ガラスとポリマーの優れた特性の組み合わせのおかげで、ガラス繊維パイプは、換気ダクトの配置から石油化学ルートの敷設まで、ほぼ無限のアプリケーションの可能性を秘めています。
この記事では、ガラス繊維パイプの主な特性、ラベリング、ポリマー複合材の製造技術、および複合材の範囲を決定するバインダーの組成について検討します。
製品の品質における重要な役割は製造業者の技術的能力と評判に割り当てられているため、私たちはまた、最良の製造業者に注意を払いながら、重要な選択基準を示します。
グラスファイバーの一般的な特性
グラスファイバー-グラスファイバーコンポーネントとバインダーフィラー(熱可塑性および熱硬化性ポリマー)を含むプラスチック材料。ガラス繊維製品は、密度が比較的低いことに加えて、優れた強度特性を特徴としています。
過去30〜40年のグラスファイバーは、さまざまな目的のパイプラインの製造に広く使用されています。
ポリマー複合材料は、極端な条件(石油化学製品、航空、ガス製造、造船など)で動作するように設計された構造の製造において、ガラス、セラミック、金属、コンクリートの価値ある代替品です。
高速道路はガラスとポリマーの品質を兼ね備えています。
- 軽量です。 グラスファイバーの平均重量は1.1 g / ccです。比較のために、鋼と銅の同じパラメータははるかに高く、それぞれ7.8と8.9です。簡単なおかげで、設置作業や材料の輸送が容易になります。
- 耐食性 複合材料の成分は反応性が低いため、電気化学的腐食やバクテリア分解を受けません。この品質は、地下施設にガラス繊維を支持する決定的な議論です。
- 高い機械的性質。 複合材料の絶対引張強さは鋼よりも劣りますが、比強度パラメーターは熱可塑性ポリマー(PVC、HDPE)を大幅に上回ります。
- 耐候性。 境界温度の範囲(-60°С.. + 80°С)、ゲルコートの保護層によるパイプの処理により、紫外線に対する耐性が確保されます。また、風に強い素材です(上限は時速300km)。一部のメーカーは、パイプ継手の耐震性を主張しています。
- 耐火性。 不燃性ガラスはガラス繊維の主成分なので、難燃性です。燃焼時に有毒ガスのダイオキシンは発生しません。
グラスファイバーは熱伝導率が低く、断熱性を説明します。
複合パイプの欠点:摩耗に弱い、機械加工による発がん性ダストの形成、プラスチックと比較して高コスト
内壁が磨耗すると、繊維が露出して切断されます-粒子は輸送媒体に入る可能性があります。
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ガラス繊維パイプの製造では、ガラス繊維とバインダーが使用されます:熱可塑性および熱硬化性ポリマー。その結果、耐久性があり、比較的低い比重で外部からの攻撃に耐性のある素材になります
ガラス繊維パイプは、鋳造または連続巻きによって製造されます。製造技術は、仕向け先および今後の稼働条件に依存します。
複雑さの度合いが異なる通信および輸送システムの構築のために、さまざまな直径のガラス繊維パイプが製造されます。幹線と枝の両方がそれらから収集されます。
ガラス繊維の長い製品は、鋳鉄や鋼管よりも攻撃的で研磨性のある環境に対してはるかに耐性があるため、産業で積極的に使用されています
化学、薬理、食品、石油、ガスの加工産業では、ガラス繊維パイプの需要が高く、積極的に使用されています。
グラスファイバーは、あらゆるタイプのユーティリティシステムの構築に使用されます。それらは給水、換気、暖房、排水の建設に適しています。電気およびその他の通信回線の地下設備のケーシングとして機能
グラスファイバーパイプは、地下と地下の両方の設置に適しています。彼らは追加の保護を必要としません
グラスファイバーパイプの寸法とデザインが統一されています。それらの接続は、特定の地域の他のタイプのパイプに規定された方法で実行されます
グラスファイバーパイプの大きな利点
連続巻管製造
さまざまな直径のグラスファイバー製品
研磨剤や攻撃的な媒体の輸送
企業でのガラス繊維配管
排水システムのソケット接続
サポート上に敷設するオープンパイプ
フランジコネクタの使用
グラスファイバーパイプ製造技術
完成品の物理機械的特性は、製造技術によって異なります。複合継手は、4つの異なる方法で製造されます:押し出し、引抜き成形、遠心鋳造、巻き取り。
テクノロジー#1-押し出し
