Что такое стеклопластик, особенности производства

Стеклопластик — это обобщенное название композитных материалов, получаемых на основе полимерного связующего и разнообразных наполнителей и добавок, используемых для получения требуемых свойств состава. 

Стеклопластики широко распространены в строительной индустрии, производстве конструкционных деталей, труб, корпусов маломерных судов и многого другого. Имеющееся в качестве компонента материала стекловолокно выполняет армирующую функцию, обеспечивающую высокие физико-механические характеристики стеклопластика. Полимерные смолы служат для соединения наполнителей в стабильную монолитную систему.

Особенности производства и применение

В большинстве случаев стеклопластики производят в виде листов (пластин). Они изготавливаются способом горячего прессования полимерного связующего, которые предварительно перемешивается со стекловолокном или стеклотканью, выполняющим армирующую функцию. В современной промышленности освоено несколько технологий производства стеклопластиков на основе разных полимерных смол. Наиболее популярными являются полиэфирные, винилэфирные и эпоксидные. 

Классификация разновидностей материалов осуществляется по следующим критериям:

• способ формования;
• химическая структура;
• назначение.

Основные способы изготовления продукции с использованием стеклопластиков

Картинка взята на сайте stock.adobe.com в разделе бесплатно stock.adobe.com/ru/free

Ручное формование

Данный способ предусматривает пропитку стеклянного волокна полимером при помощи ручных приспособлений и инструментов: валиков и кистей. Получаемый таким образом полуфабрикат называется стекломатом. Затем его формуют при помощи раскаточных валиков, в результате чего из состава удаляются воздушные пузыри. 

После отвердевания мат извлекается из формы и подвергается окончательной обработке: удалению грата, созданию отверстий и пазов, шлифованию. При ручном формовании допускается применение практически любых смол и видов стекловолокна, которые технологически сочетаются друг с другом.

Напыление

При использовании данной технологии стеклонить поступает на ножи специального рубящего устройства, после которого получается рубленый ровинг. Эти отрезки перемешиваются с потоком полимерного связующего и специального катализатора, после чего поступают на формование. После прикатки материал должен затвердеть. 

Напыление используется для изготовления стеклопластиков на основе полиэфирных смол. Технология давно отработана, обеспечивает высокую производительность. Но имеет и недостатки, основными из которых считаются: 

• высокий расход полимера;
• большая масса получаемого конечного продукта;
• низкая прочность стеклопластика. 

ТехнологияRTM

Данный способ (англ. Resin Transfer Moulding) чем-то напоминает литье пластмасс под давлением. Исходный материал помещают в специальную форму-матрицу, в которую закрепляют пуансон. Полимер в условиях высокого давления направляется в формообразующую полость. После окончательной пропитки стекловолокна впрыск прекращается, а полученный таким образом полуфабрикат сшивается непосредственно в форме. Отвердевание происходит при повышенной температуре. 

Технология RTM предназначена для работы с эпоксидными или полиэфирными смолами. Способ позволяет получать стеклопластик с высоким содержанием стекла и низким уровнем воздушных включений. 

Пултрузия

Способ пултрузии схож с технологией экструзии термопластов. При его использовании стекловолокно направляется из катушечной рамы через специальную емкость, в которой находится вяжущий состав. После этого подогретый материал поступает в формующую фильеру, где с него удаляются излишки полимера, осуществляется формование и происходит отвердевание. Затем полотно стеклопластика нарезается на мерные отрезки. 

В пултрузии используются эпоксидные, полиэфирные, винилэфирные смолы, а также любые виды стекловолокна. Получаемый материал характеризуется высокой прочностью, а технология — отсутствием выбросов и достойными условиями труда.

Намотка

Этот метод чаще всего используется при изготовлении труб, емкостей, иных пустотелых конструкций. Технология заключается в пропускании стекловолокна сквозь ванну, в которой находится связующий полимер. После этого оно проходит через систему валиков натяжения, где пропитанные волокна натягивают, удаляют с них излишнюю смолу и наматывают на сердечник. После полного затвердевания материал с сердечника снимается. 

Технология отличается высокой производительностью, получаемый стеклопластик прочен и имеет незначительный вес. 

Метод RFI (Resin Film Infusion)

Этот способ предусматривает закладку стеклотканей и слоев вяжущего материала в специальную форму, где получается полуфабрикатный пакет. Его закрывают пленкой в условиях вакуумного разряжения и отравляют в термошкаф или автоклавы, где полуфабрикат расплавляется и пропитывается эпоксидной смолой. 

Конечный продукт содержит высокий процент стекловолокна и мало воздушных пузырьков.

Препреги

Технология препрегов применяет исключительно стеклоткани, которые ранее были пропитаны эпоксидными, полиэфирными, фенольными и иными полиреактивными полимерными связующими. При формовании используется специальный вакуумный мешок, в котором полуфабрикат нагревается до 120-180 градусов. Смола приобретает текучесть и занимает всю форму, в которой полимер сшивается и отвердевает. 

Достоинства технологии: высокий процент стекловолокна в продукте и низкое содержание газа.

Преимущества стеклопластиков

Стеклопластик обладает множеством преимуществ, которые и определяют столь важное место данного материала в современной индустрии. Основные из них:

• небольшая плотность (400 - 1800 кг/куб.м), что обеспечивает стеклопластику особые преимущества в транспортировке;
• отличные диэлектрические свойства, позволяющие широко применять материал в электронике и электротехнике;
• высокая антикоррозионная стойкость, химическая и электрохимическая инертность;
• эстетичность изделий из стеклопластика, возможность окрашивания в различные цвета;
• широкие физико-механические свойства, позволяющие получать марки стеклопластик с характеристиками, превосходящими металлы;
• низкий коэффициент теплопроводности, благодаря чему стеклопластики широко применяются для производства конструкций промышленных предприятий, судовых корпусов, железнодорожных вагонов и т.д.;
• долговечность. 

Учитывая простоту технологий изготовления стеклопластиков и их относительную дешевизну, данные материалы следует рассматривать как одни из самых эффективных и перспективных для развития современной индустрии.