cene sklolaminátu v porovnaní s netkanými vláknami. Z hľadiska technologických vlastností je sklolaminátové vinutie blízke KPPN a niekedy sa používa na malosériovú výrobu veľkorozmerných rúr.

Odstredivé tvarovanie

V roku 1957 sa vo švajčiarskom meste Bazilej zrodila myšlienka využiť odstredivé liatie na výrobu rúr zo sklenených vlákien (CC-GRP – Centrifugally Cast Glassfiber Reinforced Plastic). Táto technológia bola prvýkrát vyvinutá, aplikovaná a patentovaná spoločnosťou HOBAS

Pri tejto metóde sa materiály, ktoré tvoria stenu rúry, privádzajú podávačom riadeným digitálnym ovládačom do vnútra rýchlo rotujúcej oceľovej formy.

Zloženie materiálov je polyesterová živica, nasekaný prameň zo sklenených vlákien, kremenný piesok a mramorová múčka.

Vnútorný priemer rotačnej formy je vonkajší priemer hotovej rúrky zo sklenených vlákien. To umožňuje získať potrubie s presnosťou vonkajšieho priemeru 0,1 mm.

Táto metóda tiež umožňuje, aby stena potrubia bola rovnomernejšia a monolitická a aby sa zabránilo plynným inklúziám a delaminácii.

Pretože stena potrubia môže byť odlievaná do takmer akejkoľvek hrúbky, kompozitné výrobky so zvýšenou tuhosťou prstenca

(viac ako SN 12 000 n/m² a mikrotunelovacie rúry, ktoré znesú vysoké axiálne zaťaženie, sa vyrábajú prevažne touto metódou.

Pultrúzia

Pultrúzia je vysokovýkonná metóda na výrobu sklolaminátových rúr a poskytuje vysoko kvalitné vonkajšie a vnútorné povrchy. Pultrúzia má zároveň niekoľko obmedzení:

zložitosť implementácie prstencovej výstuže;
ťažkosti pri získavaní rúr veľkých priemerov;
zložitosť technologickej realizácie v porovnaní s navíjaním;
nutnosť použitia špeciálnych spojív s krátkym počiatočným časom vytvrdzovania.

Pultrúzia sa používa na hromadnú výrobu sklolaminátových rúr malých priemerov a nízkych prevádzkových tlakov pre vodoinštalačné a kúrenárske účely, ako aj pri výrobe sklolaminátových rybárskych prútov.

Extrúzia

Extrudované sklolaminátové rúry nemajú súvislý pravidelný výstužný rám. Spojivo je vyplnené náhodne orientovaným nasekaným skleneným vláknom. Táto technológia je jednoduchá a vysoko produktívna, ale nedostatok súvislej výstuže výrazne zhoršuje fyzikálne a mechanické vlastnosti rúr. Termoplasty (polyetylén, polypropylén) sa používajú hlavne ako polymérna matrica pre extrudované sklolaminátové rúry.

Aplikačné a prevádzkové vlastnosti

Relevantnosť a ekonomická uskutočniteľnosť použitia rúr zo sklenených vlákien je určená množstvom ich prevádzkových vlastností v porovnaní s inými typmi rúr.

Sklolaminátové plasty sa vyznačujú hustotou 1750-2100 kg/m 3, pričom ich pevnosť v ťahu leží v rozmedzí 150-350 MPa. Sklolaminát je teda z hľadiska špecifickej pevnosti porovnateľný s vysokokvalitnou oceľou a v tomto ukazovateli výrazne prevyšuje termoplastické polyméry (HDPE, PVC).
Sklolaminát má vysokú odolnosť proti korózii, pretože sklo a tvrdené termosetové živice (polyester, epoxid) obsiahnuté v jeho zložení majú nízku reaktivitu. V tomto ukazovateli je sklolaminát výrazne lepší ako železné a neželezné kovy a je porovnateľný s nehrdzavejúcou oceľou.
Sklolaminát je málo horľavý, málo horľavý, samozhášavý materiál s vysokým kyslíkovým indexom, keďže nehorľavé sklo tvorí podstatnú časť hmoty sklolaminátu. V tomto ukazovateli je sklolaminát lepšie ako homogénne a plnené termoplastické polyméry.
Sklolaminát je anizotropný materiál a jeho vlastnosti v daných smeroch možno ľahko ovládať zmenou vzoru umiestnenia vlákien. Sklolaminátové rúry tak môžu byť vyrobené s rovnakou mierou bezpečnosti v axiálnom a obvodovom smere. V izotropných materiáloch, keď sú potrubia zaťažené vnútorným tlakom, je bezpečnostný faktor v prstencovom smere vždy 2-krát menší ako v axiálnom smere.
Medza klzu sklolaminátu je blízka pevnosti v ťahu, z tohto dôvodu sú sklolaminátové rúry oveľa menej elastické ako oceľové alebo termoplastové rúry.
Sklolaminát nie je zvárateľný. Potrubné spoje sa vyrábajú pomocou prírub, spojok, spojov vsuvky a hrdla a lepidla.

