Технология производства стекловолокна - VSEDLYADOMA-SPB.RU

Технология производства стекловолокна

Стекловолокно: способ получения, свойства, применение

Стекловолокно (стеклонить) — волокно или комплексная нить, формуемые из стекла. В такой форме стекло демонстрирует необычные для него свойства: не бьётся, не ломается и легко гнётся без разрушения. Это позволяет ткать из него стеклоткань, изготавливать гибкие световоды и применять во множестве других отраслей техники.

Стекловолокно имеет совершенно уникальное сочетание характеристик: повышенная прочность при сжатии и растяжении, термостойкость, негорючесть, низкая гигроскопичность, стойкость к химическому и биологическому воздействию. Из стекловолокна производят материалы с высокими тепло-, электроизоляционными и звукоизоляционными свойствами, и, конечно, механической прочностью.

Стекловолокно производят из лома стекла или из сырья, идентичного сырью для производства собственно стекла. Непрерывное стекловолокно формуют вытягиванием из расплавленной стекломассы через фильеры (число отверстий 200-4000) при помощи механических устройств, наматывая волокно на бобину. Диаметр волокна зависит от скорости вытягивания и диаметра фильеры. Технологический процесс может быть осуществлен в одну или в две стадии. В первом случае стекловолокно вытягивают из расплавленной стекломассы (непосредственно из стекловарочных печей), во втором используют предварительно полученные стеклянные шарики, штабики или эрклез (кусочки оплавленного стекла), которые плавят в стеклоплавильных печах или в стеклоплавильных аппаратах (сосудах) [1].

Исходный продукт, как и в других областях производства химических волокон получается в виде бесконечных элементарных волокон (филаментов), из которых далее в процессе переработки формируются или комплексные нити (диаметр филаментов 3—100 мкм (линейная плотность до 0,1 Текс)) и длиной в паковке 20 км и более (непрерывное стекловолокно), линейная плотность до 100 Текс, или в стеклянные ровинги (продукты линейной плотностью более 100 Текс). В этом случае, как правило, продукт перерабатывается в крученые нити (ровинги) на крутильно-размоточных машинах. Данные полуфабрикаты далее могут быть подвергнуты любым формам текстильной переработки в крученые изделия (нити сложного кручения, шнуры, шпагаты, канаты), текстильные полотна (ткани, нетканые материалы), сетки (тканые, специальной структуры).

Стекловолокна также могут выпускаться в дискретном (штапельном) виде. Штапельное стекловолокно формуют путём раздува струи расплавленного стекла паром, воздухом или горячими газами и др. методами.

Также исходный стеклянный ровинг может быть переработан путем резки, рубки или разрывного штапелирования в дискретные (штапельные) волокна со штапельной длиной 0,1 (микроволокно) — 50 см, титр волокна в данном случае как правило ниже, чем филаментных нитей и соответствует диаметру 0,1-20 мкм. Основная масса штапельных стекловолокон перерабатывается в нетканые материалы (кардные, иглопробивные, нитепрошивные, стеклохолст) по различным технологиям (кардочесание, преобразование прочеса, иглопробивание, нитепрошивание), стекловату, штапельную пряжу. По внешнему виду непрерывное стекловолокно напоминает нити натурального или искусственного шёлка, а штапельное — короткие волокна хлопка или шерсти [1].

Существует два типа технологий производства стекловолокна – одностадийный и двухстадийный.

Двухстадийный (наиболее распространенный) способ получения волокна включает в себя стадию подготовки шихты, варки стекла, выработки эрклеза, стеклошариков или штабиков, и стадию плавления эрклеза и стеклошариков в плавильном сосуде и вытягивания волокна.

Вторая стадия получения волокна состоит из следующих операций:

1) Подготовка и подача стеклянных шариков или эрклеза в стеклоплавильный сосуд.

2) Плавление шариков и эрклеза и подготовка стекломассы к формованию.

3) Заправка грубых волокон (при использовании штабиков).

4) Формование волокон.

5) Охлаждение волокон.

6) Нанесение на волокна замасливателя и соединение их в нить.

7) Раскладка и намотка нити.

При более прогрессивном одностадийном способе, волокна вытягивают из стекломассы, поступающей в выработку сразу из стекловаренной печи, питаемой шихтой, т.е. исключается промежуточная стадия выработки эрклеза и стеклянных шариков, при этом расход энергии сокращается практически в два раза. Вместо нее осуществляется операция распределения потока стекла в распределителе стеклоплавильной печи по отдельным фильерным питателям. Одностадийный метод получения стекловолокна используется на предприятиях ОАО «Сен-Гобен Ветротекс Стекловолокно», ОАО «Стеклонит», ООО «УРСА Серпухов» и ООО «Сен-Гобен Изовер Егорьевск».

Дополнительная обработка поверхности стекловолокна замасливателями приводит к ее гидрофобизации, снижению поверхностной энергии и электризуемости, снижению коэффициента трения от 0,7 до 0,3, увеличению прочности при растяжении на 20-30%. Поверхностные свойства стекловолокна и капиллярная структура изделия определяют малую (0,2%) гигроскопичность для волокон и повышенную (0,3-4%) для тканей.

При производстве волокна для нетканых материалов операции соединения волокон в нить, раскладки или приема волокна или нити модернизируются в зависимости от вида и назначения материала.

