Стеклопластиковые трубы
Свойства и назначение. Стеклопластиковые трубы изготовляют из полиэфирного полимера, армированного стекловолокном. Этот материал обладает рядом очень ценных качеств. Применяемое здесь стеклянное волокно по сравнению с органическими волокнами имеет большую прочность при разрыве, высокий модуль упругости, химическую стойкость, малую гигроскопичность, незагниваемость и огнестойкость.
В сочетании с полимером стеклянное волокно образует ценный армированный материал. Прочность его увеличивается благодаря клеящей способности полимера, который защищает стеклянное волокно от воздействия разрушающих факторов и равномерно распределяет напряжения между волокнами.
Трубы из стеклопластиков могут выдерживать рабочие температуры до 150°. Для сравнения напомним, что трубы из полиэтилена способны нормально работать лишь при температуре не выше 80°, а поливинилхлоридные — до температуры не выше 60°, причем лишь при давлении до 1 ат.
Стеклопластиковые трубы особенно широко применяют в нефтяной промышленности. Изготовляют также специальные трубы, предназначенные для устройства каркаса сборных юрт. Эти трубы вырабатывают на Мытищинском комбинате синтетических строительных материалов для нужд отгонных пастбищ Казахстана. Они имеют следующие технические характеристики:
Толщина стенки трубы, мм ………. 4
Наружный диаметр трубы, мм ……… 43
Содержание стекловолокна, % ……… 65
Предел прочности при сжатии вдоль оси, кГ/см² ….. до 3000
То же, при изгибе, кГ/см² …………….. 6000|
Необходимо отметить, что прочность стеклопластиковых труб уменьшается со временем под действием переменных нагрузок, ползучести и других факторов. Вопрос о длительности эксплуатации стеклопластиковых труб изучается; в настоящее время проводятся опытные работы по внедрению их в различные отрасли промышленности и строительства.
Производство стеклопластиковых труб. Стекловолокно как армирующий материал обладает целым рядом больших преимуществ перед другими видами волокон.
Прочность стеклянного волокна зависит от трех основных факторов: химического состава стекла, диаметра волокна и технологии его изготовления. В значительной степени прочность волокна зависит от его диаметра: чем тоньше волокно, тем выше его относительная прочность.
Для получения стеклопластиков применяют обычно бесщелочное алюмоборосиликатное стекло, обладающее повышенной стойкостью.
В состав стеклянного волокна рекомендуется вводить также закись меди (Сu2О). При термической обработке волокна в восстановительной среде (азот, метан) при температуре 900° на поверхности волокна образуется тончайшая пленка меди, повышающая адгезию связующего (полимера) к стеклу.
Стеклянное волокно, применяемое в качестве наполнителя в виде нитей, жгутов и стеклянных тканей разных переплетений, имеет диаметр от 7 до 13 мк.
На выходе из печи стеклянные волокна замасливают для склеивания их в одну прядь в целях облегчения съема прядей с бобины и предохранения их от истирания при дальнейшей переработке.| Для замасливания стеклянного волокна у нас применяют обычно парафиновый замасливатель или желатин, а также парафиновую эмульсию, которая содержит дициандиамид-формальдегидный полимер. Замасливатель не должен содержать огнеопасных и токсичных веществ, а также веществ, ухудшающих свойства стеклопластиков. Дальнейшую обработку стеклянная прядь, намотанная на бобину, проходит на крутильных машинах и ткацких станках.
Перед использованием стекловолокнистых наполнителей (нити, ленты, ткани) в целях лучшей адгезии связующего к стекловолокну с него необходимо удалить замасливатель, количество которого может достигать 2,5% от веса стекловолокна.
Для удаления замасливателя или его отдельных компонентой стекловолокно промывают в специальных растворителях, что снижает содержание замасливателя до 1%. В дальнейшем содержание замасливателя понижают до 0,2% термической обработкой стекловолокна при 200—300°. При повышении температуры до 450° замасливатель можно удалить полностью.
Всесоюзный научно-исследовательский институт стеклянного волокна рекомендует отмывать различные замасливатели водой с использованием ультразвука.
