В течении 60 секунд
Введите другой номер телефона
Стеклопластик
Стеклопластик — это композиционный материал, состоящий из двух основных компонентов:
1. Армирующего наполнителя — стеклянных волокон (в виде ровинга, ткани, мата или рубленых нитей), обеспечивающих механическую прочность и жесткость конструкции.
2. Полимерной матрицы — связующего вещества (чаще всего эпоксидных, полиэфирных или винилэфирных смол), которое фиксирует волокна в заданном положении, передает нагрузки между ними и защищает от внешних воздействий.
Физические свойства стеклопластиков
Свойство | Значение |
Плотность | 1,5–2,1 г/см³ |
Прочность на растяжение | 300–1000 МПа |
Модуль упругости | 20–50 ГПа |
Ударная вязкость | 50–300 кДж/м² |
Теплопроводность | 0,2–0,5 Вт/(м·К) |
Коэффициент линейного расширения | 5–15 × 10⁻⁶ 1/°C |
Рабочие температуры | -60°C до +150°C |
Диэлектрическая прочность | 10–30 кВ/мм |
Удельное сопротивление | 10¹²–10¹⁶ Ом·см |
Химические свойства стеклопластиков
Свойство | Характеристика | Примечания |
Стойкость к кислотам | Высокая (особенно у винилэфирных и эпоксидных смол) | Устойчивы к HCl, H₂SO₄ средней концентрации; разрушаются в HF и горячих кислотах |
Стойкость к щелочам | Умеренная (лучшая у эпоксидных смол) | Полиэфирные смолы подвержены гидролизу в щелочной среде |
Стойкость к растворителям | Хорошая (кроме некоторых эфиров, кетонов и ароматических углеводородов) | Бензин, масла, спирты - не повреждают |
Атмосферостойкость | Хорошая (требует защиты УФ-стабилизаторами или гелькоутами) | Выцветание при длительном УФ-облучении |
Огнестойкость | Горючи (температура воспламенения 300-400°C) | Специальные антипирены повышают огнестойкость |
Водостойкость | Высокая (гидролизуются при длительном контакте с горячей водой/паром) | Поглощение воды 0,1-0,5% |
Биологическая стойкость | Абсолютная (не подвержены гниению, плесени, действию микроорганизмов) | Широко используются в морской воде |
Химическая интеность | Не вступают в электрохимические реакции (в отличие от металлов) | Идеальны для химической промышленности |
Технология производства стеклопластиков
Технологии производства изделий из стеклопластика отличаются большим разнообразием и могут быть разделены на две основные группы: открытые и закрытые методы формования.
Открытые методы формования
Метод ручной выкладки (ручное формование, контактное формование) - наиболее простой и универсальный метод, позволяющий создавать изделия практически любых форм и размеров. Технология включает нанесение связующего на армирующий материал (стеклоткань, стекломат) с помощью кистей и валиков непосредственно в форме с последующим отверждением. Недостатки - высокая трудоемкость и длительный производственный цикл. Достоинством метода является его универсальность, т.е. получение изделий практически любых форм и размеров.
Напыление - более производительный метод, при котором рубленое стекловолокно и смола наносятся на форму с помощью специального пистолета. Позволяет быстро создавать изделия простой формы, но характеризуется высоким расходом материала и неидеальным качеством поверхности. Метод напыления более производительный и менее дорогой, чем ручная выкладка, но имеет ряд недостатков:
- затруднено изготовление изделий сложной конфигурации;
- стекловолокнистая пыль, находящаяся во взвешенном состоянии, а также пары мономера загрязняют воздух, ухудшая условия труда.
Намотка - используется преимущественно для изготовления тел вращения (труб, резервуаров). Стекловолокно, пропитанное связующим, наматывается на вращающуюся оправку с заданным шагом и углом, что позволяет создавать изделия с заданными прочностными характеристиками.
Закрытые методы формования
Пропитка под давлением - метод пропитки под давлением, при котором сухой армирующий материал помещается в закрытую форму, куда затем под давлением закачивается связующее. Позволяет получать изделия с высоким содержанием наполнителя и отличным качеством поверхности.
К недостаткам относятся:
- невозможность получения деталей с высоким качеством поверхности без последующего покрытия;
- невысокая производительность;
- значительная усадка изделий.
