Что такое стеклопластик свойства и применение

Стеклопластик, строение и область применения стеклопластика

Эволюция технологий идёт по пути универсализации материалов. Все большее распространение получают пластики и композиты, они с одинаковым успехом используются в самых разных сферах деятельности и конструкциях.

К таким универсалам, несомненно, относится стеклопластик, который без натяжки можно назвать материалом будущего. Он сочетает в себе достоинства нескольких ценных материалов: легкость и стойкость к коррозиям пластмассы, низкую теплопроводность древесины, прочность стали.

Строение стеклопластика

Стеклопластик – это композит, который состоит из армирующего наполнителя и связующего вещества. В качестве наполнителя выступают стеклянные нити, волокна, ткани. Эти материалы создают каркас и отвечают за основные механические свойства стеклопластика (прочность, сопротивление разрыву и изгибу).

Роль связующего элемента играют разнообразные полиэфирные и эпоксидные смолы, поликарбонаты и полиамиды, наделяющие композитный материал полезными эксплуатационными качествами (упругость, диэлектричность, антикоррозионная стойкость, пониженная теплопроводность и др.). Благодаря подобному строению стеклопластик обладает исключительным сочетанием достоинств.

Достоинства стеклопластика

Преимущества малого удельного веса особенно наглядно демонстрируется в транспортной отрасли, где снижение общей массы конструкции ведет к значительной экономии энергии (дорогого топлива), затрачиваемой на передвижение.

Области применения стеклопластика

Столь универсальные достоинства, собранные в одном материале, конечно, находят широкое применение в самых разных сферах человеческой деятельности. Благодаря малому весу, способности выдерживать постоянные вибрации и резкие температурные перепады стеклопластик широко используется в космической технике и авиации. Композитные детали стремительно заменяют более тяжелые материалы. Создаются целые самолеты из стеклопластика, которые значительно легче своих металлических собратьев, а значит, экономичнее и маневренней их.

Сферы применения стеклопластика и изделия, в изготовлении которых этот материал играет важнейшую роль, сложно перечислить. Это ёмкости для транспортировки агрессивных жидкостей и безопасные диэлектрические лестницы. Сооружение мостов и туннелей, долговечных трубопроводов и дорог. Строительство автомобилей, поездов и кораблей. Изготовление строительных, изоляционных и теплозащитных материалов. Спортивный инвентарь и товары широкого потребления.

Помимо промышленного, серийного производства, композит можно без труда применять в домашних условиях для изготовления единичной продукции. Достаточно приобрести наборы с необходимыми исходными материалами и подробной инструкцией, которая пошагово рассказывает, как сделать матрицу (форму) будущего изделия, как работать с композитом.

Имея требуемые знания и материалы, технически грамотный человек способен изготавливать такие довольно сложные изделия, как самодельные лодки из стеклопластика, бамперы для автомобилей, декоративную лепнину и многое другое.

Источник

Стеклопластик. Состав и применение. Свойства и особенности

Стеклопластик – композит, который состоит из наполнителя на основе стекловолокна и связующего полимера. Отличительным его качеством, выделяющим среди прочих материалов, является соотношение прочности и упругости к массе. Он легкий, при этом стойкий к воздействию на излом, растяжению, давлению, за счет чего нашел применение в различных областях.

Как устроен стеклопластик

Основными компонентами стеклопластика выступают:

Стекловолокно выполняет функцию армирования. Это наполнитель изделия, который и делает его столь упругим, прочным и при этом легким. Полимерная смола в основе композита это вяжущий компонент. Она также отличается гибкостью. Смола не просто связывает волокна между собой, но и защищает их от внешнего воздействия.

Связующим компонентом при изготовлении стеклопластиков чаще всего применяют полиэфирные смолы. Также возможно использование эпоксидной и фенольной смолы. В зависимости от того какая именно применяется, определяются конечные качества готового композита.

