Завдяки комбінації позитивних характеристик скла і полімерів склопластикові труби отримали практично безмежні перспективи застосування - від облаштування вентиляційних каналів до прокладки нафтохімічних трас.
У цій статті розглянемо основні характеристики труб зі склопластику, маркування, технології виготовлення полімерного композиту і склади сполучних компонентів, які визначають сферу експлуатації композиту.
Також наведемо важливі критерії вибору, приділивши увагу кращим виробникам, адже важлива роль в якості продукції відведена технічним потужностям і репутації виробника.
Загальні характеристики склопластику
Склопластик - пластичний матеріал, в складі якого є скловолокнисті компоненти і сполучний наповнювач (термопластичні і термореактивні полімери). Поряд з відносно невисокою щільністю склопластикові вироби відрізняються хорошими характеристиками міцності якостями.
Останні 30-40 років склопластик масово застосовується для виготовлення трубопроводів різного призначення.
Полімерний композит є гідною альтернативою скла, кераміки, металу і бетону при виробництві конструкцій, розрахованих на експлуатацію в екстремальних умовах (нафтохімія, авіація, видобуток газу, суднобудування і т.п.)
Магістралі поєднують в собі якості скла і полімерів:
- Мала вага. Середня вага Склопластикові становить 1, 1 г / куб.см. Для порівняння, цей же параметр по сталі і міді набагато вище - 7, 8 і 8, 9 відповідно. Завдяки легкості, полегшуються монтажні роботи і транспортування матеріалу.
- Корозійна стійкість. Складові композиту мають низьку реакційну здатність, тому не піддаються електрохімічної корозії і бактеріального розкладання. Це якість - вирішальний аргумент на користь Склопластикові для підземних інженерних мереж.
- Високі механічні властивості. Абсолютний межа міцності композиту поступається показнику стали, але параметр питомої міцності значно перевершує термопластичні полімери (ПВХ, ПНД).
- Атмосферостойкость. Діапазон граничних температур (-60 ° С .. + 80 ° С), обробка труб захисним шаром з гелькоута забезпечує несприйнятливість до променів УФ-діапазону. Крім того, матеріал стійок до вітру (межа - 300 км / ч). Деякі виробники заявляють про сейсмостійкості трубної арматури.
- Вогнетривкість. Негорючий скло - головний компонент Склопластикові, тому матеріал важкозаймисті. При горінні не виділяється отруйний газ діоксин.
Склопластик має низьку теплопровідність, що пояснює його теплоізоляційні якості.
Недоліки композитних труб: схильність абразивного зносу, освіта канцерогенного пилу внаслідок механічної обробки і висока вартість в порівнянні з пластиком
У міру стирання внутрішніх стінок оголюються і обламуються волокна - частинки можуть потрапляти в транспортується середу.
Технології виготовлення склопластикових труб
Фізико-механічні характеристики готового виробу залежать від техніки виробництва. Композитна арматура виготовляється чотирма різними методами: екструзія, пултрузії, відцентрове лиття та намотування.
Технологія # 1 - екструзія
Екструзія - технологічний процес, заснований на безперервному продавлюванні пастоподібного або високов'язкого матеріалу через формуючий інструмент. Смола перемішується з подрібненим скловолокном і пластичним затверджувачем, а після подається в екструдер.
Готовий виріб не має суцільного армирующего каркаса, так як сполучна наповнюється скловолокном хаотично. Відсутність «армопоясу» позначається на зниженні міцності труб
Високопродуктивна екструзівний лінія дозволяє отримати бескаркасную композитну продукцію за низькою ціною, проте попит на неї обмежений через невисоких механічних властивостей. Основа полімерної матриці - поліпропілен і поліетилен.
Технологія # 2 - пултрузії
Пултрузії - технологія виготовлення композитних довгомірних елементів малого діаметра з незмінним поперечним перерізом. Проходячи через розпалену формоутворювальну фільєру (+140 ° С), «витягуються» деталі з скловолокнистої матерії, просоченої термореактивної смолою.
На відміну від екструзівного процесу, де визначальним впливом є тиск, в пултрузівном агрегаті цю роль виконує тягне вплив.
Основні робочі вузли пултрузійний установки: комплекс подачі волокна, полімерний резервуар, преформовочний прилад, термо-пресформа, тягне стрічка і отрезная машина
Технологічний процес:
- Волокнисті нитки з котушок подаються в полімерну ванну, де просочуються термопластичними смолами.
- Оброблені волокна проходять через преформовочную установку - нитки вирівнюються і набувають потрібної форми.