Метод прессование - метод, при котором армирующий материал, пропитанный связующим, помещается в пресс-форму и подвергается сжатию при повышенной температуре. Позволяет получать изделия с высокой точностью размеров и хорошим качеством поверхности.
Литье под давлением - данный метод имеет короткий цикл обработки, точность дозирования компонентов, высокую степень автоматизации, лучшее качество поверхности.
По сравнению с прессованием литье под давлением имеет следующие преимущества:
-высокая степень автоматизации процесса;
- точность дозирования материала;
- незначительные потери материала;
- непродолжительное время цикла;
- незначительная последующая обработка готовых деталей вследствие лучшего качества поверхности.
Недостатки процесса литья под давлением:
- прочность, вязкость и сопротивление ударным нагрузкам деталей из композиций, усиленных коротким волокном, ниже чем прессованных деталей;
- литьевое оборудование имеет большой расход материала на литниковую систему.
Пултрузия - непрерывный процесс протяжки пропитанного связующим армирующего материала через нагретую фильеру. Используется для производства профилей постоянного сечения (стержней, уголков, швеллеров) с высокими механическими свойствами. Схематично процесс выглядит следующим образом. Стеклопластиковый профиль трудногорючий и не выделяет при пожаре сильнодействующий газ диоксин, в отличие от поливинилхлорида.
Метод протяжки - один из немногих непрерывных методов изготовления изделия из армированных волокнами реактопластов. Это несложный в аппаратном оформлении процесс, состоящий из трех стадий:
- пропитки в ванне непрерывного армирующего волокнистого агента в виде ровницы или мата жидким связующим (термореактивной смолой, содержащей катализатор);
- протягивания пропитанных ровницы или матов через обогреваемое формующее устройство, где происходит формование профиля и отверждение связующего;
- разрезание профиля на секции нужной длины.
Сферы применения стеклопластиков
Благодаря уникальному сочетанию свойств, стеклопластики нашли применение практически во всех отраслях промышленности.
Транспортное машиностроение.
В авиационной промышленности стеклопластики используются для изготовления элементов планеров, обтекателей, интерьеров салонов. В судостроении - для производства корпусов лодок, катеров, яхт, а также элементов оснастки и мебели. В автомобилестроении применяются для изготовления кузовных панелей, обвесов, бамперов, элементов интерьера.
Строительство и инфраструктура.
В строительстве стеклопластики используются для:
- Дверных и оконных профилей;
- Бассейнов и гидросооружений;
- Теплоизоляционных конструкций;
- Декоративных элементов фасадов;
- Арматуры для бетона.
Особое значение имеют стеклопластиковые трубы, которые благодаря коррозионной стойкости и долговечности применяются в системах водоснабжения, канализации, нефтегазовой отрасли.
Химическая промышленность.
- Стеклопластики с повышенной химической стойкостью используются для изготовления:
- Емкостей для хранения агрессивных сред;
- Трубопроводов;
- Скрубберов, абсорберов;
- Гальванических ванн;
- Градирен.
Электротехника и электроника.
Благодаря отличным диэлектрическим свойствам стеклопластики применяются для:
- Оснований печатных плат (стеклотекстолит);
- Изоляционных конструкций;
- Корпусов электрооборудования;
- Радиопрозрачных обтекателей антенн.
Другие области применения.
- Спортивный инвентарь (рыболовные удилища, элементы спортивного оборудования);
- Медицинское оборудование;
- Музыкальные инструменты;
- Дизайн и искусство;
- Военная техника (композитная броня).
Стеклопластики продолжают развиваться как класс материалов. Основные направления совершенствования включают:
Разработку новых видов связующих с улучшенными характеристиками.
Создание гибридных материалов, сочетающих стекловолокно с другими типами волокон.
Совершенствование технологий переработки для снижения себестоимости.
Развитие методов вторичной переработки.
Автоматизацию процессов производства.
Уникальное сочетание свойств, технологичность и относительно невысокая стоимость обеспечивают стеклопластикам стабильно высокую востребованность в современных высокотехнологичных отраслях промышленности. По мере развития технологий их применения будут только расширяться, укрепляя позиции этих материалов как одного из ключевых элементов современной индустрии.