Стеклопластики в строительстве

 

Министерство образования  и науки РФ

 

Белгородский Государственный  Технологический Университет

им. В.Г. Шухова

Кафедра технологии стекла и керамики

 

 

Курсовая работа

по дисциплине «Использование стекла в композиционных

материалах и строительстве»

на тему: «Стеклопластики в строительстве»

 

 

 

 

                                

                                            Выполнила: ст. гр. 21ХСд-41у

    Кульжамуратов  Т.З.

                                                         Проверил:   к.т.н., проф.

                                                                                               Жерновая Н.Ф.

 Белгород   2013

 

Содержание

Введение……………………………………………..………………….............….3

1. Основные способы изготовления стеклопластика……………………….…4

2. Свойства стеклопластика……………………………………………………..10

3. Применение стеклопластиковых изделий в строительстве………………..12
4. Области применение стеклопластиков в строительстве, полученных методом пултрузии………………………………………………………………………13
5. Технологический процесс производства изделий из стеклопластика методом пултрузии…………………………………………………………………………..13
1. Выбор состава смолы………………………………………………………….15
2. Выбор состава армирующего стекловолокна……………………………….16
1. Расчет физико-химических свойств стекла……………………………17
3. Технологическая схема производства профиля методом 
     пултрузии на примере стеклопластиковой арматуры ………………..………20

Заключение………………………………………………………………………….24

Список литературы………………………………………………………….….…26

 

 

 

 

Введение

Стеклопластик — стеклонаполненный  композиционный материал, состоящий из наполнителя (стекловолокна - стеклянных нитеобразных волокон, ткани или мата), и связующего - смолы определённого вида. Наполнитель выполняет армирующую функцию и обеспечивает нужную прочность. Cмола придаёт материалу монолитность, способствует эффективному использованию прочности стекловолокна и распределению усилий между волокнами; защищает стекловолокно от агрессивных сред. 

Наибольшей прочностью обладают стеклопластики, содержащие ориентированно расположенные непрерывные волокна. Такие стеклопластики подразделяются на однонаправленные (у которых волокна расположены параллельно) и перекрёстные (у которых волокна под заданным углом друг к другу). Изменяя ориентацию волокон, можно в широких пределах регулировать механические свойства стеклопластиков.

Стеклопластик обладает низкой теплопроводностью, прочностью стали, долговечностью, биологической и химической стойкостью, является прекрасным диэлектриком, не подвержен гниению. Может обладать трудногорючестью, а при пожаре не выделяет сильнодействующий газ диоксин в отличие от поливинилхлорида.

Стеклопластики  обладают  высокой  ремонтопригодностью.  При повреждении  поверхности  изделий (трещины,  сколы,  промоины  и  т.  д.) ремонт  производится  в  кратчайшие  сроки (методом  напыления  рубленного волокна, либо наложением на повреждённые места стеклоткани, пропитанной смолой).  После  ремонта  стойкость  конструкции  увеличивается  из–за дополнительного слоя стеклопластика [1,2].

 

 

 

1. Основные способы изготовления стеклопластика

Метод ручного формования

Данный метод представляет собой послойное укладывание в форму или на форму армирующего материала (например, это может быть стеклоткань или стекломат) с одновременным пропитыванием каждого слоя смолой.

Пропитка армирующего материала  смолой осуществляется в данном случае с помощью кисти или валика. После пропитки осуществляют дополнительную укатку для устранения пузырьков воздуха и равномерного распределения  
смолы (рис.1).

При этом очень важно осуществить  тщательное устранение воздуха, поскольку впоследствии такие места могут быть очень мягкими и продавиться. В таком случае потребуется восстановление или даже замена детали. Вот почему работа должна выполняться квалифицированным рабочим персоналом.

Рис.1. Метод ручного  формования

 

После формирование изделие высыхает, а затем извлекается из формы, подвергается последующей обработке.

Достоинства данного метода: простота производственного процесса и дешевизна.