Na základe týchto vlastností sa vytvorilo množstvo oblastí použitia rúr zo sklenených vlákien:

Produkcia ropy

V ropnom priemysle sa sklolaminátové rúry používajú kvôli ich vysokej odolnosti voči korózii v agresívnom prostredí (formačná voda, ropa, vrtné a procesné kvapaliny) v porovnaní s oceľou a vysokej špecifickej pevnosti v porovnaní s termoplastickými polymérmi.

Sklolaminát sa používa na výrobu čerpadlovo-kompresorových a lineárnych (PPD systémy) potrubia s priemerom do 130 mm pre prevádzkové tlaky do 30 MPa, potrubia pre ropné potrubia s priemerom do 300 mm pre prevádzkové tlaky do 5 MPa, hlavné potrubia s priemerom do 1200 mm pre prevádzkové tlaky do 2,5 MPa.

Uhoľný priemysel

V uhoľnom priemysle existujú obmedzenia týkajúce sa materiálov používaných v uzavretých baniach. Bezpečnostné pravidlá v uhoľných baniach teda stanovujú, že výrobky vyrobené z nekovových materiálov, ktoré sa nachádzajú v uzavretých banských dielach, musia mať kyslíkový index najmenej 28 %, musia byť málo horľavé, málo horľavé (podľa GOST 12.1.044) a produkty ich spaľovania nesmú byť vysoko toxické. Z týchto dôvodov je použitie polyetylénových a polypropylénových rúr v uhoľných baniach nemožné. Zároveň tieto požiadavky spĺňajú sklolaminátové rúry. Použitie sklolaminátových rúr v baniach sa odporúča z niekoľkých dôvodov:

nízka hmotnosť, čo je veľmi dôležité, pretože banské potrubia majú veľké priemery (150 - 1200 mm) a zvyčajne sa inštalujú ručne;
odolnosť proti korózii v banskej atmosfére;
hladký vnútorný povrch, ktorý znižuje tvorbu usadenín uhoľného prachu a iného prachu nevyhnutne prítomného v prepravovaných médiách;
bezpečnosť pri výbuchoch metánu, pretože k deštrukcii sklenených vlákien dochádza bez vzniku traumatických úlomkov.

Katedra bývania a komunálnych služieb

Sklolaminátové rúry našli uplatnenie v bytových a komunálnych službách, hlavne ako kanalizačné rúry. Je to spôsobené tým, že kanalizačné potrubia majú priemery rádovo 600 - 2500 mm a pracujú bez vnútorného tlaku v podmienkach vonkajšieho zaťaženia od pôdy a tlaku podzemnej vody. Vysoká kruhová tuhosť sklolaminátu umožňuje vytvárať rúry pre špecifikované podmienky.

Ďalšou aplikáciou rúr zo sklenených vlákien v bytových a komunálnych službách sú sklzy na odpadky. V posledných 10-15 rokoch sa sklolaminátové rúry používajú aj ako dymovody v plynových kotolniach a tepelných elektrárňach.

Ako vyzerá výroba sklolaminátových rúr? Aké by mali byť rúry zo sklenených vlákien podľa GOST? Aké atraktívne sú ich vlastnosti v porovnaní s alternatívnymi riešeniami? Skúsme si na tieto otázky odpovedať.

Čo to je

Čo je sklolaminát? Názov vo všeobecnosti poskytuje komplexnú predstavu o zložení materiálu: spojivo (epoxidová alebo polyesterová živica) je vystužené sklenenými vláknami. Výstuž poskytuje odolnosť voči zaťaženiu v ťahu a ohybe; spojivo zaručuje odolnosť proti nárazovému zaťaženiu.

Poznámka: použité živice sú typické termosety.
Pri tvrdnutí v nich dochádza k nevratným chemickým zmenám; Ak áno, na rozdiel od termoplastov je kontaktné zváranie výrobkov nemožné.
Pre spojenia so skrutkami, závitmi atď.

Príbeh

Technológia výroby vznikla v päťdesiatych rokoch minulého storočia, keď sa začala priemyselná výroba epoxidových živíc. Ako každá nová technológia, ani táto nebola v počiatočnom štádiu obzvlášť populárna: nedostatok skúseností s používaním sklolaminátu dopĺňala nízka cena tradičných materiálov (oceľ, meď a hliník).

