Технология производства стеклопластика

Стеклопластик — относительно новый строительный материал, из которого делают корпусные детали, полые конструкции любой формы. Группа компаний «Элит Фасад» наладила собственное производство стеклопластика, а точнее, декоративных элементов для экстерьера или интерьера, изготовленных из этого композита. Мы используем самые современные технологии, которые позволяют выпускать изделия любых габаритов и фактуры. Собственное производство изделий из стеклопластика позволяет нам снизить стоимость композитного декора и предложить до пяти лет гарантии на изделия и монтажные работы.

Компоненты стеклопластика

Технология производства любого композитного материала предполагает использование армирующих компонентов, наполнителей, средств коррекции физических свойств, красителей. В случае стеклопластика производители используют:

• Арматуру — стеклоткань. Стеклотекстильные материалы задают высокий уровень удельной прочности (больше, чем у стали) при минимальном коэффициенте линейного расширения (как у стекла). Выбор в качестве армирующего материала стеклоткани делает стеклопластик самым легким из сверхпрочных строительных материалов. Изделия из него в 3,5 раза легче металлоконструкций.
• Наполнитель — полимеры из термореактивной или термопластичной группы. Термореактивный пластик твердеет при нагреве во время изготовления, сохраняя это состояние навсегда. Термопластичный пластик размягчается при каждом нагревании. Независимо от реакции на температуру, полимерная составляющая обеспечивает стабильность формы изделия из стеклопластика, ведь стеклоткань можно мять, как обычный текстиль.
• Присадки — модификаторы, изменяющие, огнестойкость, пластичность застывшего полимера, а также скорость твердения. Без присадок невозможно изготовить декоративный элемент со сложным рельефом, богатой фактурой, большими габаритами.
• Пигменты — краска вводится в полимеры на этапе размягчения, меняя цвет изделия после отверждения термореактивного или термопластичного пластика.

Современное производство стеклопластика предполагает использование нитей из органического, кварцевого, борного стекла, а также кевлара. Средняя толщина нити — 10-15 микрон. Кроме стеклотекстильных материалов в производстве композита используют нетканую арматуру, полученную методом иглопробивания, прошивания нитью, технологией вэт-лэйд, кардочесания, преобразования почеса. Из полимеров в серийном или мелкосерийном производстве применяют термореактивные эпоксидные, полиэфирные смолы или термопластичные полиэтилены, полиамиды, полистиролы. От типа наполнителя зависит технология производства.

Обзор технологий производства изделий из стеклопластика

Изготовление детали или узла из композитного материала начинается с подготовки матрицы, которая задает фактуру, габариты, форму изделия. Матрица может быть стандартной или изготовленной под заказ. В любом случае ее чистят, покрывают разделительным составом на основе воска, полируют. Далее на матрицу наносят наполнитель, арматуру, они укладываются слой за слоем, до выхода на расчетную толщину. Технология изготовления определяет способ распределения полимерной массы и арматуры. Обычно производители используют следующие технологии:

1. Напыление на матрицу

В этом случае производство изделий из стеклопластика начинается с рубки стеклоткани. Нарубленные чопсы длинной от 1 до 6 сантиметров засыпают в бункер, связанный с соплом распылителя жидкого раствора полиэфирных или эпоксидных смол. Чопсы подмешивают в струю жидкой пластмассы во время распыления последнего по матрице. В итоге, на поверхности матрицы оседает композитная смесь, которую уплотняют (прокатывают) валиком.

Напыление выполняется только вручную, поэтому данный способ создания декора используют преимущественно в мелкосерийном производстве. Однако у этой технологии нет ограничений по габаритам стеклопластикового изделия. С помощью напыления создают корпуса яхт, кабины планеров, а также другие крупногабаритные конструкции.

Основные преимущества напыления — высокая скорость, минимальный расход наполнителя и стекловолокна. Главный недостаток — зависимость качества изделия от мастерства оператора распылительной установки.

2. Контактное формование

Производство изделий из стеклопластика методом контактного формования основано на зависимости прочности получаемых деталей или узлов от макроструктуры арматуры. Контролируя ориентацию стекловолокна относительно осей формируемой детали, производитель может добиться повышения прочности, теплостойкости, несущей способности.

