Технологии производства изделий и резервуаров из стеклопластика

Технологии производства изделий и резервуаров из стеклопластика.

Метод контактного формования.

Для производства изделий из армированных композитных материалов (стеклопластика) давно применяется ручное или, как его еще называют, контактное формование.
Технология контактного формования включает 2 основных этапа: сначала поверхность формовочного цилиндра (дорна) покрывается синтетическими смолами, далее на слой смолы наносится армирующий каркас. Операция может быть выполнена как для неподвижного, так и для вращающегося дорна. В последнем случае достигается более высокое качество изделия, за счет равномерного покрытия поверхности армирующим слоем.

С целью получения антикоррозионного слоя формовочный цилиндр покрывается смолой синтетического происхождения, после чего на него накладывается вуаль. А чтобы увеличить прочность изделия, наносят стеклоткань, либо стекломат. И, наконец, покрывают армирующий слой  связующим, раскатывая небольшим валиком.

Когда антикоррозионный слой начинает затвердевать, наносят структурные слои. Сначала дорн покрывают синтетической смолой, а потом укладывают армирующий наполнитель с последующим увлажнением. Структурный слой получается от 350 до 400мм - это зависит от тепловыделения при реакции смешивания слоев. Если не наблюдается сильное нагревание, то происходит затвердевание всех слоев, толщина которых не превышает 2.5 дюйма.

Армирующий наполнитель, предназначенный для изготовления структурных слоев, применяется следующим способом: сначала производится покрытие слоями стекломата, в состав которого входят ровинговые рубленые стеклянные волокна, а затем стеклотканью. Данные операции производятся на вращающемся дорне поочередно до получения покрытия требуемой толщины.

Когда структурные слои полностью затвердеют, полученный каркас цилиндрической формы снимается с дорна.

Процесс производства торцевых крышек для емкостей из композитного материала состоит из 2-х этапов: сначала в специальную форму кладется армирующий наполнитель с определенным количеством искусственной смолы, а затем поверхность стеклоткани увлажняется по методу, описанному ранее. Детали достают из формы только после их полного затвердевания, и затем, при помощи клеящего состава, они герметично соединяются с торцевыми крышками.

Существует еще один метод нанесения смол - вместе с армирующим наполнителем. Для этого необходим так называемый чоппер-ган - устройство, предназначенное для измельчения стекловолокна и нанесения стеклопластика на цилиндрическую поверхность формы. Чтобы достигнуть равномерного распределения волокон в слое, распылитель чоппера работает в режиме автоматического цикла.

Главное достоинство контактного формования состоит в том, что эта технология позволяет использовать различные виды армирующего наполнителя - от стеклоткани из некрученых волокон до стекломата. Причем расположение рубленых волокон в стекломате, как правило, произвольное.

Для повышения прочностных характеристик изделий (емкостей) применяют стеклоткань. Из-за преимущественно кольцевой ориентации волокон армирующий наполнитель используется максимально эффективно.
Плюсом использования ровинговой стеклоткани также является увеличение прочности готового изделия, однако здесь требуются гораздо большие по сравнению с другими материалами трудозатраты на её пропитку.

Метод филаментной намотки.

Для современного изготовления стеклопластиковых резервуаров чаще всего используется метод филаментной намотки. Суть технологии заключается в следующем: сначала формируется цилиндрическая часть резервуара, а затем монтируются торцевые части и крышки. Для их соединения применяется специальный клеящий состав. Крышки изготавливаются по способу, рассмотренному ранее (см. контактное формование).

Намотка стекловолокна производится на дорн цилиндрической формы. После того, как слой окончательно отвердеет, его снимают с дорна. Иногда применяют специальные складывающие дорны.

Изготовление антикоррозионного слоя

Данный слой получается путем намотки на подготовленную оправку синтетической либо стеклянной вуали и последующим пропитыванием связующим составом. Способом напыления на поверхность антикоррозионного слоя наносится пропитанный синтетической смолой рубленый стеклоровинг. Для получения гладкой поверхности также используется прокатка валиком.

Изготовление структурного слоя

Сначала производится послойная намотка стеклоровинга на оправку. Этот стекловолоконный материал предварительно пропитывается связующим составом. Оправка представляет собой оснастку-трубу, диаметр которой выставляется и подгоняется под конкретный диаметр будущего резервуара. После того, как изготовление структурного слоя завершено, оправка извлекается.

Выбор направления намотки стеклоровинга в устройстве определяется перемещением нитепроводника. Контроль ориентации стекловолокон достигается правильным подбором скоростей поперечного перемещения нитепроводника и вращением оправки. Если нитепроводник движется медленнее, чем вращается оправка, то ориентация волокон выстроится точно по окружности оправки - так осуществляется кольцевая намотка. При скорости движения нитепроводника, превышающей вращение оправки, тип намотки изменится на перекрестную (второе название - спиральная). В первом случае угол намотки составляет 90 градусов, во втором для спиральной намотки - задается в пределах от 50 до 80 градусов.

