Вязка стекловолоконной арматуры: Как вязать стеклопластиковую арматуру — способы и особенности

Технология вязки стеклопластиковой арматуры и изготовление армирующих каркасов

Технология вязки стеклопластиковой арматуры и изготовление армирующих каркасов

Производство и продажа стеклопластиковой арматуры в Новосибирске

Позвоните нам

+7 (383) 2 133 266

Склад
г. Новосибирск
Станционная 80 к6

карта проезда

Офис
г. Новосибирск
мкр. Горский, д.75

карта проезда

Чтобы сохранялась прочность и длительность эксплуатации, того или иного здания, необходимо подбирать технику по обустройству крепкого основания. Таковой техникой является обвязывание фундамента арматурой.

Но прежде чем приступить к связыванию стеклопластиковой арматуры, желательно найти лучший вариант, для того чтобы произвести соединение компонентов в одну единственную конструкцию.  

К сожалению стержни и прутья, которые составляют армирующий каркас, не могут поддаваться сварке, поэтому, для того чтобы создать крепкую конструкции, необходимо использовать именно связку.

Как же происходит связка арматуры?

Существует несколько вариантов для того, чтобы произвести обвязывание арматуры, в обустройстве прочного фундамента, и других конструкций из бетона:

• самым простым, и в то же время дешевым способом вязки пластиковой арматуры, является методика, в которой используется вязальная специальная проволока, а также определенные крючки для вязания;
• для выполнения больших объемов используются так называемые вязальные пистолеты;
• также одним из быстрых вариантов является применение хомутов из пластика. С ними сформировать армирующий пояс, либо же каркас, незначительных размеров, не составит большого труда. Необходимо лишь выбрать правильный размер хомутов для связки стеклопластиковой арматуры;
• а также при помощи пластиковых клипс

* Важно! Последние варианты, а именно пластиковые хомуты, и пластиковые клипсы, не создают 100% заверение надежности соединений, и в целом всей вашей конструкции. Поэтому так необходимо оценивать весь объем работ, и нагрузку, на фундамент вашей конструкции, чтобы избежать ошибок в дальнейшей застройке. 

Актуальность разных вариантов вязки пластиковой арматуры

Как же выбрать наиболее удобную/прочную, а также выгодную вязку композитной арматуры для определенного объекта? Это зависит в первую очередь от объема и масштаба работ. Если производится возведение основы, для небольшого по размерам дома, отстройка колонн, армирование блоков, или других компонентов бетонных конструкций, то лучшим вариантом станет применение фиксационных хомутов, пластиковых клипс, или ручной вязки проволоки. А для застройки фундамента под большие дома, такие как жилые, промышленные или коммерческие объекты, необходимо выбрать самый надежный способ связки – вязальные пистолеты:

• Вязка металлической проволоки электрическими пистолетами типа Max;
• Либо же клипсами механических пистолетов Waker Neuson;

Сделайте свой заказ стеклопластиковой арматуры у качественного производителя в компании «СибирьэнергоСтрой»

Другие новости

Имя

Телефон *

Заявка на товарКомпозитная арматураГибкие связиСтеновые дюбеляФиксаторы и опорыГеотекстиль ДорнитПроволока вязальная, cтяжки нейлоновые

Ваше имя

Телефон *

Имя *

Почта *

Отзыв *

Ваши контакты *

Что рассчитываем

Меня зовут

Телефон или почта *

Меня зовут

Телефон или почта *

Меня зовут

Телефон или почта *

Меня зовут

Телефон или почта *

Меня зовут

Телефон или почта *

Меня зовут

Телефон или почта *

Меня зовут

Телефон или почта *

Меня зовут

Телефон или почта *

АКЦИИ

Распродажа некондиционного товара

АСП-4      6,00 р/м

АСП-6      10,00 р/м

АСП-8      18,00 р/м

АСП-10    23,00 р/м

АСП-12    37,00 р/м

Scroll

Вязка композитной арматуры: пластиковыми хомутами, проволкой, клипсами

Вязка арматурного каркаса — важный этап в строительстве фундамента. От правильного выбора технологии формирования основания и правильного выбора арматуры, зависит его прочность и срок службы будущего строения. Следует подобрать оптимальный способ соединения пластиковой арматуры. Так как при использовании композитных материалов сварное соединение конструкции является неприемлемым вариантом, то используются другие варианты обвязки.

При эксплуатации композитных прутьев необходимо знать, как и с помощью чего правильно связать элементы каркаса.

Существует несколько способов:

• с помощью крючка, используя традиционную вязальную проволоку;
• с применением вязальных пистолетов;
• пластиковыми хомутами;
• пластиковыми клипсами.

С помощью крючка

Для вязки применяется специальная термообработанная проволока диаметром от 0,8 до 1,2 миллиметров, которая достаточно пластична и не теряет своих свойств, даже при многократном сгибании и скручивании.

Фиксация прутьев проволокой производится специальным вязальным крючком. Так же существует винтовой крючок, который позволяет механизировать процесс и уменьшить общую трудоемкость.

Но применение данного способа не рационально для масштабных работ, например для плитного фундамента.

Для композитных стержней
рекомендовано использование оцинкованной проволокой — она снизит вероятность возникновения коррозии, что положительно скажется на сроке службе фундамента.

Характеристики стеклопластиковой арматуры

В строительстве различают три основных типа стеклопластиковых изделий, применяемых для формирования арматурных каркасов при бетонировании:

• стеклокомпозитные;
• углекомпозитные;
• комбинированные.

Различные виды арматуры предназначены для работы в определенных условиях.

По пределу прочности на растяжение лидирует углепластиковая арматура с показателем 1400 МПа (у стеклокомпозитных изделий этот показатель, для аналогичного по диаметру прута, составляет 800 МПа). Есть также различие по модулю упругости – пруты из углепластика надежнее композитных элементов в 2,5 раза.