- Незатверділий полімер надходить на фільєру. За рахунок декількох нагрівачів створюється оптимальний режим для полімеризації і вибирається швидкість протягання.
Отвердний продукт витягується тягне машиною і розпилюється на сегменти.
Відмінні риси пултрузійний технології:
- допустимі до обробки полімери - епоксиди, поліефірні смоли, вініл;
- швидкість протягання - використання інноваційних оптимізованих «пултрузійний» полімерів дозволяє прискорити протяжку до 4-6 м / хв. (Стандарт - 2-3 м / хв.);
- розбіг робочої зони: мінімум - 3, 05 * 1 м (зусилля протягання до 5, 5 т), максимум - 1, 27 * 3, 05 м (зусилля - 18 т).
На виході виходить труба з ідеально гладкими зовнішніми і внутрішніми стінками, на високому рівні і міцність.
Характеристики Склопластикові, отриманого методом пултрузии: руйнівне напруження на вигин - 700-1240 МПа, теплопровідність - 0, 35 Вт / кв.м ° С, ступінь пружності на розтяг - 21-41 ГПа
Недоліки методу відносяться не до якості вихідної продукції, а до самої технології. Аргументи «проти»: висока вартість і тривалість виробничого процесу, неможливість виготовлення труб великого діаметру, розрахованих на значні навантаження.
Технологія # 3 - відцентрове лиття
Швейцарська компанія Hobas розробила і запатентувала техніку відцентрового формування. В цьому випадку виробництво здійснюється від зовнішньої стінки труби до внутрішньої при залученні обертається форми. До складу трубопроводу входять: подрібнені скляні джгути, пісок і поліефірні смоли.
Сировинні компоненти подаються в обертову матрицю - формується структура зовнішньої поверхні трубопроводу. У міру виробництва до рідкої смолі підмішуються тверді складові, наповнювач і скловолокно - під дією каталізатора полімеризація проходить швидше.
В результаті формуються багатошарові гладкі стінки. Завдяки техніці відцентрового «напилення» структура труби монолітна, однорідна без розшарувань і газоподібних частинок
Додаткові переваги:
- висока точність габаритів вихідної продукції (внутрішній перетин обертається форми відповідає зовнішньому діаметру готового виробу);
- можливість відлити стінку будь-якої товщини;
- висока кільцева жорсткість полімерного композиту;
- отримання гладкої поверхні зовні і всередині трубної арматури.
Недолік відцентрового виробництва склопластикових труб - енергоємність і дорожнеча кінцевого товару.
Технологія # 4 - поступальна намотування
Найпопулярніша техніка - безперервна намотування. Труба створюється при змінному чергуванні оправлення скловолокном з полімерами з процесами охолодження. Виробничий метод має кілька підвидів.
Спірально-кільцева техніка
Укладальником волокон є спеціальне кільце, по колу якого розташовані фільєри з нитками.
Робочий елемент безперервно переміщується вздовж осі рухається оправи і розподіляє волокна по ходу гвинтових ліній.
При зміні швидкості обертання оправи та переміщення укладальника, змінюється кут розташування скловолокна. На торцях труби кільце працює в режимі «реверс» і укладає нитки з мінімальним ухилом
Основні переваги методу:
- рівномірна міцність по всій поверхні магістралі;
- відмінна переносимість розтягують навантажень - тріщини виключені;
- створення виробів змінного діаметру і перетинів складною конфігурацією.
Ця техніка дозволяє отримати високоміцні труби, розраховані на експлуатацію під великим тиском (насосно-компресорні інженерні мережі).
Спірально-стрічкова намотування
Техніка аналогічна попередній, відмінність - укладальник подає вузьку стрічку з волокон. Щільний шару не досягається збільшенням кількості проходів.
У виробництві задіяно більш дешеве обладнання, ніж при спірально-кільцевому методі, але «стрічкової» намотуванні притаманні пару вагомих недоліків:
- обмежена продуктивність;
- пухка укладання волокон знижує міцність трубопроводу.
Спірально-стрічковий спосіб актуальний при виготовленні трубної арматури під низький, помірний тиск.
Поздовжньо-поперечний метод
Здійснюється безперервна намотування - укладальник розміщує поздовжні і поперечні волокна одночасно. Реверсний рух відсутній.
Під обертову оправку використовуються рухомі котушки, що подають поздовжні армуючі волокна. При виготовленні об'ємних труб потрібно задіяти велику кількості бобін
Характеристики методу:
- використовується переважно при створенні труб перетином до 75 мм;
- є можливість натягу осьових ниток, за рахунок чого досягається міцність, як при спіральному способі.
