Țevile din fibră de sticlă sunt țevi din fibră de sticlă . Sunt utilizate atât pentru transportul diferitelor medii de-a lungul acestora, cât și ca elemente structurale (suporturi, stâlpi, traverse, cochilii).
Apariția și producerea țevilor din fibră de sticlă a devenit posibilă la mijlocul anilor 1950, când s-a stăpânit producția industrială de lianți termoplastici (în primul rând rășini epoxidice) și fibre de sticlă. Chiar și atunci, avantajele acestor țevi au devenit evidente: greutate redusă și rezistență ridicată la coroziune. Cu toate acestea, în această perioadă, ei nu au putut încă câștiga nicio cotă de piață a produselor din țevi din cauza prețului scăzut al materialelor de țevi „tradiționale”: oțel (inclusiv oțel inoxidabil), cupru și aluminiu. La mijlocul anilor 1960, situația a început să se schimbe. În primul rând, prețul oțelului aliat și al aluminiului a crescut brusc. În al doilea rând, începerea producției de petrol pe rafturile maritime și în zonele de uscat greu accesibile a necesitat folosirea unor țevi ușoare și rezistente la coroziune. În al treilea rând, tehnologia de producție a țevilor din fibră de sticlă a fost îmbunătățită, iar performanța produsului a fost îmbunătățită. În acești ani, Ameron (SUA) a stăpânit producția pe scară largă de țevi din fibră de sticlă de înaltă presiune (până la 30 MPa) pentru câmpurile petroliere. Țevile au avut un succes comercial și au apărut mulți producători de produse din fibră de sticlă în SUA. În anii 1970, țevile din fibră de sticlă fabricate în SUA au devenit larg răspândite în câmpurile petroliere din America de Nord și Orientul Mijlociu.
În anii 1980, interesul pentru țevile din fibră de sticlă a apărut în toate țările industrializate. Producția și aplicarea lor s-au stăpânit în Europa, Japonia, Taiwan. Au început experimentele cu privire la utilizarea țevilor din fibră de sticlă în URSS.
Începând cu 2020, sunt cunoscute cinci tehnologii fundamental diferite pentru producția de țevi din fibră de sticlă:
Tehnologia de înfăşurare (înfăşurare) este cea mai simplă de implementat şi oferă performanţe ridicate. Înfășurarea poate fi atât periodică, cât și continuă. Tehnologia de înfășurare asigură o înaltă calitate a suprafeței interioare a țevii datorită modelării acesteia pe suprafața exterioară a dornului, dar calitatea suprafeței exterioare este scăzută datorită absenței elementelor de formare în exterior. Pentru conductele utilizate pentru transportul lichidelor și gazelor, această din urmă circumstanță nu este esențială.
Înfășurare cunoscută folosind lianți polimerici termorigid (poliester, epoxi, fenol-formaldehidă și alte rășini) și termoplastici (polipropilenă, polietilenă, poliamidă, polietilen tereftalat etc.). Atunci când utilizați lianți termoplastici, sunt posibile tehnologii de înfășurare într-o etapă și în două etape. Atunci când se utilizează o tehnologie cu o singură etapă, procesul de combinare (impregnare) a unei umpluturi fibroase cu un liant termoplastic și înfășurare pe un dorn are loc secvenţial pe aceeași instalație tehnologică [1] . Când se utilizează o tehnologie în două etape, în primul rând, ca rezultat al operației de combinare, se obține un material preimpregnat (preimpregnat) sub formă de fir, bandă, șuviță. Preimpregnatul rezultat este apoi reîncălzit și aplicat pe dorn.
Există multe modalități de așezare a fibrelor de sticlă de armare, dar metodele spiral-anulare, spirală-bandă, longitudinal-transversale și oblice longitudinal-transversale și-au găsit aplicație industrială.
Înfășurare spiralăMetoda a fost propusă și implementată pentru prima dată de Ameron (SUA) în anii 1960 pentru producția de tuburi din fibră de sticlă. Cu înfășurarea cu inel spiralat (SKN), stivuitorul, care este un inel cu matrițe uniform distanțate în jurul circumferinței, se deplasează înainte și înapoi de-a lungul axei dornului rotativ. Această mișcare asigură că fibrele sunt continue pe toată lungimea, cu un pas egal de-a lungul liniilor elicoidale. Variind raportul dintre viteza de rotație a dornului și mișcarea de translație a stivuitorului, este posibilă modificarea unghiului de stivuire a fibrelor. La secțiunile de capăt ale țevii din zona de inversare a stivuitorului, unghiul de așezare al fibrelor este redus, astfel încât acestea să fie menținute pe suprafața dornului prin forțe de frecare. Din acest motiv, fibrele rețin tensiunea dată de stivuitor, iar după întărirea liantului, armătura conductei devine solicitată, ceea ce îmbunătățește proprietățile fizice și mecanice ale produsului.