Стеклопластиковые прутки изготавливаются на заводе в бухтах. Диаметр изделий варьируется от 4 до 32 мм. Для лучшего сцепления с бетоном, поверхность прутов делают ребристой.

Применение стеклопластиковых прутов имеет ограничение по температуре. При температуре свыше 60oС, стеклопластик теряет свои прочностные характеристики. Также следует учитывать предельный показатель для стеклопластика по прочности на сжатие – 300 МПа.

Подробнее про композитную арматуру мы уже писали в этой статье.

Пластиковыми хомутами

Этот способ не требует особых навыков или специального оборудования, в отличие от проволочной связки, а также не занимает много времени и обеспечивает хорошую фиксацию элементов. Из плюсов еще стоит отметить минимизацию использования корродирующих материалов.

К отрицательным сторонам относятся:

• ограничение дальнейших действий при заливке фундамента, так как ходить по арматуре, соединенной хомутами, строго запрещено;
• отсутствие гарантий сохранения целостности соединения во время заливки.

Однако, можно вязать арматуру пластиковыми хомутами с металлической сердцевиной, которые добавляют преимущества проволочной вязки.

Важно! Данный метод не стоит применять при отрицательной температуре, которая способствует растрескиванию хомутов.

Арматура из металла или композитных материалов?

Принимая решение, какую арматуру использовать для укрепления фундамента или стен здания, следует сравнить характеристики традиционных изделий из металла и стеклопластика. По сравнению с металлическими, стеклопластиковая арматура обладает следующими преимуществами:

• исключительная устойчивость к коррозии: фундаменту, для укрепления которого использована композитная арматура, не страшно взаимодействие с кислотными, солеными и щелочными средами;
• обладая низкой теплопроводностью, стеклопластиковая арматура не создает мостиков холода, что является особенно актуальным качеством для эксплуатации зданий в климатических условиях нашей страны;
• материалы, применяемые для изготовления стеклопластиковой арматуры, являются диэлектриками, поэтому фундаменты и стены, для укрепления которых она использована, обладают абсолютной прозрачностью для радио и электромагнитных волн;
• вес композитной арматуры значительно ниже, чем масса изделий, изготовленных из металла; прочность армирующих прутков из стеклопластика практически в 2–3 раза выше, чем у арматуры, изготовленной из металла;
• по причине того, что композитная арматура поставляется заказчику в бухтах по 100–150 метров, при укреплении фундамента с ее использованием можно минимизировать количество стыковочных соединений, которые, как известно, являются наиболее слабыми местами в любой бетонной конструкции;
• приобретение композитной арматуры более экономически выгодно за счет того, что вы можете купить ровно такой объем, который вам необходим для укрепления фундамента или стен своего строения, не ориентируясь на фиксированную длину прутков, как в случае с изделиями из металла;
• коэффициент теплового расширения композитных материалов почти идентичен с аналогичным параметром бетона, поэтому в конструкциях, для армирования которых они используются, практически не возникает трещин.

Если сравнивать по стоимости, то затраты на использование металлических и стеклопластиковых изделий практически одинаковые.

Сравнение металлической и стеклопластиковой арматуры (нажмите для увеличения)

Самым значимым недостатком арматуры, изготовленной из стеклопластика, является достаточно низкий показатель ее прочности на излом, что ограничивает ее применение для укрепления сильно нагруженных бетонных конструкций.

Для ленточного фундамента

Стеклопластик используют для армирования ленточного фундамента индивидуальных небольших построек.

Применение композитных стержней объясняется несколькими причинами:

• минимизация коррозии;
• небольшой вес стеклопластика;
• значительная длина стержней, что позволяет избавиться от стыков на горизонтальном силовом поясе фундамента, которые являются слабыми местами при использовании металлической арматуры.

Можно ли при заложении ленточного основания полностью избавиться от использования традиционной металлической арматуры ? Довольно тяжело, поскольку композитные стержни трудно выгнуть, чтобы они не треснули. Существуют специальные устройства для загиба, но для единичного строительства его применение будет не выгодно. Поэтому в углах применяется металлическая арматура с диаметром, соответствующим выбранной толщине стеклопластика. Как правильно подобрать арматуру смотрите здесь.

Важным условием при монтаже композитного каркаса является соблюдение правильной геометрии.

Если армирование металлическими стержнями проводят с интервалом от 10 до 20 см, то
армирование стеклопластиком производят через 20-23 см. Согласно строительным нормам, для таких целей используются пруты с сечением не менее 12 мм. Но для фундаментов, не несущих больших нагрузок, может подойти и диаметр стержня 6-8 мм. Рекомендуется использовать стержни с периодическим профилем для обеспечения высокой прочности.
При формировании силовых поясов из стеклопластика используется два диаметра прутьев: из арматуры большего диаметра собираются продольные части каркаса, а из меньшего — вертикальные и поперечные.

Укладка композитной арматуры производится по тем же принципам, что и металлической.

Собирается каркас с верхним и нижним поясами, поперечные прутья крепятся через равные промежутки, но с большим шагом. Также верхний защитный слой бетона может быть не 5 см, а 2,5 см.

Такую операцию, как вязка каркаса для ленточного фундамента, достаточно сложно осуществить одному, особенно при отсутствии опыта. Выполнение данной операции в одиночку может повлечь за собой нежелательные последствия. Согласно стандартам, армирование следует выполнять втроем.

Используя стеклопластиковую арматуру, нужно тщательно подойти к вопросу соединения прутьев. В первую очередь стоит оценить масштабы работы — при большом объеме работ, будет ли целесообразно связывать вручную весь каркас? Также стоит учесть некоторые внешние факторы, например низкую температуру, при которой исключается возможность использования хомутов. Самым универсальным способом является фиксация с помощью пластиковых клипс.

