Что нужно знать о стекловолокне и стеклопластике?

Что такое стекловолокно и материалы на его основе?

Производство стекловолокна — это процесс объединения тонких стекловолокон с различными смолами для получения прочного и легкого продукта. С момента появления стекловолокна его использовали в качестве армирующего агента для пластмасс, а также в качестве изоляционного материала в зданиях и бытовой технике. Стекловолокно используется в производстве, где требуется легкий материал, обладающий высокой прочностью и устойчивостью к царапинам.

Из процессов производства стекловолокна формование из стекловолокна является наиболее часто используемым процессом при создании изделий из пластика, армированного стекловолокном. Само стекловолокно изготовлено из расплавленного стекла, выдавленного через сверхтонкие отверстия в инструменте, в результате чего образуются нитевидные образования, которые затем сплетаются вместе, образуя грубую ткань или заплатку.

Волокна соединяются с пластмассовой смолой путем термообработки или прессования. Этот процесс используется для изготовления множества различных изделий из стекловолокна., включая панели, корпуса гоночных автомобилей, электрические платы, опоры для оборудования и множество других продуктов.

Стекловолокно не расширяется и не сжимается при изменении температуры. Оно не впитывает воду, имеет высокое отношение прочности к весу, химически стойкое, а также действует как электрический изолятор. Производители стекловолокна производят различные виды изделий из стекловолокна.

Виды стекловолокна и стеклопластика

Существует ряд различных типов стекловолокна и смол, используемых для производства стекловолоконных материалов и изделий с разной прочностью, эстетикой и сферой применения.

Стекловолокно подразделяется на семь основных типов. Стекло E — наиболее распространенная разновидность пластика, армированного стекловолокном, стекло A характеризуется низкой концентрацией оксида бора, стекло E-CR имеет высокую кислотостойкость, стекло C используется для изготовления штапельных волокон, D-стекло обладает высокой кислотостойкостью с диэлектрической постоянной.

R-стекло известно своими исключительными механическими свойствами, а S-стекло — очень высокой прочностью на разрыв. Эти типы стекловолокна смешиваются с термореактивными смолами, которые обычно изготавливаются из эпоксидной или полиэфирной смолы.

Смолы используются для формования, ламинирования и литья. Эпоксидная смола имеет более высокие характеристики и, следовательно, более высокую стоимость, и она используется в критичных по весу, высокопрочные приложения. Полиэфирные смолы менее дороги, более широко используются и обладают хорошей устойчивостью к коррозии.

Процесс производства стекловолокна

Три основных метода изготовления стекловолокна — это открытое формование, закрытое формование и центробежное формование. При открытом формовании стекловолокна слой гелевого покрытия наносится и отверждается в цельной форме или конструкции. После наслоения в форму стекловолокну и распыленной смоле дают затвердеть. Открытое формование выделяет больше выбросов, чем два других процесса.

При закрытом формовании исходное гелевое покрытие наносится в форме, состоящей из двух частей. Волокна в виде рубленых волокон или ламинированных листов распыляются или помещаются в охватывающую часть формы поверх гелевого покрытия. Деталь затвердевает после герметизации в форме с помощью вакуума, и катализированная смола впрыскивается в форму под давлением.

При центробежном формовании гелькоут наносится на стороны вращающейся цилиндрической формы. Слой за слоем, катализированные смолы, насыщенные короткими волокнами, распыляются в форму до достижения желаемой толщины.

Центробежное формование используется для формования цилиндрических изделий, таких как трубы и резервуары. Во всех процессах конечные продукты затем извлекаются из формы и обрезаются. Гофрированное стекловолокно, пожалуй, является наиболее широко используемым сегодня продуктом из стекловолокна.

Оно прочное, может быть однотонным (часто зеленым) или прозрачным для пропускания света в здания. Он в основном используется в строительстве для изготовления сайдинга или кровли, а также часто используется для строительства теплиц и навесов.

Гофрированное стекловолокно обычно состоит из двух склеенных между собой слоев. Внешний слой представляет собой твердую, устойчивую к атмосферным воздействиям поверхность из смолы. Центробежное формование используется для формования цилиндрических изделий, таких как трубы и резервуары.

