Что собой представляют
Стеклопластик – многокомпонентный материал, состоящий из стекловолокнистого наполнителя и полимерного связующего вещества. Такое сочетание в композите приводит к появлению качественно новых механических свойств. В качестве наполнителя в стеклопластике используется прочное стеклянное или пластиковое волокно, в качестве реактопластичного связующего чаще всего применяются эпоксидные и полиэфирные смолы.
Технологическая возможность производить стеклопластиковые трубы появилась в 50-х годах ХХ века. Но низкая цена на традиционные металлические трубы (даже медные и из нержавеющей стали) мешала распространению стеклопластиковых изделий.
В 60-х улучшилось качество стеклопластика, появилась возможность применять их при высоких давлениях. Одновременно с появившимся спросом на прочные коррозионностойкие материалы в нефтедобывающей, угольной промышленности начали расти цены на металл.
С ростом технических характеристик стеклопластики получили широкое распространение, особенно в Северной Америке и Саудовской Аравии. В 80-е годы стеклопластиковые трубопроводы начали появляться во всех странах с развитой промышленностью.
Применение и эксплуатационные особенности
Актуальность и экономическая целесообразность применения стеклопластиковых труб определяется рядом их эксплуатационных особенностей по сравнению с трубами других типов.
- Стеклопластики характеризуются плотностью 1750-2100 кг/м3, при этом их прочность на растяжение лежит в пределах 150-350 МПа. Таким образом по удельной прочности стеклопластик сопоставим с качественной сталью и значительно превосходит по этому показателю термопластичные полимеры (ПНД, ПВХ).
- Стеклопластик обладает высокой коррозионной стойкостью, так как стекло и отвержденные термореактивные смолы (полиэфирная, эпоксидная), входящие в его состав, обладают низкой реакционной способностью. По этому показателю стеклопластик существенно превосходит черные и цветные металлы и сопоставим с нержавеющей сталью.
- Стеклопластик является трудногорючим, трудновоспламеняемым самозатухающим материалом с высоким значением кислородного индекса, так как негорючее стекло составляет в массе стеклопластика значительную долю. По этому показателю стеклопластик превосходит гомогенные и наполненные термопластичные полимеры.
- Стеклопластик является анизотропным материалом и его свойствами в заданных направлениях легко управлять, варьируя схему укладки волокон. Таким образом стеклопластиковые трубы могут быть выполнены с равным запасом прочности в осевом и кольцевом направлениях. В изотропных материалах при нагружении труб внутренним давлениям запас прочности в кольцевом направлении всегда в 2 раза меньше чем в осевом.
- Предел текучести стеклопластика близок к пределу прочности, по этой причине стеклопластиковые трубы значительно менее эластичны, чем стальные или термопластичные.
- Стеклопластик не сваривается. Соединения труб производятся с помощью фланцев, муфт, ниппель-раструбных соединений, клея.
Исходя из указанных особенностей сформировался ряд областей применения стеклопластиковых труб:
Нефтедобыча
В нефтедобывающей промышленности стеклопластиковые трубы находят применение по причине высокой коррозионной стойкости в агрессивных средах (пластовые воды, сырая нефть, буровые и технологические растворы) по сравнению со сталью и высокой удельной прочности по сравнению с термопластичными полимерами.
Из стеклопластика изготавливают насосно-компрессорные и линейные (систем ППД) трубы диаметром до 130 мм на рабочие давления до 30 МПа, трубы для нефтесборных трубопроводов диаметром до 300 мм на рабочие давления до 5 МПа, трубы магистральные диаметром до 1200 мм на рабочие давления до 2,5 МПа.