Okolo polovice 60. rokov sa však obraz začal meniť.

Čo sa stalo?

Zvýšili sa ceny ocele a neželezných kovov.
Začal sa komerčný rozvoj ropných a plynových polí na mori. Sklolaminátové rúrkové rúry (čerpadlo a kompresor) sa priaznivo líšili od kovových rúr svojou nízkou hmotnosťou a čo je dôležitejšie, odolnosťou proti korózii: kontakt so slanou vodou im na rozdiel od konkurenčných produktov nespôsobil žiadne škody.
Nakoniec samotná technológia výroby sklenených vlákien tiež nestála: stala sa lacnejšou a silnejšou.

Výsledok na seba nenechal dlho čakať: koncom 60. rokov vstúpila americká spoločnosť Ameron so svojimi vysokotlakovými sklolaminátovými rúrami na severoamerický a potom aj na blízkovýchodný trh. V 80. rokoch to dohnali európski a o niečo neskôr sovietski (neskôr ruskí) výrobcovia.

Výhody

Prečo si sklolaminát získal popularitu?

Zoznam jeho predností nie je príliš dlhý, no pôsobí veľmi presvedčivo.

Veľmi rozumné náklady na pozadí vysokolegovaných a nehrdzavejúcich ocelí.
Odolnosť voči korózii a agresívnemu prostrediu.

Užitočné: ak je potrebné prepravovať obzvlášť agresívne kvapaliny, potrubné prvky sú vyložené vysokotlakovým polyetylénom.

Nízka hmotnosť. Špecifická pevnosť sklolaminátu (pevnosť delená hustotou) je 3,5-krát vyššia ako u ocele; Rovnako pevné konštrukcie vyrobené z týchto materiálov sa teda budú v hmotnosti niekoľkonásobne líšiť.

Schopnosť získať materiál so špecifikovanými mechanickými vlastnosťami vďaka špecifickej schéme vystuženia. Napríklad špirálovito vinuté sklolaminát poskytuje najvyššiu odolnosť voči vnútornému tlaku.

Výroba

Ako vyzerá výroba sklolaminátových rúr?

K dnešnému dňu možno rozlíšiť štyri hlavné technológie ich výroby.

názov	Popis
Extrúzia	Živica sa zmieša s tvrdidlom a nasekanými sklenenými vláknami a potom sa pretlačí cez prstencový otvor pomocou extrudéra. Výroba je lacná a technologicky vyspelá, ale nedostatok pravidelného výstužného rámu ovplyvňuje konečnú pevnosť výrobkov.
Pultrúzia	Rúra je vytvorená medzi vnútorným a vonkajším tŕňom. Oba povrchy sú dokonalé; množstvo technologických obmedzení však neumožňuje týmto spôsobom vyrábať rúry veľkých priemerov a vysokých prevádzkových tlakov.
Odstredivé tvarovanie	Výstužou je už hotová sklolaminátová manžeta, ktorá je odstredivými silami pritláčaná k povrchu rotujúcej formy. Prispievajú tiež k rovnomernej distribúcii živice na budúcich stenách. Hlavnou výhodou technológie je schopnosť získať hladký vonkajší povrch; Hlavnou nevýhodou je spotreba energie, a teda vysoké náklady.
Navíjanie	Sklolaminát impregnovaný spojivom (niťou, páskou alebo tkaninou) je navinutý na valcový tŕň. Zariadenie na výrobu rúrok zo sklenených vlákien metódou navíjania je najbežnejšie kvôli relatívnej jednoduchosti a vysokej produktivite.

Posledný spôsob výroby má niekoľko, takpovediac, poddruhov. Poďme sa s nimi zoznámiť.

Vinutie špirálového krúžku

Zakladač - krúžok s niekoľkými mechanizmami na podávanie impregnovanej nite - vykonáva vratné pohyby pozdĺž rotujúceho tŕňa. Pri každom prechode sa vrstva vlákien položí s konštantným sklonom; Vzor kladenia krúžku, ako si pamätáme, nám umožňuje dosiahnuť maximálnu pevnosť v ťahu rúry.

Je to zaujímavé: predpätie nite má tiež priaznivý vplyv na konečnú pevnosť produktu a zabraňuje vzniku trhlín pri zaťažení ohybom.

Metóda špirálového vinutia sa používa na výrobu rúr čerpadiel a kompresorov určených pre vysoké prevádzkové tlaky, nosných konštrukčných prvkov (vrátane kompozitných podpier elektrického vedenia) a dokonca... skríň raketových motorov.