Недостатки: требуется квалифицированная  рабочая сила, вредные условия  труда, низкая производительность, высокая  вероятность воздушных включений в изделии, большое количество производственных отходов. 

Применяемые материалы: смолы: любые, волокна: любые.

Данная технология прекрасно подходит для небольших производственных объемов, или же для изготовления эксклюзивных деталей.

Метод напыления 

Этот метод использует специальный распылительный пистолет, в который подаётся стеклонить  (рис.2). Она рубится специальным пистолетным ножом на отрезки определенной длинны. Эти отрезки смешиваются со струёй катализированной смолы в воздухе и так наносятся на форму. Как и в случае с методом ручной формовки, после процесса требуется произвести укатку с целью удаления воздушных прослоек. Далее материал оставляют при обычной комнатной температуре для отвердевания [3].

Рис.2. Метод напыления

Преимущества метода: высокая скорость производства, то есть это довольно быстрый способ нанесения стекловолокна и смолы на форму, не требуется кроить стекломат или стеклоткань, дешевый исходный материал, небольшое количество производственных отходов. 

Недостатки: тяжёлый вес  изделия из-за обилия нанесённой смолы, ограниченные механические свойства изделия (поскольку нет длинных волокон), вредные условия труда.

Применяемые материалы: смолы- полиэфирные вязкие, стеклонить.

Данная технология получила распространение при мелкосерийном  производстве изделий, а также при производстве крупных изделий из стеклокомпозита (например, корпусов лодок и катеров, кабин, фрагментов авто и ж/д транспортных средств).

Метод намотки 

В данном методе армирующие волокна пропускаются через ванну  с активированной смолой (рис.3). После смоляной пропитки они наматываются на вращающийся сердечник до получения нужной толщины. При этом можно координировать угол намотки путем изменения движения подающей волокна тележки. Углы подачи можно изменять при изготовлении одного изделия и таким образом задавать ему определённые конечные характеристики.

Рис.3. Метод намотки

Преимущества метода: быстрая скорость укладки армирующего  материала, возможность регулировать соотношение между нитями и смолой, прочность изделия при достаточно низком весе, стойкость к гниению и коррозии, дешевизна материалов, высокая надёжность при эксплуатации в большом температурном диапазоне.

Недостатки: дорогое производственное оборудование, возможность изготовления только определенных видов изделий.  

Применяемые материалы: смолы - любые, волокна - любые, кроме сшитых тканей и матов.

Данная технология применяется  как правило для изготовления труб и трубок всевозможных диаметров, которые применяются в химической промышленности и нефтегазовой. Диаметр сечения такой трубы может быть от нескольких миллиметров (например, в устройстве удочек) до нескольких метров (например для строительства резервуаров и цистерн).

 

Метод инжекции

 

Технология инжекции заключается в следующем. Предварительно раскраивают стекловолокняный армирующий материал (стеклоткань или стекломат). Его выкладывают на матрицу и прижимают пуансоном, после чего под определённым давлением впрыскивается смола. После окончательной пропитки инжекцию (впрыскивание смолы) останавливают и в таком виде оставляют материал до полного высыхания, после чего уже извлекают из матрицы и придают дальнейшей обработке (если таковая требуется). Данный метод ещё также называют "RTM" - Resin Transfer Moulding.

Достоинства этой технологии: возможность получить высокое содержание стекла, точные размеры получаемых деталей, обе стороны детали имеют гладкую глянцевую поверхность; хорошие условия для работы и практически полное отсутствие выброса вредных веществ и отходов производства; высокая скорость производства, требуется малое количество рабочей силы, 

Недостатки: довольно дорогой и  сложный процесс. 

Применяемые материалы: смолы - винилэфирные, эпоксидные, полиэфирные, волокна - любые.

Метод оптимален при изготовлении большого тиража стеклопластиковых  изделий.

