Stiklo pluoštas (GRP): apibrėžimas, gamyba ir panaudojimas

Sužinokite viską apie stiklo pluoštą (GRP): apibrėžimas, gamyba, savybės ir praktinis panaudojimas pramonėje, statyboje bei kompozitų gamyboje.

Stiklo pluoštas (kartais vadinamas taip pat stiklo pluoštu) – tai medžiaga, sudaryta iš labai smulkių stiklo pluoštų, naudojama kaip sustiprinimo fazė polimeriniuose ir kituose kompozituose. Jis plačiai taikomas kaip armuojanti medžiaga daugelyje gaminių; kompozitas, pagamintas iš polimero matricės ir stiklo pluošto, dažnai vadinamas pluoštu armuotu polimeru (FRP) arba stiklu armuotu plastiku (GRP). Stiklo pluoštas taip pat buvo naudojamas izoliacinei formai – stiklo vatai – nuo XX a. 3 dešimtmečio (apie 1930 m.) link izoliacijos pramonės.

Gamybos principas

Stiklo pluoštas susidaro, kai iš lydyto stiklo (dažniausiai iš silicio dioksido ir kitų priedų) per specialias bushingo ar ekstrudavimo angas ištįsta daug plonų siūlų. Pradiniai žingsniai apima stiklo lydymą, pluoštų traukimo arba išspaudimo procesą, aušinimą ir paviršiaus padengimą (sizing). Originali idėja – iš silicio dioksido ar kitokios sudėties stiklo išspaudžiama daug mažo skersmens pluoštų, tinkamų tekstilės arba kompozitų apdorojimui.

Pagaminti pluoštai paprastai turi kelių mikrometrų iki kelių dešimčių mikrometrų skersmenį (dažniausiai apie 5–25 μm). Po ištiesimo pluoštai dažnai nukreipiami į ritinius (rovings), verpimui, tinklines struktūras arba suklojinami į sukietintas formas (mat), priklausomai nuo to, kaip bus gaminamas galutinis produktas. Ant pluoštų dažnai užtepamas specialus sizing sluoksnis (dažnai silano junginiai), kuris pagerina sukibimą su derva ir palengvina apdorojimą.

Stiklo rūšys ir pavadinimai

Praktikoje vartojamos kelios standartinės stiklo rūšys, pritaikytos skirtingiems reikalavimams:

• E-glass – elektrotechnikos / universali versija, plačiai naudojama dėl geros stiprumo ir izoliacinių savybių;
• S-glass – didesnio stiprumo, skirtas struktūriniams sprendimams, kai reikalingas didesnis atsparumas tempimui;
• C-glass – cheminiam atsparumui pritaikyta rūšis;
• AR-glass – alkaliai atspari rūšis, naudojama su cemento pagrindo medžiagomis.

Gamybos ir kompozicijų formavimo metodai

Stiklo pluoštas tiekiamas įvairiomis formomis, o kompozitų gamyboje naudojami keli pagrindiniai procesai:

• Hand lay-up ir spray-up – paprasti rankinio sudėliojimo metodai laivų statyboje ir remontuose;
• Resin Transfer Molding (RTM) ir vakuuminė infuzija – užtikrina geresnę dervos įsiskverbimą ir mažesnį oro įtraukimo laipsnį;
• Pultrusion – nuolatinio profilio gamyba (stipri, vienalytė konstrukcija, pvz., sijos, strypai);
• Filament winding – tinka cilindriniams komponentams (gali būti naudojama cisternoms, vamzdžiams);
• Compression molding ir presavimas – masinei gamybai, ypač su trumpais pluoštais;
• Chopped strand mat (CSM), woven roving, multiaxial fabrics, tapes – įvairios armavimo formos pritaikomos skirtingiems mechaniniams poreikiams.