Угольная промышленность
В угольной промышленности существуют ограничения на применяемые в закрытых горных выработках материалы. Так правила безопасности в угольных шахтах устанавливают, что изделия из неметаллических материалов, находящиеся в закрытых горных выработках должны иметь не менее 28%, быть трудногорючими, трудновоспламеняемыми (согласно ГОСТ 12.1.044), а продукты их горения не должны быть высокотоксичными. По указанным причинам применение полиэтиленовых и полипропиленовых труб в угольных шахтах невозможно. В то же время, стеклопластиковые трубы этим требованиям отвечают. Применение в шахтах стеклопластиковых труб целесообразно по ряду причин:
- малая масса, что весьма актуально, поскольку шахтные трубопроводы имеют большие диаметры (150 — 1200 мм) и монтируются, как правило, вручную;
- коррозионная стойкость в рудничной атмосфере;
- гладкая внутренняя поверхность, снижающая образование отложений угольной пыли и другой пыли, неизбежно присутствующей в транспортирумых средах;
- безопасность при взрывах метана, поскольку разрушение стеклопластика происходит без образования травмоопасных осколков.
Жилищно-коммунальное хозяйство
Стеклопластиковые трубы нашли применение в ЖКХ, в основном, в качестве канализационных. Это связано с тем, что трубы канализации имеют диаметры порядка 600 — 2500 мм,работают без внутреннего давления в условиях внешних нагрузок от грунта и давления грунтовых вод. Высокая кольцевая жесткость стеклопластика позволяет создавать трубы для указанных условий.
Еще одним применение стеклопластиковых труб в ЖКХ являются мусоропроводы. В последние 10-15 лет стеклопластиковые трубы находят применение и в качестве дымовых на газовых котельных и ТЭЦ.
Параметры выбора стеклопластиковых трубопроводов
Выбор стеклокомпозитных труб базируется на следующих критериях: жесткости и расчетном давлении, типе связующего компонента, конструктивных особенностях стенок и способе соединения. Значимые параметры указаны в сопроводительных документах и на каждой тубе – сокращенная маркировка.
Жесткость и номинальное давление
Жесткость стеклопласта определяет способность материала противостоять внешним нагрузкам (тяжести грунта, движению транспорта) и давлению на стенки изнутри. Согласно стандартизации ISO трубная арматура классифицируется на несколько классов жесткости (SN).
Степень жесткости возрастает по мере увеличения толщины стенки стеклопластикового трубопровода.
Классификация по номинальному давлению (PN) отображает градацию изделий относительно безопасного давления жидкости при температуре +20°С в течение всего срока службы (порядка 50-ти лет). Единица измерения для PN – МПа.
Некоторые производители, например Hobas, указывают комбинированные характеристики по двум параметрам (давлению и жесткости) через дробь. Трубы с рабочим давлением 0,4 МПа (класс PN — 4) со степенью жесткости (SN) в 2500 Па будут маркироваться – 4/2500.
Тип связующего материала: полиэфиры и эпоксиды
Эксплуатационные свойства трубы во многом зависят от типа связующего вещества. В большинстве случаях применяются полиэфирные или эпоксидные добавки.
- низкая токсичность;
- отверждение в условиях комнатного температурного режима;
- надежная сцепка с волокнами стекла;
- химическая инертность.
Композитные трубы с ПЭФ-полимерами не подвержены коррозии и действию агрессивных сред.
Конструкция стенок композитных труб
По конструктивному исполнению различают: одно-, двух- и трехслойные стеклопластиковые трубы.
- невозможность использования в регионах со сложным рельефом и суровым климатом;
- необходимость бережного монтажа (выкапывание траншеи большого объема, обустройство песчаной «подушки») – смета установочных работ возрастает.
- недостаточность адгезии между конструктивным слоем и футеровкой – нарушение монолитности стенок;
- ухудшение эластичности защитной пленки при минусовых температурах.
При транспортировке газосодержащей среды возможно отслоение футеровки.
Трехслойный трубопровод. Структура стеклопластиковой трубы:
- Внешний полимерный слой (толщина 1-3 мм) – повышение механического и химического сопротивления.
- Структурный слой – конструкционная прослойка, отвечающая за прочность изделия.
- Лайнер (толщина 3-6 мм) – внутренняя оболочка из стеклопластика.
Внутренний слой обеспечивает гладкость, герметичность и сглаживает циклические колебания внутреннего давления.