Инструкция по вязке арматуры

Перед тем, как вязать пластиковую арматуру для фундамента, желательно посмотреть видео. Однако это не отменяет наличия чертежа, в котором будут чётко обозначены все элементы каркаса и указаны расстояния между ними. Соответственно, на основании этого чертежа и должны отрезаться пруты рабочей и поперечной арматуры.

Нюансы вязки проволокой

Вязать каркас для фундаментной ленты удобнее укрупнёнными блоками, которые затем опускаются в опалубку и привязываются друг к другу. При структурировании каркаса плиты, вяжут сначала сетку нижнего уровня, к ней фиксируют вертикальные перемычки, а затем уже приступают к формированию верхнего ряда.

Угловое соединение

Подготовка материалов для сборки армирующего каркаса

Для повышения общей прочности бетонного монолита, его усиливают конструкцией из стеклопластиковой арматуры в виде плоской сетки или пространственного каркаса, которые собирают из круглых прутов переменного или постоянного сечения. Отдельные элементы таких конструкций соединяют между собой с помощью вязальной проволоки, фиксирующих хомутов или специального пистолета. Поэтому для вязки армирующего каркаса необходимо приобрести:

• пластиковую арматуру проектных диаметров;
• вязальную проволоку или затяжные хомуты.

Вязальная проволока должна быть круглого сечения и диаметром не менее 1 мм, чтобы обеспечить необходимую прочность соединения и не лопнуть при скручивании. Для быстрого получения отрезков проволоки нужной для вязки длины, всю свернутую бухту необходимо разрезать болгаркой на 3 или 4 части.

Чтобы сделать вязальную проволоку более мягкой, ее можно обжечь в пламени с помощью паяльной лампы или в костре. Необожженная проволока гнется хуже и не всегда обеспечивает плотный охват соединения. Кроме этого, неподготовленный металл обладает меньшей тягучестью и чаще рвется во время работы.

Изгибать арматуру из стекловолокна следует очень осторожно, не применяя термической обработки. Упругие свойства пластика делают процедуру сгибания довольно трудной. Поэтому для сборки углов и примыканий рекомендуется покупать согнутые элементы заводского изготовления.

Места пересечений стеклопластиковой арматуры под ленточный фундамент можно соединять прямыми отрезками или собирать одну из пересекающихся конструкций по месту установки.

Сборка арматурных каркасов может выполняться на открытом месте, в стороне от выкопанной траншеи. Правильная укладка уже собранной конструкции предусматривает расстояние от стенок опалубки и дна не менее 25 мм.

В каких сферах используется стекловолоконная арматура

Использование армированных прутьев из стеклопластика отмечено в крупном строительстве промышленных площадок, при возведении частных домов. Примеры использования арматуры:

• Для армирования стен из разных материалов — кирпичные, газосиликатные постройки. Удается облегчить сооружение, сэкономить часть бюджетных средств.
• Чтобы связать бетонные конструкции с внутренней прослойкой в виде утеплителя. Арматура — связующее звено.
• Для укрепления конструкционных сооружений, которые установлены в местах, где на материал может влиять коррозия — искусственные, природные водоемы. Преимущество перед металлическими прутьями.
• Возможно армирование клееной древесины. Необходимо для повышения прочности, жесткости конструкции.
• При возведении фундамента ленточного типа с заглублением в землю. Возможно строительство одноэтажных домов.
• Для повышения жесткости полов в частном доме.
• Повышение прочности дорожек, срока службы.

Инструмент для проволочного связывания арматуры

Использовать для вязки плоскогубцы не очень удобно. Они не обеспечивают необходимой плотности охвата соединения и требуют приложения больших усилий. Поэтому стальную проволоку скручивают на арматурных прутах при помощи специальных крючков или вязального пистолета. Магазины инструмента предлагают к продаже два вида крючков, предназначенных, чтобы вязать арматуру:

• простые ручные, которые необходимо все время вращать во время работы;
• полуавтоматические винтовые, с вращающимся при нажатии на ручку крючком;
• пластиковые фиксаторы в виде одеваемых на арматуру колец и вертикальных стоек.

Простой крючок можно не покупать, а сделать самостоятельно (подробнее о том, как это сделать — тут), согнув его из толстой стальной проволоки и заточив острие. В этом случае вам будет чем вязать проектную конструкцию из прутов и без покупки инструмента.

Нюансы вязки конструкций под заливку плитного фундамента

Армирование монолитных опорных оснований плитного типа выполняется в виде одного или двух рядов сеток в зависимости от проектного решения. Поэтому в такой конструкции арматурные пруты не рассматриваются как продольные и поперечные. Для поднятия нижней сетки над гидроизоляционным слоем на арматуру через каждые полтора-два метра одевают вертикальные стойки фиксаторы из пластика. Это позволяет установить арматурный каркас строго в горизонтальной плоскости на заданной высоте.

Важная особенность сборки арматуры для плитного фундамента заключается в том, что она производится по месту. Это необходимо из-за больших размеров конструкции и невозможности последующего перемещения. Поэтому во время вязки необходимо быть предельно осторожным, чтобы не наступить на уложенные арматурные прутья и не повредить конструкцию.

В шведской и финской утепленной плите (подробнее о ней в этой статье) необходимо предусмотреть пересечение прутов плиты с арматурным каркасом боковой опорной ленты. Для этого пруты нарезают длиннее, напускают их на вертикальные боковые арматурные каркасы и связывают проволокой.

Минусы

Неудовлетворительные показатели:

• Не переносит высокую температуру. Стержни, находящиеся внутри бетонного основания, вряд ли смогут быть подвержены нагреву выше 200оС.
• Высокая цена. Использование изделия из стекловолокна меньшего диаметра поможет снизить расходы.
• Углепластик плохо поддается изгибу. Невозможно использовать для каркасов укрепляющего характера. Если необходимо выполнить гнутые элементы конструкции, можно воспользоваться металлическими аналогами на этих участках.
• Стеклопластик отрицательно относятся к нагрузкам «на излом». Нехорошо для бетонных сооружений. Фундаменты, выполненные с армированием стеклопластиковыми прутьями, не могут переносить больших нагрузок, рекомендуются для одноэтажного строительства.
• Небольшая жесткость материала. Арматура плохо относится к вибрационным нагрузкам. Не рекомендуется применение автомобильного миксера при заливочных работах. Нагрузка увеличивается в несколько раз.