Поздовжньо-поперечна технологія високопродуктивна. Верстати дозволяють змінювати співвідношення осьової і кільцевої арматури в широкому діапазоні.
Косослойное поперечно-поздовжнє технологія
Розробка харківських інженерів користується попитом серед вітчизняних виробників. При косослойное намотуванні укладальник виводить «вуаль», що складається з пучка сполучних ниток. Стрічка подається на оправу під незначним кутом внахлест з попереднім витком - утворюється кільцева арматура.
По завершенню обробки всієї оправлення волокна обкатуються роликами - залишки сполучних полімерів видаляються, армирующее покриття ущільнюється.
Прикатка дозволяє домогтися мінімально необхідного змісту пластика. Частка скла в отвержденном композиті становить близько 80% - оптимальний результат, що забезпечує високу міцність і низьку займистість
Особливості косослойное накатки:
- щільність прилягання скловолокна;
- необмежений діаметр вироблених труб;
- високі діелектричні властивості за рахунок відсутності суцільної арматури по осі.
Модуль пружності «косослойное» Склопластикові поступається аналогічному параметру інших технік. Через ризик появи міжшарових тріщин метод не реалізуємо при створенні трубопроводів під високий тиск.
Параметри вибору склопластикових труб
Вибір стеклокомпозітних труб базується на таких критеріях: жорсткості і розрахунковому тиску, тип сполучного компонента, конструктивних особливостях стінок і способі з'єднання. Ключові параметри вказані в супровідних документах і на кожній тубі - скорочена маркування.
Жорсткість і номінальний тиск
Жорсткість Склопластикові визначає здатність матеріалу протистояти зовнішнім навантаженням (тяжкості грунту, руху транспорту) і тиску на стінки зсередини. Згідно стандартизації ISO трубна арматура класифікується на кілька класів жорсткості (SN).
Максимально допустимий рівень робочого тиску для кожного з класів: SN 2500 - 0, 4 МПа, SN 5000 - 1 МПа, SN 10000 - 2, 5 МПа
Ступінь жорсткості зростає в міру збільшення товщини стінки стеклопластикового трубопроводу.
Класифікація по номінальному тиску (PN) відображає градацію виробів щодо безпечного тиску рідини при температурі +20 ° С протягом всього терміну служби (близько 50-ти років). Одиниця виміру для PN - МПа.
Деякі виробники, наприклад Hobas, вказують комбіновані характеристики за двома параметрами (тиску і жорсткості) через дріб. Труби з робочим тиском 0, 4 МПа (клас PN - 4) зі ступенем жорсткості (SN) в 2500 Па будуть маркуватися - 4/2500.
Тип сполучного матеріалу
Експлуатаційні властивості труби багато в чому залежать від типу сполучного речовини. У більшості випадках застосовуються поліефірні або епоксидні добавки.
Особливості ПЕФ-зв'язуючих
Стінки формуються з термореактивних поліефірних смол, укріплених скловолокном і піщаними добавками.
Використовувані полімери мають важливими якостями:
- низька токсичність;
- затвердіння в умовах кімнатного температурного режиму;
- надійна зчіпка з волокнами скла;
- хімічна інертність.
Композитні труби з ПЕФ-полімерами не схильні до корозії і дії агресивних середовищ.
Область застосування: ЖКГ, водозабір, трубопровід очисних установок, промислова та побутова каналізація. Експлуатаційні обмеження: температура понад +90 ° С, тиск більше 32 атмосфер
Характеристики епоксидної смоли
Сполучна додає матеріалу підвищену міцність. Температурний межа композитів з епоксидами до +130 ° С, максимальний тиск - 240 атмосфер.
Додаткова перевага - практично нульова теплопровідність, тому зібрані магістралі не вимагає додаткової теплоізоляції.
Труби цього класу обійдуться дорожче ПЕФ-виробів. Як правило, склопластикові трубопроводи з епоксидним сполучною використовуються в нафтогазовій, нафтохімічній промисловості та при організації інфраструктури морських портів
Конструкція стінок композитних труб
За конструктивним виконанням розрізняють: одно-, дво- і тришарові склопластикові труби.
Характеристики одношарових виробів
Труби не мають захисного футерованого покриття, за рахунок чого відрізняються низькою вартістю. Особливості трубної арматури: неможливість використання в регіонах зі складним рельєфом і суворим кліматом.
Також ці вироби вимагають дбайливого монтажу - викопування траншеї великого обсягу, облаштування піщаної «подушки». Але кошторис настановних робіт через це зростає.