押し出しは、ペースト状または高粘度の材料を成形工具に連続的に押し込むことに基づく技術的プロセスです。樹脂は、破砕されたガラス繊維とプラスチック硬化剤と混合され、押出機に供給されます。
バインダーにはファイバーグラスがランダムに充填されているため、完成品には連続した補強フレームがありません。 「armopoyas」の不在は、パイプの強度の低下に影響します
高性能の押出ラインにより、フレームレス複合製品を低価格で入手できますが、機械的特性が低いため、フレームレス複合製品の需要は限られています。ポリマーマトリックスの基礎は、ポリプロピレンとポリエチレンです。
テクノロジー#2-引抜成形
引抜成形は、一定の断面を持つ小径の複合長尺要素を製造するための技術です。加熱された金型成形ダイ(+140°С)を通過すると、熱硬化性樹脂が含浸されたガラス繊維材料の部品が「引っ張られ」ます。
圧力が決定的な影響である押し出しプロセスとは異なり、引抜成形ユニットでは、この役割は引張り効果によって果たされます。
引抜成形設備の主な作業ユニット:繊維供給複合体、ポリマータンク、予備成形装置、熱成形、引張りテープ、切断機
技術プロセス:
- コイルからのフィラメントはポリマー浴に供給され、そこで熱可塑性樹脂が含浸されます。
- 処理された繊維は予備成形ユニットを通過します-糸が整列し、所望の形状をとります。
- 未硬化のポリマーがダイに入ります。複数のヒーターにより、重合に最適なモードが作成され、引き上げ速度が選択されます。
硬化物は引張機で引っ張られ、セグメントに切断されます。
引抜成形技術の特徴的な機能:
- 許容可能なポリマー -エポキシ、ポリエステル樹脂、ビニル;
- 引っ張る速度 -革新的な最適化された「引き抜き」ポリマーの使用により、ブローチ加工を最大4〜6 m /分まで加速できます。 (標準-2-3 m /分);
- 助走:最小-3.05 * 1 m(最大5.5 tの引張力)、最大-1.27 * 3.05 m(力-18 t)。
出力は、高レベルと強度のインジケータで、完全に滑らかな外壁と内壁を備えたパイプです。
引抜成形の方法で得られたガラス繊維の特性:破壊曲げ応力-700〜1240 MPa、熱伝導率-0.35 W / sq。°C、引張弾性率-21〜41 GPa
この方法の欠点は、元の製品の品質ではなく、技術自体に関係しています。反対論:生産プロセスのコストと期間が長い、大きな負荷用に設計された大口径パイプを製造できない。
テクノロジー#3-遠心鋳造
スイスの会社 ホバス 特許取得済みの遠心成形技術。この場合、回転型を使用してパイプの外壁から内壁に向かって製造が行われます。パイプラインの構成には、砕いたガラストウ、砂、ポリエステル樹脂が含まれます。
原材料は回転マトリックスに供給されます-パイプラインの外面の構造が形成されます。生産が進むにつれて、固体成分、フィラー、ガラス繊維が液体樹脂と混合されます-重合は触媒の影響下でより速く進行します。
その結果、多層の滑らかな壁が形成されます。遠心「スプレー」技術のおかげで、パイプ構造はモノリシックで、層間剥離やガス状粒子のない均一な構造です。
その他の利点:
- 初期製品の寸法の高精度(回転フォームの内部セクションは最終製品の外径に対応します);
- 任意の厚さの壁を鋳造する能力;
- ポリマー複合材料の高いリング剛性;
- パイプ継手の外側と内側の滑らかな表面を得る。
ガラス繊維パイプの遠心生産の欠点は、最終製品のエネルギー強度と高コストです。
テクノロジー#4-プログレッシブ巻線
最も人気のある技術は連続巻きです。パイプは、マンドレルと冷却プロセスのグラスファイバーポリマーを交互に使用して作成されます。製造方法にはいくつかの亜種があります。
スパイラルリングテクノロジー
ファイバースタッカーは特殊なリングで、その周囲には糸付きの紡糸口金があります。
作業要素は、移動フレームの軸に沿って連続的に移動し、らせん状の線に沿って繊維を分散させます。
フレームの回転速度やスタッカーの動きを変えると、グラスファイバーの角度が変化します。パイプの両端で、リングは「逆」モードで動作し、最小の勾配でねじ山を配置します
この方法の主な利点:
- 高速道路の表面全体にわたって均一な強度。
- 引張荷重に対する優れた耐性-クラックなし;
- 複雑な構成の可変直径および断面の製品の作成。
この技術により、高圧下での運転用に設計された高強度パイプを得ることができます(ポンプ-コンプレッサーエンジニアリングネットワーク)。