На качество композита влияет и наполнитель. Возможно применение стекловолокна различного состава. Это может быть материал класса:

Практически 80% стеклопластика изготовлены именно из стекловолокна класса «E». Оно электроизоляционное алюмоборосиликатное. Для изготовления изделий, эксплуатируемых в условиях высокой механической нагрузки, используется наполнитель класса «S». Для устойчивых к воздействию химической средой стеклопластиков применяется наполнитель марки «С».

Форма наполнителя в стеклопластиках

Стекловолокно в стеклопластике может иметь различный вид. Это полуфабрикат, который наделяется определенной формой. Это может быть:

Стекломат представляет собой рулонный или листовой материал, который получается из рубленных волокон. Последние удерживаются в заданной форме, так как скреплены связующим полимером. Тот при контакте с полиэфирной смолой растворяется, однако стекловолокно продолжается хранить изначальное положение за счет полимера.

Стеклопластик, сделанный на основе стеклоткани, обычно прочнее. Это также волокна, но сплетенные в подобие ткани. За счет этого они распределяют нагрузку между собой равномерней, обеспечив повышенную устойчивость к разрыву или слому композита. Ровинг – это длинная нить, сплетенная из стекловолокна. Обычно она встречается в виде намотки на бобину.

Производство

Изготовление стеклопластиковых изделий возможно по различным технологиям. Их суть всегда одинаковая – нужно смешать наполнитель из стекловолокна с полимерной смолой.

Чаще всего это делается такими методами:

Получение композитных изделий из стеклопластика обычно выполняется в ручном режиме. Для этого стекловолокно размещается на матрице, форму которой нужно повторить. Его слой смачивается полимером, после чего сверху снова укладывается волокно. Смола может наноситься методом распыления либо просто кистью. В конечном итоге формируется изделие требуемой толщины. Для обеспечения максимальной монолитности требуется выгонять пузырьки воздуха между слоями. Это обычно делается валиками. Если пузырьки остаются, то в таких местах композит получается ослабленным, более уязвимым к нагрузкам.

Более технологичным способом изготовления стеклопластика является напыление. Это достаточно сложный процесс, так как требует использования специального недешевого оборудования. Суть метода в том, что в качестве наполнителя используется ровинг. Он затягивается специализированным пистолетом измельчителем, и разбивается на короткие волокна. Те напыляются на поверхность одновременно с полимером. В итоге компоненты смешиваются, и липкие волокна налипают слоем нужной толщины. Это достаточно быстрый метод, но и он не может быть полностью автоматизированным, так как после напыления требуется сделать прикатку поверхности для удаления пузырьков воздуха и придания большей гладкости. Недостаток этого способа в большом расходе смолы. Полимер является самым дорогим компонентом стеклопластика, так что его лучше использовать по минимуму.

Круглые и цилиндрические поверхности из стеклопластика получают методом намотки. Для этого на матрицу наматывается нитка или холст, пропитанный смолой. Так слой за слоем набирается требуемая толщина заготовки. Это достаточно быстрый метод. При работе данным способом чаще всего используется ровинг. Тот пропускается через ванну со смолой, поэтому сразу же прилипает.

Свойства стеклопластика

Ценность композита высока, так как он наделен уникальными качествами. Для него характерны следующие свойства:

Материал имеет низкую теплопроводность, за счет этого его часто применяют в качестве теплоизолятора. В целом же в этом направлении он почти не используется, так как существуют более дешевые и доступные аналоги. Заслуживает внимания и то, что композит имеет очень малое температурное расширение. По сути оно лишь слегка больше, чем у стекла. То есть, подогнанные детали из стеклопластика при изменении температуры держат свою геометрию, поэтому не трутся между собой в результате изменения зазоров. Они всегда остаются стабильными.

Материал работает и как диэлектрик. Это позволяет делать из него ручки для инструмента. Заслуживает внимания и коррозийная устойчивость материала. Композит не ржавеет. Он нормально переносит воздействие влаги. Все это совокупно является залогом его долговечности. При этом за счет высокой прочности стеклопластик способен заменить прочие материалы, сделанные даже с большим сечением.

