Gracias a una combinación de características positivas de vidrio y polímeros, los tubos de fibra de vidrio tienen posibilidades casi ilimitadas de aplicación, desde la disposición de los canales de ventilación hasta la colocación de rutas petroquímicas.
En este artículo consideramos las principales características de los tubos de fibra de vidrio, el etiquetado, las técnicas de fabricación de compuestos de polímeros y las composiciones de componentes aglutinantes que determinan la esfera de operación del compuesto.
También damos importantes criterios de selección, prestando atención a los mejores fabricantes, porque la capacidad técnica y la reputación del fabricante tienen un papel importante en la calidad del producto.
Características generales de la fibra de vidrio.
La fibra de vidrio es un material plástico que contiene componentes de fibra de vidrio y relleno de unión (polímeros termoplásticos y termoestables). Junto con la densidad relativamente baja, los productos de fibra de vidrio tienen buenas propiedades de resistencia.
En los últimos 30-40 años, la fibra de vidrio se utiliza masivamente para la fabricación de tuberías para diversos fines.
El compuesto de polímero es una alternativa digna al vidrio, la cerámica, el metal y el concreto en la fabricación de estructuras diseñadas para operar en condiciones extremas (productos petroquímicos, aviación, producción de gas, construcción naval, etc.)
Las carreteras combinan las cualidades del vidrio y los polímeros:
- Bajo peso El peso promedio de la fibra de vidrio es de 1.1 g / cc. A modo de comparación, el mismo parámetro para el acero y el cobre es mucho más alto: 7.8 y 8.9, respectivamente. Gracias a la facilidad, facilidad de trabajo de instalación y transporte de material.
- Resistencia a la corrosión. Los componentes del compuesto tienen una baja reactividad, por lo tanto, no sufren corrosión electroquímica y descomposición bacteriana. Esta calidad es un argumento decisivo a favor de la fibra de vidrio para las redes de ingeniería subterránea.
- Altas propiedades mecánicas. La resistencia absoluta a la tracción del compuesto es inferior a la del acero, pero el parámetro de resistencia específica excede en gran medida a los polímeros termoplásticos (PVC, HDPE).
- Resistencia a la intemperie. El rango de temperatura límite (-60 ° C .. + 80 ° C), el procesamiento de tuberías con una capa protectora de gelcoat proporciona inmunidad a los rayos UV. Además, el material es resistente al viento (límite - 300 km / h). Algunos fabricantes afirman la resistencia sísmica de los accesorios de tubería.
- Resistencia al fuego El vidrio no combustible es el componente principal de la fibra de vidrio, por lo que el material no es fácilmente inflamable. Cuando se quema no emite dioxina de gases tóxicos.
La fibra de vidrio tiene una conductividad térmica baja, lo que explica sus cualidades de aislamiento térmico.
Desventajas de las tuberías compuestas: susceptibilidad al desgaste abrasivo, formación de polvo carcinogénico debido al procesamiento mecánico y alto costo en comparación con el plástico
A medida que las paredes internas se desgastan, las fibras se desnudan y se rompen, las partículas pueden ingresar al medio transportado.
Tecnología de fabricación de tubos de fibra de vidrio.
Las características fisicomecánicas del producto terminado dependen de la técnica de producción. Los accesorios compuestos se fabrican utilizando cuatro métodos diferentes: extrusión, pultrusión, fundición centrífuga y bobinado.
Tecnología # 1 - Extrusión
La extrusión es un proceso tecnológico basado en la extrusión continua de un material pastoso o altamente viscoso a través de una herramienta de formación. La resina se mezcla con fibra de vidrio triturada y endurecedor de plástico, y luego se alimenta a la extrusora.
El producto terminado no tiene un marco de refuerzo sólido, ya que el aglutinante se llena aleatoriamente con fibra de vidrio. La falta de "armopoyas" afecta la reducción de la resistencia de la tubería.
La línea extrusiva de alto rendimiento permite obtener productos compuestos sin marco a un bajo precio, pero su demanda es limitada debido a las bajas propiedades mecánicas. La base de la matriz polimérica es el polipropileno y el polietileno.