Рассмотрев все отрицательные, положительные стороны арматурных прутьев из стеклопластика, нет однозначного ответа, какой материал лучше — металл или стекловолокно. Каждый вид арматурных стержней имеет преимущественные сферы применения.

Стеклопластиковая конструкция

Анализ, сравнение основных параметров двух типов армирующих материалов

Из какого материала арматура лучше – из стеклопластика или стали, делать обвязку можно, проанализировав характеристики.

Стальная арматура:

• Хорошая упругость, пластичность материала.
• Прочность стальной арматуры составляет 390 мПа.
• Теплопроводность – 46 Вт/(м*к).
• Плотность равна 7800 кг/м3.

Стеклопластиковая арматура:

• Хорошая упругость, пластичность стеклопластикового прутка.
• По прочности изделия из стекловолокна превосходят конкурентов из стали. Показатели равны 1300 мПа.
• Коэффициент теплопроводности меньше — 0.35 Вт/(м*к).
• Плотность материала – 1900 кг/м3.

Технические характеристики

Недостатки материала

Несмотря на все упомянутые достоинства, стеклопластиковая арматура имеет один главный недостаток – это большая вероятность излома. У стальных прутьев этот показатель намного выше.

Именно из-за этого показателя стеклопластиковая арматура используется только тогда, когда нужно соответствовать определенным ограничениям по коррозии, диэлектрическим свойствам и проводимости тепла. Все конструкции, которые возводятся свыше определенных границ, делаются на страх и риск строителей. Производители доносят эту информацию до покупателей непосредственно на фирменных этикетках.

Выполнение расчетов

Расчет стеклопластиковой арматуры для фундамента производится с учетом важных нюансов. При строительстве железобетонных зданий расчет выполняется согласно СП «Бетонные и железобетонные конструкции» и он разделяется на две группы:

• 1 ГПС. Производится расчет в соответствии с несущими способностями. Здесь проводится проверка, может ли фундамент выдержать оказываемое давление, которое на него оказывается;
• 2 ГПС. Выполняются расчеты согласно свойствам жесткости. Эта группа учитывает деформации и величину раскрытия трещин у конструкций из железобетонной основы. Расчеты проводятся согласно показаниям модуля упругости материала.

В сооружениях из железобетонной основы наибольшую сжимающую нагрузку берет на себя бетон, а главная функция арматуры заключается в предотвращении разрушения, которое возникает при воздействии деформаций. Многие производители стеклопластиковой арматуры указывают на его повышенную прочность, но вот о модуле упругости ничего не известно. Этот показатель определяет свойства деформативности конструкции.

Главная задача арматуры – уберечь фундамент от разрушения Источник m-strana.ru

Чтобы выполнить расчеты деформативности, требуется поделить показатель прочности на данные модуля упругости. Прочность у стеклопластиковых изделий составляет Rs = 1000 Мпа, а модуль упругости Es = 50000 Мпа. Величина деформативности составляет 0,02 или 2 %. А вот у стальных армирующих компонентов А400 – Rs = 360 МПа, Es = 200000 Мпа. А степень деформативности выходит 0,0018 или 0,18 %. Из этого следует, что композитные изделия для армирования по сравнению со стальными справляются с трещинами в 10 раз хуже.

Сферы применения

Синтетическое армирование нашло применение в различных областях промышленного и гражданского строительства. С его помощью возводят жилые дома, сооружают заводские комплексы, применяют в монтаже технологических конструкций и т.д.

Особенно распространено применение композитной арматуры в фундаментах для малоэтажных строений и коттеджей. Кроме того, композитные стержни хорошо себя проявляют в бетонных конструкциях. Это могут быть стеновые кладки с гибкими связками, а также устройство кирпичных и железобетонных сооружений.

Не обходятся современные строители без синтетического материала и там, где невозможно применение стальных прутьев. Например, в условиях мороза в растворы для кладки необходимо добавлять специальные добавки в виде ускорителей твердения и противоморозных присадок. Такие внесения негативно воздействуют на металлические стержни, но для композитной арматуры они безвредны.

Современные
технологии дорожного строительства также предусматривают возможность использования синтетической арматуры. Ее применяют в сооружении покрытий, устройстве насыпей, для укрепления других элементов дорог, подвергающихся воздействию химически вредных реагентов. Как правило, использование композита в этой сфере предполагает одну цель – создание прочной связки с укрепляющим свойством. С этой целью стержни внедряются в дорожные откосы, конструкции мостов и различных полотен, испытывающих повышенные транспортные нагрузки.
Вернуться к содержанию

Руководство по армированным волокном полимерным пешеходным мостам

Пластик, армированный волокном | Композиты One

Появившиеся более 50 лет назад композиты представляют собой армированные волокнами пластмассы, которые используются в различных продуктах, приложениях и отраслях. В то время как термин «композит» может применяться к любой комбинации отдельных материалов, Composites One фокусируется на волокнах, в основном из стекла, которые были пропитаны матрицей из пластиковой смолы. Сочетание стекловолокна со смоляной матрицей приводит к получению прочных, легких, устойчивых к коррозии и стабильных размеров композитов. Они также обеспечивают хорошую гибкость конструкции и высокую диэлектрическую прочность и обычно требуют меньших затрат на инструменты. Из-за этих преимуществ композиты используются во все большем числе отраслей, например, в прогулочных лодках. Благодаря невероятному соотношению прочности к весу и гибкости конструкции они идеально подходят для конструкционных компонентов транспортной отрасли. Высокопрочные легкие композитные материалы премиум-класса, такие как углеродное волокно и эпоксидные смолы, используются в аэрокосмической отрасли и в спортивных товарах с высокими эксплуатационными характеристиками. Превосходные электроизоляционные свойства композитов также делают их идеальными для приборов, инструментов и машин. Резервуары и трубы, изготовленные из коррозионно-стойких композитов, имеют более длительный срок службы по сравнению с металлическими.