Savybės

Stiklas yra amorfinė kietoji medžiaga (neturi aiškios kristalinės struktūros), todėl jo fizikinės savybės skiriasi nuo kristalinių medžiagų. Kai jis paverčiamas pluoštu, išlaikomos daugumos stiklo savybės, tačiau atsiranda ir specifinių privalumų dėl pluoštų geometrijos ir orientacijos:

• Aukštas stiprumas ir didelis stiprumo bei svorio santykis, ypač kai pluoštai orientuoti tam tikra kryptimi;
• Gera standumo (modulio) vertė; S-glass turi didesnį modulį nei E-glass;
• Geras cheminis atsparumas daugeliui aplinkos veiksnių (ypač tam tikros rūšys, pvz., C-glass);
• Elektrinė izoliacija – daugeliui taikymų reikalinga izoliacinė savybė;
• Terminė stabilumas – stiklas nesilydo taip greitai kaip organiniai pluoštai, tačiau polimerinė matrica nulemia galutinio kompozito temperatūrines ribas;
• Neorganinė kilmė – stiklas nerūdija; tačiau derva, su kuria jis sujungtas, gali būti jautri ugniai arba cheminiams reagentams.

Panaudojimas

Stiklo pluoštas ir su juo pagaminti kompozitai naudojami daugelyje sričių:

• Laivų ir jachtų korpusai, vandens transporto komponentai;
• Automobilių ir transporto pramonė (kėbulai, vidaus elementai, struktūrinės dalys);
• Aviacija ir kosmoso pramonė (kai kuriose konstrukcijose kaip lengvas armuojantis elementas);
• Statyba – fasadai, vamzdynai, tilto elementai, izoliacija (stiklo vata);
• Pramoniniai indai ir cheminės talpos (ypač C-glass ar dengiamos medžiagos);
• Elektronikos ir elektros izoliacinės dalys;
• Sporto inventorius (valtys, rėmai, lazdos, šiaudai), vėjo turbinos rotorų mentės (kai kuriuose dizainuose);
• Kasdieniai daiktai – vamzdžių izoliacija, filtrai, pamušalai ir kt.

Privalumai ir trūkumai

• Privalumai: geras stiprumo/svorio santykis, korozinis atsparumas, elektrinė izoliacija, įperkama žaliava ir plati technologijų bazė gamyboje;
• Trūkumai: didesnis svoris nei anglies pluoštui, ribotas atsparumas aukštai temperatūrai (dėl dervos matricos), sudėtingesnis perdirbimas, gali trūkti ilgaamžiškumo agresyvioje UV ar cheminėje aplinkoje be tinkamo apsauginio sluoksnio.

Aplinkosauga ir perdirbimas

Stiklo pluoštinių kompozitų perdirbimas yra sudėtingesnis nei vienkomponentinių medžiagų. Galimos strategijos:

• Mechaninis smulkinimas ir panaudojimas kaip užpildas arba pabarstai statybose;
• Šiluminis perdirbimas arba pirolizė – ateities sritys, kurioms reikia ekonominio ir energetinio optimizavimo;
• Design for disassembly ir medžiagų atskyrimas projektavimo stadijoje, siekiant pagerinti perdirbamumą.

Saugos rekomendacijos

Pluoštų dulkės ir trumpi fragmentai gali dirginti odą, akis ir kvėpavimo takus. Žemiau – pagrindinės saugos priemonės:

• Darbas gerai vėdinamose patalpose ir naudoti vietinę trauką;
• Pirštinės, apsauginės akiniai ir apsauginiai drabužiai dirbant su sausais pluoštais;
• Respiratoriai arba kaukės, kai galimas dulkių įkvėpimas (ypač šlifuojant ar smulkinant kompozitus);
• Tinkama atliekų tvarkyba ir vietinės teisės aktų laikymasis.

Apibendrinant, stiklo pluoštas yra universali armavimo medžiaga su plačiu pritaikymu industrijoje ir statyboje. Jo gamyba ir panaudojimo būdai vystomi toliau – gerinamos jungtys prie matricų, vystomi perdirbimo metodai ir plečiamos pritaikymo sritys.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra stiklo pluoštas?

K: Kaip tinkamai vadinama kompozicinė medžiaga, pagaminta iš stiklo pluošto?

K: Kodėl masinė stiklo pluošto gamyba tapo įmanoma tik vėliau?

K: Koks buvo pirmasis svarbus stiklo pluošto panaudojimo būdas?

K: Kaip susidaro stiklo pluoštas?

K: Kuo stiklo struktūra minkštoje stadijoje panaši į jo savybes, kai jis susuktas į pluoštą?

Klausimas: Ar istorijoje buvo eksperimentuojama su stiklo pluoštu?

Paieška pagal raidę