Изделия из стекловолокна хуже работают при многократном истирании и изгибе, однако, стойкость к такому обращению повышается путем пропитки стекловолокна лаками и смолами. На 20-25% повышает прочность склеивание волокон в нити, а пропитка стекловолокнистых материалов лаками увеличивает прочность на 80-100%. При погружении стекловолокна в воду прочность снижается, но после высушивания восстанавливается полностью. При длительном действии деформирующего усилия у стекловолокон развивается упругое последствие. Влага также снижает сопротивление стекловолокна трению и изгибу. В сухом воздухе прочность стекловолокна резко повышается. Аналогично действию сухого воздуха смачивание стекловолокон неполярной углеводородной жидкостью – оно дает наибольшее значение прочности. При нагревании стекловолокна до 250-300°С его прочность сохраняется, в то время как органические волокна в условиях таких температур полностью разрушаются.

Значительное влияние на прочность стекловолокон, подвергнутых термической обработке, оказывает состав стекла. Волокна из натрийкальцийсиликатного и боратного стекол теряют свою прочность при термической обработке, начиная уже с 100-200°С. Волокна из кварцевого, кремнеземного и каолинового стекла теряют прочность на 50% при нагреве до 1000°С и последующем охлаждении.

Прочность стекловолокон в различных агрессивных средах (водяной пар высокого давления, горячая вода, щелочи, кислоты) также зависит от химического состава стекла. Самой высокой прочностью и стойкостью к горячей воде и пару обладают стекловолокна из бесщелочного алюмоборосиликатного и магнийалюмосиликатного стекла.

Физико-механические свойства стекловолокна

Механические свойства волокон представлены в таблицах 1.1, 1.2.

Таблица 1.1 — Механические свойства волокон [2]

Марка стекла Плотность ρ, 10 −3 кг/м 3 Модуль упругости Е, ГПа Средняя прочность на базе 10 мм, ГПа Предельная деформация ε, %
Высокомодульное 2,58 4,20 4,8
ВМ-1 2,58 4,20 4,8
ВМП 2,46 4,20 4,8
УП-68 2,40 4,20 4,8
УП-73 2,56 2,00 3.6

Таблица Г.1.2 — Механические свойства стекловолокон [2]

Волокно Плотность, 10 3 ·кг·м −3 Модуль растяжения, ГПа Предел прочности при растяжении, ГПа
E-стекло 2,5 2,5
S-стекло 2,5 4,6
Кремнезем 2,5 5,9

Свойства высокомодульных волокон и однонаправленных эпоксидных композиционных материалов из них представлены в таблице 1.3.

Таблица1.3 — Свойства высокомодульных волокон и однонаправленных эпоксидных композиционных материалов [2]

Тип волокон Марка волокна Свойства волокон длиной 10 мм Свойства композиционных материалов *
σв E σв E σв / (pg), км
ГПа ГПа ГПа ГПа
Стеклянные ВМ-1 3,82 102,9 2,01 69,1
ВМП 4,61 93,3 2,35 64,7
М-11 4,61 107,9 2,15 72,6
Борные БН (сорт 2) 2,75 392,2 1,37 225,5
БН (сорт 1) 3,14 382,4 1,72 274,6
Борофил (США) 2,75 382,4 1,57 225,5
Органические СВМ 2,75 117,7 1,47 58,5
Кевлар-49 (США) 2,75 130,4 1,37 80,4

* Объемная доля наполнителя 60 %.

На предел прочности на растяжение стекол влияют микроскопические дефекты и царапины на поверхности, для конструктивных целей в основном применяют стекло с прочностью на растяжение 50 МПа. Стекла имеют Модуль Юнга около 70 ГПа.

Основная область применения стекловолокна и стеклотекстильных материалов — использование в качестве армирующих элементов стеклопластиков и композитов. Также стеклоткани могут самостоятельно использоваться в качестве конструкционных и отделочных материалов. В этом случае они зачастую подвергаются той или иной форме отделки, главным образом — пропитке связующим (латекс, полиуретан, крахмалы, смолы и прочие полимеры) [2].

Стекловолокно выпускается в рулонах и в виде плит. Плиты из стекловолокна отличаются повышенной жесткостью и выдерживают высокие нагрузки. Для повышения показателей по ветрозащите плиты повышенной жесткости отделывают стекловойлоком.

В большинстве случаев стекловолокнистые плиты применяют для изоляции стен под штукатурные работы в вентиляционных фасадах зданий. На сегодняшний день несколько российский производителей плит повышенной жесткости получили сертификаты пожарной безопасности, которые позволяют использовать плиты из стекловолокна для проведения работ по увеличению огнестойкости металлических конструкций.

Из-за небольшой плотности и значительного количества, содержащегося в нем воздуха, изделия из стекловолокна хорошо сберегают тепло, сохраняя эту способность в течение длительного периода. Легкость, мягкость и эластичность стекловолокна позволяют использовать его для отделки неровных поверхностей, облицовывая конструкции любой формы, не зависимо от конфигурации. Стекловолокно также имеет способность сохранять форму, выдерживать старение и деформации.

Высокие звукоизоляционные свойства стекловолокна, химическая стойкость, отсутствие коррозионных агентов, не гигроскопичность и негорючесть расширяют сферу применения стекловолокнистых изделий.

Изделия из стекловолокна используются в системах наружного утепления, в вентилируемых фасадах зданий для теплоизоляции, для повышения огнестойкости несущих металлических конструкций гражданских и промышленных сооружений.

Стекловолокно входит в структуру гибкой черепицы в качестве несущей арматуры, обеспечивающей изделиям высокую механическую прочность, превосходящую требования международных стандартов качества. В процессе производства стекловолокно пропитывается битумом, чтобы не допустить присутствия влаги в готовом изделии.

Стекловолокно используется так же в стоматологии в составе керамической системы, особенностью которой является возможность химической связи волокон материала с композитами и пластмассами. В качестве арматуры используется стекловолокно, в качестве основы – неорганическая матрица.

Дата добавления: 2017-01-13 ; просмотров: 17185 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Производство стекловолокна как бизнес: технология изготовления, оборудование, юридические аспекты

Стекловолокно — очень востребованный и незаменимый во многих сферах материал.