Метод стыковки стеклопластиковой магистрали
По способу соединения ассортимент трубной арматуры из композита подразделяется на 4 группы.
№1. Раструбно-шиповая стыковка c уплотняющим кольцом. Эластичные резиновые прокладки монтируются в ответные канавки на торцевых шипах труб. Посадочные кольца формируются на оборудовании с электронным управлением, обеспечивая точность их расположения и размеров.
№ 2. Раструбно-шиповая с уплотнением и стопором. При обустройстве наземной магистрали необходимо компенсировать действие осевых сил на трубопровод. С этой целью кроме уплотнителя размещается стопор. Элемент изготавливается из металлического троса, поливинилхлорида или полиамида.
№ 3. Фланцевое соединение. Стыковка композитного трубопровода с фасонной арматурой или трубами из металла. Присоединительные габариты стеклопластиковых фланцев регламентируются ГОСТ 12815-80.
№ 4. Клеевая фиксация. Неразборной метод соединения – на законцовки наносится состав из армирующих стекломатериалов с добавлением полиэфирного компонента «холодного» отверждения. Способ обеспечивает прочность и герметичность магистрали.
Маркировка защитного внутреннего слоя
Методика производства трубной продукции позволяет выпускать изделия с разным составом внутреннего слоя, определяющим стойкость магистрали к транспортируемой среде.
Отечественные производители применяют следующую маркировку защитных покрытий. Буквенное обозначение отображает допустимую сферу использования:
- А – транспортировка жидкости с абразивами;
- П – подача и отвод холодной воды, в том числе питьевой;
- Х – допустимо использование в химически агрессивной газовой и жидкостной среде;
- Г – системы горячего водоснабжения (предел 75°С);
- С – другие жидкости, в том числе с повышенной кислотностью.
Защитное покрытие наносится слоем до 3-х мм.
Общие сведения. Особенности стеклопластикового материала
Стеклопластик относят к пластическому материалу. Он состоит из стекловолокнистых компонентов со связующим наполнителем, в качестве которого выступают полимеры термопластичного и термореактивного типа. Трубы из стеклопластика имеют невысокую плотность, но у них высокие прочностные характеристики. В течение сорока лет изделия из данного материала используют, чтобы прокладывать трубопроводы различного типа.
Трубопрокаты соединяют в себе особые характеристики, которые присущи стеклу и полимерам. К ним относят:
1.небольшой вес. Стеклопласт в среднем весит 1.1 грамм за кубический сантиметр. Изделия медные или стальные весят соответственно 8.9 и 7.8 грамм. Этот параметр делает монтажные работы удобными, быстрыми, трубы легко перевозить.
2.трубы устойчивы к образованию коррозии. Композит имеет низкий уровень реакционной способности, что исключает электрохимическую коррозию, бактериальное разложение, поэтому их применяют при прокладке подземных коммуникаций.
3.высокие механические характеристики. По абсолютному пределу прочности материала он ниже, чем сталь, но по удельной прочности выше, чем полимерные материалы: ПНД и ПВХ.
4.стойкий к атмосферным явлениям. Трубы можно применять при температуре окружающей среды от минус 60 до плюс 80 градусов. Сверху трубы смазаны гелькоутом, поэтому они не боятся солнечных лучей. Изделия не теряют свойств, если ветер достигает 300 километров в час. Некоторые фирмы выпускают арматуру с высокой сейсмостойкостью.
5.огнеупорный. Главным компонентом считается стекло, которое не горит. Весь материал тяжело воспламеняется. Когда стеклопластик горит, то не выделяет диоксин в виде ядовитого газа.
6.низкая теплопроводность, поэтому он обладает высокими теплоизоляционными качествами.
К недостаткам относят быстрый абразивный износ, если трубы подвергаются механической обработке, то образуется канцерогенная пыль. Трубы из этого материала стоят дороже, чем пластиковые аналоги. Когда истираются стенки трубопровода, то волокна могут обломаться и попасть в среду, которая движется по трубам.
