ТЕХНИЧЕСКИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ОСОБЕННОСТИ СТЕКЛОПЛАСТИКА В РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЯХ

TECHNICAL AND OPERATIONAL FEATURES OF FIBERGLASS IN VARIOUS INDUSTRIES

Ivan Fedorov

student, Department of composite materials, The Moscow State University of Technology "STANKIN",

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

В этой публикации представлен анализ технических и эксплуатационных особенностей стеклопластика, преимущества и возможности в различных отраслях.

ABSTRACT

This publication presents an analysis of the technical and operational features of fiberglass, advantages and opportunities in various industries.

Ключевые слова: стеклопластик; преимущества и недостатки; применение стеклопластиков; свойства.

Keywords: fiberglass; advantages and disadvantages; the use of fiberglass; properties.

Введение

Исторически, человечество постоянно развивало и применяло различные материалы, которые играли важную роль в прогрессе цивилизации. Отмечались различные этапы развития, такие как каменный век, бронзовый век и железный век. Сегодня, в настоящее время, мы находимся в эпоху композиционных материалов, которые широко используются в повседневной жизни и технике.

Композиционные материалы, или композиты, по определению, состоят из двух или более компонентов, где их количественное соотношение имеет важное значение. Сочетание этих компонентов создает синергетический эффект, который невозможно предсказать заранее. Обычно один компонент, называемый матрицей, образует непрерывную фазу, а другой компонент, являющийся наполнителем, обеспечивает его усиление. Между ними возникает адгезионное взаимодействие, создающее монолитность композиционного материала.

Существует обширный выбор армирующих наполнителей различной природы, включая органические (сверхвысокомолекулярный полиэтилен, полиамиды, полиимиды) и неорганические (силикатные, углеродные, базальтовые волокна). Однако наиболее широко используемым армирующим наполнителем являются стеклянные волокна. Их доля в производстве превышает 87% в мировой промышленности. Это объясняется их низкой стоимостью и превосходными эксплуатационными характеристиками, такими как низкая плотность, высокая химическая стойкость и термическая устойчивость [1].

Качество стеклянных волокон зависит от их состава, а также их взаимодействия с окружающей средой, особенно с влагой. Также важными факторами являются температура эксплуатации и условия переработки при производстве армирующего наполнителя.

Стеклопластик. Преимущества и недостатки

Стеклопластик – это композиционный материал, который состоит из двух основных компонентов: стекловолокна и связующего вещества.

Стекловолокно играет роль армирующего элемента, обладающего важными прочностными характеристиками, в то время как связующее вещество выполняет функцию наполнителя, распределяющего нагрузки между волокнами и обеспечивающего защиту от внешней среды.

Стеклопластик, как материал композиционного состава, обладает рядом важных свойств, которые делают его привлекательным для различных применений [2]. Вот некоторые из них:

• Низкая теплопроводность, что способствует сохранению тепла в конструкциях.
• Относительно низкая стоимость производства, что делает его экономически выгодным выбором.
• Высокие показатели механической прочности, обеспечивающие надежность и долговечность изделий.
• Небольшой удельный вес, что облегчает их транспортировку и установку.
• Коррозионная стойкость, что делает стеклопластик надежным в условиях влажной и агрессивной среды.
• Температуростойкость, позволяющая использовать стеклопластик в широком диапазоне температур.
• Высокие диэлектрические показатели, обеспечивающие электрическую изоляцию и безопасность.

Стеклопластик отличается от традиционных материалов, таких как алюминий, сталь или дерево, и предлагает более передовые качества, что делает его идеальным выбором для изготовления нового поколения изделий.

Учитывая опыт замены традиционных конструкционных материалов, представляется логичным широкое использование стеклопластика в строительстве мостов, зданий и других сооружений. Однако, необходимо также учитывать некоторые недостатки, связанные с его применением:

• Низкая теплостойкость, что ограничивает использование стеклопластика в условиях высоких температур.
• Горючесть, что требует принятия соответствующих мер безопасности при эксплуатации.
• Низкая атмосферостойкость, что может привести к деградации материала под воздействием внешних факторов.
• Отсутствие эффективного метода соединения элементов, подобного сварке, что может усложнить процесс монтажа и ремонта.

Эти факторы требуют тщательного изучения и применения соответствующих технических решений для обеспечения безопасности и долговечности конструкций из стеклопластика [2].

Применение стеклопластиков

Короткие стекловолокна используются для усиления термопластов и реактопластов, так как они обладают высокими физическими и механическими свойствами и большим аспектным отношением. Термопластичные композиты с добавлением стекловолокна обладают рядом преимуществ: высокая размерная стабильность, высокая прочность при небольшой массе, стойкость к воздействию окружающей среды, простота в производстве и относительно низкая стоимость, а также высокие электроизоляционные свойства [3].