Заняться его изготовлением — хорошая идея.

Учитывая то, что производить его можно из вторичного стекла, бизнес будет не только выгоден, но и полезен для экологии.

В этой статье поговорим о технологии изготовления, оборудовании и нюансах регистрации бизнеса.

В чем особенность материала?

Стекловолокно состоит из стеклянных нитей. Материал обладает уникальными свойствами – у него хорошая тепло- и электропроводность, он удароустойчив и гибок.

Стекловолокно можно легко согнуть и при этом не нанести ему никакого вреда.

Из стекловолокна получают:

  • крученые нити, из которых производят шпагаты, сетки, канаты и ткани;
  • стеклохолст и стекловату;
  • нитепрошивные и кардные материалы;
  • световоды.
  • чтобы придать дополнительную прочность композитам (в первую очередь стеклопластикам);
  • для отделки поверхностей;
  • в качестве утеплителя; стекловолокном утепляют подвальные и чердачные помещения, кровли и полы;
  • материалом пропитывают полимеры.
Читайте также  Как убрать декоративную шпаклевку со стены

Разберемся, как сделать стекловолокно и какое сырье использовать.

Технология производства

Сырьем для стекловолокна служит обычное битое стекло.

Также используется известняк, песок и вспомогательные компоненты.

Этапы создания стеклянных нитей:

  1. Сырье расплавляют.
  2. Полученный вязкий расплав под высоким давлением пропускается через сотни микроскопических отверстий. Это придает материалу нитеобразную форму.
  3. Охлаждают и наматывают на специальные катушки.

Готовое стекловолокно обрабатывают замасливателем.

Замасливатель делает его водонепроницаемым и устойчивым к трению и растяжению, а также способствует объединению волокон в комплексную нить.

Нити производят не только с помощью стеклянного расплава. Также используется стекло округлой формы, которое сначала сплавляют. Такая технология стоит существенно дороже.

Как открыть бизнес?

Первым делом следует разработать бизнес-план. После этого можно переходить к закупке оборудования и сырья.

Покупка оборудования

Оборудование для собственного завода по созданию стеклянных нитей стоит недешево. Понадобится приобрести:

  • центробежно-дутьевую машину; ее цена находится в диапазоне 80-180 тыс. руб.;
  • сушильный контейнер (с полимеризацией); он стоит 100-150 тыс. руб.;
  • камеру для осаждения волокон (50-90 тыс. руб.);
  • концевой конвейер (40-80 тыс. руб.).

Также необходим нож для поперечной резки, или рубочная машина. Она обойдется в 15-25 тыс. рублей.

Самыми известными фирмами-производителями вышеперечисленного оборудования являются:

Можно выбрать станки и линии, которые уже имеются в продаже, а можно заказать их изготовление под свои параметры и нужды.

Если вы не распологаете достаточным капиталом, можно рассмотреть варианты бу.

Где брать сырье?

Для создания стекловолокна понадобятся:

  • стеклобой – основная составляющая производства;
  • красители, осветлители и другие вспомогательные химические реагенты.

Достать нужное количество сырья – не самая сложная задача.

Бой стекла легко приобрести в местах утилизации и пунктах приема стеклотары. В крайнем случае, можно организовать пункт приема у населения самостоятельно.

Химические реагенты достать тоже несложно. Одним из крупнейших и наиболее известных отечественных поставщиков такой продукции является ЗАО «Химсервис».

Требования к помещению

Чтобы создать стекловолокно, приходится использовать химические вещества. Невозможно избежать и появления стеклянной пыли.

Поэтому в производственном помещении обязательно должно быть:

  • качественное очистное оборудование для системы водоснабжения;
  • хорошая вентилируемость; придется потратиться и на маски с респираторами для рабочих;
  • пожарная сигнализация.

Придется вложиться и в отопительную систему, поскольку температура в производственных помещениях в рабочее время не должна опускаться ниже +15 градусов.

В стекловолоконном производстве большое складское помещение – обязательный компонент. Его площадь должна быть не меньше 200 м 2 .

В идеале нужно иметь 2 таких помещения: одно — для сырья и другое — для готовой продукции.

Склады, естественно, тоже придется оборудовать вентиляцией и средствами пожарной безопасности.

Персонал

На первых порах для производства стекольных нитей многочисленный персонал не потребуется – вполне хватит и 10-12 человек.

Не обойтись без таких «белых воротничков», как:

  • технолог-консультант; он подбирает оптимальное оборудование и вспомогательные материалы для оптимизации и удешевления производства, советует, как лучше организовывать рабочий процесс;
  • бухгалтер для цивилизованного общения с налоговой;
  • менеджер по закупкам и сбыту;
  • секретарь, чьи основные обязанности — «разруливать» текущие дела.

Кроме рядовых цеховых рабочих, обязательно придется нанять:

  • нескольких грузчиков, разгружающих и загружающих склады предприятия;
  • водителей – они перевозят сырье и товар;
  • уборщиков.

Куда сбывать готовую продукцию?

Стекловолокно пользуется повышенным спросом у:

  • государственных организаций и частных компаний, которые занимаются строительством дорог, производственных и инфраструктурных объектов, жилых строений;
  • компаний, предоставляющих ремонтные услуги;
  • крупные строительные магазины и гипермаркеты.

Можно ли утилизировать отходы?

Отходы от стекловолоконного производства к опасным не относятся, но, тем не менее, подлежат обязательной утилизации.

К основным из них относятся:

  • однонаправленные и грубые «негибкие» стекольные волокна;
  • стекловолоконные обрезки.

Их можно утилизировать и производить из них пеностекло , а также другие теплоизоляционные и прошивные материалы.