Špirálové navíjanie pásky

Jediný rozdiel oproti predchádzajúcej metóde je v tom, že pri jednom prechode stohovač vytvorí úzku stuhu z tuctu alebo dvoch vlákien. V súlade s tým je potrebných oveľa viac priechodov na vytvorenie súvislej výstuže; Samotná výstuž sa ukazuje byť o niečo menej hustá. Hlavnou výhodou metódy je oveľa jednoduchšie, a teda lacnejšie vybavenie.

Pozdĺžno-priečne vinutie

Zásadný rozdiel od predchádzajúcich schém je v tom, že vinutie je kontinuálne: stohovač súčasne kladie pozdĺžne a priečne vlákna. Zdá sa, že by to malo zjednodušiť a znížiť náklady na technológiu; je tu však čisto mechanický problém.

Tŕň, na ktorom je navinutá budúca rúrka, sa otáča; ak áno, mali by sa otáčať aj zvitky, z ktorých sa odvíja niť pozdĺžnej výstuže. Navyše, čím väčší je priemer potrubia, tým viac by malo byť cievok.

Šikmá vrstva priečne-pozdĺžne vinutie

Toto riešenie bolo vyvinuté počas života Sovietskeho zväzu v Charkove a pôvodne sa používalo pri výrobe raketových nábojov. Neskôr sa rozšíril v celom postsovietskom priestore.

Čo je podstatou metódy?

Stohovač tvorí široký pás paralelných vlákien impregnovaných spojivom.
Páska je pred navinutím na tŕň vopred navinutá niťou bez impregnácie, ktorá následne tvorí axiálnu výstuž. Samotné nite zostavené do pásky tvoria priečnu výstuž: páska je položená cez os tŕňa.
Po položení sa každá vrstva valcuje pomocou valcov, čím sa výstuž zhutňuje a prebytočné spojivo sa vytláča.

Aký je prínos takejto schémy?

Možnosť kontinuálnej výroby. V jednom prechode môžete jednoduchou zmenou presahu pásky vytvoriť ľubovoľne hrubé steny.
Vysoký výkon.
Schopnosť vyrábať rúry zo sklenených vlákien s veľkým priemerom (teoreticky - bez akýchkoľvek obmedzení maximálnej veľkosti). Rozmery sú obmedzené len veľkosťou tŕňa.
Extrémne vysoký obsah sklených vlákien v hotovom materiáli. Dosahuje 85 % oproti 45 – 65 % pri alternatívnych metódach. To ovplyvňuje ako konečnú pevnosť, tak horľavosť produktu.

Šikmá vrstva priečne - pozdĺžne vinutie.

Normy

Výroba produktov, ktoré nás zaujímajú, je regulovaná dvoma regulačnými dokumentmi:

GOST R 53201-2008 obsahuje technické podmienky na výrobu rúr s priemerom 50-200 mm so závitovým pripojením.
GOST R 54560-2011, vyvinutý za účasti NTT LLC (New Pipe Technologies), popisuje časti potrubí vyrobené z „termosetov vystužených sklenenými vláknami“.

Preštudujme si hlavné ustanovenia dokumentov.

GOST R 53201-2008

Prevádzkový režim potrubia špecifikovaný normou vyzerá takto:

Teplota - od -60 do +60 С.
Relatívna vlhkosť - do 100%.
Teplota prepravovanej kvapaliny je do +110C.
Pracovný tlak – od 3,5 do 27,6 MPa.

K dispozícii sú nasledujúce možnosti použitia produktov popísaných v norme:

Preprava ropného a plynového kondenzátu.
Preprava soľných roztokov (vrátane morskej vody).
Konštrukcia výťahových stĺpov.
Upevňovacie studne na rôzne účely.

Udržiavanie tlaku v nádrži počas rozvoja podzemných polí.
Zásobovanie technickou a pitnou vodou.

Norma rozlišuje tri typy potrubí:

Označenie	Dekódovanie
NK	Čerpadlo a kompresor
O	Puzdro
L	Lineárne

Aké sú priemery sklolaminátových rúr vyrábaných v súlade s GOST R 53201-2008 a ich ďalšie vlastnosti?

Čerpadlo a kompresor, plášť

Vnútorný priemer, mm	Menovitý tlak, MPa		Hmotnosť na bežný meter, kg
50	6,9 – 27,6	4,3 – 8,4	1,6 – 3,3
63	6,9 – 27,6	4,6 – 10,7	2,2 – 5,5
100	10,3 – 17,2	8,1 – 12,2	5,8 – 8,2
150	10,3 – 17,2	13,5 – 15,0	14,0 – 14,9
200	10,3	13,6	16,5

Na obrázku sú vysokotlakové sklolaminátové potrubie.