Tecnología # 2 - Pultrusión
La pultrusión es la tecnología de fabricación de elementos compuestos de longitud larga de pequeño diámetro con una sección transversal constante. Al pasar a través de la placa calentada (+140 ° C), las piezas se sacan del material de fibra de vidrio impregnado con una resina termoestable.
En contraste con el proceso de extrusión, donde la influencia decisiva es la presión, en una unidad pultrusiva este papel es jugado por un efecto de tracción.
Las principales unidades de trabajo de la planta de pultrusión: complejo de suministro de fibra, tanque de polímero, dispositivo de preformado, termo-molde, cinta de tracción y máquina de corte.
Proceso tecnológico:
- Los filamentos fibrosos de las bobinas se introducen en un baño de polímero, donde se impregnan con resinas termoplásticas.
- Las fibras tratadas pasan a través de la máquina de preformado: los hilos están alineados y adoptan la forma deseada.
- El polímero sin curar entra en la placa de troquel. Debido a varios calentadores, se crea un modo óptimo para la polimerización y se elige la velocidad de tracción.
El producto curado se tira de una máquina de tracción y se corta en segmentos.
Características distintivas de la tecnología de pultrusión:
- polímeros admisibles - epoxi, resinas de poliéster, vinilos;
- Velocidad de tracción : el uso de polímeros "pultruidos" innovadores y optimizados nos permite acelerar la tracción a 4-6 m / min. (estándar - 2-3 m / min.);
- Recorrido de la zona de trabajo : mínimo - 3.05 * 1 m (fuerza de tracción de hasta 5, 5 toneladas), máximo - 1.27 * 3.05 m (fuerza - 18 toneladas).
En la salida hay un tubo con paredes internas y externas idealmente lisas, con un alto nivel y características de resistencia.
Características de la fibra de vidrio obtenida por el método de pultrusión: tensión de rotura en la flexión - 700-1240 MPa, conductividad térmica - 0, 35 W / m2 ° C, el grado de elasticidad en la tensión - 21-41 GPa
Las desventajas del método no están relacionadas con la calidad del producto original, sino con la tecnología en sí. Argumentos "en contra": el alto costo y la duración del proceso de producción, la incapacidad de fabricar tuberías de gran diámetro, diseñadas para cargas pesadas.
Tecnología # 3 - Fundición centrífuga
La empresa suiza Hobas desarrolló y patentó la técnica de formación centrífuga. En este caso, la producción se lleva a cabo desde la pared exterior de la tubería hasta la interior cuando se activa la forma giratoria. La tubería consiste en: arneses de vidrio triturado, arena y resinas de poliéster.
Las materias primas se introducen en una matriz giratoria: se forma la estructura de la superficie externa de la tubería. A medida que avanza la producción, los componentes sólidos se mezclan en la resina líquida, la carga y las fibras de vidrio; bajo la acción del catalizador, la polimerización se realiza más rápido.
Como resultado, se forman paredes lisas multicapa. Gracias a la técnica de "pulverización" centrífuga, la estructura de la tubería es monolítica, homogénea sin estratificación y partículas gaseosas.
Ventajas adicionales:
- alta precisión de las dimensiones del producto original (la sección interna de la forma giratoria corresponde al diámetro externo del producto terminado);
- la capacidad de lanzar una pared de cualquier espesor;
- alta rigidez en el anillo del compuesto de polímero;
- Conseguir una superficie lisa por fuera y por dentro.
La falta de producción centrífuga de tubos de fibra de vidrio: intensidad de energía y alto costo del producto final.
Tecnología # 4 - Winding
La técnica más popular es el bobinado continuo. La tubería se crea alternando la alternancia del mandril con polímeros de fibra de vidrio con procesos de enfriamiento. El método de producción tiene varias subespecies.
Tecnología de anillo espiral
El apilador de las fibras es un anillo especial, alrededor de cuya circunferencia se encuentran las matrices con hilos.