Метод пултрузии 

Пултрузия - процесс получения стеклопластикового профиля путем непрерывной вытяжки через нагретую до 120-150 градусов цельсия формообразующую фильеру стекломатериалов, пропитанных термореактивной смолой (рис.4). Стекломатериал сматывается со специальных катушек в сухом состоянии и поступает в устройство пропитки пултрузионного станка, где смачивается полиэфирной, эпоксидной или другой смолой. Под высоким давлением и температурой стекловолокно и смола превращаются в особый прочный материал. С помощью этой технологии появилась возможность получать стеклопластиковый профиль заданных свойств и сложных форм с высокой скоростью. Физические характеристики стеклокомпозита, полученного данным способом не меняются в широком температурном диапазоне от минус 70 до плюс 170 градусов цельсия.

Рис.4. Метод пултрузии

Методом пултрузии можно  получить изделия с любым профилем - стержень, уголок, труба, короб и так далее. Полученный стеклопластиковый профиль сочетает в себе уникальные свойства дерева, металла и полимера: низкую теплопроводность, высокую механическую и диэлектрическую прочность, устойчивость к агрессивным средам и резким перепадам температур, биологическую и атмосферную стойкость. Долговечность конструкций из стеклопластиковых профилей значительно превосходит срок службы аналогичных конструкций из других  
материалов. 

Достоинства метода: большая  скорость и тираж, автоматизированный процесс, недорогие материалы, хорошие структурные свойства изделий.

Недостатки: дорогое оборудование, ограниченность выпуском исключительно профиля. 

Применяемые материалы: смолы - эпоксидная смола, винилэфирная смола, полиэфирная смола и др, волокна - любые. 

Полученные методом  пултрузии стеклопластиковые профили  получают широчайшее применение в самых различных отраслях - в сельском хозяйстве, в строительстве, в производстве самых разнообразных вещей (рис.5) [4,5].

Рис.5. Изделия, полученные методом пултрузии

 

 

2. Свойства стеклопластика

 

Стеклопластик обладает многими очень  ценными свойствами, дающими ему  право называться одним из материалов будущего. Ниже перечислены некоторые из них.

Малый вес. Удельный вес стеклопластиков колеблется от 0,4 до 1,8 и в среднем составляет 1,1 г/см³.Удельный вес металлов значительно выше, например, стали – 7,8, а меди - 8,9 г/см³. Даже удельный вес одного из наиболее легкого сплава, применяемого в технике, - дюралюмина составляет 2,8 г/см³. Таким образом, удельный вес стеклопластика в среднем в пять-шесть раз меньше, чем у черных и цветных металлов, и в два раза меньше, чем у дюралюмина.

Экономия в весе на транспорте переходит в экономию энергии; кроме того, за счет уменьшения веса транспортных конструкций, можно повысить их полезную нагрузку и за счет экономии топлива увеличить радиус действия.

Диэлектрические свойства. Стеклопластики являются прекрасными электроизоляционными материалам при использовании как переменного, так и постоянного тока.

Высокая коррозионная стойкость. Стеклопластики как диэлектрики совершенно не подвергаются электрохимической коррозии.

 Существует целый ряд смол (некоторые полиэфирные смолы,  смолы Norpol DION), позволяющие получить стеклопластики стойкие к различным агрессивным средам, в том числе и к воздействию концентрированных кислот и щелочей.

Хороший внешний вид. Стеклопластики при изготовлении хорошо окрашиваются в любой цвет и при использовании стойких красителей могут сохранять его неограниченно долго.

Прозрачность. На основе некоторых марок светопрозрачных смол можно изготовить стеклопластики, по оптическим свойствам немногим уступающим стеклу.

Высокие механические свойства. При своем небольшом удельном весе стеклопластик обладает высокими физико-механическими характеристиками. Используя некоторые смолы, например Norpol Dion, и определенные виды армирующих материалов, можно получить стеклопластик, по своим прочностным свойствам превосходящий некоторые сплавы цветных металлов и стали.

Теплоизоляционные свойства. Стеклопластик относится к материалам с низкой теплопроводностью. Кроме того, можно значительно повысить теплоизоляционные свойства путем изготовления стеклопластиковой конструкции типа “сэндвич”, используя между слоями стеклопластика пористые материалы, например пенопласт.