Не лишен стеклопластик и недостатков. Их несколько:

Композит поддается сверлению, распилу, шлифовке. Все это делается достаточно просто. Проблема в том, что образуемая при этом пыль содержит крохотные частицы стекловолокна. Дышать ими не стоит. Так что при механической обработке композита лучше использовать респиратор для защиты органов дыхания. При ударном воздействии материал крошится по краям. Так что он не подходит для изготовления изделий, предназначенных на динамическую нагрузку.

Что делают из стеклопластика

Стеклопластик применяется в самых разнообразных областях. Им пользуются в таких отраслях:

Из стеклопластика делают основы для компьютерных плат. Кроме этого из него изготавливаются удилища. Те получаются в меру легкими, при этом упругими на конце, что дает возможность эффективно гасить рывки рыбы. Бланки удилищ из стеклопластика достаточно дешевые. Это вообще не столь дорогой в плане производства материал. Композит на основе углеволокна намного более дорогой, но он соответственно и прочнее.

Из стеклопласта делают даже композитную броню на военную технику. Нередко им пользуются в качестве изоляционного материала от влаги. Из стеклопластика делают лодки, и даже целые яхты. В итоге они получаются легкими, а главное совершенно стойками к воздействию влаги. Стеклопластик достаточно легко шлифуется, так что его поверхность можно сделать гладкой. Она достаточно хорошо удерживает на себе краску.

Из стеклопластика делают капоты для автомобилей и прочие части кузова с целью его облегчения. Это распространенное решение для спортивных гоночных машин. Также стеклопластиком выполняется кузовной ремонт. Существует технология, позволяющая заполнять им сквозные отверстия от коррозии на металле. Это дает возможность восстанавливать прогнивший кузов автомобиля без использования сварки.

Из стеклопластика делают и корпуса различного оборудования, особенно если оно применяется в агрессивной среде. Этот долговечный материал, способный работать как защитный кожух. Он очень прочный при сравнительно малой толщине.

Стоит отметить, и ценность материала в строительной сфере. В частности особым спросом пользуется стеклопластиковая арматура. Это современный материал, который в разы дешевле традиционной стальной арматуры. Основная его ценность в высокой стойкости на разрыв. В связи с этим ее можно применять для армирования кладки стен, с целью предотвращения их растрескивания. Так же стеклопластик используется для изготовления ванн. Так называемые акриловые ванны имеют основание из стеклопластика, которые просто с внутренней стороны заливаются акрилом. В итоге получается гладкая привлекательная лицевая поверхность. Композит также применяется для изготовления труб, желобов, особенно предназначенных для химической среды. Он более стойкий к ней, чем многие пластики, а тем более металлы.

В целом из стеклопластика можно делать практически что угодно. Внешний вид композита зависит от смолы, применяемой в качестве связующего. Существуют составы, композит из которых получается очень похожим на стекло. Так что из стеклопластика возможно делать даже сувенирную продукцию, предметы интерьера. При использовании безопасного полимера, композит может применяться для изготовления даже посуды.

Источник

Стеклопластики

Стеклопластик

Композитные материалы, состоящие из полимерного связующего и различных стекловолокнистых компонентов в качестве наполнителей, называются стеклопластиками.

Они получили распространение в строительстве, изготовлении емкостей, детских горок и горок аквапарков, труб, корпусов лодок, прочих конструкционных деталей.

Стеклянные волокна в таких композитах выполняют роль арматуры, которая обеспечивает отличные прочностные и прочие физико-механические характеристики, полимерные смолы соединяют волокна наполнителя в прочную монолитную систему.