Особливості двошарових труб
Вироби зсередини футеровані плівковим покриттям - поліетиленом високого тиску. Захист підвищує хімічну стійкість і покращує герметичність магістралі при зовнішніх навантаженнях.
Однак експлуатація арматури в нафтопромислових трубопроводах виявила слабкі сторони двошарових модифікацій:
- недостатність адгезії між конструктивним шаром і футеровкою - порушення монолітності стін;
- погіршення еластичності захисної плівки при мінусових температурах.
При транспортуванні газосодержащей середовища можливо відшарування футеровки.
Призначення двошарового трубопроводу - транспортування разгазірованной мас. Композитні труби підходять для перекачування стічних вод, прокладки каналізаційних і водопровідних магістралей
Параметри тришарової труби
Структура стеклопластиковой труби:
- Зовнішній полімерний шар (товщина 1-3 мм) - підвищення механічного та хімічного опору.
- Структурний шар - конструкційна прошарок, що відповідає за міцність виробу.
- Лайнер (товщина 3-6 мм) - внутрішня оболонка зі склопластику.
Внутрішній шар забезпечує гладкість, герметичність і згладжує циклічні коливання внутрішнього тиску.
Фізико-механічні характеристики тришарових склопластикових труб дозволяють задіяти їх в різних галузях для транспортування газосодержащей і рідкого середовища
Метод стикування стеклопластиковой магістралі
За способом з'єднання асортимент трубної арматури з композиту підрозділяється на 4 групи.
Група №1 - розтрубно-шипів стикування
Еластичні гумові прокладки монтуються в відповідні канавки на торцевих шипах труб. Посадочні кільця формуються на обладнанні з електронним управлінням, забезпечуючи точність їх розташування і розмірів.
Залежно від місця розміщення інженерної мережі і типу транспортує середовища підбирається вид гумового ущільнювача. Трубна арматура комплектується необхідними кільцями
Група №2 - розтрубно-шипів з ущільненням і стопором
При облаштуванні наземної магістралі необхідно компенсувати дію осьових сил на трубопровід. З цією метою крім ущільнювача розміщується стопор. Елемент виготовляється з металевого троса, полівінілхлориду або поліаміду.
Стопор встановлюється в кільцеві пази через розтрубне отвір на шиповий закінцівки. Обмежувач не допускає осьове переміщення елементів магістралі
Група №3 - фланцеве з'єднання
Стиковка композитного трубопроводу з фасонної арматурою або трубами з металу. Приєднувальні розміри склопластикових фланців регламентуються ГОСТ 12815-80.
Для фланцевої фіксації біля основи труби передбачена спеціальна «стопа» з отворами під кріпильні елементи. Ширина стикувальних бортів залежить від параметрів трубопроводу
Група №4 - клейова фіксація
Нерозбірними метод з'єднання - на законцовки наноситься склад з армуючих скломатеріалів з додаванням поліефірного компонента «холодного» затвердіння. Спосіб забезпечує міцність і герметичність магістралі.
Маркування захисного внутрішнього шару
Методика виробництва трубної продукції дозволяє випускати вироби з різним складом внутрішнього шару, що визначає стійкість магістралі до транспортується середовищі.
Різноманіття товарів подразделено на 4 групи. Склопластикові труби категорії HP спокійно витримують регулярну перекачування рідини до +90 ° С, при цьому бокові значення pH не повинно перевищувати 14
Вітчизняні виробники застосовують таке маркування захисних покриттів.
Літерне позначення відображає допустиму сферу використання:
- А - транспортування рідини з абразивами;
- П - подача і відведення холодної води, в тому числі питної;
- Х - допустимо використання в хімічно агресивному газовому і рідинному середовищі;
- Г - системи гарячого водопостачання (межа 75 ° С);
- С - інші рідини, в тому числі з підвищеною кислотністю.
Захисне покриття наноситься шаром до 3-х мм.
Огляд товарів лідируючих виробників
Серед різноманіття представленої продукції є авторитетні бренди з багаторічною позитивною репутацією. До числа таких відносяться товари компаній: Hobas (Швейцарія), Стеклокомпозит (Росія), Amiantit (концерн з Саудівської Аравії з виробничими потужностями в Німеччині, Іспанії, Польщі), Ameron International (США).
Молоді і перспективні виробники композитних склопластикових труб: Поліеко (Росія), Arpipe (Росія) і Завод склопластикових труб (Росія).
Виробник # 1 - бренд HOBAS
Заводи торгової марки розташовані в США і багатьох країнах Європи. Продукція групи Hobas заслужила всесвітнє визнання за відмінну якість. GRT-труби з поліефірним сполучною виготовлені з техніки відцентрового лиття зі скловолокна і ненасичених поліефірних смол.