Lineárne

Vnútorný priemer, mm	Menovitý tlak, MPa	Minimálna hrúbka steny, mm	Hmotnosť na bežný meter, kg
50	10,3 – 27,6	2,79 – 8,10	1,2 – 3,1
63	8,6 – 27,6	2,80 – 9,90	1,4 – 5,2
100	5,5 – 27,6	2,80 – 16,00	2,3 – 12,8
150	5,5 – 13,8	4,57 – 11,20	5,1 – 12,2
200	5,5 – 13,8	5,84 – 14,70	8,6 – 22,6

Okrem štandardných veľkostí rúr obsahuje dokument podrobné pokyny na výrobu tvaroviek s uvedením základných rozmerov, požiadaviek na vzhľad, maximálnych tolerancií a označovania všetkých výrobkov.

GOST R 54560-2011

Norma popisuje potrubia fungujúce za oveľa miernejších podmienok, ako sú podmienky opísané vyššie:

Pracovný tlak – do 3,2 MPa;
Teplota okolia - do 35 ° C;
Prepravované kvapaliny – voda, vodné roztoky a odpadové vody (domáce a priemyselné).

Dôležité: GOST sa nevzťahuje na potrubia pre vnútorné vodovodné a kanalizačné systémy.

V rámci dokumentu sú výrobky klasifikované podľa nasledujúcich kritérií:

Priemer (DN). Rozsah hodnôt je od 300 do 3000 milimetrov.
Menovitý tlak (PN). Pre netlakové potrubia je samotný koncept PN celkom ľubovoľný a berie sa ako rovný 0,1 - 0,4 MPa; pre tlakové naberá hodnoty 0,6, 1,0, 1,6, 2,0, 2,5 a 3,2 MPa.
Nominálna tvrdosť (SN). Meria sa tiež v megapascaloch a môže sa rovnať 1250, 2500, 5000 a 10000.

Vezmite prosím na vedomie: Pri vlastnom kladení stojí za zváženie, že rúry SN 1250 sa v zásade neodporúčajú na inštaláciu pod zemou, zatiaľ čo rúry SN 2500 sa odporúčajú ukladať do podnosov.

V dokumente, rovnako ako v predchádzajúcom, sú uvedené hlavné rozmery všetkých typov tvaroviek a požiadavky na ich vzhľad, pevnosť, označovanie a spôsoby vystuženia.

Záver

Samozrejme, v našom materiáli sme sa dotkli len malej časti veľmi širokej témy používania sklolaminátu. Nezistili sme, či je možné sklolaminátové rúry použiť na vykurovanie alebo domovú kanalizáciu, ani ako dobré sú v porovnaní s kovo-polymérovými alebo úplne plastovými výrobkami. Niektoré z týchto otázok ovplyvňujú video v tomto článku. Veľa štastia!

Tím spoločnosti Poliek LLC začal vyrábať potrubné výrobky zo sklolaminátových surovín nie tak dávno, ale dnes sa takéto rúry stali úspešným riešením mnohých problémov. Výrobný proces zahŕňa použitie rôznych metód, vďaka ktorým sú rúry veľmi úzke, v rozmedzí od 600, 1000 alebo viac milimetrov. Ich hlavné zložky sú:

syntetická živica, ktorá má ako spojovací prvok vysokú odolnosť proti nárazovému zaťaženiu;

sklolaminát vystužujúci steny v potrubiach na zvýšenie ich pevnosti. Okrem skla možno použiť aj uhlíkové alebo čadičové vlákno;

syntetické vlákna, ktoré vám umožňujú vytvoriť dodatočnú výstuž;

guma a fluoroplasty - na zlepšenie škrupiny vonkajším agresorom.

V závislosti od odrôd sú v Moskve populárne všetky možnosti výroby sklolaminátu, podľa ktorého sa rúry rozlišujú: jednovrstvové rúry s hmotnosťou epoxidovej impregnácie do 60 - 70% celkovej hmotnosti a hrúbku steny 0,2...0,8 mm; dvojvrstvové - chemicky odolné ochranné a konštrukčné vrstvy s všeobecnou hrúbkou 1...3 mm; trojvrstvové - pozostávajú z vnútorného plášťa zo sklenených vlákien oplášteného štrukturálnymi a ochrannými vrstvami, pričom vnútorný plášť môže byť 3-6 mm, a z ochrannej polyetylénovej (LDPE) vrstvy - 1-3 mm. Namiesto polyetylénu možno použiť aj polypropylén. Súčasne sa rúrky zo sklenených vlákien vyrábajú nasledujúcimi spôsobmi:

navíjanie impregnovaného sklolaminátu na valcový tŕň

odstredivé tvarovanie vystužením hotového rukávu zo sklenených vlákien živicami;

pultrúzia pomocou dvoch formovacích tŕňov;

extrúzia - zmes nasekaného sklolaminátu s tvrdidlom a živicou sa pretláča cez prstencový otvor pomocou extrudéra.