Avantajele înfășurării cu inel spiralat includ:
Datorită acestor avantaje, înfășurarea cu inel spiralat a devenit larg răspândită în fabricarea țevilor de înaltă presiune (în special, țevilor), țevilor structurale, suporturilor compozite pentru liniile de transmisie a energiei și carcaselor motoarelor rachete cu combustibil solid.
Cu toate acestea, această tehnologie are dezavantajele ei:
Datorită acestor dezavantaje, înfășurarea cu inel spiralat este rar utilizată pentru producția de țevi cu diametru mare.
Înfășurare cu bandă în spiralăConform principiului, înfășurarea cu bandă spiralată (SLN) nu diferă de înfășurarea cu inel spiralat, totuși, stivuitorul formează doar o bandă îngustă constând din câteva zeci de fibre. Continuitatea armăturii este asigurată de treceri multiple ale stivuitorului. Această tehnologie este mai simplă decât cea spiral-inolară și permite formarea țevilor de diametre mari, dar are o serie de dezavantaje:
Cu toate acestea, înfășurarea cu bandă spiralată este utilizată pe scară largă în producția de țevi de uz general de joasă și medie presiune.
Înfășurare longitudinală-transversalăCu înfășurarea longitudinală-transversală (PPN), fibrele care întăresc conducta în direcțiile longitudinale și transversale sunt așezate independent unele de altele. În acest caz, nu este necesară o mișcare inversă a stivuitorului și această metodă este potrivită pentru înfășurarea continuă. Avantajele PNP includ:
Dezavantajele PPN:
Înfășurarea longitudinală transversală și-a găsit o aplicație largă în producția în linie a țevilor din fibră de sticlă cu diametre mici (până la 75 mm).
Înfășurare oblică longitudinală-transversalăTehnologia a fost dezvoltată în URSS la Institutul de Aviație din Harkov pentru producția în masă a carcasei din fibră de sticlă pentru rachete. Puțin cunoscut în afara Rusiei și Ucrainei. În Rusia, dimpotrivă, a fost răspândită până la mijlocul anilor 2000. În cazul înfășurării oblice longitudinal-transversale (CCW), un stivuitor formează o pseudo-bandă constând dintr-un mănunchi paralel de fibre impregnate cu un liant, înfășurat sub un unghi ușor pe suprafața dornului (formând o armătură inelară), care se inveleste in prealabil cu fibre neimpregnate, care formeaza armatura axiala dupa pozare. Pseudo-dolentul este plasat pe dorn cu o suprapunere pe bobina anterioară. După așezarea pe dorn, straturile de pseudobandă sunt rulate cu role, a căror suprafață exterioară are linii elicoidale. Laminarea cu role compactează stratul de armare, îndepărtând excesul de liant. Ca urmare, stivuirea fibrelor este foarte densă, iar stratul de liant dintre ele are o grosime minimă, ceea ce are un efect pozitiv asupra rezistenței fibrei de sticlă și reduce combustibilitatea acesteia. Datorită rulării, este posibil să se obțină un conținut de sticlă în fibra de sticlă întărită de 75-85% în greutate - un rezultat neatins pentru alte metode (SKN oferă un conținut de sticlă de ordinul 65-70%, iar SLN și PPN - 45-60%). Variind suprapunerea, este posibilă modificarea grosimii peretelui țevii așezat într-o singură trecere. Această metodă face posibilă implementarea înfășurării continue, precum și înfășurarea țevilor cu diametru mare cu un număr mic de fibre așezate simultan.
Avantajele CPP includ:
Dezavantajele CPP includ:
Înfășurarea cu pânză de sticlă este folosită relativ rar, din cauza costului mai mare al pânzei de sticlă în comparație cu fibrele nețesute. În ceea ce privește proprietățile tehnologice, înfășurarea cu fibră de sticlă este aproape de CPV și este uneori folosită pentru producția la scară mică de țevi de dimensiuni mari.
