Rury z włókna szklanego: zalety, technologia produkcji,

Jaka jest produkcja rur wykonanych z włókna szklanego? Czym powinny być rury z włókna szklanego według GOST? Jak atrakcyjne są ich właściwości w stosunku do alternatywnych rozwiązań? Spróbujmy odpowiedzieć na te pytania.

Co to jest

Co to jest włókno szklane? Nazwa na ogół daje pełny obraz składu materiału: spoiwo (żywica epoksydowa lub poliestrowa) jest wzmocnione włóknem szklanym. Wzmocnienie zapewnia odporność na obciążenia rozciągające i zginające; Spoiwo zapewnia odporność na obciążenia udarowe.

Uwaga: użyte żywice są typowymi termoutwardzalnymi. Podczas hartowania występują w nich nieodwracalne zmiany chemiczne; jeśli tak - w przeciwieństwie do termoplastów, spawanie oporowe produktów jest niemożliwe. Do łączenia rur używa się kleju, kołnierzy do śrub, gwintów itp.

Historia

Technologia produkcji powstała w latach pięćdziesiątych ubiegłego wieku, kiedy rozpoczęła się produkcja przemysłowa żywic epoksydowych. Jak każda nowa technologia, początkowo nie było to zbyt popularne: brak doświadczenia w stosowaniu włókien szklanych uzupełniał niską cenę tradycyjnych materiałów (stali, miedzi i aluminium).

Jednak w połowie lat 60. obraz zaczął się zmieniać.

Co się stało?

• Ceny stali i metali kolorowych wzrosły.
• Rozpoczął się komercyjny rozwój przybrzeżnych złóż ropy i gazu. Rury GRP (rurki) korzystnie różniły się od metalu niewielką wagą i, co ważniejsze, odpornością na korozję: kontakt ze słoną wodą nie powodował żadnych uszkodzeń, w przeciwieństwie do konkurencyjnych produktów.
• Wreszcie, technologie produkcji włókna szklanego również nie stały w miejscu: stały się tańsze i bardziej trwałe.

Rezultat nie był długi: pod koniec lat 60. amerykańska firma Ameron wprowadziła swoje wysokociśnieniowe rury z włókna szklanego najpierw na rynek północnoamerykański, a następnie na rynek środkowo-wschodni. W latach 80-tych pojawili się europejscy, a nieco później sowieccy (później rosyjscy) producenci.

Korzyści

Czy włókno szklane zyskało popularność?

Lista jego zalet nie jest zbyt duża, ale wygląda bardzo przekonująco.

1. Bardzo rozsądne na tle kosztów stali wysokostopowych i stali nierdzewnych.
2. Odporność na korozję i agresywne media.

Jest to przydatne: jeśli konieczne jest transportowanie szczególnie agresywnych cieczy, elementy rurociągu są wyłożone polietylenem wysokociśnieniowym.

1. Niska waga. Konkretna wytrzymałość włókna szklanego (wytrzymałość związana z gęstością) jest 3,5 razy większa niż stali; Tak więc, struktury o równej wytrzymałości tych materiałów będą kilkukrotnie różnić się masą.

1. Możliwość uzyskania materiału o pożądanych właściwościach mechanicznych dzięki specjalnemu schematowi zbrojenia. Na przykład spiralne uzwojenie z włókna szklanego zapewnia najwyższą odporność na ciśnienie wewnętrzne.

Produkcja

Jaka jest produkcja rur z włókna szklanego?

Do chwili obecnej istnieją cztery główne technologie ich wytwarzania.

Ta ostatnia metoda produkcji ma kilka, by tak rzec, podgatunków. Poznajmy je.

Spiralne zwijanie pierścienia

Układacz - pierścień z kilkoma zaimpregnowanymi mechanizmami podającego nici - porusza się ruchem posuwisto-zwrotnym wzdłuż obracającego się trzpienia. Przy każdym przejściu kładzie się warstwę włókien o stałym nachyleniu; układ pierścieni układania, jak pamiętamy, pozwala osiągnąć maksymalną wytrzymałość rury przy zerwaniu.

Co ciekawe: wstępne naprężenie nici wpływa również korzystnie na końcową wytrzymałość produktu, zapobiegając powstawaniu pęknięć pod obciążeniem zginającym.

Metoda nawijania pierścieni spiralnych służy do produkcji rur rurowych zaprojektowanych dla wysokich ciśnień roboczych, elementów konstrukcyjnych (w tym wsporników wieżowych z kompozytowymi wspornikami mocy), a nawet kadłubów silników rakietowych.

Nawijanie taśmy spiralnej

Różnica w stosunku do poprzedniej metody polega jedynie na tym, że w jednym przejściu układacz tworzy wąską wstęgę złożoną z dziesięciu lub dwóch włókien. Odpowiednio, do tworzenia ciągłego wzmocnienia wymaga znacznie więcej pasaży; samo zbrojenie jest nieco mniej gęste. Główną zaletą tej metody jest znacznie prostszy i, odpowiednio, tani sprzęt.

Wzdłużne poprzeczne uzwojenie

Główna różnica w stosunku do poprzednich schematów polega na tym, że uzwojenie jest wytwarzane w sposób ciągły: układarka jednocześnie ustanawia wątki podłużne i poprzeczne. Wydawałoby się, że powinno to uprościć i obniżyć koszty technologii; jednak istnieje problem czysto mechaniczny.