Во всех процессах конечные продукты затем извлекаются из формы и обрезаются. Гофрированное стекловолокно, пожалуй, является наиболее широко используемым сегодня продуктом из стекловолокна.

Преимущества стекловолокна

Стекловолокно часто превосходит многие другие материалы, особенно алюминий, который является основной альтернативой стекловолокну. Пултрузионные (Пултру́зия — технология изготовления высоконаполненных волокном композиционных деталей с постоянной поперечной структурой) профили из стекловолокна имеют ряд преимуществ по сравнению с аналогичными штампованными алюминиевыми профилями.

Пултрузионное стекловолокно обладает превосходной устойчивостью к широкому спектру химикатов. Профили из стекловолокна составляют около 70% веса алюминиевых профилей, но имеют такую ​​же плотность. Пултрузионное стекловолокно не является проводящим с высокой диэлектрической способностью, в то время как алюминий является проводником.

Стекловолокно — гораздо лучший изолятор, чем алюминий, поскольку он имеет гораздо более низкую теплопроводность. Пигмент, добавленный к смолам стекловолокна, может обеспечить цвет всей детали, в то время как алюминий требует предварительной отделки, анодного покрытия или окраски.

Стекловолокно прозрачно для радиоволн и передач EMI / RFI и часто используется для корпусов и опор радаров и антенн. Алюминий обладает высокой отражающей способностью, что делает его непригодным для таких приложений.

Формы из пултрузионного стекловолокна могут быть легко изготовлены в полевых условиях с помощью обычных столярных инструментов и не требуют горелок или сварки.

Наконец, стекломат в форме пултрузионного стекловолокна равномерно распределяет ударную нагрузку, в то время как алюминий легко деформируется.

Армированный стекловолокном пластик — отличный строительный материал для широкого спектра изделий.

Пластмассы, армированные алюминием и стекловолокном, обладают одинаковой плотностью и универсальностью, но с некоторыми ключевыми отличиями. Различные области применения могут сделать алюминий или стекловолокно более желательными.

• Легче — по сравнению с его основной альтернативой, алюминием, стекловолокно, как правило, составляет около 70% веса при аналогичной плотности и прочности. Это соотношение также выгодно отличается от любого количества других пластиков, композитов и металлов.
• Неотражающий — хотя не во всех областях применения, во многих случаях неотражающие свойства стекловолокна для света, радио и других волн делают его идеальным материалом.
• Равномерное распределение силы — одно из уникальных свойств стекловолокна заключается в том, как оно распределяет силу. Хотя это может быть идеальным не для всех приложений, во многих случаях это очень ценно.
• Простота изготовления — по сравнению с процессом изготовления алюминия и других сопоставимых материалов, стекловолокно чрезвычайно легко изготовить и настроить в соответствии с вашими потребностями. Это включает пигментацию, вторичные покрытия и многие другие соображения.
• Превосходная изоляция — Уникальные термические свойства стекловолокна делают его отличным решением для изоляции в широком диапазоне применений. Он остается основным изоляционным материалом в строительстве, HVAC и подобных отраслях.

Применение стеклопластика

Универсальность стекловолокна позволяет использовать его в бесчисленных отраслях промышленности. Он может выполнять огромное количество структурных функций, в которых иначе могут использоваться металлы или чистые пластмассы, включая, помимо прочего:

• Конструкция — материал для основной изоляции в одних формах и в качестве основного конструкционного материала в других.
• Производство транспортных средств — популярный материал для изготовления корпусов лодок, автомобилей, самолетов и различных других транспортных средств благодаря соотношению прочности и веса.
• HVAC — Используется в качестве первичного изоляционного материала в виде сплошных панелей, а также для уплотнений и покрытий в форме распыления.
• Спортивное оборудование — Стекловолокно стало популярным материалом для защитного снаряжения, такого оборудования, как шесты, хоккейные клюшки, луки и многих других предметов.
• Резервуары для хранения — многие типы резервуаров для хранения могут быть изготовлены с использованием стекловолокна в качестве основного материала. Резервуары из стекловолокна чаще всего используются в качестве хранилищ химикатов, септиков и аналогичных емкостей.
• Трубопроводы — трубы из стекловолокна обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными пластиковыми или металлическими трубами, что делает их идеальным выбором для определенных применений.
• Медицина — ключевой компонент медицины по тем же причинам, что и в спортивном снаряжении. Особенно распространены детали из стекловолокна в ортопедических устройствах.
• Телекоммуникации. Низкая радиочастотная проницаемость и низкое затухание сигнала используются для экранирования антенн или для маскировки оборудования, когда проницаемость сигнала нежелательна или не является фактором.