Трубні системи Hobas широко використовуються в каналізації, дренажних і водопровідних комплексах, промислових трубопроводах і ГЕС. Допустима наземна укладання, розміщення методом мікротунелів і протягування
Характеристики композитних труб Hobas:
- діаметр - 150-2900 мм;
- клас SN-жорсткості - 630-10 000;
- рівень PN-тиску - 1-25 (PN1 - безнапірний трубопровід);
- наявність внутрішнього футеровочного антикорозійного покриття;
- стійкість до кислотному середовищі в широкому діапазоні pH.
Налагоджено виробництво фасонних деталей: колін, перехідників, фланцевих патрубків і трійників.
Виробник # 2 - компанія Стеклокомпозит
Компанія «Стеклокомпозит» налагодила лінію з випуску склопластикових труб Flowtech, техніка виробництва - безперервна намотування.
Задіяно обладнання з подвійною подачею смолистих речовин. Високотехнічні смоли подаються на укладку внутрішнього шару, а дешевший склад - на структурний шар. Методика дозволяє раціоналізувати витрата матеріалу і здешевити продукцію.
Номенклатура труб Flowtech - 300-3000 мм, клас PN - 1-32. Стандартний метраж - 6, 12 м. Під замовлення можливе виробництво в межах 0, 3-21 м
Виробник # 3 - бренд Amiantit
Основні компоненти труб Flowtite від Amiantit: скловолокно, поліефірна смола, пісок. Застосовувана техніка - безперервна намотування, що забезпечує створення багатошарового трубопроводу.
Структура склопластику включає шість шарів:
- зовнішня намотування з нетканій стрічки;
- шар потужності - рубане скловолокно + смола;
- середній прошарок - скловолокно + пісок + поліефірна смола;
- повторний шар потужності;
- підкладка скляних ниток і смоли;
- захисне покриття з нетканого скловолокна.
Проведені дослідження показали високу абразивну стійкість - за 100 тис. Циклів обробки гравієм, втрати захисного покриття склали 0, 34 мм.
Клас міцності виробів Flowtite - 2500 - 10000, під замовлення можливе виготовлення труби SN-30000. Експлуатаційне тиск - 1-32 атмосфер, максимальна швидкість потоку - 3 м / с (для чистої води - 4 м / с)
Виробник # 4 - компанія Поліеко
ТОВ «Поліеко» виробляє різні модифікації трубної продукції Fpipes з Склопластикові. Техніка виготовлення (безперервна косослойное поздовжньо-поперечна намотування) дозволяє створювати тришарові труби до 130 см в діаметрі.
Полімерні композитні матеріали задіяні при створенні обсадних труб, ланок водопідйомних колон, водопостачальних трубопроводів і опалювальних систем.
Номенклатурний ряд каналізаційних склопластикових труб - 62, 5-300 мм, високонапірних виробів - 62, 5-200 мм, вентиляційних каналів - 200-300 мм, обсадок свердловин - 70-200 мм
Крім труб зі склопластику на ринку представлено багато виробів з інших матеріалів - сталі, міді, поліпропілену, металопластика, поліетилену і т.д. Які, завдяки своїй більш доступною ціною, активно використовуються в різних сферах побутового призначення - монтаж систем опалення, водопостачання, каналізації, вентиляції та інше.
Ознайомитися з характеристиками труб з різних матеріалів можна в наступних наших статтях:
- Металопластикові труби: види, технічні характеристики, особливості монтажу
- Поліпропіленові труби і фітинги: види ПП виробів для складання трубопроводів і способи з'єднань
- Пластикові вентиляційні труби для витяжки: види, їх характеристики, застосування
- Мідні труби і фітинги: види, маркування, особливості облаштування мідного трубопроводу
- Сталеві труби: види, сортамент, огляд технічних характеристик і монтажних нюансів
Висновки і корисне відео по темі
Технологія виготовлення та доцільність використання склопластикових труб:
Порівняння техніки безперервної і періодичної намотування волокна:
У приватному житловому будівництві склопластикові труби використовуються досить рідко. Основна причина - висока вартість, в порівнянні з пластиковими аналогами. Однак в промисловій сфері якості композиту оцінили по достоїнству, і масово змінюють зношені металеві магістралі на склопластикові.
Після прочитання нашої статті у вас залишилися питання? Задавайте їх в блоці коментарів - наші експерти намагатимуться дати вичерпну відповідь.
А може ви хочете доповнити викладений матеріал актуальними даними або прикладами з особистого досвіду? Пишіть, будь ласка, свою думку під цією статтею.