Trzpień, na którym nawinięta jest rura, obraca się; jeśli tak, to również cewki, z których nawinięta jest nić zbrojenia podłużnego, również muszą się obracać. Ponadto im większa średnica rury, tym większe muszą być cewki.

Ukośne poprzeczne podłużne uzwojenie

Rozwiązanie to powstało podczas życia Związku Radzieckiego w Charkowie i początkowo było wykorzystywane do produkcji pocisków rakietowych. Później stało się powszechne w przestrzeni poradzieckiej.

Jaka jest esencja tej metody?

• Układacz tworzy szeroką wstęgę z równoległych włókien impregnowanych lepiszczem.
• Taśma przed nawinięciem na trzpień jest wstępnie owinięta nicią bez impregnacji, tworząc następnie osiowe zbrojenie. Gwinty zebrane w taśmie tworzą, odpowiednio, zbrojenie poprzeczne: taśma jest położona na osi trzpienia.
• Po ułożeniu każda warstwa jest rolkami walcowanymi, uszczelniającymi zbrojenie i przesuwającym nadmiar spoiwa.

Jaka jest zaleta takiego systemu?

• Możliwość ciągłej produkcji. W jednym przebiegu możesz utworzyć dowolnie grube ściany, po prostu zmieniając zakładkę taśmy.
• Wysoka wydajność.
• Możliwość produkcji rur z włókna szklanego o dużej średnicy (teoretycznie - bez ograniczeń maksymalnego rozmiaru). Wymiary są ograniczone jedynie wielkością trzpienia.
• Niezwykle wysoka zawartość włókna szklanego w gotowym materiale. W przypadku metod alternatywnych dochodzi do 85% w stosunku do 45-65%. Wpływa to zarówno na ostateczną wytrzymałość, jak i na łatwopalność produktu.

Standardy

Produkcja interesujących nas produktów jest regulowana dwoma dokumentami prawnymi:

1. GOST R 53201-2008 zawiera warunki techniczne do produkcji rur o średnicy 50-200 mm na połączeniach gwintowanych.
2. Opracowany z udziałem NTT LLC (New Pipe Technologies), GOST R 54560-2011 opisuje detale termoutwardzalnych tworzyw wzmocnionych włóknem szklanym.

Studiujemy podstawowe zapisy dokumentów.

GOST R 53201-2008

Standardowy tryb pracy rury jest następujący:

• Temperatura - od -60 do + 60C.
• Względna wilgotność - do 100%.
• Temperatura transportowanej cieczy wynosi do + 110 ° C.
• Ciśnienie robocze - od 3,5 do 27,6 MPa.

Dla produktów opisanych w normie podano następujące zastosowania:

1. Transport kondensatu oleju i gazu.
2. Transport roztworów soli (w tym wody morskiej).
3. Konstrukcja kolumn windowych.
4. Zamocowanie studni do różnych celów.

1. Utrzymywanie ciśnienia w zbiorniku w zagospodarowaniu złóż podziemnych.
2. Dostawy wody technicznej i pitnej.

Norma rozróżnia trzy typy rur:

Jakie mogą być średnice rur z włókna szklanego produkowanych zgodnie z GOST R 53201-2008 i ich inne cechy?

Pompowanie i obudowa

Liniowy

Oprócz rozmiarów rur, dokument zawiera szczegółowe instrukcje dotyczące produkcji okuć ze wskazaniem podstawowych wymiarów, wymagań dotyczących wyglądu, maksymalnych tolerancji i oznakowania wszystkich produktów.

GOST R 54560-2011

Norma opisuje rurociągi, które działają znacznie łagodniej niż warunki opisane powyżej:

• Ciśnienie robocze - do 3,2 MPa;
• Średnia temperatura - do 35 ° C;
• Transportowane ciecze - woda, roztwory wodne i dreny (domowe i przemysłowe).

Ważne: działanie GOST nie dotyczy rurociągów do zaopatrzenia w wodę i ścieków.

W ramach dokumentu produkty są klasyfikowane według następujących kryteriów:

• Średnica (DN). Zakres wartości wynosi od 300 do 3000 milimetrów.
• Ciśnienie nominalne (PN). W przypadku rur bezciśnieniowych koncepcja samej PN jest raczej arbitralna i przyjmuje się, że wynosi ona 0,1 - 0,4 MPa; dla ciśnienia przyjmuje wartości 0,6, 1,0, 1,6, 2,0, 2,5 i 3,2 MPa.
• Sztywność znamionowa (SN). Jest również mierzony w megapaskalach i może być równy 1250, 2500, 5000 i 10000.

Uwaga: podczas układania kanalizacji z włókna szklanego własnymi rękami, należy pamiętać, że rury SN 1250 nie są zasadniczo zalecane do podziemnego montażu, a SN 2500 zaleca się układać na tacach.

Dokument, podobnie jak poprzedni, wymienia główne wymiary wszystkich rodzajów okuć i wymagania dotyczące ich wyglądu, wytrzymałości, oznakowania i metod wzmacniania.

Wniosek

Oczywiście w naszym materiale dotknęliśmy tylko niewielkiej części bardzo obszernego tematu zastosowania włókna szklanego. Nie ustaliliśmy, czy możliwe jest zastosowanie rur z włókna szklanego do ogrzewania lub domowych ścieków, jak dobre są na tle metalowo-polimerowych lub całkowicie plastikowych produktów. Niektóre z tych pytań mają wpływ na wideo w tym artykule. Sukcesy!