Чтобы избавиться от отходов законным способом, нужно связаться с предприятиями, которые на этом специализируются, например:

Оформление документов

Чтобы начать производство стеклянных нитей, понадобится зарегистрироваться в налоговой и получить несколько специальных разрешительных документов.

В налоговую службу нужно послать специальное заявление.

В нем следует указать:

  • в какой форме будет предоставляться налоговая отчетность;
  • код ОКВЭД.
  • форму юридической деятельности (ООО или индивидуальный предприниматель).

Чему отдать предпочтение – ИП или ООО – решать только вам. Если планируются крупные инвестиции в предприятие с последующим его масштабированием, по ряду причин лучше выбирать ООО.

В классификаторе предпринимательской деятельности (ОКПД) стекловолоконный бизнес относится к пунктам 1, 14 и 23 раздела С, где:

  • 1 –стекло и стеклянные изделия;
  • 14 –само стекловолокно;
  • 23 –минеральные продукты (неметаллические).

Кроме заявления в налоговую, необходимо будет получить специальные разрешения на ведение деятельности у:

  • санитарной службы;
  • пожарной инспекции;
  • комиссии, которая ответственна за охрану труда.

Также необходимы:

  • сертификат, который подтверждает, что используемое оборудование отвечает Госстандарту;
  • специальный документ, удостоверяющий, что готовая продукция соответствует ГОСТу;
  • лицензия на использование взрывоопасных производственных мощностей.

Нужна лицензия и для работы с отходами стекловолоконного производства.

Она позволяет хранить, перевозить, обрабатывать и утилизировать отходы, которым присвоен 1-4 класс опасности.

В соответствии с федеральным законом (N-99, статья 9) срок действия такой лицензии не ограничен временными рамками.

Рентабельность бизнеса

При условии, что удастся быстро отыскать покупателей, стекловолоконный бизнес окупит затраты уже через 6-8 месяцев. Начальные вложения в среднем составляют до 3 500 000 млн. руб.

Вот приблизительные затраты:

Направление расходов Сума в руб.
Регистрация в качестве ООО и получение всех разрешительных документов 35000,0
Аренда производственного помещения среднего размера 150 000
Закупка оборудования 700 000 – 1 500 000
Транспорт, перевозки и обслуживание складов 700 000
На зарплату 600 000
Налоги 300 000
Коммунальные услуги 120 000
Реклама 50 000
Всего 2 655 000– 3455 000

Оборотные средства в среднем составят 600 000 руб.

Рентабельность в немалой степени будет зависеть от того, насколько быстро удастся найти постоянных заказчиков.

Если с этим все будет в порядке, то месячная прибыль будет приблизительно составлять 500 000 — 700 000 рублей.

Организации, которые занимаются гидростроительством и гидроизоляцией, на сегодняшний день нуждаются в стекловолокне больше всего.

Вывод

Создание стекловолокна – дело не только перспективное и доходное. Этот бизнес еще и полезен для экологии.

В качестве сырья для него используется продукт утилизации – битое стекло, а отходы производства тоже можно переработать.

ПРОИЗВОДСТВО СТЕКЛОВОЛОКНА И СТЕКЛОПЛАСТИКОВ

Свойства стекломассы позволяют получать из нее и волокнистые изделия. Известно два основных способа производства стеклянного волокна: из расплавленного стекла вытягиванием нитей или раздувом струи стекломассы. В первом случае получают непрерывное стекловолокно длиной до 20 км, во втором — штапельное — длиной до 50 см. Диаметр непрерывного стекловолокна колеблется от 3 до 100 мкм, штапельного волокна от 0,2 до 20 мкм. Изделия из непрерывного волокна по внешнему виду напоминают натуральный или искусственный шелк, а из штапельного — хлопок или шерсть.

Химический состав стеклянных волокон зависит от области применения и способов формования. Процесс формования непрерывного стеклянного волокна предъявляет к стеклу следующие требования: интервал вязкостей, в котором устойчиво протекает формование волокна, составляет 10 2 —10 3 Па с; верхний предел кристаллизации стекла должен быть ниже температур, соответствующих рабочему интервалу вязкости; стекло должно обладать малой скоростью кристаллизации.

Для производства стекловолокна применимы стекла с температурой ликвидуса на 30—50 °С ниже температуры его формования, поэтому составы стекол отличаются от известных рецептур «массивных» стекол. Все известные составы стекол можно классифицировать на 5 типов по основным эксплуатационным свойствам: Е (электроизоляционного назначения), С (химически устойчивые), А (тепло-звукоизоляция), высокопрочные, высокотемпературостойкие. В основном это алюмоборосиликатные, натриевокальциево- алюмоборосиликатные, натриевокальциевосиликатные с содержанием щелочных оксидов от 0,5 до 10 %, а также кварцевые, высококремнеземистые и др.

Для варки стекол применяют горшковые, ванные печи непрерывного действия, пламенные печи прямого нагрева и электрические стекловаренные печи. Температуры варки 1600 °С и выше, для достижения высокой степени гомогенизации применяют принудительное перемешивание стекломассы.

Способы выработки стеклянного волокна классифицируют по двум основным принципам его формования: вытягивание непрерывного волокна из расплавленной стекломассы и разделение струи расплавленного стекла, потоком пара или воздуха с получением штапельных волокон. Каждый из этих методов может быть одно- или двухстадийным.

При двухстадийном процессе непрерывное стеклянное волокно вырабатывают из стеклоплавильных печей, питаемых стеклянными шариками. Технология включает следующие процессы: стекловарение, формирование стеклянных шариков, подготовка и подача их в стеклоплавильный сосуд, плавление шариков и подготовка к формованию через фильеры. Далее происходит заправка грубых волокон, нанесение на них замасливателя и соединение в нить, которая подвергается раскладке и намотке на бобину.