Физические характеристики труб из стеклопластика
Поскольку изделия отличаются незначительным весом, затраты на прокладку магистралей из них снижаются. Например, стеклопластиковая труба со спиральной намоткой отличается плотностью 1,8-1,9 т/м³, а произведенная по непрерывной технологии имеет показатель 1,6-1,7 т/ м³.
Обладание большим ресурсом жесткости позволяет им выдерживать существенные нагрузки, оказываемые давлением грунта.
Стеклопластиковые трубы сертифицированы по стандартам ISO и соответствуют определенным классам жесткости:
- SN 2500 – для таких изделий рабочее давление не должно превышать 0,4 Мпа;
- SN 5000 — для них предел данного параметра составляет 1 Мпа;
- SN 10000 — в данном случае предельный показатель рабочего давления 2,5 Мпа.
Стеклопластиковые трубы: монтаж, диаметр, советы
Трубы стеклопластиковые относятся к полимерным трубам, изготовленным из полимерных материалов, в категории реактопласт, то есть с применением в изготовлении эпоксидной или полиэфирной смолы.
Стеклопластиковые трубы – стальное качество
Основными качественными характеристиками стеклопластиковых труб являются:
- Малый удельный вес по сравнению с металлическими трубами. В сравнении со стальными трубами трубы стеклопластиковые легче в 3-4 раза, а с бетонными в 8-мь раз.
- Очень низкая теплопроводность (на одном уровне с деревом).
- Высокая прочность (приравнена по параметрам к стали).
- Поразительная химико-биологическая стойкость к агрессивным средам.
Технология производства труб стеклопластиковых называется «навивная» (намоточная), т.е. изготовление происходит способом навивки на оправку армирующих волокон пропитанных связующей смолой, с последующей полимеризацией.
Стеклопластиковые трубы изготавливаются по существующим мировым стандартам и ГОСТам. В них определены основные требования ко всем эксплуатационным параметрам стеклопластиковых труб. Наиболее распространенный стандарт ASTM , включающий в себя все размеры: малые номинальные диаметры от 80 мм и стеклопластиковые трубы большого диаметра до 4000 мм.
Стандарт ASTM, в свою очередь подразделяется на несколько видов: ASTM D3262 – для самотечной канализации; ASTM D3517 – трубы под давлением; ASTM D3754 – для напорной канализации.
Стеклопластиковые трубы большого диаметра нашли свое применение для транспортировки хозяйственно-бытовых стоков, промышленных отходов, напорных водоотводов, и всевозможных агрессивных сред, с которыми не могут справиться стальные трубы или трубы ПВХ. Т.о. трубы стеклопластиковые являются достойной альтернативой стальным трубам, и постепенно, но уверенно расширяют свои позиции.
Кроме того, стеклопластиковые трубы большого диаметра по соотношению «цена – эксплуатационные характеристики», наиболее оптимальны для монтажа новых напорных и безнапорных трубопроводов, для санации городских, пришедших в негодность водоотводных коллекторов.
Монтаж стеклопластиковых труб – простота и надёжность
Для монтажа стеклопластиковых труб применяются различные фасонные элементы. Монтаж фитингов с арматурой может осуществляться муфтовыми, фланцевыми, раструбными или ламинированными (клеевыми) соединениями.Муфтовое соединение. При стандартном изготовлении трубы стеклопластиковой на производстве на один конец трубы устанавливается муфта с уплотнителями. Это позволяет быстро и без применения дополнительного оборудования и материалов производить монтаж стеклопластиковых труб в полевых условиях. Как правило муфтовое соединение применяется для труб диаметром от 300 до 900 мм.
Фланцевое соединение. Фланцы для стеклопластиковых труб изготавливаются методом формовки. Фланцевое соединение стеклопластикового фланца позволяет проводить монтаж, как со стеклопластиковыми фланцами, так и с металлическими фланцами. При этом и в том и в другом случае обязательно применение уплотнительного кольца.
Ламинированное (клеевое) соединение. Выполняется при помощи полиэфирных смол и стекловолокна. Данный тип соединения используется в случаях, если нецелесообразен или невозможен другой тип монтажа стеклопластиковых труб. Толщина и длина клеевого соединения зависит от показателей нагрузки, диаметра трубы и давления в ней.