Ale kvôli množstvu nedostatkov a nemožnosti robiť veľké priemery sú najrozšírenejšie prvá a posledná možnosť.

Výroba vinutia

Nepretržité navíjanie je najbežnejšou metódou v Petrohrade a iných priemyselných mestách s použitím tŕňa ako hlavného prostriedku na vytváranie rúr. Proces totiž spočíva v uvoľnení nite zo sklenených vlákien impregnovanej živicou, ktorá sa navíja na tŕň. Ďalej jeho pozdĺžne sektory privádzajú formovacie rúry cez pec na predhrievanie a následné až do maximálneho odstránenia. Výsledkom je, že polymerizácia vytvára inertné, vysoko pevné materiály s monolitickou štruktúrou stien nasledujúcej štruktúry:

vystužený sklolaminátový plášť vnútornej vrstvy (termosetová vložka). Jeho povrch má drsnosť len 23 mikrónov pre čo najefektívnejší prechod pracovných kvapalín. Konštrukcia zaisťuje úplnú odolnosť voči agresívnemu prostrediu a zaisťuje absolútnu tesnosť.

pevnosť sklolaminátovej vrstvy. Dodáva rúram špeciálnu mechanickú pevnosť potrebnú na to, aby odolali zaťaženiu vnútorného a vonkajšieho pôsobenia, ktoré vzniká pri prevádzke potrubí.

gelcoat alebo vonkajšia vrstva. Jeho úlohy: odolnosť voči vlhkosti a iným atmosférickým javom, voči vplyvu ultrafialového žiarenia a chemikálií. Medzitým sa vonkajší povrch stáva mimoriadne hladkým.

V závislosti od použitého zariadenia má inštalácia výstužných sklenených vlákien aj niektoré vlastnosti. V priemysle sa rozšírili také metódy ako pozdĺžna-priečna a rovnaká šikmá vrstva, špirálový pás a špirálový prstenec.

Extrudovaná výroba

Extrúzia v priemysle sa týka vytvárania polymérnych produktov lisovaním pripravenej hmoty cez tvarovací produkt existujúci v extrudéri. Táto technológia výroby rúr zahŕňa prípravu surovín z náhodne nasekaných sklenených vlákien. Veľmi vysoká produktivita vďaka nepretržitej dodávke rúr umožňuje výrazne rýchlo získať požadované množstvo materiálu.

Ktoré potrubia sú lepšie

Samozrejme, extrúzia je lacnejšia technológia na výrobu materiálu pre potrubia zo sklenených vlákien. Vytláčacie systémy však neznamenajú implementáciu pravidelného rámu pevnej výstuže. Jeho absencia vedie k výraznému zhoršeniu fyzikálnych a mechanických vlastností. Preto sú takéto konštrukcie ideálne pri stavbe systémov mimo agresívneho prostredia s prepravou kvapalín pod nízkym tlakom alebo ako dočasné konštrukcie.

Ale drahší a pomalší spôsob navíjania má značné prevádzkové výhody. Preto je nákup takýchto potrubí v meste Belgorod a vo všetkých ruských okresoch populárny kvôli:

odolnosť voči vonkajším agresorom operačného prostredia;

vysoká flexibilita pri zachovaní pevnosti;

odolnosť proti deformácii;

veľká životnosť, s minimálnou hranicou 50 rokov, aj pri teplotných zmenách a vysokej vlhkosti.

Preto, ak nie je potrebná prísna hospodárnosť alebo sa očakáva, že potrubia budú fungovať za špeciálnych podmienok, sú samozrejme výhodnejšie produkty získané pomocou druhej metódy. Sklolaminátové rúry vyrábané v závode Poliek LLC totiž dokážu fungovať aj v tých najdrsnejších podmienkach. Preto sa nakupujú na ťažbu nerastov ropy a zemného plynu, na systémy dažďovej kanalizácie, na zásobovanie vodou pre bývanie a komunálne služby, kde trvanlivosť potrubí a nižšie náklady v porovnaní s kovmi pomôžu ušetriť mestský rozpočet.