Замасливание волокон для формирования их в нить осуществляется на роликовых, валковых и ленточных замасливающих устройствах. В состав замасливателя входят растворители (дистиллированная вода, органические вещества), клеящие вещества (поливиниловый спирт, латексы, парафин, крахмал, желатин и др.) и пластификаторы (различные масла, триэтаноламин, триэтилен- гликоль и др.).

При одностадийной технологии (рис. 6.16) поток стекла в фидере стекловаренной печи распределяют по отдельным фильерным питателям. Число волокон, получаемых с одного стеклоформующего устройства, зависит от назначения стеклянной нити для различных видов текстильных материалов (тканых и нетканых) — от 100—800 и более. Для интенсификации охлаждения стекломассы при формовании волокна применяют охлаждающие устройства: подфильерные холодильники и различные дутьевые устройства.

Читайте также  Принцип действия гидроаккумулятора водоснабжения

Стекловолокно отличается большой прочностью на разрыв, высоким модулем упругости, малой гигроскопичностью, улучшенными диэлектрическими свойствами, влаго- и химстойкостью. Непрерывное стеклянное волокно служит для изготовления стеклотканей и стеклопластиков.

Рис. 6.16. Схема установки для получения стекловолокна одностадийным способом: 1 — стекловаренная печь; 2 — фидер; 3 — струйная трубка;

  • 4 — фильерный питатель; 5 — нить; 6 — вытяжные валки; 7 — конвейер;
  • 8 — сушильная камера; 9 — стеклянный холст

Штапельное стекловолокно получают методом вертикального раздува паром или воздухом. Стекломасса из стекловаренной ванной печи поступает в питатели, откуда вытекает в виде струй диаметром 2—7 мм. По окружности окна питателя установлены дутьевые устройства, в которые подается пар или сжатый воздух под давлением 0,6—1,0 МПа. Под действием его струи стекла расщепляются на короткие волокна, которые попадают в потоке струи (пара) в вертикальную камеру волокнообразования. В камере разбрызгивают фенолформальдегидную смолу (10% от массы волокна). Смола покрывает волокна тончайшим слоем, придает им эластичность и химическую устойчивость. Волокна равномерно оседают на сетчатый транспортер. Непрерывная стекловолокнистая лента поступает в камеру полимеризации, нагревается до 170°С. Смола склеивает волокна и делает ленту полужесткой. Ленту толщиной 30—50 м режут на маты заданных размеров. Стекловолокнистые плиты — эффективный теплоизоляционный материал.

Стеклопластики — композиционные материалы, составляющими которых являются стекловолокнистый наполнитель с диаметром волокна 0,1—300 мкм (непрерывное штапельное волокно, жгуты или холсты из рубленых или непрерывных стеклянных нитей, стеклоткань) и связующее синтетические смолы (полиэфирные, эпоксидные, фенольные и др.). Для повышения вязкости полимерного связующего, уменьшения усадки, придания отвержденным композициям жесткости и твердости в состав стеклопластиков вводят инертные наполнители (каолин, тальк, слюда).

В строительстве получили применение листовые материалы — стеклотекстолиты, анизотропные стеклопластики типа С ВАМ (на основе ориентированного стекловолокна), светопропускающие листы на основе рубленого стекловолокна, купола и оболочки, а также погонажные изделия (плинтусы, наличники и др.).

Стеклопластики получают прессованием стекловолокна в виде тканей и нетканых материалов, пропитанных синтетическими смолами. Листовой плоский стеклопластик производят на конвейерных линиях. На лист целлофана наносят связующее. Стекложгут рубят в машине, равномерно распределяют на целлофане слоем толщиной 1 мм и закрывают сверху еще одним листом целлофана. Формуемая лента прокатывается валками в камере желатини- зации и поступает в полимеризационную камеру, обогреваемую паром. По выходе из камеры стеклопластик охлаждается, целофан удаляется и изделия разрезают по шаблону.

Для стеклопластиков характерны высокая механическая прочность, легкость, низкая теплопроводность, стойкость к ударным воздействиям, антикоррозионная стойкость. К недостаткам стеклопластиков относятся: склонность некоторых из них к старению и пониженная долговечность при эксплуатации в суровых климатических условиях.

Введение

Стекловолокном называют волокно, изготовленное из расплавленного стекла.

Стекловолокно обладает редким сочетанием свойств: высокой прочностью при растяжении и сжатии, негорючестью, стойкостью к нагреву, малой гигроскопичностью, стойкостью к химическому и биологическому воздействию. Из него изготовляют материалы с высокими электро-, тепло-, звукоизоляционными свойствами и механической прочностью. На основе стекловолокнистых материалов изготавливаются различные виды изделий, которые успешно заменяют традиционные материалы, а также, имеют только им присущие области применения.

Различают два вида стекловолокна:

  • · непрерывное — длинной сотни и тысячи метров
  • · штапельное — длинной до 0,5 м.

По внешнему виду непрерывное волокно напоминает натуральный или искусственный шелк, а штапельное — хлопок или шерсть. Изделия из непрерывного волокна имеют вид однонаправленных волокон, тканых материалов, нетканых материалов и волокнистых световодов.

стекловолокно непрерывный штапельный строительство

Производство стекловолокна

Непрерывное стекловолокно:

В настоящее время на территории России для получения непрерывного стекловолокна применяют два подхода — одностадийный и двухстадийный.

Двухстадийный (наиболее распространенный) способ получения волокна включает в себя стадию подготовки шихты, варки стекла, выработки эрклеза (кусочки оплавленного стекла), стеклошариков или штабиков и стадию плавления эрклеза и стеклошариков в плавильном сосуде и вытягивания волокна.