Гибкость конструкции

Одним из основных преимуществ композитов является то, как их компоненты — стекловолокно и полимерная матрица — дополняют друг друга. Хотя тонкие стеклянные волокна достаточно прочны, они также подвержены повреждениям. Некоторые пластмассы относительно слабы, но чрезвычайно универсальны и прочны. Однако объединение этих двух компонентов вместе приводит к получению материала, который более полезен, чем каждый из них по отдельности. Используя правильное волокно, смолу и производственный процесс, дизайнеры сегодня могут адаптировать композиты для удовлетворения требований конечного продукта, которые не могут быть выполнены при использовании других материалов. Ключевыми факторами, которые следует учитывать, являются волокно, смола и наполнитель, подробно описанные ниже.

Волокно

Композиты, армированные стекловолокном, получают свою прочность благодаря использованию тонких стекловолокон в их полимерной матрице. Эти прочные, жесткие волокна несут нагрузку, в то время как полимерная матрица распределяет нагрузку на композит. Благодаря правильному выбору типа стекла, диаметра нити, химической проклейки и формы волокна (например, ровинга, ткани и т.  д.) можно добиться самых разных свойств.

Волокна, изготовленные в основном из стекла на основе кремнезема, содержащего несколько оксидов металлов, обладают отличной термической и ударной стойкостью, высокой прочностью на растяжение, хорошей химической стойкостью и выдающимися изоляционными свойствами.

Волокна также могут быть изготовлены из углерода, бора и арамида. Хотя эти материалы обладают более высокой прочностью на растяжение и жестче, чем стекло, они стоят значительно дороже. По этой причине углерод, бор и арамид обычно предназначены для высокотехнологичных применений, требующих исключительных свойств волокна, за которые покупатель готов платить больше. В качестве альтернативы можно использовать гибридное волокно (сочетание дорогого волокна со стекловолокном), которое улучшает общую производительность, но при этом стоит меньше, чем использование одних только волокон премиум-класса.

Е-стекло — популярное волокно, состоящее в основном из оксида кремния, а также оксидов алюминия, бора, кальция и других соединений. Названное за хорошее электрическое сопротивление, Е-стекло является прочным, но недорогим, и на его долю приходится более 90% всего армирования из стекловолокна, особенно в обтекателях самолетов, антеннах и приложениях, где желательна прозрачность радиосигнала. Е-стекло также широко используется в компьютерных платах, где требуется жесткость и электрическое сопротивление.

В дополнение к Е-стеклу для композитного армирования можно использовать несколько других типов стекла. Наиболее популярными являются высокопрочное стекло и антикоррозийное стекло.

Высокопрочное стекло Giber

Высокопрочное стекло, углерод или другие передовые волокна используются в приложениях, требующих большей прочности и меньшего веса. Высокопрочное стекло широко известно как стекло S-типа в США, R-стекло в Европе и T-стекло в Японии. Первоначально S-стекло было разработано для военных целей в 19 веке.60-х годов, а более дешевая версия, стекло S-2, позже была разработана для коммерческого применения.

Высокопрочное стекло содержит значительно более высокие количества оксида кремния, оксида алюминия и оксида магния, чем Е-стекло. Стекло S-2 примерно на 40-70% прочнее, чем E-стекло.

Коррозионностойкое стекловолокно

Когда стекловолокно подвергается воздействию воды, оно подвергается эрозии из-за выщелачивания.

Для защиты от водной эрозии при производстве на волокна наносится влагостойкое покрытие, такое как силановое соединение. Добавление смолы во время формирования композита обеспечивает дополнительную защиту. В результате получается коррозионностойкое стекло (так называемое С-стекло).

Некоторые типы очков работают лучше, чем другие, при воздействии кислот или щелочей. Как C-стекло, так и стекло S-2 обладают хорошей коррозионной стойкостью при воздействии соляной или серной кислоты. E-стекло и стекло S-2 лучше противостоят раствору карбоната натрия (основа), чем C-стекло.

Выбор волокна

Факторы, которые следует учитывать при выборе типа стекла, включают тепловые свойства; стоимость волокна, тип используемого производственного процесса и формы армирования, подробно описанные ниже.

Тепловые свойства

При повышении температуры стекловолокно теряет прочность на растяжение. C-стекло плохо работает при высоких температурах и не должно использоваться для них. В то время как стекло E и стекло типа S теряют около 50% своей прочности на растяжение при 1000ºF, их прочность при высоких температурах по-прежнему считается хорошей.

Еще одним свойством, связанным с температурой, которое следует учитывать, является коэффициент теплового расширения (КТР). Волокна с высоким КТР больше расширяются при повышении температуры. Стекло S-типа имеет гораздо более низкий КТР, чем E-стекло или C-стекло. Наличие одинакового коэффициента теплового расширения как волокна, так и смолы предотвращает проблемы, связанные с разным коэффициентом теплового расширения.

Стоимость волокна

Стоимость часто является решающим фактором при выборе подходящего типа стекла. Цена на него зависит от количества, диаметра нити и других факторов, оптовая ровинг из Е-стекла обычно дешевле за фунт, чем С-стекло. Стеклоровинг S-2 обычно дороже. Разработчики продуктов должны взвесить преимущества усовершенствованных стеклянных волокон с их более высокой стоимостью, чтобы сделать лучший выбор для их применения.