El elemento de trabajo se mueve continuamente a lo largo del eje del marco móvil y distribuye las fibras a lo largo de las líneas helicoidales.
Cuando se cambia la velocidad de rotación de la llanta y se mueve el apilador, cambia el ángulo de las fibras de vidrio. En los extremos de la tubería, el anillo funciona en el modo “inverso” y coloca las roscas con una pendiente mínima.
Las principales ventajas del método:
- Fuerza uniforme sobre toda la superficie de la carretera;
- Excelente tolerabilidad de las cargas de tracción - se excluyen las grietas;
- La creación de productos de diámetro variable y secciones transversales de configuración compleja.
Esta técnica permite obtener tuberías de alta resistencia, diseñadas para operar a alta presión (redes de ingeniería de bombas y compresores).
Bobina de cinta espiral
La técnica es similar a la anterior, la diferencia es que el apilador alimenta una cinta estrecha de fibras. Una capa de refuerzo densa se logra aumentando el número de pasadas.
En la producción se involucra un equipo más barato que con el método de anillo en espiral, pero un devanado de “cinta” tiene un par de fallas importantes:
- rendimiento limitado;
- La colocación suelta de fibras reduce la resistencia de la tubería.
El método de cinta en espiral es relevante en la fabricación de accesorios de tubería a baja presión moderada.
Método longitudinal-transversal
Se realiza el enrollado continuo: el apilador coloca las fibras longitudinales y transversales simultáneamente. El movimiento inverso está ausente.
Debajo del mandril giratorio se encuentran bobinas móviles, que alimentan fibras de refuerzo longitudinales. En la fabricación de tubos a granel se requiere el uso de un gran número de carretes.
Características del método:
- Se utiliza principalmente al crear tuberías con una sección transversal de hasta 75 mm;
- existe la posibilidad de tensar los hilos axiales, debido a la fuerza que se logra, como en el método en espiral.
La tecnología longitudinal-transversal es altamente productiva. Las máquinas le permiten cambiar la proporción de refuerzo axial y anular en un amplio rango.
Tecnología longitudinal transversal oblicua.
El desarrollo de los ingenieros de Kharkov es muy solicitado entre los fabricantes nacionales. Cuando el enrollado oblicuo, el apilador elimina el "velo", que consiste en un conjunto de hilos de unión. La cinta se alimenta al bastidor formando una ligera superposición de ángulos con el anillo anterior que se forma el refuerzo.
Una vez finalizado el procesamiento de todo el mandril, las fibras se enrollan alrededor de los rodillos: se eliminan los restos de polímeros aglutinantes y se compacta el revestimiento de refuerzo.
El rodar le permite alcanzar el contenido mínimo de plástico requerido. La proporción de vidrio en el material compuesto curado es de aproximadamente el 80%, lo que proporciona un resultado óptimo y proporciona alta resistencia y baja inflamabilidad.
Características moleteado oblicuo:
- hermeticidad de las fibras de vidrio;
- Diámetro ilimitado de los tubos producidos;
- Altas propiedades dieléctricas debido a la falta de refuerzo sólido a lo largo del eje.
El módulo de elasticidad de la fibra de vidrio "oblicua" es inferior al de otras técnicas. Debido al riesgo de la aparición de grietas entre capas, el método no es factible cuando se crean tuberías a alta presión.
Opciones de selección de tubería de GRP
La elección de las tuberías de vidrio compuesto se basa en los siguientes criterios: rigidez y presión de diseño, tipo de componente aglomerante, características de diseño de las paredes y método de conexión. Los parámetros importantes se indican en los documentos adjuntos y las marcas abreviadas en cada tubo.
Rigidez y presión nominal.
La rigidez de la fibra de vidrio determina la capacidad del material para soportar cargas externas (gravedad del suelo, tráfico) y presión en las paredes desde el interior. De acuerdo con la estandarización ISO, los accesorios de tubería se clasifican en varias clases de rigidez (SN).