Есть несколько ключевых дескрипторов, используемых для идентификации определенного типа стекловолокна. Основной материал из стекловолокна, используемый в процессе изготовления, и тип используемой смолы оказывают наибольшее влияние на основные свойства готового изделия из стекловолокна.

Классификация стекловолокна

Стекловолокну присвоено ряд общих классификаций на основе компонентов материала и свойств.

• E-glass — Стандартный стеклопластик, армированный стекловолокном.
• A-стекло — специальное стекло с пониженной концентрацией оксида бора.
• Стекло E-CR — Стекловолокно, обеспечивающее исключительно высокую кислотостойкость.
• C-стекло — используется для производства штапельного стекловолокна.
• D-стекло — стекловолокно, характеризующееся относительно высокой диэлектрической проницаемостью.
• R-стекло — стекловолокно, разработанное для высоких механических характеристик.
• S-стекло — стекловолокно, обеспечивающее исключительно высокую прочность на разрыв.

Смолы

Помимо основного материала из стекловолокна, для большинства изделий из стекловолокна также характерен выбор термореактивных смол. Хотя существуют альтернативные смолы, в подавляющем большинстве случаев используются смолы на основе полиэфира или эпоксидной смолы.

• Полиэфирные смолы — недорогие широко используемые смолы с высокой устойчивостью к коррозионным воздействиям. Самый распространенный тип смолы для изготовления стекловолокна.
• Эпоксидные смолы — высокоэффективные смолы, используемые в приложениях, требующих исключительного отношения прочности к весу. Дороже полиэфирной смолы.

Другие термины

Помимо основных категорий и классификаций стекловолокна, вы также можете столкнуться с некоторыми общими терминами при описании стекловолокна для конкретных приложений или спецификаций.

• Стекловолоконные трубы — трубопроводы из стеклопластика, армированного стекловолокном. Высокая устойчивость к коррозии.
• Fibercast Pipe — относится к особому популярному семейству стеклопластиковых труб для химической обработки и транспортировки.
• Пластмасса, армированная стекловолокном (FRP) — пластмассы, объединенные посредством термоформования пластика с экструдированным стекловолокном. Часто называют просто стекловолокном или GRP (пластик, армированный стекловолокном). Обычно, но не всегда, что подразумевается под термином «стекловолокно» в промышленности.
• Структурное стекловолокно — прочные формы, плиты и компоненты из стекловолокна, используемые в строительстве и других промышленных производственных процессах.

Используемое оборудование

Несмотря на то, что на фабрике по производству стекловолокна можно найти любое количество типичных промышленных машин, для производства изделий из стекловолокна критически важны два уникальных механизма:

• Формы — для каждого типа процесса формования стекловолокна требуется уникальная форма, разработанная в соответствии с этим стандартом. Любая конкретная производственная бригада может быть оснащена некоторыми или всеми типами пресс-форм, в зависимости от специализации и размера операции. Например, производителю, работающему исключительно с трубами, может потребоваться только регулярный доступ к центробежной форме.
• Системы резки стекловолокна — независимо от используемого процесса формования изделия из стекловолокна почти всегда требуют обрезки и резки для соответствия окончательным спецификациям. Обычно для этого использовались специализированные станки для резки стекловолокна, которые могут обеспечивать большую или меньшую степень автоматизации. Более сложные сборки могут завершить весь процесс резки без участия человека, в то время как другие могут потребовать пошаговой настройки и ручной настройки.

Изделия из стеклопластика

• Стеклопластиковые ящики представляют собой инструменты квадратной или прямоугольной формы для хранения и транспортировки, изготовленные из пластика, армированного стекловолокном.
• Корпуса из стекловолокна — это резервуары или складские помещения, изготовленные из стекловолокна. Пищевая промышленность, химические заводы и водоочистные сооружения используют ограждения из стекловолокна.
• Стекловолокно переработчиков компании которые производят армированный стекловолокном пластмассовых изделий, а также стекловолокна для других приложений таких как изоляция.
• Решетка из стекловолокна состоит из ряда параллельных и пересекающихся параллельных линий из стекловолокна.
• Формование из стекловолокна, включая открытое, закрытое и центробежное формование, придает изделиям из стекловолокна полую форму. Форма, из которой создается стекловолокно, обычно металлическая.
• Панели из стекловолокна — это плоскости или листы из пластика, армированного стекловолокном.
• Стеклопластиковые трубы представляют собой полые каналы из пластика, армированного стекловолокном.