Vďaka kombinácii pozitívnych vlastností skla a polymérov majú sklolaminátové rúry takmer neobmedzené možnosti použitia - od usporiadania ventilačných potrubí až po kladenie petrochemických trás.

V tomto článku sa budeme zaoberať hlavnými charakteristikami rúr zo sklenených vlákien, značeniami, výrobnými technológiami polymérnych kompozitov a zložením spojovacích komponentov, ktoré určujú rozsah prevádzky kompozitu.

Predstavíme tiež dôležité výberové kritériá, pričom pozornosť budeme venovať najlepším výrobcom, pretože dôležitú úlohu v kvalite produktu zohrávajú technické možnosti a povesť výrobcu.

Sklolaminát je plastový materiál, ktorý obsahuje zložky zo sklenených vlákien a spojivové plnivo (termoplastické a termosetové polyméry). Spolu s relatívne nízkou hustotou majú výrobky zo sklenených vlákien dobré pevnostné vlastnosti.

Za posledných 30-40 rokov sa sklolaminát široko používa na výrobu potrubí na rôzne účely.

Polymérny kompozit je dôstojnou alternatívou skla, keramiky, kovu a betónu pri výrobe konštrukcií určených na prevádzku v extrémnych podmienkach (petrochémia, letectvo, výroba plynu, stavba lodí atď.)

Diaľnice spájajú vlastnosti skla a polymérov:

Nízka hmotnosť. Priemerná hmotnosť sklolaminátu je 1,1 g/cm3. Pre porovnanie, rovnaký parameter pre oceľ a meď je oveľa vyšší – 7,8 a 8,9. Vďaka svojej ľahkosti sú uľahčené montážne práce a preprava materiálu.
Odolnosť proti korózii. Komponenty kompozitu majú nízku reaktivitu, preto nepodliehajú elektrochemickej korózii a bakteriálnemu rozkladu. Táto kvalita je rozhodujúcim argumentom v prospech sklolaminátu pre podzemné inžinierske siete.
Vysoké mechanické vlastnosti. Absolútna pevnosť v ťahu kompozitu je nižšia ako u ocele, ale parameter špecifickej pevnosti výrazne prevyšuje termoplastické polyméry (PVC, HDPE).
Odolnosť voči poveternostným vplyvom. Hraničný rozsah teplôt (-60 °С..+80 °С), úprava potrubia ochrannou vrstvou gelcoatu zaisťuje odolnosť voči UV žiareniu. Materiál je navyše odolný voči vetru (limit - 300 km/h). Niektorí výrobcovia uvádzajú seizmickú odolnosť potrubných tvaroviek.
Požiarna odolnosť. Ohňovzdorné sklo je hlavnou zložkou sklolaminátu, takže materiál sa ťažko vznieti. Pri horení sa neuvoľňuje jedovatý plyn dioxín.

Sklolaminát má nízku tepelnú vodivosť, čo vysvetľuje jeho tepelnoizolačné vlastnosti.

Nevýhody kompozitných rúr: náchylnosť na abrazívne opotrebovanie, tvorba karcinogénneho prachu v dôsledku mechanického spracovania a vysoká cena v porovnaní s plastom

Opotrebovaním vnútorných stien sa vlákna odkryjú a odlamujú - častice sa môžu dostať do prepravovaného média.

Galéria obrázkov

Čas na výrobu rúr zo sklenených vlákien

Spôsoby výroby rúr zo sklenených vlákien

Sklolaminátové rúry sa vyrábajú nasledujúcimi spôsobmi:

· Rúry vyrobené odstredivým lisovaním;

· Rúry vyrábané kontinuálnym navíjaním;

· rúry vyrábané metódou periodického navíjania.

Najmenej bežná vo svete metóda periodického vinutia, prevzatá z obranného priemyslu. Táto metóda je vo svete málo používaná a používa sa najmä na výrobu sklolaminátových rúr na epoxidovom spojive.

Metóda kontinuálneho navíjania

Väčšina GRP rúr na svete sa vyrába kontinuálnym navíjaním sklolaminátu so spojivom (ako je polyester alebo epoxid) na tŕň. Po navinutí sa rúra vytvrdí, vyberie z tŕňa, otestuje a odošle zákazníkovi.

Rúrka sa vyrába pomocou takzvaného "kráčacieho" tŕňa a postupného chladenia. Sektory tŕňa pohybujúce sa v pozdĺžnom smere posúvajú navinutú rúrku cez pece, v ktorých sa predhrieva, rúrka opúšťa tŕň a nakoniec sa vytvrdzuje v nasledujúcich peciach. Rezanie rúry brúsnym „diamantovým“ kotúčom na požadovanú dĺžku.