Рис.1. Детские горки

Преимущества стеклопластиков

Стеклопластик имеет множество преимуществ, которые обуславливают его важное место в современном мире. Рассмотрим наиболее ценные из них:

Небольшая плотность. Удельный вес марок стеклопластикового материала варьируется в широких пределах от 400 кг/куб.м до 1800 кг/куб.м. Средняя принятая величина плотности равна 1100 кг/куб.м, что чуть выше плотности воды. Для сравнения у металлов удельный вес намного больше, так у стали – 7800 кг/куб.м, у легкого дюралюминия 2800 кг/куб.м. У полимеров общего назначения плотность колеблется от 900 кг/куб.м (у полипропилена) до 1500 кг/куб.м (ПВХ и некоторые полиэфиры) и 1800 кг/куб.м (некоторые реактопласты). Такая легкость придает стеклопластику особые преимущества для использования в транспортной индустрии, где важна экономия топлива на перемещение. То же самое ценно при складских и прочих логистических применениях.

Хороший диэлектрик. Стеклопластики обладают высокими диэлектрическими свойствами, что делает их отличными электроизоляторами. Эта характеристика нашли широкое применение в электротехнике, в том числе для выпуска электронных плат.

Стойкость к коррозии. Стеклопластик стоек как к химическим, так и к электрохимическим воздействиям, что обуславливает его коррозионную резистентность. Используя определенные смолы в качестве связующих для стеклоктани можно произвести стеклопластики, которые будут иметь стойкость к очень агрессивным химикатам, даже к концентрированных кислотам и щелочам.

Эстетические свойства стеклопластиков. В процессе производства данный композит можно окрасить в разные цвета, оттенки и их комбинации. При соблюдении правильной технологии и красителей стойкость цвета может сохраняться в течение всего срока службы изделия.

Хорошая прозрачность. При использовании определенных видов смол существует возможность изготовить прозрачные стеклопластики. Их оптические показатели лишь несколько хуже, чем у силикатного стекла.

Отличная физико-механика. Несмотря на невысокую плотность, стеклопластики характеризуются достаточными механическими свойствами. При определенных условиях производства композита – специальная полимерная основа и правильно подобранная стеклоткань – получают стекломатериал с более высокими физико-механическими свойствами, чем некоторые металлы и даже марки стали.

Теплоизоляционность. Стеклопластик – это композит с небольшим коэффициентом теплопроводности. Однако, при изготовлении сэндвич-конструкций с использованием стеклопластиков, получают еще более изоляционные материалы. Для этого слои пластика чередуют с высокопористыми пластиками, например пенополиуретаном, вспененным полистиролом. Эти сэндвич-конструкции находят применение как теплоизоляцию в строительстве фабрик и заводов, судостроении, вагоностроении и т.п.

Простое изготовление. Стеклопластиковые детали можно производить разными способами. Обычно такое производство не подразумевает больших инвестиций в станки, оборудование и материалы. Самый простой вариант выпуска таких продуктов – ручное формование. Для него нужна лишь изготавливаемая из подручного сырья (дерева, пластика, металла) матрица и несколько несложных инструментов и оснастки. На сегодняшний день в ходу матрицы из самого стеклопластика, которые также легко и недорого изготовить, к тому же они обладают отличной стойкостью и долговечностью. Таким образом, можно сказать, что стеклопластиковые детали воспроизводят сами себя.

Производство стеклопластиков

Стеклопластики, как правило, являются листовыми пластиками. Их изготавливают методом горячего прессования полимерного связующего, смешанного со стекловолокном или стеклотканью. При этом стекловолокно (стеклоткань) является армирующим элементом. Он дает получаемому продукту повышенные физико-механические свойства.