• Изделия из стекловолокна изготавливаются из смеси стекловолокна и смол.
• Пластмассы, армированные стекловолокном, представляют собой пластики, которые в процессе термоформования пластика были объединены с экструдированными стекловолокнами, чтобы улучшить свойства пластика в плане прочности и долговечности.
• Стержни из стекловолокна — это тонкие, часто закругленные стержни, сделанные из пластика, армированного стекловолокном.
• Листы из стекловолокна — это листы, изготовленные из смеси тонких волокон стекла и смол.
• Ящики для хранения из стеклопластика — это сверхпрочные, долговечные, водонепроницаемые устройства, которые используются для хранения таких вещей, как рыболовные снасти, оборудование для бассейнов, краски и жидкие продукты.
• Резервуары из стеклопластика — это контейнеры из стекловолокна различного размера, которые используются для хранения газов, жидкостей, а иногда и твердых веществ. Многие пищевые и химические предприятия будут использовать резервуары из стекловолокна.

Термины применяемые при изготовлении стекловолокна

Соотношение сторон — обычно отношение диаметра к длине. В композитах это соотношение волокна или наполнителя в матрице композита.

Коврик из рубленых прядей — армирование из стекловолокна, в котором используются короткие пряди непрерывных ровингов, расположенных в произвольном порядке и скрепленных связующим веществом.

Композитный — Материал, такой как пластик, армированный стекловолокном (FRP), состоящий из двух или более различных веществ. Они объединяются, чтобы сформировать функциональные или структурные характеристики, недоступные для одного материала.

Сжатие — процесс увеличения плотности материалов. Как и в случае ламината из стекловолокна, сжатие приводит к уменьшению размера продукта и его сжатию.

Непрерывный ровинг — параллельные нити с калибровочным покрытием, стянутые вместе в одну или несколько нитей и намотанные в цилиндрическую упаковку.

Купол — также называемый «куполом», это перевернутая чашка из стекловолокна, которая покрывает крыши зданий, церквей и других архитектурных форм.

Эпоксидная смола — Обычное поверхностное покрытие, которое образует плотную структуру поверхности, обладает сильной адгезией и почти не дает усадки.

Волокно — общий термин для нитевидного материала, длина которого как минимум в 100 раз превышает его диаметр. Волокно также относится к частям единого элемента вещества, из которого образуются нити, подлежащие плетению.

Армирование стекловолокном — обычный материал, используемый для армирования пластика.

Нить — наименьшая единица волокнистого материала, которая образуется путем прядения или вытягивания в единое длинное непрерывное целое.

Трубка с волокнистой намоткой — трубка, состоящая из тонко скрученных волокон с однородной структурой.

Наполнитель — Неорганические добавки, особенно добавки в виде частиц, в матрицу композита для улучшения характеристик продукта, например, в отношении контроля усадки, гладкости поверхности и водостойкости.

Стекло — любой из большого класса материалов с различными оптическими и механическими свойствами, который обычно является твердым, хрупким, полупрозрачным или прозрачным и считается переохлажденной жидкостью, а не твердым телом. Стекловолокно, смешанное с различными смолами, является основным ингредиентом изделия из стекловолокна.

Отношение стекла к смоле — количество стекла по сравнению с количеством смолы в изделии из стекловолокна. Как правило, чем выше концентрация стекла, тем выше прочность и долговечность.

Полимер — одно из многих синтетических и природных соединений с высокой молекулярной массой. Они состоят из миллионов повторяющихся ссылок, каждая из которых довольно легкая и простая.

Смола — любое из множества полупрозрачных, желтых, коричневых и прозрачных, полутвердых или твердых веществ растительного происхождения, таких как янтарь и копал. Смолы используются в синтетических пластмассах, чернилах, лаках, клеях и т. д.