El nivel máximo permitido de presión de trabajo para cada clase: SN 2500 - 0.4 MPa, SN 5000 - 1 MPa, SN 10000 - 2.5 MPa
El grado de rigidez aumenta con el aumento del espesor de la pared de la tubería de fibra de vidrio.
La clasificación por presión nominal (PN) refleja la gradación de los productos con respecto a la presión segura del líquido a una temperatura de +20 ° C durante toda la vida útil (aproximadamente 50 años). La unidad para PN es MPa.
Algunos fabricantes, como Hobas, indican las características combinadas de los dos parámetros (presión y rigidez) a través de una fracción. Las tuberías con una presión de trabajo de 0.4 MPa (clase PN - 4) con un grado de rigidez (SN) de 2500 Pa se marcarán - 4/2500.
Tipo de carpeta
Las propiedades de rendimiento de una tubería dependen en gran medida del tipo de aglutinante. En la mayoría de los casos, se utilizan aditivos de poliéster o epoxi.
Características de la carpeta de PEF
Las paredes están formadas por resinas de poliéster termoestables reforzadas con fibra de vidrio y aditivos de arena.
Los polímeros utilizados tienen cualidades importantes:
- baja toxicidad;
- Curado en las condiciones de temperatura ambiente;
- acoplamiento fiable con fibras de vidrio;
- inercia química.
Las tuberías compuestas con polímeros de PE no están sujetas a corrosión y medios corrosivos.
Aplicaciones: servicios públicos, toma de agua, tubería de tratamiento de aguas residuales, aguas residuales industriales y domésticas. Restricciones operativas: temperatura sobre +90 ° C, presión sobre 32 atmósferas
Características de la resina epoxi.
El aglutinante le da al material una mayor resistencia. El límite de temperatura de los compuestos con epóxidos hasta +130 ° C, presión máxima - 240 atmósferas.
Una ventaja adicional es la conductividad térmica prácticamente nula, por lo que las carreteras ensambladas no requieren aislamiento térmico adicional.
Las tuberías de esta clase costarán más que los productos de PE. Como regla general, los ductos de fibra de vidrio con aglutinante epoxi se utilizan en la industria de petróleo y gas, petroquímica y en la organización de la infraestructura de puertos marítimos.
Estructura de la pared del tubo compuesto
Por diseño, distingue: tubos de fibra de vidrio de una, dos y tres capas.
Características de los productos de una sola capa.
Las tuberías no tienen un revestimiento de revestimiento protector, debido a que se distinguen por su bajo costo. Características de los accesorios de tubería: la imposibilidad de uso en regiones con terrenos difíciles y climas severos.
Además, estos productos requieren una instalación cuidadosa: cavar una zanja grande y disponer una "almohada" de arena. Pero la estimación del trabajo de instalación debido a esto aumenta.
Características de los tubos de doble capa.
Los productos están revestidos internamente con recubrimiento de película - polietileno de alta presión. La protección aumenta la resistencia química y mejora la estanqueidad de la línea bajo cargas externas.
Sin embargo, la operación de válvulas en las tuberías de la industria petrolera reveló debilidades en las modificaciones de dos capas:
- falta de adhesión entre la capa estructural y el revestimiento - una violación de la solidez de las paredes;
- Deterioro de la elasticidad de la película protectora a temperaturas bajo cero.
Cuando se transporta un medio que contiene gas, el revestimiento puede desprenderse.
El propósito de la tubería de doble capa es transportar masas desgasificadas. Los tubos compuestos son adecuados para bombear aguas residuales, alcantarillado y redes de agua.
Parámetros de un tubo de tres capas.
Estructura de tubería GRP:
- La capa de polímero exterior (espesor 1-3 mm) aumenta la resistencia mecánica y química.
- Capa estructural - capa estructural, responsable de la resistencia del producto.
- El forro (espesor 3-6 mm) - la cubierta interior de fibra de vidrio.
La capa interna proporciona suavidad, tensión y suaviza las fluctuaciones cíclicas de la presión interna.
Las características fisicomecánicas de las tuberías de GRP de tres capas permiten su uso en diversas industrias para el transporte de medios líquidos y que contienen gas.