スパイラルテープ巻き
技術は前のものと似ていますが、違いはスタッカーが細い繊維のリボンを供給することです。緻密な補強層は、パス数を増やすことで実現されます。
製造にはスパイラルリング方式よりも安価な装置が必要ですが、「リボン」巻線には2つの重大な欠点があります。
- 限られた性能;
- 繊維を緩く敷設すると、パイプラインの強度が低下します。
スパイラルテープ法は、低圧の適度な圧力のパイプ継手の製造に関連しています。
縦横法
連続巻き取りが行われ、スタッカーは縦方向と横方向の繊維を同時に配置します。逆の動きはありません。
回転するマンドレルの下で、長手方向の強化繊維を供給する可動コイルが使用されます。容積測定パイプの製造では、多数のボビンを使用する必要があります
メソッドの特徴:
- 主に、断面が最大75 mmのパイプを作成するときに使用されます。
- スパイラル法のように、強度が得られるため、軸方向のねじに張力がかかる可能性があります。
縦横技術は非常に生産的です。機械では、軸方向と環状の補強の比率を広範囲で変更できます。
斜め横縦技術
ハリコフエンジニアの育成は国内メーカーの間で需要があります。斜め巻きの場合、スタッカーはバインダースレッドの束で構成される「ベール」を表示します。テープは、前のターンとわずかに重なり合う角度でフレームに送られます-リング補強が形成されます。
マンドレル全体の処理が完了すると、ファイバーはローラーによって巻き取られます。バインダーポリマーの残りが取り除かれ、強化コーティングが圧縮されます。
圧延により、必要最小限のプラスチック含有量を達成できます。硬化した複合材中のガラスの割合は約80%で、高強度と低燃焼性を提供する最適な結果
クロスレイヤーローリングの特徴:
- グラスファイバー気密性;
- 製造されたパイプの無制限の直径;
- 軸に沿った連続的な補強がないため、高い誘電特性。
「クロスレイヤー」グラスファイバーの弾性率は、他の技術の同様のパラメーターよりも劣ります。層間クラックのリスクがあるため、高圧下でパイプラインを作成する場合、この方法は実行できません。
グラスファイバーパイプの選択パラメーター
ガラス複合パイプの選択は、剛性と設計圧力、バインダーコンポーネントのタイプ、壁の構造的特徴、および接続方法の基準に基づいています。重要なパラメーターは、添付のドキュメントと各チューブに示されています。
剛性と圧力定格
グラスファイバーの剛性は、外部からの荷重(土壌の過酷度、交通量)と壁の内側からの圧力に耐える材料の能力を決定します。 ISO標準化に従って、管継手はいくつかのクラスの剛性(SN)に分類されます。
各クラスの作動圧力の最大許容レベル:SN 2500-0.4 MPa、SN 5000-1 MPa、SN 10000-2.5 MPa
グラスファイバーパイプの肉厚が大きくなると、剛性の度合いが高くなります。
公称圧力(PN)による分類は、全耐用年数(約50年)にわたる+20°Cの温度での安全な液体圧力に関する製品の段階的な変化を反映しています。 PNの測定単位はMPaです。
Hobasなどの一部の製造業者は、2つのパラメータ(圧力と剛性)を組み合わせた特性を分数で示しています。使用圧力0.4 MPa(PN-4クラス)、剛性(SN)が2500 Paのパイプには、4/2500とマークされます。
バインダーの種類
パイプの動作特性は、バインダーのタイプに大きく依存します。ほとんどの場合、ポリエステルまたはエポキシ添加剤が使用されます。
PEFバインダーの特徴
壁は、ガラス繊維と砂の添加剤で強化された熱硬化性ポリエステル樹脂で形成されています。
使用されるポリマーには重要な特性があります。
- 低毒性;
- 室温条件での硬化;
- ガラス繊維との信頼できる結合;
- 化学的不活性。
PEFポリマーを使用した複合パイプは、腐食や腐食性の媒体の影響を受けません。
範囲:住宅および公共サービス、取水、下水処理プラントのパイプライン、産業および家庭用下水道。操作上の制限:+90°С以上の温度、32気圧以上の圧力
エポキシの特性
バインダーは、材料の強度を高めます。エポキシドを含む複合材料の温度限界は+130°Cまでで、最大圧力は240気圧です。
追加の利点は熱伝導率がほぼゼロであるため、組み立てられたトランクは追加の断熱材を必要としません。
