Стекловолоконные армирующие материалы (САМ) представляют собой композитные материалы из стеклянных волокон. Придают прочность и жесткость полимерной матрице. Форма САМ зависит от вида материала, для которого они изготовлены.
Стекловолокно – материал из тонких гибких нитей, которые получают путем вытягивания из стекла.
Характеристики стекловолоконных армирующих материалов
САМ классифицируются по видам и свойствам в зависимости от химического содержания основы материала и наполнителей. Подразделяются на марки:
- E (electrical) – низкой электрической проводимости;
- S (strength) – высокой прочности;
- А (alkali) –высокое содержание щелочных металлов, известково-натриевое стекло;
- K значительная термическая стойкость;
- C (chemical) – высокой химической стойкости;
Для наглядности сравнения свойств САМ с материалом, где стекловолокно является наполнителем, рассмотрим популярную в строительстве арматуру ПЭТФ, где основой материала является полиэтилентерефталат.
Сравнительные механические и физические характеристики САМ и ПЭТФ приведены в таблице (см. табл. 1).
|
Свойство |
Тип стекловолокна |
ПЭТФ |
|
|
Е |
S |
||
|
Температура размягчения, °С |
830-860 |
1056 |
160-180 |
|
Плотность, г/см³ |
2,54 |
2,40-2,58 |
1,38-1,40 |
|
Коэффициент линейного расширения, *10-6 1/°С |
5,0 |
2,5 |
0,8-1,3 |
|
Прочность элементарного волокна, МПа |
3500 |
4600-4900 |
— |
|
Модуль упругости, ГПа |
73 |
82-93 |
2,5-3,0 |
|
Удлинение до разрыва, % |
4,8 |
5,4 |
2-4 |
|
Теплоемкость, Дж (кг*К) |
800 |
740 |
990-1290 |
|
Теплопроводность, Вт/(м*К) |
0,86-0,92 |
— |
0,14-0,2 |
Таблица 1
Таблица 1 наглядно демонстрирует преимущества стекловолоконных армируемых материалов.
Наиболее широкое применение в народном хозяйстве нашли САМ четырех видов:
- Стекломаты;
- Стеклоткань;
- Стеклоровинг;
- Стеклопластиковая арматура.
Стекломат представляет собой многофункциональный армирующий материал, играющий роль армирующей основы для увеличения толщины при изготовлении изделий из стеклопластика.
Стекломат
Обладает высокой устойчивостью к механическим нагрузкам, огнестойкий, прочный. Идеально подходит для работы с ненасыщенными полиэфирными смолами. Имеет хорошую пластичность, длительный срок эксплуатации, устойчив к гниению, плесени, грибкам. Стеклоткань – это материал, изготовленный из стекловолокон на ткацком станке путем переплетения волокон.
Стеклоткань
Характеризуется высокой прочностью на разрыв и сжатие, устойчивостью к коррозии, низкой теплопроводностью, малым весом, отменными диэлектрическими свойствами. Обладает повышенной стойкостью к химическим и биологическим средам, имеет большой эксплуатационный ресурс.
Стеклоровинг – это жгут из нитей непрерывного стекловолокна. Является основой при изготовлении стекломатов, стеклотканей, композитов из стекловолокна.
Обладает высокой стойкостью к химическим веществам, прочностью и пластичностью. Экологически чистый материал, отличающийся отличными тепло-гидро-звукоизоляционными свойствами. Легко выдерживает перепады температур. Не пропускает электрический ток.
Стеклопластиковая арматура представляет собой стержневую основу из стеклопластика, пропитанную связующим полимерным составом. В зависимости от материала изготовления делится на стеклокомпозитную (из стекловолокна и смолы – АСК, АСП), арамидокомпозитную (из полиамидных волокон – ААК, ААП), комбинированную (из стекловолоконных стержней с покрытием базальтовыми волокнами – АКК).
Положительными свойствами арматуры являются высокая прочность, низкая теплопроводность, повышенная устойчивость к агрессивным средам, радиопрозрачность, магнитоинертность, экологичность.
Преимущество стеклопластиковой арматуры
Из недостатков отмечаются низкие пластичность и упругость, исключение из конструкций, работающих на растяжение.
Применение стекловолоконных армирующих материалов
Исходя из свойств САМ нашли широкое применение во многих отраслях деятельности человека.
В строительстве они используются при изготовлении теплоизоляции кровли, наливных полов, стен и перегородок, труб различного назначения, сантехнических изделий. Во многих конструкциях металлическая арматура заменяется композитной.
В автомобильной промышленности – для изготовления кузовных элементов и множества деталей.
В качестве армирующего материала являются незаменимыми в конструкциях бассейнов, септиков, ограждений, МАФ (малые архитектурные формы) дворов, в том числе контейнеров для мусора, вазонов для цветов, растений.
МАФ из пластика
Энергетика, электротехнические устройства не обходятся без изоляторов, печатных плат, корпусов электрооборудования, в которых САМ отводится ведущая роль.
Кроме перечисленных, армированное стекловолокно нашло применение в химической промышленности, медицине, оборонной промышленности, мебельном производстве.
Испытания стекловолоконных армирующих материалов
Многоуровневая система проверки качества включает как визуальный осмотр, так и лабораторные испытания образцов изготовленного материала.
Испытания САМ проводятся для определения свойств материала и соответствия нормативным требованиям. С этой целью разработан ряд соответствующих стандартов.
В качестве примера рассмотрим требования к испытанию сетки из стекловолокна на прочность и удлинение при разрыве. Руководящим документом на проведение испытаний является ГОСТ 34275-2017.
В соответствии с требованиями стандарта для создания растягивающей нагрузки должна использоваться разрывная машина, обеспечивающая постоянную скорость движения захватов.
Для испытания подготавливают 28 образцов, хранящихся в различных условиях. После их кондиционирования в определенных условиях приступают к испытаниям.
Образец фиксируется в захватах разрывной машины и создают предварительное натяжение нагрузкой 10 Н. При этом скорость движения захватов не должна превышать 5 мм/мин.
Далее измеряют длину образца между захватами. После этого производят увеличение нагрузки при скорости движения захватов 50 ± 5 мм/мин до разрыва образца. Приложенная нагрузка, расстояние между захватами в момент разрыва и скорость движения захватов фиксируются КИП машины.
После окончания испытаний полученные результаты обрабатываются. Математическим путем определяются прочность и удлинение САМ при разрыве.
Для определения качества стекловолоконных армирующих материалов применяется множество стандартов. Например:
- ГОСТ 6943.10-2015 «Материалы текстильные стеклянные. Методы определения разрывной нагрузки и удлинения при разрыве»;
- ГОСТ 34275-2017 «Сетки из стекловолокна щелочестойкие армирующие фасадные. Метод определения механических свойств»;
- ГОСТ Р 55877-2013 «Трубы и детали трубопроводов из реактопластов, армированных стекловолокном. Методы испытаний. Определение износостойкости внутренней поверхности»;
- ГОСТ 6943.13-2015 «Стекловолокно. Метод определения жесткости ровинга»;
- ГОСТ Р ИСО 10467-2013 «Трубопроводы из армированных стекловолокном термореактопластов на основе ненасыщенных полиэфирных смол для напорной и безнапорной канализации и дренажа. Общие технические требования»;
- ГОСТ Р 57863-2017 «Композиты полимерные. Армированные термопластичные листы. Общие технические требования и методы испытаний»;
- ГОСТ Р 57067-2016 «Система внешнего армирования из полимерных композитов. Метод определения межслойной прочности на сдвиг».
и другие.