Método de acoplamiento de la carretera GRP
De acuerdo con el método de conexión, el surtido de accesorios de tubería de compuesto se divide en 4 grupos.
Grupo №1 - acoplamiento con campana
Las juntas de goma elástica se montan en las ranuras recíprocas en las puntas de los extremos de las tuberías. Los anillos de asiento se forman en equipos con control electrónico, lo que garantiza la precisión de su ubicación y tamaño.
Dependiendo de la ubicación de la red de ingeniería y del tipo de medio de transporte, se selecciona el tipo de sello de goma. Los accesorios de tubería se completan con los anillos necesarios.
Grupo №2 - campanilla con sello y tapón
Al organizar una línea terrestre, es necesario compensar el efecto de las fuerzas axiales en la tubería. Para ello, además del sello se coloca tapón. El elemento está hecho de cable metálico, cloruro de polivinilo o poliamida.
El tapón se instala en las ranuras anulares a través del zócalo en la punta de la punta. El limitador evita el movimiento axial de los elementos del tronco.
Grupo número 3 - conexión de brida
Acoplamiento de la tubería compuesta con accesorios con forma o tubos de metal. Las dimensiones de conexión de las bridas de fibra de vidrio están reguladas por GOST 12815-80 .
Para la fijación de la brida en la base del tubo, se proporciona un "pie" especial con orificios para sujetadores. El ancho de los lados de conexión depende de los parámetros de la tubería.
Grupo número 4 - Fijación de pegamento.
Método de conexión no desmontable: se aplica en los extremos una composición de materiales de vidrio de refuerzo con la adición de un componente de poliéster de curado "en frío". El método proporciona fuerza y rigidez de la línea.
Marcado de la capa interior protectora.
El método de producción de productos tubulares le permite producir productos con una composición diferente de la capa interna, lo que determina la resistencia de la línea al medio transportado.
La variedad de productos se divide en 4 grupos. Las tuberías de fibra de vidrio de la categoría HP soportan silenciosamente el bombeo regular de líquido a +90 ° C, mientras que el valor de pH final no debe exceder de 14
Los fabricantes nacionales utilizan el siguiente marcado de recubrimientos protectores.
La designación de la letra muestra el ámbito de uso válido:
- Y - transporte de líquidos con abrasivos;
- P - suministro y eliminación de agua fría, incluida la bebida;
- X - uso aceptable en un medio de gas y líquido químicamente agresivo;
- D - sistemas de suministro de agua caliente (límite de 75 ° С);
- C - Otros líquidos, incluyendo aquellos con alta acidez.
El recubrimiento protector se aplica con una capa de hasta 3 mm.
Descripción del producto principales fabricantes
Entre la variedad de productos presentados se encuentran marcas de renombre con muchos años de reputación positiva. Estos incluyen productos de empresas: Hobas (Suiza), Steklokomposite (Rusia), Amiantit (una preocupación de Arabia Saudita con instalaciones de producción en Alemania, España, Polonia), Ameron International (EE. UU.).
Jóvenes y prometedores fabricantes de tubos de fibra de vidrio compuestos: Poliek (Rusia), Arpipe (Rusia) y la fábrica de tubos de fibra de vidrio (Rusia).
Fabricante # 1 - marca HOBAS
Las marcas comerciales de la marca se encuentran en los Estados Unidos y en muchos países europeos. Los productos del grupo Hobas han ganado reconocimiento mundial por su excelente calidad. Los tubos de GRT con aglutinante de poliéster se fabrican de acuerdo con la técnica de fundición centrífuga de fibra de vidrio y resinas de poliéster insaturadas.
Los sistemas de tuberías de Hobas son ampliamente utilizados en sistemas de alcantarillado, drenaje y suministro de agua, tuberías industriales y centrales hidroeléctricas. El apilado en el suelo, la colocación del microtúnel y la tracción son aceptables.