Вторая стадия получения волокна состоит из следующих операций:

  • · подготовка и подача стеклянных шариков или эрклеза в стеклоплавильный сосуд;
  • · плавление шариков и эрклеза и подготовка стекломассы к формованию;
  • · заправка грубых волокон (при использовании штабиков);
  • · формование волокон;
  • · охлаждение волокон;
  • · нанесение на волокна замасливателя и соединение их в нить;
  • · раскладка и намотка нити.

Одностадийная технология значительно опережает двухстадийную по соотношению цена/качество конечного продукта. Он является более современным, поэтому к настоящему времени не все производства смогли его внедрить. При применении этого подхода волокна вытягивают из стекломассы, поступающей в выработку сразу из стекловаренной печи, питаемой шихтой, т.е. исключается промежуточная стадия выработки эрклеза и стеклянных шариков, при этом расход энергии сокращается практически в два раза. Вместо нее осуществляется операция распределения потока стекла в распределителе стеклоплавильной печи по отдельным фильерным питателям. Надо отметить, что при этом качество стекловолокна может быть несколько хуже, чем при изготовлении по первой технологии, что связано с меньшей гомогенизацией расплава.

Фильерный способ производства непрерывного стекловолокна:

Позволяет получать непрерывное стекловолокно, которое вытягивается из расплавленной стекломассы через небольшие отверстия — фильеры и наматывается на вращающийся барабан. Основной частью установки для получения непрерывного стекловолокна является стеклоплавильная печь с укрепленной на дне платинородиевой лодочкой и фильерами диаметром 1—2 мм. В печь с помощью уровнемера-питателя загружают стеклянные шарики, из которых получают более качественную и однородную стекломассу. Температура в печи 1350-1400° С. Расплавленное стекло под давлением собственной массы вытекает из печи через фильеры в виде капель, которые вытягиваются в волокна. Волокна, собранные в пучок, пропускают через замасливающее устройство. Непрерывное вытягивание стекловолокна через фильеры и отсутствие раздува расплава паром или другим видом энергоносителя позволяют получать продукцию без неволокнистых включений (корольков), равномерной толщины и высокого качества.

Штапельное волокно:

Штапельное стекловолокно формуют путём раздува струи расплавленного стекла паром, воздухом или горячими газами.

Дутьевой способ производства штапельного стекловолокна:

Дутьевой способ вертикального раздува паром ВРП — один из наиболее распространенных способов производства штапельного стекловолокна.

Центробежный способ производства штапельного стекловолокна:

Общий принцип формования стекловолокна при центробежном способе заключается в том, что центробежные силы сначала разделяют струю расплава на отдельные струйки или капли, а затем вытягивают их в волокна. Струя расплава через отверстие в фидере ванной печи льется на поверхность плоского или слегка конического диска, закрепленного в вертикальном валу центробежной машины.

Диск вращается со скоростью 3000—5000 об/мин. На верхней плоскости диска радиально расположены насечки, по которым растекаются тонкие струйки расплава, вытягивающиеся в волокна. Вокруг диска мощным вентилятором создается цилиндрический воздушный заслон, не дающий волокнам возможность разлетаться. Они прижимаются к конусу, на котором укреплен керамический диск.

Стекловолокно. Виды и применение. Производство и особенности

Стекловолокно – это распространенный материал на основе кварцевого песка. Он используется для изготовления стройматериалов, а также различных высокотехнологичных и прочных легких конструкций.

Из чего делают стекловолокно

Впервые стекольное волокно получились случайно. На производстве стекла произошла авария, при которой расплавленная масса была раздута подаваемым под давлением воздухом. В результате получились нити, отличающиеся некой долей гибкости. Это стало неожиданностью, поскольку толстое стекло после застывания является очень твердым. С тех пор прошло уже более 150 лет. Технология немного изменилась, но принцип остался прежним.

Для производства стекловолокна применяется кварцевый песок или битое стекло. Применяемая технология не подразумевает использования сложного оборудования, она является довольно простой. При этом получаемый материал обладает рядом свойств, зависящих от способа подготовки волокна.

Процесс изготовления стекловолокна заключается в выдувании из него тонких ниток. Для этого осуществляется разогрев битого стекла или кварцевого песка до температуры 1400°С. Расплавленная тягучая масса подается на формирующее оборудование. Если ее пропустить через центрифугу, то получится стекловата с переплетенными, замешанными между собой волокнами. Если же применять специальное сито с микроотверстиями, через которые масса выдувается под давлением пара, то получаются ровные длинные волокна. В дальнейшем они могут использоваться как сырье для изготовления сложных изделий.

Технические особенности

Стекловолокно имеет целый ряд положительных качеств, делающих его отличным сырьем для изготовления строительных материалов. К его неоспоримым достоинствам можно отнести:
  • Теплопроводность.
  • Устойчивый химический состав.
  • Высокую плотность.
  • Повышенную температуру плавления.
  • Устойчивость к горению.

Одним из самых важных достоинств стекловолокна является низкая теплопроводность. Это позволяет делать из данного сырья теплоизоляционные материалы. Из всей группы изделий, которые можно получить из данного сырья, самым лучшим теплоизолятором является стекловата.

Стекловолокно имеет высокую химическую устойчивость, поскольку практически полностью состоит из кварцевого песка. При воздействии на него щелочами отсутствует любая химическая реакция, что делает волокно практически универсальным для сочетания с любыми стройматериалами.