În 1957, în orașul elvețian Basel, a luat naștere ideea de a folosi țevi din plastic armate cu fibră de sticlă turnate centrifug (CC-GRP - Plastic Centrifugally Cast Fiber Reinforced Plastic). Această tehnologie a fost dezvoltată, aplicată și patentată pentru prima dată de HOBAS
În această metodă, materialele care alcătuiesc peretele conductei sunt alimentate de un alimentator controlat de un controler digital în interiorul unei matrițe de oțel care se rotește rapid.
Compoziția materialelor este rășină poliesterică, fibră de sticlă tocată, nisip de cuarț și făină de marmură.
Diametrul interior al matriței rotative este diametrul exterior al țevii finite din fibră de sticlă. Acest lucru face posibilă obținerea unei țevi cu o precizie a diametrului exterior de 0,1 mm.
Această metodă face posibilă, de asemenea, ca peretele conductei să fie mai omogen și mai monolitic, pentru a evita incluziunile și delaminările gazoase.
Deoarece peretele țevii poate fi turnat în aproape orice grosime, produse compozite cu rigiditate inelă crescută (mai mult de SN 12.000 n/m² și țevi pentru microtunel care pot rezista la sarcini axiale mari sunt produse în principal în acest mod.
Pultruzia este o metodă de înaltă performanță pentru producția de țevi din fibră de sticlă și asigură o calitate înaltă a suprafeței exterioare și interioare. În același timp, pultruzia are o serie de limitări:
Pultruzia este utilizată pentru producția în masă a țevilor din fibră de sticlă cu diametre mici și presiuni de lucru scăzute pentru instalații sanitare și încălzire, precum și în producția de tije din fibră de sticlă.
Țevile din fibră de sticlă extrudată nu au un cadru de armare obișnuit solid. Liantul este umplut cu fibră de sticlă tocată orientată aleatoriu. Această tehnologie este simplă și extrem de productivă, dar absența armăturilor solide înrăutățește semnificativ caracteristicile fizice și mecanice ale țevilor. Materialele termoplastice (polietilenă, polipropilenă) sunt utilizate în principal ca matrice polimerică pentru țevile din fibră de sticlă extrudată.
Relevanța și fezabilitatea economică a utilizării țevilor din fibră de sticlă este determinată de o serie de caracteristici operaționale ale acestora în comparație cu alte tipuri de țevi.
Pe baza acestor caracteristici, s-au format o serie de domenii de aplicare a țevilor din fibră de sticlă:
În industria petrolieră, țevile din fibră de sticlă sunt utilizate datorită rezistenței lor ridicate la coroziune în medii agresive (ape de formare, țiței, fluide de foraj și de proces) în comparație cu oțelul și rezistență specifică ridicată în comparație cu polimerii termoplastici [2] .
Fibra de sticlă este utilizată la fabricarea țevilor și conductelor (sisteme RPD) cu un diametru de până la 130 mm pentru presiuni de funcționare de până la 30 MPa, țevi pentru conducte de colectare a uleiului cu un diametru de până la 300 mm pentru presiuni de funcționare de până la 5 MPa, conducte principale cu un diametru de până la 1200 mm pentru presiuni de funcționare de până la 2,5 MPa.
În industria cărbunelui, există restricții cu privire la materialele utilizate în minele închise. Deci regulile de siguranță din minele de cărbune stabilesc că produsele fabricate din materiale nemetalice situate în minele închise trebuie să aibă un indice de oxigen de cel puțin 28%, să fie cu ardere lentă, greu de aprins (conform GOST 12.1.044). , iar produsele lor de ardere nu ar trebui să fie foarte toxice. Din aceste motive, utilizarea țevilor de polietilenă și polipropilenă în minele de cărbune este imposibilă. În același timp, țevile din fibră de sticlă îndeplinesc aceste cerințe. Utilizarea țevilor din fibră de sticlă în mine este recomandabilă din mai multe motive:
Țevile din fibră de sticlă și-au găsit aplicații în locuințe și servicii comunale, în principal ca țevi de canalizare. Acest lucru se datorează faptului că conductele de canalizare au diametre de ordinul 600-2500 mm, funcționând fără presiune internă sub sarcini externe de la presiunea solului și a apei subterane. Rigiditatea inelului mare a fibrei de sticlă vă permite să creați țevi pentru aceste condiții.
O altă aplicație a țevilor din fibră de sticlă în locuințe și servicii comunale sunt toboganele de gunoi. În ultimii 10-15 ani, conductele din fibră de sticlă au fost folosite și ca conducte de fum în cazanele pe gaz și centralele termice.