Контактное формование предполагает ручную укладку полотен стеклотекстиля или нитей стекловолокна на матрицу с пропиткой валиком каждого слоя макроструктуры. Это долгий процесс, но только с помощью контактного формования можно изготовить стеклопластиковые детали по-настоящему сложной формы.

После укладки каждого слоя стеклоткань пропитывают наполнителем, который наносится кистью или из распылителя, а также прокатывают резиновым валиком, выдавливая пузырьки воздуха. Поэтому главный минус этой технологии — перерасход дозируемого вручную наполнителя. Но он окупается ростом прочности.

3. Прессование

В производстве стеклопластика участвуют не только ручные инструменты. Для уплотнения макроструктуры, выравнивания лицевой/изнаночной поверхности, контроля толщины детали используют особые гидравлические прессы. Они стискивают полученную методом формовки или напыления заготовку между двух матриц.

Арматуру укладывают на пуансон (нижнюю матрицу пресса), пропитывают наполнителем — жидким термопластиком. Кроме формовки допускается и напыление смеси из резаной арматуры и наполнителя на пуансон. Далее на пуансон опускается верхняя плита пресса, которая уплотняет деталь, распределяет наполнитель по поверхности нижней матрицы, выдавливает пузырьки воздуха через специальные зазоры в пресс-форме.

Прессы для стеклопластика давят на заготовку с усилием 20-90 кгс/см2. Кроме силы давления очень важна скорость смыкания пресс-формы. Поэтому обычные прессы для реактопластов здесь не пригодятся. Для прессования композитных материалов нужны особые машины, выдерживающие все параметры при смыкании формы. Пластичность наполнителя, а также скорость отвердения корректируются с помощью присадок.

4. Пропитка под давлением

Специальные машины для прессования умеют распределять наполнитель по пуансону в момент стискивания пресс-формы, исключая перерасход термореактивных или термопластичных масс. Благодаря этому повышается точность габаритов и формы детали, а также улучшаются прочность и упругость изделия. Прессование в замкнутой форме рассчитано на производство крупногабаритных корпусных изделий и различных емкостей. Технология предполагает крупносерийное производство.

Согласно технологическому процессу прессования, под давлением арматура (стеклохолст) укладывается на нижнюю и верхнюю или левую и правую сторону матрицы пресса. После смыкания матрицы из рабочей области откачивают воздух и подают наполнитель — жидкую термореактивную или термопластичную массу. Регулируя степень разряжения в рабочей области, производители могут управлять интенсивностью пропитки арматуры наполнителем. Время пропитки корректируется, исходя из сроков отверждения наполнителя.

5. Формования изделия из стеклопластика путем намотки

Оболочковые конструкции из стеклопластика изготавливают путем намотки арматуры на подвижную или неподвижную матрицу с последующей пропиткой заготовки. В качестве арматуры в данном случае используют жгуты, ленты, нити. При намотке армирующий каркас получает четко заданное ориентирование макроструктуры, поэтому подобные изделия держат высокие нагрузки и демонстрируют стабильность форм и размеров.

С помощью намотки из стеклопластика делают корпуса ракет, элементы фюзеляжа летательных аппаратов, трубопроводную арматуру для систем высокого давления. С помощью намотки можно сделать даже железнодорожную цистерну с полезным объемом до 60 кубов.

Намотка на подвижную матрицу — центробежное формование — ориентирована на выпуск трубопроводной арматуры с интегрированными резьбовыми сгонами из металла. Намотка на неподвижную матрицу позволяет изготовить любое тело вращения.

6. Формование протяжкой

Технология протягивания армированного стекловолокном наполнителя позволяет изготовить трубы любого сечения и профильный погонаж. Она основана на следующих операциях:

• укладка арматуры вдоль осей изделия;

• пропитка арматуры наполнителем;
• протяжка полуфабриката сквозь калибрующее отверстие с одновременным уплотнением и отжатием избытка наполнителя;
• дополнительное формование путем проката сквозь тянущие валки и обжиг в термокамере.

Однонаправленное ориентирование арматуры позволяет усилить сопротивление сжимающим нагрузкам до пиковых величин. С помощью протягивания делают нагруженные детали, например балки для шахтной крепи, колонны, архитравы, элементы балюстрады. Совмещение технологии намотки и протяжки гарантирует высокий уровень сопротивления продольной нагрузке и крутящим моментам. Эта технология используется при создании нагруженного декора.