Technologický proces výroby sklolaminátových rúr a tvarových výrobkov pozostáva z vrstvenia (na oceľový tŕň) sklenených materiálov impregnovaných „studenou“ vytvrdzujúcou živicou. Typ živice sa volí v súlade s vlastnosťami média prepravovaného potrubím. Schéma výstuže je určená na základe výpočtov vykonaných v súlade s medzinárodnými normami ASTM/AWWA na základe špecifikovaných podmienok inštalácie a prevádzky potrubia.

Po polymerizácii sa vytvorí monolitická, inertná a vysoko pevná štruktúra so stenou nasledujúcej štruktúry:

1. Sklolaminátová (vystužená termosetová) vložka (vnútorná stena).

Poskytuje tesnosť a odolnosť voči agresívnym a/alebo abrazívnym médiám prepravovaným potrubím. Absolútna drsnosť vnútornej steny je 23 mikrónov.

2. Pevnosť sklolaminátová vrstva

Poskytuje mechanickú pevnosť pri kombinovanom pôsobení vnútorného a vonkajšieho zaťaženia počas prevádzky potrubia.

3. Vonkajšia vrstva (gel coat).

Poskytuje hladký vonkajší povrch a odolnosť voči vlhkosti, poveternostným vplyvom, ultrafialovým lúčom a chemikáliám.

Komplexy na výrobu rúrok, nádob a iných rotačných telies pomocou technológie navíjania pozostávajú z týchto hlavných typov zariadení:

sekcia podávania sklenených rovingov,
prípravovňa spojiva: zmes polyesterovej živice - katalyzátor alebo iný typ spojiva,
kúpeľ spojiva - katalyzovaná polyesterová živica alebo iný typ živice, cez ktorý prechádzajú pramencové nite a sú zmáčané,
navíjacia časť s rotačnými hriadeľmi, ktorých veľkosť určuje priemer konečného produktu zo sklenených vlákien,
ovládacie prvky navíjacieho zariadenia.

Výhody použitia rúr vyrobených technológiou kontinuálneho navíjania:

vysoká špecifická pevnosť;
nízka hmotnosť: až 4-krát ľahšie ako oceľové rúry;
vysoká odolnosť proti korózii;
vysoká spoľahlivosť a trvanlivosť;
minimálne náklady na inštaláciu a údržbu, vysoká udržiavateľnosť;
nízky hydraulický odpor, žiadne "prerastanie" vnútorného priemeru;
ekologická čistota prepravovaných produktov. Existuje hygienický certifikát;
dlhá životnosť potrubí: v závislosti od konkrétnych podmienok - od 20 do 60 rokov bez opravy.

Metóda odstreďovania

Ďalším spôsobom výroby rúr zo sklenených vlákien je odstredivé lisovanie, čo je technológia navrhnutá spoločnosťou Hobas. Výrobný proces týchto rúr postupuje od vonkajšieho povrchu k vnútornému povrchu pomocou rotačnej formy. Rúrka je vyrobená z nasekaných prameňov sklenených vlákien (predpriadze), polyesterovej živice a piesku.

Metóda odstredivého tvarovania vyrába rúrky zo sklenených vlákien z nasekaných polyesterových živíc vystužených sklenenými vláknami a aktívneho plniva podávaním surovín cez rotačnú matricu, čo vedie k vytvoreniu rúrkovej štruktúry z vonkajšej vrstvy. Počas výrobného procesu sa do tekutej živice pridávajú pevné materiály, sklolaminát a plnivo. Proces polymerizácie živice prebieha pod vplyvom katalyzátora a ďalej sa urýchľuje zahrievaním. Vďaka trojrozmerným priestorovým chemickým väzbám je proces polymerizácie živice nevratný. Sklolaminátový plast (GRP) je teda tepelne odolný materiál, ktorý si zachováva priestorovú stabilitu pri zvýšených teplotách okolia.

Sklolaminátové rúry vyrobené odstredivým lisovaním sa používajú na tieto účely:

kanalizačné zariadenia;
drenáž;
kladenie potrubí na dodávku pitnej vody;
Potrubia na zavlažovanie a zavlažovanie;
zariadenia pre vodné elektrárne;
inštalácia vykurovacích a chladiacich systémov;
kladenie priemyselných potrubí.

Na kladenie rúr zo sklenených vlákien sa používajú tieto metódy:

otvorené pokladanie.
nadzemná inštalácia.
ťahať metódou- obloženie.
metóda mikrotunelového zariadenia- prepichnutie