Производство волокна

Прочность, коррозионная стойкость и другие свойства частично зависят от типа процесса, используемого для производства волокна. Сложность обработки и стоимость материалов также определяют цены на армирование стекла. При производстве волокна сыпучие материалы превращаются в паутинообразные веера из тонких (и высокоабразивных) стеклянных нитей диаметром от 315 до 24 микрометров. Кварцевый песок составляет более 50% используемого сырья. Различное сырье и параметры обработки могут производить типы стекла. Например, Е-стекло содержит известняк, плавиковый шпат, борную кислоту и глину.

Сырье смешивают, а затем помещают в печь при температуре от 2500º до 3000ºF для плавления. Расплавленное стекло втекает в одну или несколько втулок, содержащих сотни (а иногда и тысячи) маленьких отверстий. Его немедленно перемещают в зону закалки, где вода и/или воздух быстро охлаждают нити.

В типичном процессе формирования стекловолокна нити затем натягиваются на валик и покрываются проклейкой. Двигаясь с высокой скоростью, каждый веер накаливания вытягивается в одну нить и наматывается на трубку. Прядь обычно содержит сотни нитей и может содержать более 1000. После того, как шпиндель намоточной машины заполнится, жгут нитей транспортируется в печь, где проклейка высыхает и затвердевает. Пряди волокна из жмыха используются для производства ровинга и рубленого стекловолокна. Ровинг также формируется из нескольких жгутов нитей, помещенных в шпулярники, а затем сгруппированных вместе.

Проклейка

Стекловолокно нельзя обрабатывать без проклейки, которая защищает волокна и помогает связать их со смоляной матрицей. Смазочное масло в проклейке предотвращает повреждение поверхности нити высокоскоростным оборудованием и потерю прочности на растяжение. Проклеивающие химические компоненты защищают волокна от влаги и обеспечивают проводимость, поэтому волокна не притягиваются к электрически заряженным объектам (человеку или машине). Проклейка также содержит связующее вещество, улучшающее сцепление между стеклом и полимерной матрицей.

Химический состав проклейки существенно различается в зависимости от области применения. Например, он может быть разработан для улучшения смачиваемости волокна во время пропитки смолой, что сокращает время изготовления композита. Химия соединения также может улучшить прочность композита. Из-за своих конкурентных преимуществ рецептуры проклейки являются собственностью каждого производителя.

Формы армирования

Поскольку стекловолокно чрезвычайно хрупкое, оно поставляется в связках, называемых пряди, ровницы или нити. Прядь представляет собой совокупность непрерывных нитей. Ровинг относится к набору нескрученных нитей или пряжи. Пряжа представляет собой набор нитей или прядей, скрученных вместе.

Наиболее распространенными материалами, используемыми в производстве композитов, являются ровинг, рубленое волокно и ткани. Ровинг поставляется на весовой основе с указанным диаметром нити и выходом, либо в виде однонити (одна непрерывная прядь), либо в виде многонити (многочисленные нити). Ровинг также используется для производства матов, тканей, тесьмы, трикотажных и гибридных тканей и других армирующих материалов. Маты, ткани и оплетки сохраняют выравнивание волокон до пропитки смолой.

Маты

Доступные в виде рубленых и непрерывных нитей, маты представляют собой нетканые материалы, обеспечивающие одинаковую прочность во всех направлениях. Мат из рубленых нитей содержит беспорядочно распределенные волокна, нарезанные на куски длиной от 1,5 до 2,5 дюймов, скрепленные химическим связующим. Поскольку связующее вещество растворяется в стироле (материале, содержащемся в полиэфирных и винилэфирных смолах), маты из рубленых нитей легко принимают сложные формы. Обеспечивая недорогое пластиковое армирование, маты из рубленых прядей в основном используются для ручной укладки, непрерывного ламинирования и некоторых применений закрытого формования.

Мат из непрерывных нитей, более прочный, чем рубленые нити, формируется путем закручивания непрерывных нитей волокна на движущуюся ленту, покрытую химическим связующим для удержания волокон на месте. Его открытое (неплотное) расположение волокон допускает высокое соотношение смолы к волокну, в результате чего получается толстая, гладкая, насыщенная смолой отделка. Мат из непрерывных прядей в основном используется в компрессионном формовании, литьевом формовании смолы, пултрузии, изготовленных платформах и штампуемых термопластах. Эти чрезвычайно легкие маты также используются в качестве «поверхностной вуали».

Ткани

Тканые ткани производятся на ткацких станках различной плотности, переплетения и ширины. Двунаправленные тканые ткани обладают хорошей прочностью в направлениях 0 и 90 градусов и позволяют использовать один ламинат для более быстрого изготовления композита. Они сделаны из волокон, извитых, когда они проходят друг над другом и под ним. Под нагрузкой на растяжение эти волокна пытаются выпрямиться, вызывая напряжение в системе смоляной матрицы, поэтому они не такие прочные, как ткани с двумя отдельными ламинатами.

Для двунаправленных тканей используется несколько различных переплетений. В полотняном переплетении каждая укладочная нить или ровница попеременно перекрещиваются над и под каждым волокном основы. Упряжное атласное и корзиночное переплетения, в которых пряжа или ровница пересекает несколько основных волокон одновременно и под ними, более гибкие и легко приспосабливаются к изогнутым поверхностям. Из-за своего относительно грубого переплетения ровинг быстро смачивается, стоит относительно недорого и дает толстую ткань, используемую для тяжелого армирования, особенно при ручной укладке. Исключительно тонкие ткани из стекловолокна используются для армирования печатных плат.

Гибридные ткани изготавливаются путем комбинирования различных типов стекла и композиций нитей, например, с использованием высокопрочных стеклянных нитей S-типа или нитей малого диаметра в продольном направлении и менее дорогих нитей, сплетенных поперек ткани. Сшивание тканых и матовых тканей также может создавать гибриды.