Все перечисленные виды монтажа стеклопластиковых труб не представляют трудности в одном случае – если вы, не являясь специалистом, внимательно изучите инструкции по тому или иному типу соединения. Поэтому основным советом по применению стеклопластиковых труб является внимательное изучение документации производителя, и действия в строгом соответствии ей.
Удачи вам, строители своего настоящего и будущего.
Обзор товаров лидирующих производителей
Среди многообразия представленной продукции есть авторитетные бренды с многолетней положительной репутацией. К числу таких относятся товары компаний: Hobas (Швейцария), Стеклокомпозит (Россия), Amiantit (концерн из Саудовской Аравии с производственными мощностями в Германии, Испании, Польше), Ameron International (США).
Молодые и перспективные производители композитных стеклопластиковых труб: Полиэк (Россия), Arpipe (Россия) и Завод стеклопластиковых труб (Россия).
HOBAS – GRT-трубы с полиэфирным связующим
Заводы торговой марки расположены в США и многих странах Европы. Продукция группы Hobas заслужила всемирное признание за отменное качество. Трубы Hobas изготовлены по технике центробежного литья из стекловолокна и ненасыщенных полиэфирных смол.
Трубные системы Hobas широко используются в канализации, дренажных и водопроводных комплексах, промышленных трубопроводах и ГЭС. Допустима наземная укладка, размещение методом микротоннеля и протаскивания
Характеристики композитных труб Hobas:
- диаметр – 150-2900 мм;
- класс SN-жесткости – 630-10 000;
- уровень PN-давления – 1-25 (PN1 – безнапорный трубопровод);
- наличие внутреннего футеровочного антикоррозийного покрытия;
- стойкость к кислотной среде в широком диапазоне pH.
Налажено производство фасонных деталей: колен, переходников, фланцевых патрубков и тройников.
Flowtech – многообразие габаритных размеров
наладила линию по выпуску стеклопластиковых труб Flowtech, техника производства – непрерывная намотка. Задействовано оборудование с двойной подачей смолистых веществ. Высокотехничные смолы подаются на укладку внутреннего слоя, а более дешевый состав – на структурный слой. Методика позволяет рационализировать расход материала и удешевить продукцию.
Номенклатура труб Flowtech – 300-3000 мм, класс PN – 1-32. Стандартный метраж – 6, 12 м. Под заказ возможно производство в пределах 0,3-21 м
Технология Flowtite от Amiantit
Основные компоненты труб Flowtite: стекловолокно, полиэфирная смола, песок. Применяемая техника – непрерывная намотка, обеспечивающая создание многослойного трубопровода.
Структура стеклопластика включает шесть слоев:
- внешняя намотка из нетканой ленты;
- слой мощности – рубленое стекловолокно + смола;
- средняя прослойка – стекловолокно + песок + полиэфирная смола;
- повторный слой мощности;
- подкладка стеклянных нитей и смолы;
- защитное покрытие из нетканого стекловолокна.
Проведенные исследования показали высокую абразивную стойкость – за 100 тыс. циклов обработки гравием, потери защитного покрытия составили 0,34 мм.
Класс прочности изделий Flowtite – 2500 – 10000, под заказ возможно изготовление трубы SN-30000. Эксплуатационное давление – 1-32 атмосфер, максимальная скорость потока – 3 м/с (для чистой воды – 4 м/с)
Fpipes – широкий ассортимент трубной продукции
ООО «Полиэк» производит различные модификации трубной продукции из стеклопласта. Техника изготовления (непрерывная косослойная продольно-поперечная намотка) позволяет создавать трехслойные трубы до 130 см в диаметре.
Полимерные композитные материалы задействованы при создании обсадных труб, звеньев водоподъемных колонн, водоснабжающих трубопроводов и отопительных систем.