Especificaciones del tubo compuesto Hobas:
- diámetro - 150-2900 mm;
- Clase de rigidez SN - 630-10 000;
- Nivel de presión PN - 1-25 (PN1 - tubería sin presión);
- la presencia de revestimiento interno revestimiento anticorrosión;
- Resistencia al medio ácido en un amplio rango de pH.
La producción de piezas conformadas: rodillas, adaptadores, boquillas con bridas y tees.
Fabricante # 2 - Steklocomposite Company
La empresa Steklokomposit ha establecido una línea para la producción de tubos de fibra de vidrio Flowtech, tecnología de producción - bobinado continuo.
Equipos implicados con un doble flujo de sustancias resinosas. Las resinas de alta tecnología se aplican a la colocación de la capa interna, y una composición más barata, a la capa estructural. La técnica permite racionalizar el consumo de material y reducir el costo de producción.
La nomenclatura de las tuberías Flowtech es de 300-3000 mm, la clase PN es 1-32. Material de archivo estándar: 6, 12 m. Bajo pedido, la producción es posible dentro de 0, 3-21 m
Fabricante # 3 - Marca Amiantit
Los componentes principales de las tuberías Flowtite de Amiantit: fibra de vidrio, resina de poliéster, arena. Tecnología aplicada: bobinado continuo, que garantiza la creación de una tubería multicapa.
La estructura de fibra de vidrio incluye seis capas:
- bobinado exterior de cinta no tejida;
- capa de energía - fibra de vidrio cortada + resina;
- capa media - fibra de vidrio + arena + resina de poliéster;
- capa repetida de poder;
- revestimiento de hilo de vidrio y resina;
- Láminas de fibra de vidrio no tejida.
Los estudios han demostrado una alta resistencia a la abrasión: en más de 100 mil ciclos de procesamiento de grava, la pérdida del recubrimiento protector fue de 0, 34 mm.
La clase de resistencia de los productos Flowtite es de 2500 a 10000, bajo el pedido es posible fabricar la tubería SN-30000. Presión de funcionamiento - 1-32 atmósferas, caudal máximo - 3 m / s (para agua limpia - 4 m / s)
Productor # 4 - Compañía Poliack
Poliek LLC hace varias modificaciones de los productos tubulares de fibra de vidrio Fpipes. Техника изготовления (непрерывная косослойная продольно-поперечная намотка) позволяет создавать трехслойные трубы до 130 см в диаметре.
Полимерные композитные материалы задействованы при создании обсадных труб, звеньев водоподъемных колонн, водоснабжающих трубопроводов и отопительных систем.
Номенклатурный ряд канализационных стеклопластиковых труб – 62, 5-300 мм, высоконапорных изделий – 62, 5-200 мм, вентиляционных каналов – 200-300 мм, обсадок скважин – 70-200 мм
Кроме труб из стеклопластика на рынке представлено много изделий из других материалов – стали, меди, полипропилена, металлопластика, полиэтилена и т.д. Которые, благодаря своей более доступной цене, активно используются в различных сферах бытового назначения – монтаж систем отопления, водоснабжения, канализации, вентиляции и прочее.
Ознакомиться с характеристиками труб из различных материалов можно в следующих наших статьях:
- Металлопластиковые трубы: виды, технические характеристики, особенности монтажа
- Полипропиленовые трубы и фитинги: виды ПП изделий для сборки трубопроводов и способы соединений
- Пластиковые вентиляционные трубы для вытяжки: виды, их характеристики, применение
- Медные трубы и фитинги: виды, маркировка, особенности обустройства медного трубопровода
- Стальные трубы: виды, сортамент, обзор технических характеристик и монтажных нюансов
Conclusiones y video útil sobre el tema.
Технология изготовления и целесообразность использования стеклопластиковых труб:
Сравнение техники непрерывной и периодической намотки волокна:
В частном домостроении стеклопластиковые трубы используются довольно редко. Основная причина – высокая стоимость, по сравнению с пластиковыми аналогами. Однако в промышленной сфере качества композита оценили по достоинству, и массово меняют изношенные металлические магистрали на стеклопластиковые .
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