Трикотаж

Трикотаж создается путем наложения нитей друг на друга практически в любом порядке и их сшивания. Ориентация всех нитей в одном направлении, например, приводит к большей гибкости ткани. Размещение нитей сверху, а не друг над другом, позволяет лучше использовать присущую им прочность. Поскольку в них нет извитых волокон, трикотажные ткани более податливы, чем тканые.

Благодаря широкому разнообразию направлений пряжи и веса ткани, трикотажные полотна изготавливаются в соответствии с индивидуальными требованиями заказчика. Как правило, они недоступны в облегченных версиях.

Плетеные ткани

По сравнению с ткаными, плетеные ткани имеют большую прочность на единицу веса, но они дороже из-за сложного производственного процесса. Однако производственные затраты снизились, что сделало плетеные ткани более конкурентоспособными. Их прочность достигается за счет переплетения трех или более нитей без скручивания двух нитей друг вокруг друга, непрерывного плетения по косой, так что по крайней мере одна осевая нить не извита. Такое расположение эффективно распределяет нагрузку по всей оплетке.

Оплетки бывают плоскими или трубчатыми. Плоские оплетки используются для выборочного армирования, например, для усиления определенных областей в пултрузионных деталях. Трубчатая оплетка может быть натянута на оправку, образуя полые поперечные сечения для использования в мачтах для виндсерфинга, фонарных и электрических столбах и других деталях.

Смолы

Матричные смолы связывают армирующие стекловолокна вместе, защищая их от ударов и окружающей среды. В непрерывно армированных композитах преобладают такие свойства стекловолокна, как прочность. Когда стекло используется в качестве прерывистой арматуры, преобладают свойства смолы, которые усиливаются стеклом.

Полимерные матричные смолы делятся на две категории: термореактивные и термопластичные. Разница в их химическом составе. Термореактивная смола химически состоит из молекулярных цепей, которые сшиваются во время реакции отверждения (под действием тепла, катализатора или того и другого) и «затвердевают» в окончательной жесткой форме. Молекулярные цепи в термопластичной смоле обрабатываются при более высоких температурах и остаются «пластичными» или способны к повторному нагреву и изменению формы. В то время как компромисс между термореактивными и термопластами широко обсуждался, инженеры обнаружат, что поставщики материалов будут адаптировать составы матричных смол для своего применения.

Термореактивные материалы

Благодаря своему опыту работы термореактивные материалы стали предпочтительной матрицей в непрерывно армированных композитах из стекловолокна и пластмассовых деталях, изготовленных со стеклянным наполнителем. Особенно популярны ненасыщенные полиэфирные смолы , которые относительно недороги, просты в обращении и обладают хорошей механической, электрической и химической стойкостью. Полиэфиры могут использоваться во многих производственных процессах, от распыления лодок и спа до компрессионного литья и литья под давлением (RTM) для изготовления деталей кузова автомобиля, а также литья под давлением электрических компонентов. Полиэфир также является основной полимерной матрицей в массовых формовочных смесях (BMC) и листовых формовочных смесях (SMC), используемых при компрессионном формовании.

Добавление гликоля, кислоты, реактивных мономеров (обычно стирола) и других материалов во время формования может улучшить свойства полиэстера для конкретных применений. Например, добавки и наполнители используются для придания полиэфирной смоле большей химической или коррозионной стойкости, огнестойкости, устойчивости к усадке и термостойкости, а также способности противостоять погодным условиям.

Полиэфиры названы в честь их ингредиентов, таких как ортополиэфиры (с использованием ортофталевой кислоты), изополиэфиры (смолы, содержащие изофталевую кислоту для превосходной химической и термической стойкости) и терефталевые смолы (в состав которых входят терефталевые кислоты для повышения ударной вязкости).

Термореактивные полиэфиры отверждаются экзотермическим образом, поскольку в процессе сшивки выделяется тепло. Балансируя ингибиторы, катализаторы и ускорители, производители могут контролировать профиль отверждения с точки зрения срока годности, жизнеспособности, времени гелеобразования, температуры отверждения и вязкости. Также доступны новые низкопрофильные полиэфирные составы, которые можно формовать при низком давлении (300 фунтов на квадратный дюйм), а затем использовать в приложениях SMC для крупных автомобильных деталей, требующих отделки класса А.

Специальные составы на основе полиэфирной смолы обладают большей ударопрочностью и стойкостью к истиранию, а также улучшают внешний вид поверхности. Эти смолы, известные как гелькоуты, наносятся на поверхность формы и превращаются в гель перед укладкой армирующих и матричных смол.

Сложные виниловые эфиры стоят дороже, чем полиэфиры, но используются во многих из тех же областей применения. По своим характеристикам они превосходят полиэфиры в химически агрессивных средах (например, химические резервуары из стекла и винилового эфира с намотанной нитью) и конструкционные ламинаты, требующие высокой влагостойкости (например, при производстве лодок).

Другим популярным термореактивным полимером является эпоксидная смола , которая используется в конструкционных аэрокосмических приложениях, особенно с углеродными волокнами, и в электронных устройствах, таких как печатные платы. Хотя эпоксидные смолы, как правило, дороже, чем полиэфиры, они имеют меньшую усадку и более высокую прочность/жесткость при умеренных температурах. Они также устойчивы к коррозии к растворителям, щелочам и некоторым кислотам. Как и полиэфиры, эпоксидные смолы можно использовать в большинстве процессов производства композитов. Они доступны в различных составах для обеспечения желаемых свойств и оптимизации производственного процесса.

Наиболее распространенными типами являются диглицидиловый эфир бифенила А (DGEBPA) и эпоксиноволаки (состоящие из глицидиловых эфиров крезола новолака, фенольного новолака или бифенила новолака). Сшивание зависит от используемой системы отвердителей (обычно это ароматические или алифатические амины или ангидриды кислот). По сравнению с полиэфирами эпоксидные смолы требуют больше времени для отверждения и не имеют побочных продуктов.