Номенклатурный ряд канализационных стеклопластиковых труб – 62,5-300 мм, высоконапорных изделий – 62,5-200 мм, вентиляционных каналов – 200-300 мм, обсадок скважин – 70-200 мм
Разновидности
Для воплощения различных инженерных проектов существует несколько разновидностей стеклопластиковых изделий. Они отличаются по прочности, долговечности, области применения и, как следствие, конечной стоимости.
Рекомендуем ознакомиться: Как провести водопровод для личного пользования и полива на даче из труб ПНД своими руками
В первую очередь, на прочностные характеристики трубы влияет вид и концентрация смол, добавляемых в смесь в процессе производства. Технология допускает применение изофталевой, ортофталевой, бифенольной смолы. Это повышает устойчивость к солям, кислотам и щелочным соединениям.
Также, прочностные характеристики трубы повышают путем увеличения количества слоев:
- Однослойная труба. Производится посредством намотки из чистого композитного материала. Отличается малой стоимостью и сравнительно низкими эксплуатационными характеристиками.
- Двухслойная труба. Имеет дополнительную внешнюю оболочку, защищающую изделие от механических повреждений, разрушительного воздействия ультрафиолета, иных агрессивных сред.
- Трехслойная труба. Каждый слой полимера покрывается защитной оболочкой из полиэтилена. Слои стыкуются между собой способом высокотемпературной полимеризации. Слой, расположенный в центре, является силовым. Его задача – усилить прочность изделия.
Выбирая стеклопластиковые трубы для реализации того или иного проекта, стоит акцентировать внимание на некоторых важных моментах:
- Материал трубы не должен иметь вкраплений посторонних элементов.
- Поверхность должна быть идеально ровной и гладкой, без вмятин и вздутий.
- Край каждого изделия не должен иметь расслоений и трещин – это явный признак брака.
Советы по монтажу
В частных домах из стеклопластика чаще всего монтируют системы канализации. Обычно их применяют, если имеются сложные геологические условия на участке – возможность просадки грунта, оползней, большая глубина залегания под тяжелым каменистым грунтом.
Для укладки стеклопластиковых коммуникаций обязательна подсыпка песчаной подушки толщиной не меньше 100 мм
Перед укладкой необходимо тщательно очистить раструб и вставляемый конец трубы от пыли, грязи, жировых загрязнений, масел; особое внимание уделить пазам. Очистить уплотнения EPDM. Вставить уплотнения в пазы (уплотнений обычно не меньше двух)
Нанести на уплотнение тонкий слой силиконовой смазки. Плавно, но с усилием соединить трубы
Вставить уплотнения в пазы (уплотнений обычно не меньше двух). Нанести на уплотнение тонкий слой силиконовой смазки. Плавно, но с усилием соединить трубы.
Виды стеклопластиковых труб
Изделия, произведенные из стеклопластика, бывают двух типов:
- Однослойными. Композитный материал для их изготовления состоит из двух компонентов. Производство основано на технологии мокрой намотки. В составе материала для труб присутствуют стеклянные пряди и связывающее вещество, которым являются эпоксидные смолы. Эти изделия имеют низкое сопротивление передвигающемуся потоку и устойчивость к химическим воздействиям.
- Многослойными. Такие стеклопластиковые трубы покрыты дополнительными оболочками из полиэтилена. Для связки слоев применяют процесс высокотемпературной полимеризации. Такое покрытие способствует повышению устойчивости продукции к различным воздействиям.
Плюсы полипропиленовых изделий.
Трубопроводы, изготовленные из пластикового материала, широко применяют для систем отопления и водоснабжения. Изделия наделены положительными качествами, которых нет у аналогов из металлического материала.
Положительные свойства:
1.длительный эксплуатационный срок, который может достигать 50-ти лет для трубопровода с холодной водой, 25-ти лет для трубопровода горячей воды и сети отопления.
2.изделия с внутренней стороны гладкие, поэтому трубы устойчивы к образованию отложений из грязи, проход внутри изделий остается одинаковым на всем протяжении службы.
3.монтаж труб из полипропилена можно выполнить быстро без применения техники, в домашних условиях самостоятельно.