Эти свойства делают такие композиты важными во множестве областей, включая приборостроение, спортивные и рекреационные принадлежности, автомобильную индустрию, производственное оборудование и электронику.

Автомобилестроение

В автомобильной индустрии широко применяется стеклопластик для изготовления различных деталей, таких как кабины, кузовные обвесы, бамперы и кузова. Композитные материалы используются для создания багажных креплений на крыше и интерьерных элементов салона. Гоночные автомобили, а также спортивные автомобили, часто имеют стеклопластиковые корпуса, а также крыши, двери, капоты и крышки багажников.

Одним из преимуществ стеклопластика является его устойчивость к коррозии при повреждении поверхности и легкость восстановления после удара. В отличие от металла, стеклопластик легко подвергается покраске, при этом требуется меньшее количество слоев краски для достижения нужного оттенка. Это сочетание свойств способствует снижению затрат на ремонт и производство автотранспорта [4].

Судостроение и производство емкостных сооружений

С развитием судостроения производство стеклопластика достигло промышленных масштабов. В настоящее время большая часть корпусов небольших судов во всем мире изготавливается из этого материала. Среди них гоночные яхты, роскошные круизные яхты, спасательные шлюпки, рыболовные суда, катера, катамараны, скутеры и другие водные средства.

Кроме того, стеклопластик применяется для создания кабин и палуб, ходовых мостов, крыльев, крышек люков и двигателей. В последнее время его использование расширилось и на производство различных емкостей, включая ванны, бассейны и искусственные пруды.

Судостроение стало ключевой отраслью для применения стеклопластика, благодаря его прочности, легкости и устойчивости к воздействию воды и коррозии. Этот материал предоставляет широкие возможности для создания надежных и функциональных судов и водных сооружений [5].

Сооружения водоснабжения и канализаций

Стеклопластик получил широкое применение в изготовлении трубопроводов высокого давления и больших ливневых коллекторов. Благодаря своему низкому весу, стеклопластиковые трубы легки в монтаже и могут проходить под автомобильными проездами без необходимости дополнительной защиты. Они также устойчивы к коррозии и не требуют установки станций катодной защиты.

Стеклопластик также используется для создания емкостей в очистных сооружениях канализации, включая аэротенки, септики, фильтры и отстойники. Благодаря своим высоким прочностным характеристикам, стеклопластик позволяет создавать емкости большой вместимости с малыми толщинами стенок, при этом обладая стоимостью, сравнимой с традиционными емкостями из водонепроницаемого железобетона. Выбор в пользу стеклопластика становится очевидным, учитывая все эти преимущества.

Строительство

Строительная сфера широко использует стеклопластик. Этот материал является заменой для каменных и металлических конструкций, благодаря своим прочностным характеристикам, цене и декоративным качествам. В малоэтажном строительстве стеклопластиковая арматура применяется при заливке фундамента, а в высотном домостроении используется для создания элементов лепни, фасадов и декоративных украшений из композитного материала.

Стеклопластиковый профиль различного сечения стал хорошей альтернативой ПВХ при производстве дверей и оконных систем. Также стеклопластиковая арматура применяется при строительстве автодорог и тротуаров. При правильном применении композитных материалов в дорожном строительстве, дорожное полотно не проваливается, не трескается под колесами и не скапливается в "гармошку" на перекрестках городов.

Энергетика

Изделия из композиционных материалов укрепили свои позиции в энергетической сфере благодаря своей прочности, долговечности и отличным диэлектрическим свойствам. Они широко применяются в производстве крышек электротехнического и коммутационного оборудования, изоляторов, высоковольтных пускателей, деталей шкафов управления, щитов и ячеек.

Стеклопластик также используется для создания строительных конструкций в электрических помещениях, таких как диэлектрические защитные панели, короба, плиты фальшполов, настилы, перекрытия кабельных этажей и каналов, и других элементов.

Список литературы:

1. Цвайфель Х., Маер Р.Д., Шиллер М. Добавки к полимерам. Справочник. - 6 изд. - СПБ: ЦОП Профессия, 2010. - 1144 с.
2. В. К. Крыжановский, В. В. Бурлов, А. Д. Паниматченко, Ю. В. Крыжановская. Технические свойства полимерных материалов. - 2 изд. - СПБ: Профессия, 2005. - 248 с.
3. В.К. Крыжановский, М.Л. Кербер, В.В. Бурлов, А. Д. Паниматченко. Производство изделий из полимерных материалов. - 1 изд. - СПБ: Профессия, 2004. - 464 с.
4. Кербер М. Л., Берлина А. А. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология. - 4 изд. - СПБ: ЦОП Профессия, 2014. - 592 с.
5. Михайлин Ю.А. Специальные полимерные композиционные материалы. - 1 изд. - СПБ: Научные основы и технологии, 2009. - 700 с.