Наиболее распространенный подход к изготовлению стеклопластиковых резервуаров состоит в поочередном нанесении спиральной и кольцевой намотки. Способ чередования непосредственно влияет на прочностные характеристики готового изделия.
Синтетическая смола на стеклоровинг наносится путем его погружения в ванну, заполненную этой смолой. Для филаментной намотки значение вязкости смолы должно быть в пределах от 250 до 400 мПа.

Производство двустенных резервуаров способом филаментной намотки предполагает создание промежуточного слоя, состоящего из специального материала. В этот слой встраиваются датчики, сигнализирующие о наличии утечки. Иногда для создания пространства между слоями намотки применяют 3D-стеклоткань. Она формирует пространство, в которое можно поместить датчики утечки сред. К другим распространенным вариантам для заполнения межслойного пространства относятся вспененный открыто-ячеистый материал и соты, сделанные из стеклопластика.

Достоинство этого способа изготовления очевидно - это значительная прочность стеклопластиковых резервуаров и соответствие высочайшим требованиям к  надежности и сейсмостойкости во время эксплуатации.
Кроме изготовления стеклопластиковых резервуаров для хранения воды и химически агрессивных сред, филаментная намотка находит применение в изготовлении стеклопластиковых труб диаметром от 200 до 3600 мм для химической, нефтегазовой отраслей и коммунального хозяйства.

Метод напыления.

Данный способ представляет собой модификацию филаментной намотки. Для изготовления стеклопластиковых резервуаров путем напыления измельченного стеклоровинга одна часть стеклянных волокон наматывается на дорн, а другая напыляется на структурные слои пневматическим пистолетом.

Стеклянные волокна, нанесенные способом филаментной намотки, служат для закрепления на поверхности рубленого стеклоровинга и достижения требуемого значения прочности на разрыв. Это обеспечивает достаточный запас прочности для эксплуатации резервуара и сопротивления гидравлическому давлению, действующему на стенки стеклопластиковых емкостей изнутри. Способ напыления позволяет заметно ускорить производственный процесс за счет части технологических операций, выполняемых чоппер-ганом.
В частности, отпадает необходимость в цикличных проходах нитепроводника, так как рубленый стеклоровинг покрывает намотку при помощи нанесения за один раз.

Направление  стеклянных волокон при использовании способа напыления можно задать произвольно, при этом часть стекловолокон наносится на поверхность дорна путем филаментной намотки. Напыление уступает филаментной намотке лишь по прочности - у изделий, изготовленных первым способом, она получается выше.

Способ напыления измельченного стеклоровинга, вкупе с кордной стеклотканью, широко применяется в "полевых" производственных условиях. Такой подход доказал свою эффективность в случаях, когда требуется получить резервуары больших размеров. С этой целью используется намотка в вертикальном положении. Рубленое волокно наносится при помощи пистолета, а управление всеми этапами производственного процесса осуществляется с компьютера.

Существенным плюсом ручной намотки либо стеклоткани является достижение максимально возможной осевой прочности.

Метод центробежной отливки.

Еще одним распространенным способом изготовления промышленных технических изделий  из стеклопластика является центробежное литье. 
Данная технология отлично зарекомендовала себя в производстве труб различного назначения и диаметра, однако в ряде случаев центробежное литье подходит и для производства стеклопластиковых емкостей. 
Суть данного метода заключается в следующем: внутреннее пространство вращающегося дорна заполняется смолой и рубленными стеклянными волокнами. Действующая во время вращения центробежная сила начинает прижимать эти материалы к стенке дорна. 

Из характерных особенностей центробежной отливки следует отметить обратный порядок изготовления емкостей: сначала происходит формирование структурного слоя, и только лишь потом - антикоррозионного. Ориентация расположения стекловолокон чаще всего произвольная по причине направления их заполнения - от внешнего слоя во внутрь.

Центробежное литье в разы облегчает процесс введения наполнителей. Самым распространенным наполнителем служит кварцевый песок, увеличивающий толщину стенки стеклопластикового резервуара с одновременным уменьшением его стоимости. Кроме этого, песок улучшает целый ряд эксплуатационных характеристик законченного изделия.

Для придания стеклопластиковым резервуарам необходимых технических свойств применяются специальные добавки. Одни служат для придания смолам заданной вязкости, другие усиливают устойчивость к воздействию прямого солнечного света и неблагоприятным погодным условиям. Есть добавки, обеспечивающие защиту стеклопластика от горения и окрашивающие материал в нужный цвет.