Связующее, применяемое в производстве стеклопластиковых труб, должно обладать высокой термостойкостью, водостойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами, быть стойким к действию химических веществ.|
Помимо этих свойств общего порядка связующее должно удовлетворять ряду требований, вызываемых спецификой производства. Основные требования, предъявляемые к связующему, следующие: хорошая смачивающая способность и адгезия к стеклянному волокну; при отверждении стеклопластика усадка его не должна вызывать образования микротрещин; достаточно быстрое отверждение без выделения летучих продуктов; высокая когезионная прочность; устойчивость свойств стеклопластика в течение длительного времени. Более полно удовлетворяют указанным требованиям ненасыщенные полиэфирные, фенолоформальдегидные и эпоксидные полимеры.
Технология изготовления труб из стеклопластиков далеко не совершенна. При выборе технологии необходимо учитывать, какие эксплуатационные требования будут предъявляться к ним. Так, в трубах, работающих под давлением, напряжения в продольном направлении составляют половину напряжений в поперечном направлении. Поэтому материал в этом случае должен быть в 2 раза прочнее при растяжении в поперечном направлении, чем в продольном.
Стеклопластиковые трубы изготовляют различными методами. Применяют метод намотки на оправку покрытых полимером полотен стеклоткани, стеклянной тканой ленты или ровницы. В первом случае на оправку наматывают последовательно несколько слоев раскроенной стеклоткани.
Применение армирующего материала в виде стеклянной тканой ленты или ровницы позволяет производить спиральную намотку. Ее можно вести на машинах двух типов — токарного и кабельного. У машины токарного типа оправка вращается в одном направлении и армирующий материал подается механизмом, имеющим продольное движение относительно оправки.|
Машина кабельного типа имеет поступательно движущуюся оправку, вокруг которой вращается армирующая лента или ровница. Эта машина, более пригодная для крупносерийного производства, дает возможность изготовлять трубы большей длины.
Последующее отверждение труб происходит в специальных цилиндрических камерах.
В последние годы начал применяться центробежный метод производства стеклопластиковых труб. Сущность этого метода заключается в следующем. Армирующий материал и связующее загружают в цилиндрическую вращающуюся форму, обогреваемую электронагревателем.
При достаточно быстром вращении центробежная сила плотно прижимает массу к стенкам формы. Такая формовка обеспечивает получение труб с плотными и равномерными стенками, имеющими гладкую внешнюю и внутреннюю поверхности. Этот метод дает возможность одновременно формовать на концах трубы нарезку хорошего качества, что в дальнейшем значительно облегчает монтаж трубопроводов.
Более совершенным методом производства труб из стеклопластов является способ непрерывной протяжки стекловолокна в виде жгутов, покрытых полимером сквозь формующее устройство. При определенном температурном режиме происходит также и отверждение материала трубы.
Поверхности труб, изготовленных методом непрерывной протяжки, не требуется обрабатывать, и все участки труб имеют однородные механические свойства. Важно и то, что производственный процесс по непрерывному способу можно полностью автоматизировать.
Для изготовления труб методом непрерывной протяжки применяют специальную поточную машину фирмы «Ганс Циммер» (ФРГ). |Краткая характеристика этого агрегата следующая:
Количество параллельных потоков …….. 4
Производительность при диаметре трубы 43 мм и толщине стенки 4 мм на каждом потоке, м/мин … 0,5
Размеры установки, м:
длина …………….. 29,35
ширина ……………. 1,8
высота ……………. 3,01
Обогрев ……………… электрический
Теплоноситель …………… масло
Общая потребная мощность, квт, от сети 220/380 в ……… 25
На рис. 63 показаны схематический чертеж этого агрегата и размеры основных его узлов.
(рис. 63) Схема установки «Ганс Циммер» для непрерывной протяжки стеклопластиковых труб: 1 — стеллаж с бобинами стекложгута; 2 — радиаторы для подсушки стекложгута; 3 — ванна для пропитки стекложгутов полимером; 4 — распределительное устройство; 5 — формующая камера; 6 — камера дополнительной полимеризации; 7 — камера охлаждения; 8 — воздуходувка; 9 — тянущее устройство; 10 — отрезное устройство; 11 — стол для готовой продукции|
Рабочий процесс протекает так. На стеллажах правильными рядами в три этажа располагают бобины со стекложгутом 1. Отсюда жгуты, сматываемые с бобин и подсушиваемые над масляными радиаторами 2, направляют в ванну 3 для покрытия полимером.