Эпоксидные смолы с более низкой плотностью сшивки обладают улучшенной ударной вязкостью и усадкой, тогда как эпоксиды с более высокой плотностью сшивки имеют лучшую химическую стойкость и повышенную температуру тепловой деформации (HDT).

Свойства смолы также можно изменить, используя различные отвердители системы отверждения. Алифатические амины позволяют составам отверждаться при комнатной температуре, ароматические амины повышают химическую стойкость и делают конечные детали более жесткими, а отвердители на основе ангидридов кислот обладают превосходными электрическими свойствами.

Фенольные смолы в течение многих лет доказали свою эффективность в высокотемпературных применениях, таких как сопла ракет. Ранее доступный в форме препрега (требовавшего автоклавного отверждения) или в виде компаундов для литья под давлением, теперь он доступен в новой версии с низкой вязкостью, которая легче обрабатывается и практична для различных применений, в том числе с небольшими объемами.

Фенолы особенно полезны в композитных деталях, которые должны соответствовать требованиям по выделению дыма, воспламенению и токсичности. Их можно найти в общественном транспорте, строительстве, горнодобывающей промышленности и проходке туннелей, а также в напольных покрытиях и внутренней обшивке салонов пассажирских самолетов. В автомобильной промышленности фенольные теплозащитные экраны, армированные стекловолокном, прошли испытания на сохранение прочности на растяжение до 480ºF с короткими пиками при более высоких температурах. Благодаря своей низкой стоимости, легкому весу и другим преимуществам фенольные смолы, армированные стекловолокном, заменили металл в компонентах автомобильной трансмиссии.

Несмотря на то, что фенольные смолы трудны в обработке, они обладают низкой плотностью, хорошей теплоизоляцией, выдающейся долговечностью и легкостью формования сложных контуров (при пропитке тканью). Окрашенные фенольные смолы и комплементарные составы гелькоута на акриловой основе находят применение в других областях, особенно в общественном транспорте.

Как полиуретан , так и полиамид могут быть включены в состав термореактивных или термопластичных смол. Термореактивный полиуретан повышает жесткость автомобильных бамперов за счет реактивного литья под давлением (RIM) — процесса, при котором реактивные смолы впрыскиваются под высоким давлением в форму. Термореактивные полиамиды, способные работать при температурах до 700ºF, в основном используются для современных композитных матриц. Термопластичные полиамиды легко выделяют летучие вещества под воздействием тепла и давления, в результате чего в деталях не остается пустот.

Благодаря своим высоким электрическим свойствам и химической стойкости полибутадиеновые смолы успешно используются в тонкостенных обтекателях, армированных стекловолокном, в качестве альтернативы композитам Е-стекло/эпоксидная смола.

Термопласты

В то время как термореактивные материалы используются более широко, термопластичные смолы доступны в значительно более широком диапазоне вариантов матрицы. Более дорогие, они также обладают высокими эксплуатационными характеристиками, выдерживая температуры до 400º F и выше. Помимо характеристик при повышенных температурах, термопластичные смолы обладают лучшей ударной вязкостью/сопротивлением повреждениям и более высокой прочностью на сжатие. В усовершенствованных композитах они также демонстрируют высокое демпфирование вибрации, вязкоупругость (важную для сопротивления разрушению) и низкий КТР. В форме препрега термопласты не требуют охлаждения и имеют увеличенный срок хранения. Недостатком является то, что они требуют обработки при температуре около 600º F или выше.

По сравнению с реактопластами, термопласты, используемые с длинным стеклянным волокном и измельченным/измельченным стекловолокном в качестве наполнителя (в частности, пластиковые детали, полученные литьем под давлением) или в мате из рубленого волокна, обеспечивают большую ударопрочность и меньшую гигроскопичность (готовность к поглощению влаги). Они также расширяют возможности обработки (например, с помощью термоформования) и требуют меньше времени для обработки, чем термореактивные.

В зависимости от стоимости и свойств термопласты делятся на две категории: товарные смолы и технические смолы.

Наиболее распространенными товарными термопластичными смолами являются полиэтилен, полистирол, полипропилен и термопластичные полиэфиры (ПЭТ, ПБТ). Их характеризуют параметры текучести и плотности расплава, повышенная ударопрочность и относительная простота обработки.

Инженерные термопласты включают акрилонитрилбутадиенстирол (АБС), ацеталь, нейлон (полукристаллический полиамид), поликарбонат (ПК), поливинилхлорид (ПВХ) и полисульфоновые смолы. Эти термопласты хорошо работают в автомобильных приложениях, таких как компоненты топливной системы и воздухозаборные коллекторы двигателя.

Термопласты, армированные прерывистым стекловолокном, используются для производства широкого спектра потребительских, коммерческих и легких промышленных товаров. Из-за высоких температур обработки термопласты нерентабельны в проектах ручной укладки и напыления, если только не требуются высокие механические и физические свойства.

При автоматизированных процессах, таких как пултрузия и намотка нити, оборудование, предназначенное для обработки термореактивных материалов, должно быть сначала модифицировано для производства непрерывных термопластов, армированных стекловолокном. Были разработаны и продемонстрированы успешные подходы, но сегодня они широко не используются. В большинстве процессов производства FRP используются термореактивные смолы.

Наполнители

Наполнители, такие как гипс, карбонат кальция (известняк), каолин (глина) и тригидрат оксида алюминия, часто используются в композитах для улучшения характеристик и снижения затрат. По сравнению со смолой и армированием они недороги. В зависимости от используемого материала наполнители позволяют повысить дымо- и огнестойкость, механическую прочность, водостойкость, гладкость поверхности и эксплуатационные характеристики.

Сердцевина

Материалы сердцевины используются в многослойных композитных конструкциях для придания изделию жесткости и прочности при минимальном увеличении веса.