Нити имеют высокую плотность, которая составляет 2500 кг/м³. Однако благодаря тому, что они являются распушенными, готовые из них изделия имеют большой объем, при этом малый вес. Чтобы расплавить даже тонкие волокна, их необходимо разогреть до температуры как минимум 1200°С. Такое возможно только при целенаправленном воздействии горелки. Это негорючий материал, что позволяет его использовать для создания различных пожаробезопасных конструкций. Теоретически возможно воссоздание определенных условий, при которых отдельные сорта стекловолокна могут гореть. При этом они должны содержать связующие полимерные компоненты, что встречается редко.

Сфера применения стекловолокна
Стекловолокно очень распространенный материал, из которого изготовляют самые разнообразные изделия. Его используют практически во всех сферах:
  • Строительство.
  • Производство бытовых предметов.
  • Электроизоляция проводников.
  • Медицина.
Использование в производстве стройматериалов
Стекловолокно является сырьем для изготовления различных материалов. Из него делают:
  • Утеплительные маты.
  • Рулонную мягкую стекловату.
  • Штукатурную сетку.
  • Стекломаты.
  • Ткань.
  • Стеклопластик.
  • Стеклопластиковую арматуру.
Читайте также  Кровля из битумной черепицы технология монтажа

Жесткие маты делают из стекловаты. Это достаточно плотный материал, применяемый для выполнения утепления фасадов. Кроме этого он при определенной длине нитей может выступать качественным звукоизолятором. Материал отличается стабильностью, но при его раскрое лучше пользоваться респиратором. Во время реза матов поднимается мелкая стекольная пыль. При попадании на кожу она вызывает ее раздражение, также такие частицы могут скапливаться в легких.

Рулонная стекловата является более гибким и менее плотным аналогом жестких матов. Она изготовлена аналогичным способом, однако сворачивается в рулон, что облегчает транспортировку. Ее используют в качестве теплоизоляционного материала, в частности совместно с металлическим профилем. Стекловата закладывается между направляющими, после чего закрывается отделочным материалом. Она в отличие от матов не может штукатуриться сверху, поэтому всегда должна применяться только с дальнейшим накрытием. Ее укладывают под кровлю, дощатый настил пола. В помещении на стенах ее закрывают гипсокартоном, на фасадах – металлическими панелями или вагонкой.

Особым спросом пользуется сетка из стекловолокна. Она применяется как армирующее изделие при выполнении штукатурных работ. Материал обладает высокой устойчивостью к растягиванию, что предотвращает появление трещин на стенах. Ее используют при выполнении внутренних и наружных штукатурных работ. Для отделки внутри помещения применяется сетка с небольшой плотностью от 80 г/м². Она выпускается в рулонах шириной 1 м. Сетка отличается достаточной гибкостью, но при сильном заломе ее волокна разламываются. Достоинство стеклосетки над обычной стальной штукатурной сеткой в том, что она не ржавеет. Со временем от нее на стенах не проявляются рыжие пятна.

Также из стекловолокна делают стекломаты. Их получают путем сложения между собой кусочков стеклянных волокон смешанных в произвольном направлении. Они скрепляются без использования клеящих составов. В результате смешанные иголочки поддерживаются между собой, обеспечивается надежная фиксация. Это армирующий материал, который ламинируется смолой. Из него можно создавать различные крепкие формы, к примеру, корпуса лодки. Для этого стекломаты и смола применяются как папье-маше.

Более легким и тонким аналогом стекловаты является стеклоткань. Она делается по аналогичной технологии с сеткой, но более сложным ткацким способом. В частности из нее состоят стеклообои и стеклохолст. Последний приклеивается на качественно оштукатуренную и шпаклеванную стену, после чего осуществляется ее покраска. Наличие стеклохолста препятствует образованию трещин, позволяет скрыть мелкие дефекты основания. Такая поверхность является ремонтопригодной.

Особым спросом пользуется стеклопластик, который помимо стеклянных волокон содержит в себе связующие смолы. Это очень прочный износоустойчивый материал, из которого делают самые разнообразные изделия. Примером такого использования является стеклопластиковая арматура. Она является аналогом стальной арматуры, используемой для армирования бетонных конструкций. Неоспоримым достоинством стеклопластикового изделия является низкая стоимость, небольшой вес, а также возможность транспортировки в виде скрученной бухты. Материал обладает аналогичной устойчивостью к разрыву, что и стальная арматура, при этом быстро разрезается даже ручной ножовкой по металлу.

Стекловолокно имеет очень широкое использование в строительстве, однако в последнее время уступает свои позиции базальтовой вате по направлению теплоизоляции. Это аналогичный материал, сделанный не из кварцевого песка, а базальта. Последний является более безопасным для человека, поскольку его волокна меньше осыпаются и раздражают слизистые оболочки и кожу. Однако при соблюдении определенных строительных норм возможно использование стекловолокна не только в промышленных зданиях, но и в жилых объектах.

Материал по-прежнему очень широко применяется для утепления трубопроводов. Что касается стеклообоев и штукатурной сетки, то ее применение абсолютно безопасно, поскольку в этом случае для ее производства используются длинные нити, а не короткие высыпающиеся волокна. Поэтому данные материалы являются неоспоримыми лидерами рынка.

Из стекловолокна с полимерными добавками получают стеклопластик, из которого делают корпуса судов и лодок, облегченные кузова гоночных машин. Это отличный материал для изготовления лыж, и даже емкостей для питьевой воды. Стеклопластик гораздо крепче обычной пластмассы, кроме этого он намного долговечнее. Он обладает лучшей устойчивостью к высоким температурам.

Использование в качестве изолятора

Из стекловолокна делают изоляцию для проводов. Она выступает непроницаемым диэлектриком. Изоляционная оболочка представляет собой сплетенную ткань, обмотанную вокруг проводника. Также огромным спросом пользуется оптоволокно, представляющее собой длинные цельные нитки с внешней ПВХ оболочкой.