このクラスのパイプは、PEF製品よりもコストがかかります。原則として、エポキシバインダーを使用したグラスファイバーパイプラインは、石油およびガス、石油化学産業、および港湾のインフラストラクチャの組織で使用されます。
複合管の壁デザイン
設計によれば、1層、2層、および3層のグラスファイバーパイプが区別されます。
単層品の特徴
パイプには保護用の内張りコーティングが施されていないため、低コストです。管継手の特徴:地形が難しく、気候が厳しい地域では使用できません。
また、これらの製品は慎重に設置する必要があります-大量の溝を掘り、砂の「枕」を配置します。しかし、このため、設置作業の見積もりが増えています。
二層管の特徴
内側の製品には、フィルムコーティングが施されています-高圧ポリエチレン。保護により耐薬品性が向上し、外部負荷下でのラインの気密性が向上します。
ただし、石油パイプラインでの継手の操作により、2層改造の弱点が明らかになりました。
- 構造層とライニングの間の接着の欠如-壁の堅牢性の違反;
- 氷点下の温度での保護フィルムの弾性の劣化。
ガス含有媒体を輸送すると、ライニングが剥離することがあります。
2層パイプラインの目的は、ガス塊の輸送です。複合パイプは、排水のポンプ、下水道、水道の敷設に適しています
3層パイプパラメータ
グラスファイバーパイプ構造:
- 外部ポリマー層(厚さ1〜3 mm) -機械的および化学的耐性の向上。
- 構造層 -製品の強度を担う構造層。
- ライナー(厚さ3-6 mm) -グラスファイバーインナーシェル。
内層は滑らかさ、タイトさを提供し、内圧の周期的な変動を滑らかにします。
3層ガラス繊維パイプの物理機械的特性により、ガス含有および液体媒体の輸送のためにさまざまな産業で使用できます
グラスファイバードッキング方式
接続方法により、コンポジット製の管継手の種類は4つのグループに分けられます。
グループ1-ソケットスパイクドッキング
弾性ゴム製ガスケットは、パイプエンドスパイクの嵌合溝に取り付けられています。着陸リングは、電子制御を備えた機器に形成され、それらの位置とサイズの正確さを保証します。
エンジニアリングネットワークの場所と輸送媒体のタイプに応じて、ゴムシーラントのタイプが選択されます。パイプ継手には必要なリングが装備されています
グループ2-スタッドとシールが付いたベル型
陸線を配置する場合、パイプラインへの軸力の影響を補償する必要があります。この目的のために、シールに加えて、ストップが配置されます。エレメントは金属ケーブル、ポリ塩化ビニルまたはポリアミドでできています。
ストッパーは、スタッド端のソケット穴を通る環状溝に取り付けます。リミッターはトランク要素の軸方向の動きを許可しません
グループ3-フランジ接続
継手または金属パイプによる複合パイプラインのドッキング。グラスファイバーフランジの接続寸法は規制されています GOST 12815-80.
パイプの基部でフランジを固定するために、留め具用の穴のある特別な「フット」が用意されています。接続フランジの幅はパイプラインのパラメーターに依存します
グループ4-接着固定
分離不可能な接続方法-「冷」硬化のポリエステル成分を追加した強化ガラス材料の構成が、エンディングに適用されます。この方法は、ラインの強さと堅さを提供します。
保護内層のマーキング
パイプ製品の製造方法により、輸送される媒体に対するラインの抵抗を決定する、内層の異なる組成の製品を製造できます。
商品の種類は4つのグループに分けられます。 HPグラスファイバーパイプは、+ 90°Cまでの液体の通常のポンプに穏やかに耐えますが、最終的なpHは14を超えてはなりません。
国内メーカーは、保護コーティングの次のマーキングを適用します。
文字は、許容される使用法を示しています。
- そして -研磨剤を含む液体の輸送;
- P -飲酒を含む冷水の供給と排出。
- バツ -化学的に攻撃的なガスおよび液体環境での許容使用。
- G -給湯システム(制限75°C);
- から -酸性度の高い液体を含む、その他の液体。
保護コーティングは3 mmまでの層で適用されます。
主要メーカーの製品の概要
提示されたさまざまな製品の中には、長年にわたって高い評価を得ている評判の良いブランドがあります。これらには企業の製品が含まれます:Hobas(スイス)、Steklokompozit(ロシア)、Amiantit(ドイツ、スペイン、ポーランドに生産施設を持つサウジアラビアの懸念)、Ameron International(米国)。