В промышленности для выпуска изделий из этого пластика применяют несколько разнообразных полимерных смол. Больше всего среди них популярны смолы на основе полиэфиров, винилэфирные, а также эпоксидные пластики. Все виды используемых полимеров по способу формования, химической структуре и назначению подразделяют на типы:

1) по способу формования:

Способы получения продуктов из стеклопластика

1. Ручное формование

Эта технология подразумевает пропитку стекловолокна или стеклоткани полимером используя ручной инструмент, такой как валики или кисти. В итоге получаются полуфабрикаты – стекломаты. После получения маты закладываются в формующую оснастку, в которой их обрабатывают при помощи прикаточных валиков. Прикатку валиками применяют для исключения из стекломатов пузырьков воздуха и распределения полимера в получающемся ламинате. Затем при комнатной температуре проводят выдержку на отверждение продукта. Затем он вынимается из формы, и происходит постобработка изделия: удаление грата, получение пазов и отверстий и прочее.

При данном формовании подходят практические любые перечисленные ранее виды смолы и стекловолокна, подходящие друг другу. Достоинствами технологии являются отсутствие дорогостоящего оборудования, простота, большой ассортимент подходящих компонентов, их невысокая стоимость, достаточно большой процент ввода стекловолокна. Минусами ручного формования можно назвать небольшую производительность, высокую зависимость качества готовой продукции от человеческого фактора – уровня подготовки и ответственности персонала, который к тому же вынужден работать во вредной для здоровья среде. Также при этом методе в изделии с большой вероятностью могут оставаться включения воздуха.

2. Способ напыления

При напылении стеклянная нить направляется на ножи специального устройства, которое ее рубит на волокна небольшой длины. Полученная субстанция называется рубленый роввинг.

Он перемешивается на воздухе с потоком связующего полимера и катализатора, а затем поступает в форму, где прокатывается для максимального отделения попавших в материал в ходе перемешивания воздушных пузырьков. После прикатки стеклопластик, также, как и в случае ручного формования, необходимо отвердить при нормальных условиях.

При напылении рубленого роввинга используют главные образом полиэфирные полимеры и стеклянную нить в форме ровницы. Метод применяется достаточно давно и привлекателен скоростью производства. Однако его более широкое внедрение сдерживается важными недостатками. Расход полимерной смолы обычно высок, что приводит к большой массе получаемого пластика. В нем содержатся исключительно короткие волокна, что обуславливает невысокие прочностные характеристики стеклопластика. Полимер применяется низковязкий, что также ведет к ухудшению механических и прочностных качеств и теплостойкости изделий. Подобно ручному формованию, условия в рабочей зоне при напылении вредные, в ее воздухе содержится много стеклянной пыли, а качество готовых изделий сильно зависит от уровня персонала.

Этот метод, получивший название Resin Transfer Moulding слегка напоминает литьё пластмасс под давлением, особенно его разновидность IMD (In Mold Decoration). Он заключается в том, что стекломатериал помещается в матрицу в форме предварительно приготовленных заготовок или выкроек. После этого в форму помещается пуансон, закрепляющийся на матрице под воздействием специальных прижимов. Полимер под воздействием повышенного давления поступает в формообразующую полость. Для упрощения протекания процесса движения смолы через стекло в полости формы может быть применено вакуумное разрежение. После полной пропитки стеклянного материала смолой, впрыск прекращается и полуфабрикат, как и при применении прочих технологий, подвергают сшивке при н.у., но на этот раз прямо в форме. Также в случае RTM метода, отверждать можно при повышенной температуре.

Для получения изделий способом RTM используют эпоксидные или полиэфирные связующие и широкий спектр стеклянных волокон, желательно связанные и имеющие проводящий слой. Достоинствами данного способа является возможность получения материала с большим наполнением стеклом и низким содержанием воздушных включений. Также немаловажен тот факт, что работа ведется в изолированном оборудовании, что обеспечивает безвредные условия труда и отсутствие вредных выбросов в среду. Один оператор способен обслужить более одной установки, что дает увеличение производительности процесса и снижение себестоимости. Кроме того, внешний вид продукции при данном методе имеет преимущества перед ручным производством, а технологические потери минимальны. Недостатки процесса: обязательные инвестиции в дорогостоящее оборудование и сложные формы. Сам процесс изготовления тоже нельзя назвать простым, требователен к уровню персонала, в том числе обслуживающего машины и установки.