Подсушка стекловолокна перед покрытием его полимером необходима, так как самая незначительная влажность его резко ухудшает качество изделия, препятствуя нормальной адгезии полимера и нарушая в дальнейшем режим термообработки стеклопластика.
Радиаторы обогреваются горячим маслом, подаваемым по трубопроводу шестеренчатым насосом из емкости, где масло нагревается электронагревателем до нужной температуры. Последняя контролируется термопарой и регулируется с помощью автоматического терморегулятора, расположенного на пульте управления установки. Для малеинатных полиэфирных полимеров эта температура примерно равна 125°.
Стекложгуты, покрытые полимером в ванне, поступают далее на распределительное устройство 4, при помощи которого жгуты перед выходом в форму разделяются на 12 прядей и равномерно распределяются по окружности формы для получения равносгенной трубы.
Формующая камера 5 состоит из формы, представляющей собой стальную трубу, внутренний диаметр которой определяет наружный диаметр готовой стеклопластиковой трубы. Внутреннее отверстие формуемой трубы образуется дорном плавающего типа.
Для уменьшения силы трения при протяжке трубы, улучшения качества поверхности готового изделия и уменьшения прилипания полимера к форме и дорну их следует хорошо полировать или покрывать антиадгезионным и антифрикционным составами (фторопласт, кремнийорганическая жидкость и пр.).|
Учитывая существенную усадку полиэфирного полимера при твердении, диаметр формы принимают несколько больше диаметра трубы, а сечение дорна по длине следует делать переменным, уменьшая его к выходу. Для изготовления труб наружным диаметром 43 мм применяют форму диаметром 45 мм и дорн переменного диаметра от 37 до 35 мм.
Форму помещают в масляную камеру, обогреваемую электрическими трубчатыми нагревателями. Температура масла в системе регулируется автоматически с помощью терморегуляторов.
На вводе в форму жгутов, покрытых полимером, с них отжимается излишек полимера, который стекает обратно в ванну.
В формующей камере производят предварительную полимеризацию полимера до гелеобразного состояния, для того чтобы при дальнейшем движении стеклопластиковой трубы через камеры дополнительной полимеризации 6 сохранялась ее форма.
В конце камеры дополнительной полимеризации имеется зона с наружной и водяной рубашкой для охлаждения трубы на случай, если температура будет резко повышаться вследствие экзотермической реакции при полимеризации полимера.
Камера дополнительной полимеризации, в которой происходит дальнейшее отверждение трубы, обогревается также циркулирующим маслом, но в пределах не выше 60°.
Стенки камеры теплоизолируют с дополнительным электрообогревом, что позволяет получать в камере необходимую температуру порядка 125°.|
В камере дополнительной полимеризации отформованная труба должна набрать определенную прочность. Падение температуры в этой камере может привести к тому, что полимер не отвердеет окончательно и с поверхности трубы будет попадать на тянущие ремни, выводя их из строя, а сама труба, не получившая необходимой прочности, будет раздавливаться между ремнями тянущего приспособления. В этом случае следует снизить температуру в формующей камере и уменьшить скорость протяжки, увеличив таким образом время отверждения трубы.
Стеклопластиковая труба, выходящая из камеры дополнительной полимеризации, охлаждается воздуходувками 7 и 8 и захватывается парой ремней тянущего устройства 9. Четыре пары ремней для четырех потоков работают от одного привода и движутся с одинаковой скоростью. Скорость движения регулируется вариатором.
Трубы нарезают на куски нужной длины с помощью абразивного диска 10, приводимого во вращение электродвигателем через гибкий вал. На столе 11 ведут разбраковку и сортировку готовой продукции.
На рис. 64 показана схема формующего цилиндра для протяжки труб, который является важнейшим звеном всего агрегата.
(рис. 64) Схема формующего цилиндра для протяжки стеклопластиковых труб: 1 — дорн; 2 — распределительное устройство; 3 — форма
8828 всего просмотров, 0 просмотров за сегодня