複合ガラス繊維パイプの若くて有望なメーカー:Polyek(ロシア)、Arpipe(ロシア)およびグラスファイバー工場(ロシア)。
メーカー#1-HOBASブランド
ブランドの工場はアメリカとヨーロッパの多くの国にあります。ホバス製品はその優れた品質で世界的に認められています。ポリエステルバインダーを使用したGRTパイプは、ガラス繊維と不飽和ポリエステル樹脂の遠心鋳造技術を使用して作られています。
Hobasパイプシステムは、下水道、排水および給排水衛生設備、工業用パイプライン、水力発電所で広く使用されています。許可された地面の敷設、マイクロトンネルによる配置、引っ張り方法
ホバス複合管の特徴:
- 直径-150-2900 mm;
- SN剛性クラス-630-10 000;
- PN圧力レベル-1-25(PN1-圧力のないパイプライン);
- 内部ライニング耐食コーティングの存在;
- 広いpH範囲にわたる耐酸性。
形状部品の製造:エルボ、アダプター、フランジ付きパイプ、T型が確立されています。
メーカー#2-Steklokompozit会社
会社「Steklokompozit」は、ガラス繊維パイプFlowtech、生産技術-連続巻きの生産のためのラインを確立しました。
樹脂状物質の二重供給設備が関係しています。内層の敷設にはハイテク樹脂が使用され、構造層には安価な組成物が適用されます。この技術により、材料の消費を合理化し、製造コストを削減できます。
Flowtechパイプの範囲は300〜3000 mm、PNクラスは1〜32です。標準的な映像-6、12 m。ご要望に応じて、0.3〜21 m以内の制作が可能です。
メーカー#3-Amiantitブランド
AmiantitのFlowtiteパイプの主なコンポーネントは、ガラス繊維、ポリエステル樹脂、砂です。使用される技術は連続巻きであり、多層パイプラインの作成を提供します。
グラスファイバーの構造には6つの層があります。
- 不織布テープ外巻き;
- パワー層-刻んだガラス繊維+樹脂;
- 中間層-グラスファイバー+砂+ポリエステル樹脂;
- 繰り返される電源層;
- ガラス糸と樹脂のライニング。
- 不織布グラスファイバー保護コーティング。
研究は高い耐摩耗性を示しました-10万回の砂利処理サイクルの場合、保護コーティングの損失は0.34 mmでした。
Flowtite製品の強度クラスは2500〜10000で、要求に応じてパイプSN-30000を製造できます。動作圧力-1〜32気圧、最大流速-3 m / s(浄水用-4 m / s)
メーカー#4-ポリエック社
Polyek LLCは、Fpipesグラスファイバーパイプ製品にさまざまな変更を加えています。製造技術(連続斜め縦横巻き)により、直径130 cmまでの3層パイプを作成できます。
高分子複合材料は、ケーシングパイプ、給水カラムのリンク、給水パイプライン、および暖房システムの作成に関与しています。
グラスファイバー下水管の命名範囲は62.5-300 mm、高圧製品-62.5-200 mm、換気ダクト-200-300 mm、井戸ケーシング-70-200 mm
ガラス繊維パイプ以外にも、鋼、銅、ポリプロピレン、プラスチック、ポリエチレンなど、他の素材の製品が数多く市場に出回っています。これはより手頃な価格のため、暖房、給水、下水、換気などの設置など、日常使用のさまざまな分野で積極的に使用されています。
以下の記事で、さまざまな素材のパイプの特性を知ることができます。
- プラスチックパイプ:タイプ、仕様、取り付け機能
- ポリプロピレンパイプと継手:パイプラインの組み立て用PP製品のタイプと接続方法
- フード用プラスチック換気パイプ:タイプ、特性、用途
- 銅パイプとフィッティング:タイプ、マーキング、銅パイプラインの配置の特徴
- 鋼管:タイプ、品揃え、技術特性の概要、取り付けのニュアンス
製造技術とガラス繊維パイプの使用可能性:
連続巻きとバッチ巻きの手法の比較:
民間住宅では、ファイバーグラスパイプはほとんど使用されません。主な理由は、プラスチックの対応物と比較して高いコストです。しかし、産業分野では、複合材の品質が高く評価され、摩耗した金属線がファイバーグラスベースで大量に交換されています。.
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