Метод напоминает экструзию термопластов. Стекловолокно поступает из катушечной рамы через ёмкость со связующим и попадает в нагретый формующий инструмент (фильеру). Там с него снимаются излишки полимера, и проходит формирование профиля с последующим отверждением стеклопластика. В завершение готовый профиль поступает на отрезное устройство, где разрезается на мерные отрезки.

Рис.2. Профиль из стеклопластика

Для пултрузии применяют эпоксидные, полиэфирные или винилэфирные смолы и практически любые волокна. Плюсы метода заключаются в производительности и автоматизации процесса, а также возможности оперативно изменять состав композиции. Готовая продукция обладает хорошими прочностными свойствами из-за ориентации стекловолокна, его высокого содержания и стабильности техпроцесса. Процесс пултрузии закрыт, что и в случае с RTM обеспечивает достойные условия труда не дает выбросов. Среди минусов процесса небольшая номенклатура выпускаемой продукции, куда входят главным образом профили, а также дорогостоящее оборудование и оснастка.

5. Метод намотки

Этот способ наиболее часто применяется при производстве емкостей, труб и других пустотелых изделий. Суть технологии заключается в том, что стеклянные волокна пропускают сквозь ванну со связующим, потом через валики натяжения на намотку. Валики не только натягивают волокно для последующего использования, но и снимают с него лишнюю смолу. Обычно смоченные смолой волокна наматывают на оправку или сердечник нужного размера. После отверждения изделие снимается с сердечника.

При намотке нет ограничений по использованию того или иного связующего и волокон. Стеклоткани обычно не применяются. Главными преимуществами этой технологии являются скорость и производительность, возможность регулировки соотношения количества стекловолокна и полимера, хорошие прочностные данные этого композита и его небольшой удельный вес. Также при намотке волокна ориентированы, что дает дополнительное повышение свойств стеклопластику, содержание стекла в пластике достаточно велико. Среди минусов метода можно назвать узкий ассортимент продуктов, высокую стоимость оборудования и сердечника. Внешний вид готового изделий не всегда получается нужного качества.

Рис. 3. Намотка трубы

6. Технология RFI

Суть технологии под названием Resin Film Infusion заключается в закладке стеклотканей и слоев вязкой пленки из связующего в форму с получением полуфабрикатного пакета. Затем его закрывают пленкой, создавая в форме вакуумное разрежение. На следующей стадии форму переносят в термошкаф (используют также автоклавы). При нагреве в нем полимер расплавляется и пропитывает полуфабрикат. Затем происходит реакция сшивки смолы.

Для RFI технологии используют исключительно эпоксидные связующие, но волокна любого типа. Среди преимуществ процесса высокий процент стекловолокна и низкий – газообразных включений, хорошие прочностные свойства и низкая себестоимость, а также экологичность. Основным минусом является необходимость специального оснащения производства: вакуумной системой, термошкафом или автоклавом.

7. Препреги

Метод препрегов использует предварительно пропитанные связующими стеклянные ткани. Они пропитываются предкатализированным полимером при нагреве и повышенном давлении. Затем, если необходимо, препреги можно хранить продолжительное время, желательно при низкой температуре. В процессе формования их помещают на формующую поверхность и используют мешок для вакуумирования области формования. Материал нагревают в зависимости от типа смолы до 120-180 градусов. Связующее становится текучим и пластик занимает полость формы. Затем, как обычно, происходит сшивка полимера и система переходит в твердый продукт заданной формы.

При использовании технологии препрегов применяют эпоксидные, полиэфирные, фенольные и некоторые другие типы полиреактивных полимеров в качестве связующего и волокна любого типа. Достоинства метода – большой процент стекловолокна и малое количество газа. Также важны возможная автоматизация процесса, экологичность и хорошие показатели охраны труда. Из недостатков отметим дорогостоящие компоненты и ограниченные размеры получаемых деталей.

Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на

Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на

Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий

Источник