Применение в медицине

Из стекловолокна изготавливают протезы и безопасные для здоровья импланты, которые могут контактировать с живыми тканями. В частности хорошо зарекомендовали себя зубные протезы. Стекловолокно при стабильной структуре, без осыпающихся частей, является абсолютно нейтральным для человека. Именно поэтому значительная часть медицинского оборудования и инструмента содержит стекловолоконные части. Материал применяется для изготовления хирургического лазерного скальпеля.

Применение в медицине подтверждает безопасность волокна для здоровья человека. Единственным исключением являются пыль и мелкие частицы волокон, которые втягивается в легкие человека из воздуха. Они окружают стекловату, а также образуются при распиле стеклопластика. Во всех остальных случаях материал абсолютно безопасен.

Технологии производства изделий из стеклопластиков

Чт, 20 Декабрь 2007 | Тема: Технологии

Одним из важнейших преимуществ технологии производства изделий из стеклопластика является короткий цикл освоения и подготовки производства изделий из стеклопластика, который составляет всего 2 недели. А так же технология производства позволяет производить изделия практически любой сложности. Это говорит о том, что предприятие в коротких срок может начать производство любых изделий и любой цветовой гаммы.

Стеклопластики и базальтопластики получают различными методами: протяжки, пропитки, намотки и прямого прессования.

Открытые методы формования

Метод ручной выкладки

Наиболее простой по аппаратурно-технологическому оформлению. Его применяют для изготовления крупных изделий: строительных конструкций, корпусов лодок, кузовов автомобилей. Примером наиболее крупного изделия, получаемого ручной выкладкой, является корпус тральщика длиной 50 и шириной 8 м. При этом методе исключена возможность регулирования содержания наполнителя. К другим недостаткам относятся:

  • большие затраты ручного труда
  • высокие расходы на материал
  • длительный цикл изготовления изделия.

Достоинством метода является его универсальность, т.е. получение изделий практически любых форм и размеров.

Так как прикатка формуемого изделия рифленным валиком для удаления воздуха и уплотнения материала производится при низких усилиях (менее 1,5 МПа), то нагрузка на формы также невелика, в связи, с чем в большинстве случаев применяют формы из стеклопластиков, которые примерно в 10 раз дешевле соответствующих форм для горячего прессования. Низкая стоимость стеклопластиковых форм явилась основной предпосылкой применения метода ручной выкладки в малосерийном производстве, тем более что невысокая износостойкость этих форм ограничивает срок их службы выпуском всего нескольких тысяч деталей. В данной области производства изделий действуют в основном мелкие предприятия. Несмотря на перечисленные недостатки, метод ручной выкладки довольно распространен.

Метод напыления

Более всего подходит для изготовления недорогих деталей простой конфигурации из полиэфирных стеклопластиков, особенно санитарно-технических изделий. В основном их получают из органического стекла, усиленного с наружной стороны слоем из ненасыщенных полиэфирных смол. Чаще всего формы, используемые для изготовления изделий напылением, выполняют из дерева или стеклопластиков, а при больших партиях изделий — из стеклопластиков с металлической облицовкой.

Метод напыления более производительный и менее дорогой, чем ручная выкладка, но имеет ряд недостатков:

  • затруднено изготовление изделий сложной конфигурации;
  • стекловолокнистая пыль, находящаяся во взвешенном состоянии, а также пары мономера загрязняют воздух, ухудшая условия труда.

Способ напыления довольно простой (рубленое волокно пропитывают отверждающейся смолой, и затем эту смесь равномерным слоем с помощью распылительного устройства наносят на форму, где и происходит отверждение), но, тем не менее, требует точного соблюдения определенных условий. Прежде всего, необходим строгий контроль над качеством смешения смолы, загустителя и инициатора.

Хорошее качество смеси получается при использовании высокопроизводительных, плавно работающих насосов, дозаторов и смесителей, при этом необходимы постоянные температуры смешиваемых компонентов, массовая доля стекловолокна (обычно

20 %) и одинаковая длина волокон.

Многообразие получаемых при напылении деталей вызывает необходимость не только в автоматической подаче материала, но и в системах распознавания оснастки (головки распылителя, захватов, вставных деталей). Так как это требует значительных капиталовложений, то эффективно только при изготовлении сложных высококачественных изделий.

Метод намотки

Данный метод применяется при изготовлении тел вращения: труб для нефтегазовой, химической промышленности; газоотводящих труб; цистерн для хранения и транспортировки химически активных продуктов, воды, горюче смазочных материалов; промышленных резервуаров.

Eмкости и трубы из стеклопластика имеют ряд преимуществ перед аналогичными изделиями из традиционных материалов.

Стоимость оборудования и оснастки значительно зависит от метода намотки и диаметра изготавливаемого изделия.

Намотка обеспечивает создание ориентированной структуры изделий с учетом их формы и особенностей эксплуатации. Использование в качестве усилителя жгутов, лент, нитей из высокопрочных стеклянных волокон способствует достижению максимальной прочности изделий.

Намотка, относящаяся к способам производства специальных изделий, позволяет изготавливать их разнообразной конфигурации и размеров: самые маленькие могут быть длиной в несколько сантиметров и диаметром в несколько миллиметров; примерами крупных изделий могут служить корпуса маяков, судов и железнодорожных цистерн.

Статьи публикуются с разрешения автора и обязательным указанием ссылки на источник

Редакция оплачивает на договорной основе
технические статьи, маркетинговые отчеты, рецептуры, обзоры рынка
и другую отраслевую информацию и права не ее размещение

Приглашаем специалистов к сотрудничеству в качестве внештатных авторов и консультантов!

По вопросам публикации и оплаты статей обращайтесь в редакцию:
Тел: +7 (499) 490-77-79
Прислать сообщение

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: