Стеклокомпозитная арматура: Стеклопластиковая арматура – применение, достоинства и недостатки

Стеклопластиковая арматура – применение, достоинства и недостатки

Давайте попробуем в этом разобраться и определиться, где применение стеклопластиковой арматуры оправдано, а где нет.

Связывается такая арматура практически также, как и обычная – с помощью крючка для вязки арматуры.

Теперь давайте разберемся во всем по порядку – сначала рассмотрим достоинства и недостатки стеклопластиковой арматуры, а затем, основываясь на них, определим, где ее применение будет целесообразным. В конце статьи я расскажу о своем личном мнении по поводу применения стеклопластиковой арматуры.

Как и у любого строительного материала, у стеклопластиковой арматуры есть свои как достоинства, так и недостатки по сравнению с аналогичной металлической, которые могут стать серьезным подспорьем или помехой в применении ее в различных областях строоительства.

Давайте, наверное, начнем с достоинств:

 

Достоинства стеклопластиковой арматуры

1. Небольшой удельный вес. Это достоинство позволяет применять ее в легких конструкциях, таких, например, как ячеистый бетон и т.п. Это свойство стеклопластиковой арматуры позволяет снизить массу всей конструкции.

Стоит отметить, что применение стеклопластиковой арматуры в обычном бетоне не будет так же значительно влиять на массу конструкции, учитывая то, что основной вес будет давать сам бетон.

2. Низкая теплопроводность. Как известно, стеклопластик проводит через себя тепло значительно хуже, чем металл.

Это достоинство стеклопластиковой арматуры позволяет применять ее там, где необходимо сократить мостики холода, которые так замечательно создает стальная арматура.

3. Упаковка в бухтах. Для строительства частных домов это очень весомое достоинство стеклопластиковой арматуры, потому что на ее доставку к участку можно не тратиться, а, как известно, при постройке дома, особенно если строите своими руками, каждая копейка на счету.

В добавок к вышесказанному можно добавить, что применение стеклопластиковой арматуры в бухтах уменьшает ее расход, так как в арматурном каркасе нахлестов практически не будет, а это так же позволит немного снизить финансовые расходы.

4. Долговечность. Производители основываются на том факте, что стеклопластик, по сравнению с металлом, гораздо долговечнее.

Это немного сомнительное достоинство стеклопластиковой арматуры, учитывая то, что металл внутри бетона практически не подвержен коррозии и внутри железобетонной конструкции также прослужит очень долго.

5. Диэлектрическая. Это свойство, скорее всего, в частном строительстве не дает никаких достоинств стеклопластиковой арматуры над металлической, но о нем тоже не стоит забывать.

6. Устойчивость к химическим воздействиям. Это означает, что в кислых и других агрессивных химических средах стеклопластиковой арматуре намного комфортнее чем стальной.

В малоэтажном частном строительстве это достоинство стеклопластика, так же, как и предыдущее, практически не играет никакой роли, за исключением строительства зимой, когда в раствор или бетон добавляют различные соли, пагубно воздействующие на металл.

7. Радиопрозрачность. Это означает, что стеклопластиковая арматура не создает никаких радиопомех, в отличие от металлических контуров, создаваемых стальной арматурой.

Такое достоинство стеклопластиковой арматуры как радиопрозрачность, будет играть значительную роль только в том случае, если в стенах вашего дома много арматуры. Тогда применение стеклопластиковой арматуры уменьшит радиопомехи внутри дома.

В достоинствах разобрались, теперь давайте рассмотрим недостатки стеклопластиковой арматуры, применяемой в строительстве.

Недостатки стеклопластиковой арматуры

У любого материала есть недостатки и стеклопластиковая арматура – не исключение.

1.

Стеклопластиковая арматура дороже обычной стальной если сравнивать арматуру одинакового диаметра.

2. Термически не устойчива. Стеклопластиковая арматура не выдерживает высоких температур.

Так же сомнительный недостаток, потому как в малоэтажном частном строительстве я даже не могу представить ситуацию, где будет необходимо нагреть арматуру до 200 градусов.

3. Не гнется. Таким образом, если нам понадобится, например, согнуть арматуру под углом 90 градусов, мы этого сделать не сможем. Хотя с другой стороны – мы можем все изгибы сделать из обычной стальной и нарастить их со стеклопластиковой.

4. Низкий модуль упругости на излом. Это означает, что стеклопластиковая арматура не выдерживает на излом таких же нагрузок, как металлическая.

Многие производители утверждают обратное – что модуль упругости у стеклопластиковой арматуры больше, но это, скорее всего, они имеют ввиду растяжение, а бетон, как правило подвержен больше нагрузкам именно на излом. Это основной недостаток, из-за которого ограничивается применение стеклопластиковой арматуры в строительстве.

5. Трудность в сооружении жесткого арматурного каркаса. Другими словами, каркас из стеклопластиковой арматуры не такой жесткий как из металлической, и, соответственно, менее устойчив к вибрации и нагрузкам, которые будут присутствовать при заливке бетона с автомобильного миксера.

Вот мы и рассмотрели практически все основные достоинства и недостатки стеклопластиковой арматуры. Судя по ним, невозможно с большой уверенностью сказать, что она значительно лучше или хуже металлической арматуры, поэтому давайте рассмотрим в каких строительных конструкциях и сооружениях применение стеклопластиковой арматуры будет оправдано и целесообразно.

Применение стеклопластиковой арматуры оправдано в некоторых случаях как в промышленном строительстве, так и в частном малоэтажном.

По поводу промышленного строительства, я думаю, говорить много не стоит, все же сайт посвящен строительству домов своими руками, поэтому давайте разберем область применения стеклопластиковой арматуры в частном малоэтажном строительстве.

1. Стеклопластиковая арматура применяется в некоторых типах фундаментов, таких как ленточный – заглубленный ниже глубины промерзания, плитный фундамент.

Стоит отметить, что это касается только малоэтажного частного строения, на хорошем грунте. На плывучих грунтах будут повышенные нагрузки на излом, которые стеклопластиковая арматура может не выдержать.

2. Целесообразно применение стеклопластиковой арматуры в армировании кирпичных стен, стен из блоков, очень часто можно встретить армирование стен из газосиликатных блоков стеклопластиковой арматурой.

Применение стеклопластиковой арматуры в армировании стен очень популярно среди застройщиков. Причем применяется такая арматура как элемент армирования самих стен, так и в качестве связки облицовочной стены с несущей.

3. В многослойных панелях в качестве связей. Так как внутри панелей, как правило присутствует плотный утеплитель, для связки между собой бетонных частей и используется стеклопластиковая арматура.

4. Оправдано применение стеклопластиковой арматуры в несущих частях элементов, подверженных повышенной коррозии, бассейнов, например.

5. Также стеклопластиковая арматура широко применяется в армировании клееных деревянных балок, увеличивая их жесткость.

6. Армирование асфальта, в местах повышенных нагрузок, хотя я такого еще ни разу не видел.

Как видите, область применения стеклопластиковой арматуры в строительстве довольно широка, хотя и присутствуют кое-какие ограничения.

Мнение автора о применении стеклопластиковой арматуры в строительстве

Я считаю, что стеклопластиковая арматура пока не способна полностью заменить металлическую, но это не значит, что ею можно совсем пренебречь.

Я широко применяю ее в строительстве стен из блока и кирпича, также в качестве связей облицовочной стены с несущей, так как при применении металла в качестве связей, во-первых, он будет подвержен коррозии, ну а во-вторых, металл создает мостики холода, которые в современном строительстве крайне нежелательны.

Применение стеклопластиковой арматуры в фундаменте так же оправдано, если у вас нетяжелая постройка, например, каркасный дом или гараж.

Если же на участке слабый грунт и предвидятся огромные нагрузки на фундамент, я бы не стал рисковать с применением арматуры, у которой упругость на излом меньше чем у металлической.

Плюсы и минусы строительной композитной арматуры

Основные плюсы композитной арматуры заключаются в её малом весе, высокой прочности на разрыв, высокой химической и антикоррозионной устойчивости, низкой теплопроводности, малом коэффициенте теплового расширения и в том, что она является диэлектриком. Высокая прочность на разрыв, значительно превышающая аналогичный параметр у стальной арматуры при равном диаметре, позволяет применять композитную арматуру меньшего диаметра взамен стальной.

Вы даже не представляете себе, насколько выгодным является применение стеклопластиковой арматуры!

Экономический выигрыш от её применения складывается из целого ряда факторов, а отнюдь не из одной только разницы в стоимости между погонным метром стальной и композитной арматуры.

Не поленитесь посмотреть полное описание факторов, из которых складывается ваша экономия денежных средств, времени, человеко-часов, электричества, расходных материалов и т.д. в статье «ЭКОНОМИЯ ОТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПОЗИТНОЙ АРМАТУРЫ»

Но, нужно помнить, что у композитной арматуры есть и существенные минусы. Большинство Российских производителей не афишируют эти минусы, хотя любой инженер строитель может заметить их самостоятельно. Основными минусами любой композитной арматуры являются следующие:

• модуль упругости композитной арматуры почти в 4 раза ниже, чем у стальной даже при равном диаметре (другими словами она легко изгибается). По этой причине её можно применять в фундаментах, дорожных плитах и т.д., но применение в перекрытиях требует дополнительных расчетов;
• при нагреве до температуры в 600 °С, компаунд, связывающий волокна арматуры, размягчается настолько, что арматура полностью теряет свою упругость. Для увеличения устойчивости конструкции к огню в случае пожара — требуется предпринимать дополнительные меры по теплозащите конструкций, в которых используется композитная арматура;
• композитную арматуру, в отличие от стальной, — невозможно сваривать электросваркой. Решение — установка на концы арматурных стержней стальных трубок (в заводских условиях) к которым уже можно будет применять электросварку;
• такой арматуре невозможно придать изгиб непосредственно на строительной площадке. Решение — изготовление арматурных стержней требуемой формы ещё на производстве по чертежам заказчика;

Подведем итог

Несмотря на то, что зарубежом такая арматура успешно применяется уже несколько десятилетий, все виды композитной арматуры являются довольно новым материалом на строительном рынке России. Её применение имеет большие перспективы. На сегодняшний день её можно смело применять в малоэтажном строительстве, в фундаментах различных типов, в дорожных плитах и прочих подобных конструкциях. Однако для применения её в многоэтажном строительстве, в конструкциях мостов и т.д. — требуется учитывать её физико-химические особенности ещё на этапе подготовки к проектированию.

Любопытный факт — арматура в бухтах!

Основным применением арматуры в малоэтажном строительстве является использование её для армирования фундаментов. При этом, чаще всего используется стальная арматура класса А3, диаметрами 8, 10, 12 мм. Вес 1000 метров погонных стальной арматуры составляет 400 кг для Ø8мм, 620 кг для Ø10мм, 890 кг для Ø12мм. Теоретически Вы можете приобрести стальную арматуру в бухтах (если найдете), при этом, в последствии, Вам понадобится специальное устройство для повторного выравнивания такой арматуры. Сможете ли Вы перевезти 1000 метров такой арматуры на своем легковом автомобиле к месту строительства, чтобы сократить расходы на доставку? А теперь представьте, что указанную арматуру можно заменить композитной меньшего диаметра, а именно 4, 6, 8 мм вместо 8, 10, 12 мм. соответственно. Вес 1000 метров погонных композитной арматуры составляет 20 кг для Ø4мм, 36 кг для Ø6мм, 80 кг для Ø8мм. Вдобавок, несколько уменьшился её объём. Такую арматуру можно приобрести в бухтах, при этом, внешний диаметр бухты составляет чуть больше 1м. Кроме того, при разматывании такой бухты, композитная арматура не требует выпрямления, так как практически не имеет остаточной деформации. Могли ли Вы себе представить, что сможете перевезти арматуру, требующуюся для строительства загородного дома или дачи, в багажнике собственного легкового автомобиля? И Вам даже не понадобится помощь при загрузке и разгрузке!

Пластиковая арматура — плюсы и минусы использования композитов

Благодаря армированию монолитное бетонное основание приобретает повышенную прочность и долговечность. Раньше в качестве арматуры использовали исключительно металлические прутья, связанные между собой в каркас, однако сейчас в продаже появились пластиковые или композитные армокаркасы. Эти изделия производятся из базальтовых, карбоновых или стеклянных волокон с добавлением полимерных смол. Пластиковая арматура, плюсы и минусы которой будут рассмотрены чуть ниже, производится согласно требованиям международного стандарта, которые стоит изучить подробнее.

Формы выпуска пластиковой арматуры

Стандарт 31938-2012, регламентирующий технические требования, относящиеся к полимерным армирующим изделиям, определяет элементы этого типа, как твердые прутья круглого сечения. Прутки состоят из основы, заполнителя и связующего компонента.

Композитную арматуру производят в виде стержней сечением от 4 до 32 мм. Продаются такие изделия либо в нарезанном виде, либо в связках или бухтах длиной до 100 м.

Пластиковый профиль бывает двух видов:

• Периодический – рифленые прутья, получаемые методом спиральной обмотки.
• Условно-гладкий. В этом случае стеклопластиковые стержни обсыпаются кварцевым песком, благодаря чему готовые изделия обладают лучшими адгезионными свойствами.

Важно! Стеклопластиковая арматура обязательно по своим параметрам должна соответствовать ГОСТ 30247.0-94 по огнестойкости и ГОСТ 30403-2012 по пожаробезопасности.

Чтобы определить, стоит ли использовать композитные материалы вместо металлических, рассмотрим плюсы и минусы стеклопластиковой арматуры.

Преимущества композитной арматуры

К преимуществам стеклопластиковых изделий по сравнению с металлическими аналогами следует отнести:

• Малый вес. Для арматуры с пластиковыми стержнями используются прутья меньшего сечения, благодаря чему общий вес конструкции снижается почти вдвое. Например, стеклопластиковый стержень диаметром 8 мм будет весить всего 0,07 кг/п м, в то время, как металлический прут с таким же сечением весит 0,395 кг/п м. Благодаря меньшему весу транспортировать пластиковые изделия можно даже на легковом автомобиле, тогда как для металлической арматуры потребуется большегрузная машина.

• Устойчивость к коррозии. Стеклопластиковые изделия не окисляются и не воздействуют с влагой.
• Диэлектрические показатели. Композитные пруты – это радиопрозрачные диэлектрики, которые отличаются инертностью к электричеству и радиоволнам. Именно поэтому пластиковая арматура считается самым хорошим материалом для возведения медицинских центров, лабораторий и прочих специализированных сооружений.
• Химическую устойчивость. Агрессивные компоненты, такие как: бетонное молочко, битум, морская воды, растворитель или солевые составы, со временем оказывают негативное воздействие на металлические профили. В свою очередь, композитные материалы остаются инертными к такому «соседству».
• Температурный диапазон. Композиты можно применять при режиме от -60 до +120 градусов.
• Высокую теплопроводность. Показатель проводимости тепла у стеклопластика составляет 47 Вт/м*К, а у металла – 0,5 Вт/м*К.
• Повышенные прочностные показатели. Прочность композитного материала на растяжение значительно выше, чем у металлического изделия. При одинаковом диаметре пластиковая арматура выдерживает в 3-4 раза больше продольных нагрузок.
• Долгий срок эксплуатации. Производители композитных материалов утверждают, что такая арматура прослужит более 150 лет. Проверить это пока что невозможно, однако рекордный зафиксированный срок службы пластикового армокаркаса составил 40 лет.
• Скорость монтажа. Стеклопластиковые стержни быстро нарезаются обычной болгаркой и вяжутся при помощи пластиковых хомутов.

Кроме этого, благодаря повышенной упругости пластиковые изделия выпускаются практически любой длины.

Тем не менее, не будем торопиться с выводами, касательно того, какая арматура лучше. Справедливости ради стоит рассмотреть также и негативные стороны стеклопластиковых стержней для армирования монолитных бетонных построек.

Минусы композитной арматуры

Среди минусов композитных материалов, используемых при закладке арматуры, выделяют следующие:

• Низкую упругость на изгиб. Из-за того, что пластиковые элементы отличаются низким модулем упругости, это может привести к деформации бетонной конструкции. Хорошо гнущиеся элементы сложно использовать при монтаже арматуры по углам фундамента. Для сравнения модуль упругости композита составляет 55 000 МПа, а у пластика этот показатель достигает 200 000 МПа.
• Небольшой диапазон размеров. На сегодняшний день при выборе стальной арматуры потребителям предлагается большее разнообразие изделий разного сечения.
• Отсутствие СНиПов. Хоть стеклопластиковые изделия и нормируются по ГОСТ, другой нормативной базы для строительных элементов этого типа не существует. Исходя из этого, осложняется процесс проектирования объектов, так как производить расчеты пока что довольно проблематично.
• Невозможность использования в некоторых регионах. Пластиковые изделия не рекомендуется применять при строительстве объектов в областях, где зимой фиксируются слишком низкие температуры.
• Неустойчивость. Строительство армирующего каркаса осложняется плохой устойчивостью пластиковых прутьев. Конструкция начинает шататься, поэтому приходится прибегать к «хитростям», чтобы зафиксировать каркас до заливки бетонной смеси.
• Довольно высокую стоимость материала. Стеклопластик обойдется в 2 раза дороже стальных аналогов.

Говоря о пластиковой арматуре, ее плюсах и минусах, многие относят к недостаткам этих изделий такие вещи, как: невозможность использования сварочного оборудования и низкую устойчивость к нагреву. Однако, в реальности сварка итак практически не используется при сборке армокаркаса. Настолько же абсурдна и теория насчет неустойчивости материала к высоким температурам. Стеклопластик полностью теряет свои свойства при нагреве свыше 600 градусов, но и не каждый бетон способен выдержать подобную температуру.

Исходя из вышесказанного становится очевидно, что при армировании бетонных конструкций, чтобы определить какая арматура больше подходит – металлическая или стеклопластиковая, нужно уточнить для каких именно целей вам нужен усиленный каркас. С одной стороны новейшие композитные материалы явно выигрывают, однако с точки зрения стоимости, возможно, будет выгоднее приобрести стальные изделия.

15 способов применения стеклопластиковой арматуры в строительстве

В данной статье разберем и подробно опишем 15 способов как и где наиболее часто применяют стеклопластиковую композитную арматуру.

1. Фундаментные плиты

Технология армирования фундаментных плит при малоэтажном сторительстве не выше трех этажей с применением стеклопластиковой композитной арматуры происходит путем замены металлической арматуры на стеклопластиковую согласно таблице равнопрочной замены.

Правильная замена на стеклопластиковую арматуру гарантированно приводит к существенной экономии денежных средств, т.к. стеклопластиковая арматура дешевле металлической. Принцип армирования фундаментых плит стеклопластиковой арматурой не отличается от армирования металлической арматурой, но приводит к существенной экономии времени на монтаже.

При замене металлической арматуры на стеклопластиковую нет необходимости уменьшать шаг армирования.

При необходимости удленения хлыста стеклопластиковой арматуры соединение происходит в нахлест. Длинна нахлеста от 20 до 50 см.

Вязка стеклопластиковой арматуры осуществляется вязальной проволокой, резка стеклопластиковой арматуры осуществляется шлифовальной машинкой — «болгаркой».

2. Ленточные фундаменты

Армирование ленточного фундамента с применением стеклопластиковой арматуры происходит путем замены металлической арматуры на стеклопластиковую согласно таблице равнопрочной замены.

Таблица равноправной замены металлической арматуры на композитную стеклопластиковую арматуру

Металлическая класса А-III (A400C)	Арматура композитная полимерная стеклопластиковая ОЗКМ (АКС)
6 А-III	4 АКС
8 А-III	5,5 АКС
10 А-III	6 АКС
12 А-III	8 АКС
14 А-III	10 АКС
16 А-III	12 АКС
18 А-III	14 АКС
20 А-III	16 АКС

Правильная равнопрочная замена металлической арматуры на стеклопластиковую позволит Вам получить экономическую выгоду до 45% (экономия в 2 раза).

При замене металлической арматуры на стеклопластиковую нет необходимости увеличивать количество слоев армирования и количества хлыстов в одном слое.

При необходимости удленения хлыста стеклопластиковой арматуры соединение происходит в нахлест. Длинна нахлеста от 20 до 50 см.

Вязка стеклопластиковой арматуры так же осуществляется вязальной проволокой, резка стеклопластиковой арматуры осуществляется «болгаркой».

3. Армирование промышленных бетонных полов

Армирование промышленных бетонных полов с применением стеклопластиковой композитной арматуры происходит путем замены металлической арматуры на стеклопластиковую согласно таблице равнопрочной замены.

Правильная замена на стеклопластиковую арматуру при армировании промышленных бетонных полов так же приводит к существенной экономии денежных средств, т.к. стеклопластиковая арматура дешевле металлической.

Принцып армирования стеклопластиковой арматурой не отличается от армирования металлической арматурой, но приводит к существенной экономии времени на монтаже.

При замене металлической арматуры на стеклопластиковую нет необходимости уменьшать шаг армирования.

При необходимости удленения хлыста стеклопластиковой арматуры соединение происходит в нахлест. Длинна нахлеста от 20 до 50 см.

Вязка стеклопластиковой арматуры осуществляется вязальной проволокой, резка стеклопластиковой арматуры осуществляется шлифовальной машинкой — «болгаркой».

4. Отмостки вокруг зданий

Отмостка — это полоса шириной от 0,6м до 1,2 м, которая примыкает к фундаменту или цоколю здания с уклоном.

Уклон отмостки должен быть не менее 1% (1 см на 1 м) и не более 10 % (10 см на 1м).

Отмостку вокруг здания рекомендуется возводить с использованием стеклопластиковой арматуры, так как главная задача отмостки — это отвод поверхностных дождевых и талых вод от стен и фундамента дома. Отмостка с применением стеклопластиковой арматуры прослужит в несколько раз дольше, так как у стеклопластиковой арматуры высокие антикоррозийные свойства, что препятствует возникновению трещин в бетоне.

5. Армопояс (сейсмопояс) между этажами кирпичных или блочных зданий

  

Применение стеклопластиковой композитной арматуры при армировании армопояса (сейсмопояса) между этажами кирпичных или блочных зданий за счет высоких прочностных характеристик повышает пространственную жесткость здания и защищает фундамент и стены от трещин, вызванных неравномерной осадкой и морозным пучением грунта.

6. Связующее для кирпичной кладки

Для увеличения прочности кирпичной кладки и соблюдении одинаковой толщины швов необходимо воспользоваться прутами из стеклопластиковой арматуры диаметрами Ф4 и Ф6, вместо металлической сетки.

Толщина диаметра арматуры зависит от толщины шва в кирпичной кладке.

Замена металлической кладочной сетки на пруты из стеклопластика позволит снизить затраты на армирующий материал более чем в 5 раз.

Так же применение стеклопластиковых прутов в кирпичной кладке позволит существенно сократить потери тепла, так как стеклопластиковая арматура плохо проводит тепло, в несколько раз хуже, чем металл.

7. Связующее для кладки стен из блоков/кирпича, для монолитных стен

Для увеличения прочности при кладки стен из блоков/кирпича, для монолитных стен и регулировании толщины швов рекомендуется использовать пруты из стеклопластика диаметрами Ф4, Ф6 и Ф8 вместо металлической сетки. Толщина диаметра арматуры зависит от толщины шва при кладке.
Замена металлической кладочной сетки на пруты из стеклопластика позволит снизить затраты на армирующий материал более чем в 5 раз.

Так же применение стеклопластиковых прутов позволит существенно сократить потери тепла, так как стеклопластиковая арматура плохо проводит тепло, в несколько раз хуже, чем металл.

8. Комбинирование с металлом в плитах перекрытий

Плиту перекрытия армируют в два слоя. Нагрузка на плиту перекрытия идет с верхней части вниз и распределяется относительно всей площади покрытия. Соответственно, основная рабочая арматура находиться в нижнем слое и испытывает большие нагрузки на растяжение. Верхний слой, в основном, получает нагрузки на сжатие.

В данном случае стеклопластиковую арматуру применяют комбинированно с металлической. Верхний слой необходимо выполнить из стеклопластиковой арматуры, нижний — из металлической.

В самой сетке стеклопластиковая композитная арматура должна иметь цельный вид без наличия разрывов. Если происходит армирование перекрытия с помощью стеклопластиковой арматуры Ф10, то необходимо выполнить нахлест в 400 мм. Все стыки арматуры следует располагать в шахматном порядке.

9. Гибкие связи

Гибкая связь используется для соединения внутренней стены через утеплитель (и воздушный слой) с облицовочной стеной в единое целое в системе трехслойных стен.

Композитные гибкие связи производство ООО «ОЗКМ» — это стержни, изготовленные из стеклопластика длиной от 200 до 600 мм с периодической рельефной поверхностью либо стержни с круглым сечением (зависит от проектного решения). Благодаря этому гибкие связи «ОЗКМ» обладают высокой адгезией с бетоном и дополнительной защитой от агрессивного воздействия щелочной среды бетона.

Гибкие связи применяются:

• для кирпичной кладки (Ф 6 мм),
• для утепления монолитных зданий (Ф 6 мм),
• для блоков (Ф 4 мм),
• для панельного домостроения (Ф 6 мм).

Нашем сайте вы можете подробнее узнать о композитных гибких связях и заказать их.

10. Ленточные фундаменты под заборы

Ленточные фундаменты предусматриваются для следующих типов ограждений: забор с кирпичными столбами, металлический кованый забор и забор из лесоматериала или профнастила с несущими металлическими стойками.

Армирование фундамента под забор с использованием стеклопластиковой арматуры очень выгодно. За счет высоких прочностных характеристик арматуры из стеклопластика и невысоких нагрузок, при армировании фундамента под забор чаще всего используется композитная арматура диаметрами Ф4 и Ф6.

Технология армирования ничем не отличается от технологии при использовании металлической арматуры, но значительно дешевле и быстрее по времени. Продольные пруты стеклопластиковой арматуры укладываются на дно вырытой траншеи на опоры высотой 4-7 см. Крайние прутья из стеклопластика должны отступать от стенок траншеи на 6-8 см.

Поперечная арматура и вертикальные стойки обычно вяжутся с шагом 400 мм.

Верхний ряд продольной арматуры крепится на стойки так, чтобы он был ниже верхнего уровня траншеи на 5-7 см. Затем выполняется укладка поперечной стеклопластиковой арматуры верхнего ряда.

11. Армирование чаши для бассейна (дна и стенок)

12. Дорожное строительство

Стеклопластиковая арматура получает отзывы строителей положительные ввиду ее универсальности, так как ее можно применять для усиления прочности дорожного полотна, опор, мостов.

13. Пешеходные бетонные дорожки

Для придания жесткости бетонной дорожки необходимо произвести армирование основания, хотя многие этим пренебрегают.
При армировании пешеходной дорожки стеклопластиковой арматурой толщину бетонного основания можно делать меньше, что приводит к существенной экономии по затратам на бетоне.

Так же использование арматуры из стеклопластика для армирования пешеходных дорожек защищает бетон от распадания на фрагменты.

14. Бетонные площадки для проезда и парковки автомобилей.

Перед началом армирования сверху под бетонную площадку на песчаную подушку засыпают слой щебня в 5 см и уплотняют его. Армирование стеклопластиковой арматуры усиливает бетонную структуру, поэтому при устройстве площадки под стоянку автомобиля без нее не обойтись.
Бетонирование площадки для проезда и парковки автомобиля осуществляют при помощи стеклопластиковой арматуры, которую нарезают прутьями необходимой длины. Рекомендуется использовать стеклопластиковую арматуру диаметровом Ф6.

Каркас из арматуры изготавливают непосредственно на месте укладки и не займет много времени. Стеклопластиковые прутья размещают крест-накрест и в точках стыковки перевязывают проволокой.

15. Армирование монолитных бетонов содержащих противоморозные добавки.

Стеклопластиковая арматура, в отличие от металла, устройчива к щелочной среде. Противоморозные добавки состоят из щелочи и солей, вызывающие коррозию у металла.

Применение стеклопластиковой арматуры при армировании монолитных бетонов содержащих противоморозные добавки увеличивает срок службы бетонного основания в несколько раз и препятствует возникновению трещин и защищает бетон от распадания на фрагменты.

Перейти к каталогу продукции

Стеклопластиковая арматура – зло или передовой продукт?

Прогресс не стоит на месте, и, в том числе, в строительной отрасли. Благодаря этому на рынке появился новый вид арматуры – АСК ( арматура стеклокомпозитная, она же стеклопластиковая). В данной статье попробуем разобраться и понять где можно применять эту новинку, а где нельзя.

АСК производится из ровинга – специальное стекловолокно толщиной 10-20 микрон. Для соединения большого количества стекловолокон в прочный стержень используются специальные смолы. Для этого после выравнивания напряжений всех волокон нити, ее погружают в ванну с нагретыми связующими. Далее, пропитанные смолами нити протягиваются через механизм, который и задает диаметр будущему стержню. В случае производства стержня с обмоткой (ребра как у арматуры) на него по спирали наматывают дополнительные волокна. И завершающий этап – конструкция стержня погружается в печь, где происходит полимеризация всех компонентов.

В 2012 на территории РФ и других близлежащих стран был принят ГОСТ 31938.

Данный ГОСТ устанавливает общие технические условия и распространяется на композитную полимерную арматуру периодического профиля (АКП), предназначенную для армирования обычных и предварительно напряженных строительных конструкций и элементов, эксплуатирующихся в средах с различной степенью агрессивного воздействия.

Согласно данному ГОСТу, композитную арматуру классифицируют по типу непрерывного армирующего элемента на виды:
АСК — стеклокомпозитная;
АБК — базальтокомпозитная;
АУК — углекомпозитная;
ААК — арамидокомпозитная;
АКК — комбинированная композитная.

Физико-механические характеристики АКП различных видов должны соответствовать требованиям, приведенным в таблице:

И тут надо отметить, что композитная арматура превосходит стальную только по показателю предел прочности при растяжении. По пределу прочности при сжатии уступает не сильно. Но вот по пределу упругости при растяжении отстает в 4 раза!

Разберемся с 2 наиболее важными показателями по порядку.

Предел прочности при растяжении — важный показатель, далее перетекающий в прочность на разрыв. И вот тут кроется маркетинговый подвох.

 Так называемая, прочность на разрыв – это временное сопротивление растяжению арматуры. И в отношении стали это совсем не на разрыв, а удлинение до предела пропорциональности. Это когда удлинение перестаёт быть пропорционально приложенной нагрузке. Но при этом, удлинение относительно небольшое — примерно до 0,2%.  А далее, у стали идет большое удлинение без увеличения нагрузки (сталь течет). Потом идет упрочнение стали, и для дальнейшего удлинения снова требуется повышать нагрузку. И только потом происходит разрыв при удлинении примерно 14 % и более (разный показатель у разных сталей). Такое поведение материала позволяет сохранять армированные конструкции без существенных деформаций под нагрузками, зачастую вплоть до предела. А при превышении нагрузок, стальная арматура сильно удлиняется без разрушения, что  предотвращает внезапное обрушение ЖБ конструкций. Композитная арматура так не умеет. Она выдерживает больший предел прочности при растяжении (максимальный), но в связи с меньшим относительным удлинением 2,2% ( 14% сталь 35ГС) разрыв происходит быстрее.

График зависимости напряжения в арматуре (stress) от относительного удлинения (strain)

Так же по графику видно что в зоне работы арматуры в бетоне (зона обозначена пунктиром) стальная арматура имеет кратное преимущество (график в данной зоне выше). Стальная арматура при удлинении на 0,2-0,3 % уже работает на полную нагрузку. В то время как композитная арматура в данной зоне практически не принимает нагрузку и тянется дальше как резинка от трусов. Пересечение графиков происходит недалеко от 1.5 % удлинения. Для пролета 6 метров это почти 80 мм. При таком удлинении в бетоне возникают трещины, а прогиб плиты становится виден невооруженным глазом.

Если объяснить проще, стальная арматура воспринимает нагрузку быстрее (при меньшем удлинении), а так же, у нее присутствует текучесть, которая позволяет ей дольше сопротивляться нагрузкам при предельных значениях. У композитной арматуры этого нет. Тянем ее на разрыв, график показывает прямую линию, и она с треском рвется.

При этом, не очень умные менеджеры и маркетологи специально пишут в сравнительных таблицах слово ПРЕДЕЛ прочности, умалчивая о прочности в рабочем диапазоне.

Модуль упругости при растяжении – не менее важный, а может и более важный показатель. Модуль упругости показывает на сколько растянется арматура под конкретной нагрузкой. Для этого надо просто  разделить нагрузку на арматуру (в МПа) на её модуль упругости (в МПа). У стеклопластика модуль упругости почти в четыре раза меньше, чем у стали, соответственно, стеклопластик равного со сталью сечения будет растягиваться почти в четыре раза больше стали, а такие деформации неприемлемы для конструкций. Всвязи с этим, использование композитной арматуры целесообразно лишь при условии предварительного ее натяжения до значений близких к предельным. Соблюдать такую технологию в условиях индивидуального строительства (на месте) технически невозможно.

Есть еще несколько факторов не в пользу композитной арматуры.

Ползучесть арматуры. Так как композитная арматура состоит из волокон и полимерного связующего, на ее  работу в бетоне сильно влияют свойства этого связующего. В случае композитной арматуры связующее текуче, и со временем, верхний слой, сцепленный с бетоном ползет относительно центральных волокон, вредное удлинение становится еще больше.

Невозможность изготовления на месте Г- и П-образных углов. Композитная арматура не гнется. Вернее гнется, но тут же распрямляется после снятия нагрузки. А это значит, что изготовить Г- и П-элементы на месте невозможно. Их придется заказывать у производителя.

Температуростойкость. При приближении к 60 градусам текучесть связующего в композитной арматуре резко увеличивается, что приводит к ее ослалблению и снижению сопротивляемости, а уже при ста градусах вода в связующем и в примыкающих слоях бетона вскипает и разрушает композитную арматуру. Это значит, что если плита или конструкция, армированная композитной арматурой, подвергнется высокой температуре (пожар) то конструкция просто рухнет вниз.

Химическая стойкость. Щелочная природа бетона разрушает связующее и уменьшает со временем сцепление наружных слоев композитной арматуры с бетоном.

А теперь плюсы:

• Легкий вес — с композитной арматурой проще работать, не говоря уже о транспортировке. Ведь продается она в бухтах.
• Низкая теплопроводность – идеальный вариант для усиления конструкций из кладки твинблока или кирпича.
• Диэлектрик – не поглощает радиоволны. Отсутствие эффекта клетки Фарадея.

На этом пожалуй все.

Какие выводы можно сделать из всего вышесказанного? Однозначно, композитная арматура не подходит для устройства монолитных плит перекрытий, балок и других ответственных конструкций. С большой опаской и с увеличением на 1-2 размера можно рискнуть использовать в ростверк для фундамента, но только в том случае, если поверх ростверка будет залита монолитная плита со стальной арматурой. Ну, и, конечно, композитная арматура подойдет для заливки теплиц и заборов. В общем в конструкции, где надежность не является критически значимым показателем.

Стеклопластиковая арматура — АРМАСТЕК — производитель стеклопластиковой арматуры

Стеклопластиковая композитная арматура является одним из самых востребованных и современных стройматериалов, получивших широкую известность в мире.

Такая популярность объясняется тем, что стеклопластик имеет преимущества по сравнению с арматурой из металла. Многие знают из собственного опыта, металлическая арматура очень тяжелая, что требует большей затраты сил и времени при ее монтаже. Кроме того, она подвержена коррозии, что в итоге может привести к преждевременному разрушению бетонной конструкции.

Стеклопластиковая арматура — легкий и устойчивый к щелочному воздействию материал, поэтому использовать его в строительстве выгодно.

---

Стеклопластиковая арматура: инновационный строительный материал

Обычная стальная арматура надежная и прочная, однако она подвержена коррозии и отличается солидным весом. Она утяжеляет конструкции из бетона, а из-за подверженности коррозии — способствует их разрушению. Сегодня есть более современный аналог стальной арматуре — стеклопластиковый материал.

Особенности арматуры из композитов

Стеклопластиковая арматура — композитный материал, который имеет достоинства стальной арматуры, но лишен недостатков последней.

Композитная арматура:

• в 3 раза прочнее стали и в 9 раз легче металла;
• не проводит электричество;
• не подвержена коррозии;
• не проводит тепло;
• служит значительно дольше стальной — до 80 лет;
• может выпускаться любой длины.

Производство стеклопластиковой арматуры осуществляется по технологии компании «Армастек». На все изделия компания имеет сертификаты качества.

Надежнее стали

Сталь подвержена коррозии, поэтому при попадании влаги на прутки возникает реакция окисления. Композиты устойчивы к таким воздействиям. Бетон может поглощать влагу из окружающей среды, поэтому вода все равно попадает на арматуру. Однако, выбрав стеклопластиковый строительный материал, можно не беспокоиться за сохранность объекта — он простоит много лет.

Арматуру нового образца используют для строительства:

• гражданских и промышленных объектов;
• объектов агро-промышленного комплекса
• дорожных сооружений
• гидросооружений
• специальных объектов
• объектов архитектуры и декора.

Композитная арматура выдерживает высокие нагрузки. Она скручивается в бухты (имеет 100% память) и не теряет прочности и других свойств, в отличие от металла. Кроме того, используя стеклопластиковую арматуру, можно существенно сэкономить как на строительных работах, так и на перевозке материала.

Работать с арматурой из стеклопластика значительно легче, чем со стальной. Все работы удается завершить в более короткий срок, и это также позволяет экономить. Специалисты компании «Армастек» смогли реализовать сотни объектов, используя материал собственной разработки. Спрос на инновацию с каждым годом повышается — все больше строительных компаний обращают внимание на стеклопластиковый материал. Он прочнее и экономичнее любых аналогов.

---

Сравнительные характеристики

стальной и стеклопластиковой арматуры

Характеристики	Арматура стеклопластиковая АКС	Арматура стальная класса А-III (А400С)
Материал	Стеклоровинг, связанный полимером на основе эпоксидной смолы	Сталь
Предел прочности при растяжении, не менее МПа	1 000	390
Модуль упругости, МПа	50 000	200 000
Относительное удлинение, %	2,2	25
Коэффициент теплопроводности, Вт/(мּ0С)	0,35	46
Коэффициент линейного расширения, αх10-5/0С	9-12	13-15
Плотность, т/м³	1,9	7,8
Коррозионная стойкость к агрессивным средам	Не подвержен коррозии	Подвержен коррозии
Теплопроводность	Нетеплопроводная	Теплопроводна
Электропроводность	Неэлектропроводная — является диэлектриком	Электропроводна
Длина	В соответствии с заявкой покупателя (выпускается прутками и в бухтах)	Стержни длиной 6-12 м
Долговечность	Срок службы 80 лет	В соответствии со строительными нормами
Условная замена арматуры по физико-механическим свойствам	4 АКС 6 АКС 8 АКС 10 АКС 12 АКС	8 АIII 10 AIII 12 АIII 14 АIII 16 АIII

---

Свойства и применение стеклопластиковой арматуры

Стеклопластиковая арматура — это изделие, созданное из стекловолокон, соединенных с помощью термореактивных смол. Ее основная особенность — легкость, показатель массы в расчете на единицу объема составляет всего лишь 2г/мм3. Работать с этим материалом легче и выгоднее, чем с металлической арматурой. Требуется меньше затрат при транспортировке и непосредственно при армировании.

• в строительстве композитная арматура используется при постройке жилых, общественных и производственных объектов в качестве армирующего каркаса фундаментов, полов, перекладин;
• в дорожно-ремонтных работах композитная арматура применяется при обустройстве насыпей, дорожного полотна, при строительстве мостов и шоссейных ограждений. Она устойчива к воздействию противогололёдных реагентов, поэтому может применяться во всех холодных регионах.

Почему выбирают Армастек

1. Запатентованная технология
2. Частая навивка с углом свыше 70 градусов, что обеспечивает большее сцепление с бетоном
3. Опыт работы на рынке более 10 лет

Фото объектов

Стоит ли доверять композитной арматуре

Композитная арматура – сравнительно молодой в строительстве материал, который, несмотря на свой возраст, успел себя положительно зарекомендовать среди сообщества строителей, и прочно обосноваться на стройплощадке, потеснив стальную арматуру. Это – материал, состоящий из нескольких компонентов. Точнее, основных компонентов два:

1. Волокна, которые несут основную нагрузку, и непрерывно тянутся по всей длине арматурного стержня. Объем волокон должен быть не менее 75% от массы арматуры.
2. Связующее на основе термореактивных смол, благодаря которому компоненты соединяются в единое целое.

Диаметр арматуры, согласно нормативному документу ГОСТ 31938-2012, устанавливается и используется следующий: 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28 и 32 мм. Из них диаметры от 4 до 8 производятся и продаются в скрученном виде (мотках, барабанах), что облегчает транспортировку. Остальные диаметры производятся и продаются в прутках со стандартной длиной 6 – 12 метров.

Состав композитной арматуры бывает различный, и, в зависимости от компонентов, меняются свойства и себестоимость готового продукта.

Какая бывает композитная арматура

Классификация композитной арматуры в соответствии с составом волокон, несущих основную нагрузку, следующая:

• стеклопластиковая,
• базальтокомпозитная;
• углекомпозитная,
• арамидокомпозитная
• комбинированная композитная арматура.

В последнем варианте разные волокна комбинируются в необходимой пропорции. Оптимальный вариант по себестоимости и свойствам – стеклопластиковая арматура, которая и получила наибольшее распространение.

На наружную оболочку композитной арматуры следует обратить особое внимание. Арматура (и композитная, и стальная) должна как можно плотнее сцепляться с бетоном, который она армирует, и эту задачу решает именно наружная поверхность. У разных производителей оболочка выполнена по-разному; например, где-то – это выступы волокон определённой формы, где-то – песок крупной фракции, и т.д.

Как правильно укладывать композитную арматуру

Перед заливкой бетонного элемента композитная арматура укладывается и вяжется в виде пространственного жесткого каркаса. Если вы покупали материал в бухте, её необходимо размотать, разрезать на нужные отрезки, и дать ей распрямиться, отлежаться, вернуть свою форму.

Далее, мы определяем необходимую для нашего бетонного изделия форму каркаса (или прибегая к помощи квалифицированных специалистов, или ищем информацию в интернете, и на свой страх и риск сами проектируем каркас). К сожалению, каждое изделие индивидуально, и в каждом конкретном случае правильный путь – это работа инженера-проектировщика, который в составе проекта дома, опираясь на расчетные данные проекта дома, предоставит дополнительно формы и размеры каркасов для армирования, а также диаметр арматуры и другие данные.

В местах пересечения прутков их необходимо зафиксировать. Фиксация выполняется либо при помощи специальных кляймеров (это идеальный вариант), либо при помощи пластиковых хомутов, если нет специализированного крепежа. Угловые пересечения прутков могут быть выполнены либо в металле (комбинируем композитный каркас и стальную арматуру), либо могут быть изготовлены на заводе-производителе цельнолитым элементом.

Так, как композитный каркас имеет малую жесткость и меняет свои размеры от малейших наружных воздействий, его необходимо закрепить. Идеальным решением будет применение стальных элементов каркаса, которые увеличат жесткость и позволят композитным пруткам не сдвинуться с места при заливке бетоном.

Что лучше: композитная или стальная арматура?

Поскольку до композитной арматуры свойства бетона улучшали исключительно стальной арматурой, и композитная арматура является прямым конкурентом стальной, повсеместно принято сравнивать два вида арматуры. Сравним и мы.

Итак, плюсы композитной арматуры:

1. Вес. Композитная арматура весит меньше в несколько раз.
2. Форм-фактор. Композитная арматура малых диаметров продается в скрученном виде, в бухтах. Это позволяют транспортировать её на личном автомобиле.
3. Коррозия на стеклопластиковую арматуру не распространяет свое действие, в отличие от стальной арматуры. Вследствие этого, более долгая служба.
4. Не проводит электричество. Не создает препятствий для радиосигналов, для сигналов мобильных телефонов.
5. Более устойчива к воздействию отрицательных температур. Сталь при низких температурах становится более хрупкой, композитная арматура сохраняет свои свойства.
6. Теплопроводность небольшая, вследствие этого дом, армированный композитной арматурой, в холодное время года лучше сохраняет тепло.
7. Экологична. Не наносит вред природе при разложении.

Минусы композитной арматуры:

1. Не пластична. Арматуру в условиях строительства часто необходимо гнуть, с последующим сохранением формы. Стальная арматура гнется и фиксируется в согнутом положении, а вот стеклопластиковая, к сожалению, нет. После того, как термореактивная смола-связующее затвердеет, изменить её форму уже нельзя, можно только сломать. Но выход есть, и даже не один: можно заказать на заводе арматуру какой угодно формы или комбинировать стальную и композитную арматуру.
2. Не сваривается. К сожалению, сварка композитной арматуры невозможна. Но есть решение. Если есть такая необходимость, можно использовать композитную арматуру, оканчивающуюся металлическими прутками. Соединение композитной арматуры и металлического прутка выполняется на производстве.
3. Не стойка к тепловому разрушению. Держит температуру до 150-160 градусов по цельсию. То есть, при пожаре бетон, армированный стальной арматурой, при разрушении повиснет на прутках стали, а вот бетон с композитной арматурой после нагрева более 150 градусов, просто упадет.
4. Высокая вредность при резке. При обработке образуются мельчайшие острые частицы, загрязняющие рабочее пространство, угрожающие дыхательным путям, органам зрения.
5. Не жесткая. Модуль упругости композитной арматуры меньше аналогичного у стальной в 4 раза. То есть, для того, чтобы армированный композитной арматурой бетон работал на растяжение так же, как армированный стальной арматурой, нужно увеличить диаметр композитной арматуры. Пример: диаметр стальной арматуры 12 мм, диаметр композитной арматуры должен быть 24 мм. То есть, это не выгодно экономически, и для перекрытий лучше брать стальную арматуру.

Вывод: Композитная арматура имеет как плюсы, так и минусы. Поэтому, в каждом конкретном случае нужно тщательно взвесить все качества стальной и композитной арматуры, и выбрать для себя нужный вариант в соответствии с конкретной ситуацией.

Стекловолокно как армирующий материал для композитов

Введение

Композиты неоднородны по своей природе и создаются путем сборки двух или более компонентов с наполнителями или армирующими волокнами и уплотняемой матрицей. Матрица может быть металлической, керамической или полимерной по своему происхождению. Это придает композитам их форму, внешний вид, устойчивость к воздействию окружающей среды и общую долговечность, в то время как волокнистая арматура несет большую часть структурной нагрузки, обеспечивая макроскопическую жесткость и прочность.Композитный материал может обеспечивать превосходные и уникальные механические и физические свойства, поскольку он сочетает в себе наиболее желательные свойства его компонентов, подавляя их наименее желательные свойства.

Пластмасса, армированная стекловолокном (FRP), широко известная как стекловолокно, представляет собой термореактивную пластмассу, армированную стекловолокном. Пластиковые смолы бывают двух разных классов: термореактивные и термопласты. Система пластиковой смолы определяет химические, электрические и термические свойства.Волокно обеспечивает прочность, стабильность размеров и термостойкость. Добавка придает цвет и определяет качество поверхности, а также влияет на многие другие свойства, такие как устойчивость к атмосферным воздействиям и огнестойкость. Обработка композитов FRP включает сложное химическое воздействие. Конечные свойства определяются многими факторами, включая тип, количество и состав систем смол и армирования. Кроме того, использование добавки может сильно повлиять на свойства композитного стеклопластика.

Стекловолокно

Стекловолокно — один из самых универсальных промышленных материалов, известных сегодня.Они доступны практически в неограниченном количестве3. Все стекла, получаемые из составов, содержат кремнезем. Они демонстрируют полезные объемные свойства, такие как твердость, прозрачность, устойчивость к химическому воздействию, стабильность и инертность, а также желаемые свойства волокна, такие как прочность, гибкость и жесткость4. Стекловолокно используется в производстве конструкционных композитов, печатных плат и других материалов. специального назначения. (5)

Повторное использование и переработка стекловолокна

Использование композитов FRP в качестве высокоэффективного материала расширяется в аэрокосмической, военной, автомобильной и спортивной отраслях.Если мы используем стекловолокно со свалки без вторичной переработки, очень сложно отделить волокно, полимерный наполнитель и смолу, что очень опасно. Таким образом, переработка композитного стеклопластика имеет важное значение. Хотя исследователи разработали новые технологии рециркуляции стеклопластика, волокна, полученные с помощью этих технологий, короткие и пушистые и не обрабатываются после рециркуляции. Более длинные волокна более ценны, и для их производства была разработана новая технология, называемая паровой системой. Первоначально использовалась система перегретого пара, но полученные волокна имели более низкую прочность на разрыв.

Ценное переработанное армированное волокно с высокими эксплуатационными характеристиками может быть переработано в FRP. Для этого после вторичной переработки необходима модификация поверхности волокна. Смола, которая находится на поверхности волокна, удаляется. Обработанное стекловолокно и переработанное углеродное волокно можно повторно производить с помощью вакуумного литьевого формования смолы (VARTM).

Ссылки

1. www.asminternational.org 2001 ASM International. .ASM Handbook, Vol. 21. Композиты (# 06781G)

2.Лёвенштейн К.Л., Технология производства непрерывных стеклянных волокон, 3-я редакция. Эльзевир, 1993

3. Валленберге Ф.Т. Структурные силикатные и кремнеземные стеклянные волокна в процессах, структурах, свойствах, применениях современных неорганических волокон, F.T. Валленбергер, изд., Kluwer Academic Publishers, 1999, стр. 129-168

4. Валленбергер Ф.Т., Вязкость расплава и модуль объемных стекол и волокон: вызовы на следующее десятилетие, в настоящем состоянии и будущих перспективах науки и технологии стекла, Proc.Симпозиума Норберта Крейдла (Тризенберг, Лихтенштейн), 1994, стр. 63-78

5. Доктор Скотт В. Беквит Журнал SAMPE, технический директор SAMPE International и президент, BTG Composites Inc., Тейлорсвилл, Юта Том 45, № 5, сентябрь / октябрь 2009 г.

6. Доктор Скотт В. Беквит Журнал SAMPE, технический директор SAMPE International и президент BTG Composites Inc., Тейлорсвилл, Юта, Том 45, № 5, сентябрь / октябрь 2009 г.

7. Подкрепления Hex Force www.hexcel.com

Материалы и процессы: волокна для композитов

Структурные свойства композитных материалов в первую очередь определяются армированием волокном. В композите волокно, удерживаемое на месте смолой матрицы, способствует прочности на разрыв, улучшая рабочие характеристики конечной детали, такие как прочность и жесткость, при минимальном весе. Свойства волокна определяются процессом производства волокна, а также ингредиентами и химическим составом покрытия, используемыми в процессе.

Стекловолокно

Большинство волокон, используемых в производстве композитов, представляют собой стекло. Стекловолокно является самым старым и, безусловно, наиболее распространенным армированием в большинстве конечных применений (значительным исключением является аэрокосмическая промышленность) для замены более тяжелых металлических деталей. Стекловолокно весит больше, чем второе по распространенности армирование, углеродное волокно, и не такое жесткое, но более ударопрочное и имеет большее удлинение до разрыва (то есть оно в большей степени удлиняется, прежде чем сломается).В зависимости от типа стекла, диаметра волокна, химического состава покрытия (называемого «проклейка», см. «Критический размер волокна» ниже) и формы волокна, может быть достигнут широкий диапазон свойств и уровней производительности.

Для производства стекловолокна сырье плавится и вытягивается в тонкие и высокоабразивные волокна диаметром от 3,5 до 24 мкм. Кремнеземный песок является основным сырьевым ингредиентом, на долю которого обычно приходится более 50% веса стекловолокна. Оксиды металлов и другие ингредиенты могут быть добавлены к диоксиду кремния, а методы обработки могут быть изменены для настройки волокон для конкретных применений.

Непрерывные стеклянные волокна поставляются в связках, называемых нитями . Ровинг обычно относится к пучку нескрученных прядей, упакованных, как нить, на большой катушке. Односторонний ровинг состоит из нитей, состоящих из множества непрерывных стеклянных нитей, которые проходят по всей длине пряди. Многоконечный ровинг содержит длинные, но не полностью непрерывные пряди, которые добавляются или опускаются в шахматном порядке в процессе намотки. Пряжа — это совокупность скрученных вместе прядей.

Электрическое стекло или стекло E , названное так, потому что его химический состав делает его отличным электрическим изолятором, особенно хорошо подходит для приложений, в которых желательна прозрачность радиосигналов, таких как обтекатели самолетов, антенны и печатные платы (Печатные платы; см. Отчет CW о меняющейся роли армирования стекловолокном в печатных платах: «Печатные платы: рынок мобильных устройств»).Тем не менее, это также наиболее экономичное стекловолокно для композитов, обеспечивающее достаточную прочность для удовлетворения требований к характеристикам во многих областях применения при относительно невысокой стоимости. Он стал стандартной формой стекловолокна, составляя более 90% всех армированных стекловолокном. По крайней мере, 50% волокон E-стекла состоят из оксида кремния; баланс включает оксиды алюминия, бора, кальция и / или других соединений, включая известняк, плавиковый шпат, борную кислоту и глину.

Когда требуется большая прочность, можно использовать высокопрочное стекло , впервые разработанное для военных целей в 1960-х годах.Известен под несколькими названиями — S-glass в США, R-glass в Европе и T-glass в Японии, его прочность на разрыв при растяжении составляет примерно 700 ksi, с модулем упругости до 14 Msi. S-стекло имеет значительно большее содержание оксида кремния, алюминия и оксида магния, чем E-стекло, и на 40-70% прочнее, чем E-стекло.

E-стекло и S-стекло теряют до половины своей прочности на разрыв при повышении температуры от комнатной до 540 ° C, хотя оба типа волокон все еще демонстрируют в целом хорошую прочность в этом диапазоне повышенных температур.Производители постоянно меняют состав S-стекла. Например, стекло S-3 UHM (для сверхвысокого модуля) было представлено AGY Holding Corp. (Эйкен, Южная Каролина, США) несколько лет назад. Модернизированное стекло S-3 имеет модуль упругости 14 359 — выше, чем у S-стекла и на 40% выше, чем у E-стекла — благодаря улучшенному производству волокна, а также запатентованным добавкам и химическому составу расплава.

Хотя стекловолокно имеет относительно высокую химическую стойкость, при контакте с водой они могут разрушаться в результате выщелачивания.Например, нить из Е-стекла диаметром 10 мкм обычно теряет 0,7% своего веса при помещении в горячую воду на 24 часа. Скорость эрозии, однако, значительно снижается, поскольку выщелоченное стекло образует защитный барьер на внешней стороне нити; только 0,9% общей потери веса происходит после семи дней воздействия. Для замедления эрозии во время производства волокна применяются влагостойкие проклейки, такие как силановые соединения.

Коррозионно-стойкое стекло , известное как C-стекло или E-CR glass , лучше выдерживает кислотный раствор, чем E-стекло.Однако E-стекло и S-стекло гораздо более устойчивы к раствору карбоната натрия (основа), чем C-стекло. Стекловолокно без бора с характеристиками и ценой, сравнимыми с E-стеклом, демонстрирует большую коррозионную стойкость в кислой среде (аналогично стеклу E-CR), более высокий модуль упругости и лучшие характеристики при высоких температурах, чем у E- стекло. Кроме того, исключение бора из производственного процесса оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, что является несомненным преимуществом.

Высокоэффективные волокна

Высокоэффективные волокна, используемые в современных композитах, включают углеродное волокно, арамидное волокно (известное под торговыми названиями Kevlar и Twaron), борное волокно, высокоэффективное полипропиленовое волокно, полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы (PE), более новые волокна, такие как полипропилен. -фенилен-2,6-бензобизоксазол (PBO), а также гибридные комбинации.

Углеродное волокно — безусловно, наиболее широко используемое волокно в высокопроизводительных приложениях — производится из различных прекурсоров, включая полиакрилонитрил (PAN), вискозу, смолу, а также из биологических и богатых углеродом прекурсоров, таких как в виде лигнина или ПАН на биологической основе. Волокна-предшественники химически обрабатываются, нагреваются и растягиваются, а затем карбонизируются для создания высокопрочных волокон. Первые представленные на рынке углеродные волокна с высокими эксплуатационными характеристиками были изготовлены из предшественника вискозы.Углеродные волокна на основе PAN давно вытеснили вискозу в конструкционных приложениях, но ее «собачье» поперечное сечение и высокотемпературные характеристики часто делают его предпочтительным для композитов углерод / углерод (C / C) в абляционных тепловых экранах. Углеродные волокна на основе ПАН — самые универсальные и широко используемые. Они обладают удивительным набором свойств, включая превосходную прочность — до 1000 тысяч фунтов на квадратный дюйм — и высокую жесткость. Пековые волокна, изготовленные из нефтяных или каменноугольных пеков, имеют жесткость от высокой до чрезвычайно высокой и от низкого до отрицательного осевого коэффициента теплового расширения (КТР).Их свойства КТР особенно полезны в космических аппаратах, требующих управления температурой, например в корпусах электронных приборов. Свойства углеродного волокна стимулируют поиск альтернативных и менее дорогих исходных материалов, таких как лигнин, получаемый из отходов целлюлозы и бумаги. Усилия по исследованию таких недорогих волокнистых материалов становятся все более популярными, и они становятся жизнеспособными коммерческими вариантами армирования благодаря исследовательским усилиям Национальной лаборатории Ок-Ридж (Ок-Ридж, Теннесси, США) и других групп.

Несмотря на то, что углеродные волокна прочнее стекла или арамидных волокон, они не только менее устойчивы к ударам, но также могут вызывать гальваническую коррозию металлов, с которыми они контактируют, из-за своей электропроводности. Производители преодолевают последнюю проблему, используя барьерный материал или слой вуали — часто стекловолокно / эпоксидную смолу — во время укладки ламината.

Основная форма волокна для высокоэффективного углеродного волокна — это пучки непрерывных волокон, называемые жгутом. Жгут углеродного волокна состоит из тысяч непрерывных, нескрученных нитей, причем количество нитей обозначается числом, за которым следует буква «K», что означает умножение на 1000 (т.е.g., 12K означает количество нитей 12000). Жгуты могут использоваться непосредственно в таких процессах, как наматывание волокон или пултрузия, или могут быть преобразованы в однонаправленную ленту, ткань и другие армирующие формы (более подробную информацию о формах волокон см. В разделе «Формы армирования волокном».

Набирают популярность ткани «Жгучая ткань». Как следует из названия, волокна в каждом жгуте распределяются, образуя очень тонкие широкие «ленты», которые затем ткутся. Такие ткани обладают очень хорошими эксплуатационными характеристиками при очень небольшом весе.Oxeon (Бурос, Швеция) — известный поставщик ткани для жгутной ткани под торговой маркой TeXtreme, и другие преобразователи волокна следуют этому примеру.

Арамидные волокна , изготовленные из ароматического полиамида, обеспечивают исключительную ударопрочность и хорошее удлинение (больше, чем у углерода, но меньше, чем у стекла). Стандартное высококачественное арамидное волокно имеет модуль упругости около 20 Msi, предел прочности на разрыв около 500 ksi и удлинение около 3%.

Арамидное волокно, известное своей производительностью в пуленепробиваемых жилетах и ​​других бронежилетах и ​​баллистических изделиях, пользуется спросом отчасти из-за необходимости защиты персонала и брони на рынках правоохранительных органов и вооруженных сил.Свойства арамида также делают волокно отличным выбором для лопастей винта вертолетов, корпусов морских судов и спортивных товаров, где требуется ударопрочность.

Волокна бора в пять раз прочнее и в два раза жестче стали. Они изготавливаются методом химического осаждения из паровой фазы, при котором пары бора осаждаются на тонкую вольфрамовую или углеродную нить. Бор обеспечивает прочность, жесткость и легкий вес, а также обладает превосходными сжимаемыми свойствами и сопротивлением продольному изгибу.Использование композитов на основе бора варьируется от спортивных товаров, таких как удочки, валы клюшек для гольфа, лыжи и велосипедные рамы, до аэрокосмических применений, таких как обшивка оперения самолета, элементы фермы и сборные ремонтные заплатки самолетов.

Имеющиеся в продаже волокна со сверхвысокой молекулярной массой – (UHMW) полиэтиленовые (PE) волокна хорошо известны своим чрезвычайно легким весом, отличной химической и влагостойкостью, выдающейся ударопрочностью, баллистическими свойствами и низкой диэлектрической проницаемостью.Однако полиэтиленовые волокна имеют относительно низкое сопротивление растяжению при длительной нагрузке, а верхний предел температурного диапазона их использования составляет около 98 ° C. Композиты из полиэтиленовых волокон используются в корпусах гоночных лодок, лыжных палках, швартовных канатах и ​​в других областях, где требуется ударопрочность, влагостойкость и легкий вес, но не требуется экстремальная термостойкость. По крайней мере, один производитель самолетов использует высокомодульные полиэтиленовые волокна для изготовления пуленепробиваемых вставок в дверях кабины пилотов.

Высокоэффективное полипропиленовое (ПП) волокно — это довольно новый тип волокна на основе олефинов для композитов, который производится Innegra Technologies (Гринвилл, Южная Каролина, США) и продается как волокно Innegra.Он находит применение в приложениях, в которых используются его легкий вес, высокая пластичность и вязкость, ударопрочность и свойства гашения вибрации. Innegra часто вплетается в гибридную ткань с другими высококачественными волокнами для повышения прочности материала.

Поли-п-фенилен-2,6-бензобизоксазол (PBO) , известное под своим торговым названием Zylon, представляет собой относительно новое волокно с модулем упругости и пределом прочности на разрыв почти вдвое выше, чем у арамидного волокна, и температурой разложения почти 100 ° C выше.Подходит для высокотемпературных применений, в настоящее время он используется в защитной баллистической броне, спортивных товарах, изоляционных материалах и усилении шин.

Высокая стоимость высокоэффективных волокон может сдерживать их выбор, если производители пренебрегают изучением того, как эта высокая стоимость снижается за счет более высоких характеристик, долговечности и свободы дизайна, которые эти материалы привносят в проект, и, как следствие, положительного эффекта этих преимуществ. иметь по ключевой метрике: стоимость жизненного цикла .Это особенно верно для углеродного волокна, выбор которого исторически осложнялся значительными колебаниями предложения и спроса на углеродное волокно. Углеродные и другие высокопроизводительные волокна неизменно вызывают высокий интерес к состоянию мировых рынков волокна, и этот вопрос ежегодно рассматривается в статье SourceBook «Спрос и предложение: современные волокна». Издатель SourceBook , CompositesWorld , также предлагает ежегодную конференцию по углеродному волокну, посвященную изучению этих рынков и приложений.

Другие варианты оптоволокна

Кварцевые волокна , хотя и более дорогие, чем стекло, имеют более низкую плотность, более высокую прочность и большую жесткость, чем стекло E, и примерно вдвое большее удлинение до разрыва, что делает их хорошим выбором там, где долговечность является приоритетом. Кварцевые волокна также имеют почти нулевой коэффициент теплового расширения (КТР) и могут сохранять свои рабочие характеристики при постоянном воздействии температур от 1050 ° C до 1250 ° C в течение коротких периодов времени.Кварцевые волокна обладают значительно лучшими электромагнитными свойствами, чем стекло, что является плюсом при производстве таких деталей, как обтекатели самолетов, которые защищают радиолокационные системы и другое ключевое электронное оборудование.

Керамические волокна обладают стойкостью к высоким и очень высоким температурам, но имеют низкую ударопрочность и относительно плохие свойства при комнатной температуре. Как правило, гораздо дороже других волокон, керамическое волокно, как и кварц, является предпочтительным волокном, когда его преимущества оправдывают дополнительные затраты.Одно из применений керамических волокон — огнестойкий вуальный материал в ламинатах для салонов самолетов, который должен выдерживать 1093 ° C в течение не менее 15 минут без проникновения пламени. Керамические композиты, которые объединяют керамические волокна или волокна карбида кремния в керамическую матрицу, в настоящее время все более широко используются для использования в некоторых областях применения в высокотемпературных двигателях самолетов. (Чтобы узнать больше о композитах с керамической матрицей в реактивных двигателях, см. «Композиты для авиационных двигателей, Часть 1: Вторжение CMC».)

Базальтовые волокна — недорогие волокна золотисто-коричневого цвета, похожие на стекло, которые исторически производились в России и на Украине.Поставщиками базальтового волокна являются «Каменный век» (Дубна, Россия), Sudaglass Fiber Technology Inc. (Хьюстон, Техас, США) и ООО «Технобазальт-Инвест» (Киев, Украина). Новый поставщик, Mafic (Келлс, графство Мит, Ирландия), предлагает базальтовые волокна как в непрерывной форме, так и в виде длинноволокнистых термопластичных гранул, а также добывает и производит свое базальтовое волокно в Ирландии.

Базальт, как сообщается, демонстрирует несколько лучшую химическую и щелочную стойкость, чем стекло, и, как говорят, предлагает альтернативу стекловолокну в композитной арматуре, используемой для армирования бетона в гражданской инфраструктуре и строительстве зданий.Доля базальта на рынке, однако, несколько снизилась за последние несколько лет из-за проблем с консистенцией продукта, поскольку состав базальтовой породы, из которой производятся волокна, варьируется в зависимости от карьера, из которого он добывается. Тем не менее, испытания в Европе свидетельствуют о том, что базальтовое волокно явно превосходит Е-стекло (см. Статью «Может ли базальтовое волокно преодолеть разрыв между стеклом и углеродом?»

Гибриды волокон извлекают выгоду из лучших свойств более чем одного типа волокон и могут снизить затраты на сырье.Гибридные композиты, в которых сочетаются углерод / арамид или углерод / стекловолокно, успешно используются в ребристых реверсорах тяги авиационных двигателей, зеркалах телескопов, карданных валах наземных транспортных средств, а также на арене инфраструктуры в системах обертывания колонн, которые укрепляют бетонные элементы конструкции.

Натуральные волокна — наиболее распространены абака, бамбук, кокос, лен, конопля, джут, кенаф и сизаль — получают из луба или внешнего стебля определенных растений.Натуральные волокна находят все более широкое применение из-за их очень малого веса, адекватных структурных характеристик и их «зеленых» характеристик, включая возможность вторичной переработки. К последним относятся более низкая стоимость (на их производство расходуется меньше энергии), экологичность (они биоразлагаемые и возобновляемые) и нейтральность к диоксиду углерода. Они также имеют самую низкую плотность среди всех структурных волокон, но обладают достаточной жесткостью и прочностью для некоторых применений. Прочтите статью CW о рынке армирующих материалов из биоволокна «Композиты из натурального волокна: доля рынка, по частям.«

В автомобильной промышленности, в частности, эти волокна используются в традиционно неармированных пластиковых деталях и даже в качестве альтернативы стекловолокнам в салонах автомобилей. Термореактивные пластмассы и термопласты, армированные натуральными волокнами, чаще всего встречаются в дверных панелях, упаковочных лотках, спинках сидений, обшивке потолка и обшивке багажника легковых и грузовых автомобилей. Европейские производители являются лидерами в использовании этих материалов, отчасти потому, что теперь правила требуют, чтобы их автомобильные компоненты были почти полностью переработаны, но Ford Motor Co.(Детройт, Мичиган, США) в США разработала множество деталей на основе натурального волокна и биосмол для своих автомобилей. Натуральные волокна могут быть включены в формованные или экструдированные детали, и в последнее время они использовались в процессе прямого впрыска длинных волокон (D-LFT), в котором для усиления полипропилена используются гибриды кенафа, льна и натурального волокна / стекла. В настоящее время проводятся исследования для определения пригодности длинных композитных материалов из натуральных волокон для использования в строительстве.

Критический размер волокна

Для достижения желаемых свойств композитных компонентов необходимо оптимизировать адгезию между волокном и матрицей.Это соединение на границе раздела волокно / матрица требует насыщения пучка волокон смолой (это называется пропиткой ). Чтобы гарантировать хорошую адгезию, необходимо уделить внимание подготовке поверхности волокна, такой как использование поверхностного покрытия или связующего агента, называемого проклейкой . Проклейка, применяемая к волокнам сразу после их формирования, на самом деле служит двум целям: она не только улучшает связь волокна с матрицей, но также обеспечивает сухую смазку на поверхности волокна, которая защищает волокно от истирания и поломки во время последующей обработки, такой как ткачество или препреггирование.Хотя на его долю приходится всего 0,25-6,0% от общего веса волокна, проклейка является динамической силой в характеристиках армирования волокна.

Калибровочная химия является одним из основных атрибутов, отличающих волоконную продукцию каждого производителя от продукции его конкурентов. Его можно настроить для оптимизации характеристик волокна в определенных производственных процессах, таких как пултрузия, намотка волокон и ткачество. Например, разработка составов проклейки по-разному привела к более чистому рубленому стеклу с уменьшенным «пухом» (вызванным истиранием) и к более эффективному смачиванию стекла.

Исторически размер углеродного волокна был рассчитан только на совместимость с эпоксидной смолой. Сегодня производители волокна реагируют на требования производителей и производителей оборудования для производства углеродных волокон, совместимых с более широким спектром смол и процессов, поскольку использование углеродного волокна увеличивается за пределами аэрокосмической арены. Многие производители высокопроизводительных волокон теперь предлагают оптимизированные размеры, совместимые с термопластичными смолами, особенно для высокоскоростной обработки автомобильных деталей.

Glass Fiber — обзор

7.1 История

Возможность получения тонких стекловолокон была известна в древности еще до технологии выдувания стекла. Многие египетские сосуды изготавливались путем наматывания стекловолокна на глиняный ободок подходящей формы.

После появления стекла в I веке до нашей эры эта техника использовалась венецианскими мастерами по стеклу в XVI и XVII веках для украшения посуды.При этом пучки непрозрачных белых волокон наматывались на поверхность прозрачного сосуда, например кубка, а затем сильно нагревались. Подобные декоративные эффекты были достигнуты при производстве очков в Англии [1].

Интерес к использованию стекловолокна в текстильной промышленности появился намного позже. Французский физик Рене-Антуан Ферхо де Реумюр (1683–1757) изготовил в 1713 году ткани, украшенные тонкими стеклянными нитями [2]. Он предвидел, что, если бы можно было вытягивать только стеклянные волокна тонкости, подобной паутине, то они были бы достаточно гибкими, чтобы их можно было переплетать.Похоже, он сам вытягивал волокна не из стеклянной палочки, а из ванны расплавленного стекла.

Британские изобретатели провели такой эксперимент в 1822 году. Британский ткач по шелку изготовил стеклоткань в 1842 году, а другой изобретатель Эдвард Либей на выставке в 1893 году в Колумбии в Чикаго представил платье, сотканное из стекла, на Колумбийской выставке 1893 года в Чикаго. [3].

В начале 19 века во Франции шили роскошную парчу, переплетая стекловолокно с шелком глубокого цвета.Стекловолокно выглядело как яркий серебряный узор на темном фоне. В 1890-х годах Эдвард Драммонд Либби из Толедо, штат Огайо, шил платья из ткани, сочетающей шелк и стекловолокно, а также ткани для абажуров и галстуков. В то же время небольшая мастерская в Париже заключалась в том, что в текстиле сочетались шелк или хлопок со стекловолокном и продавались их по 100 франков за метр! Хотя маловероятно, что он вырастет в большой рынок, тем не менее, он продемонстрировал, что стекловолокно можно производить и, возможно, использовать.Метод изготовления стекловолокна с помощью втулки был впервые продемонстрирован в 1908 году В. фон Пачински в Гамбурге. Производство текстильных стекловолокон с использованием техники протягивания волокон через очень мелкие отверстия было разработано в 1930-х годах в Соединенных Штатах и ​​началось в Германии в 1939 году [4].

В начале 1930-х годов компания Owens-Illinois Glass Co. из Ньюарка, штат Огайо, США, значительно улучшила процесс производства стекловолокна [5], что сделало его экономически выгодным. Позже эта компания присоединилась к Corning Glass Works of Corning, Нью-Йорк, которая также работала в этой области, чтобы сформировать специализированную компанию, а именно Owens-Corning Fiberglas Corporation [6,7].Эта корпорация была и остается лидером в области разработки, маркетинга и технологий в этой отрасли. Его влияние распространилось по всему миру на лицензии, предоставленные им за рубежом, или путем создания собственных производственных компаний, иногда совместно с другими. Компании, которые создавали производственные мощности, не будучи аффилированными с Owens-Corning, тем не менее в большинстве случаев по-прежнему использовали свои технологии.

До этого момента волокно, производимое в промышленных масштабах, было прерывистым, то есть стекловолокно.Первым требованием для значительного количества непрерывного волокна было электрическое соединение тонких проводов, используемых при повышенных температурах. Для этого необходимо было изготовить новое стекло, которое соответствовало требуемым электрическим свойствам и в то же время могло вытягиваться в волокна. Такое стекло и стало называться «Е-стекло», «Е» означает пригодность для электроизоляции [1].

Это стекло стало стандартом для производства непрерывных волокон во всем мире, поскольку оно хорошо практикуется и может использоваться даже более широко, чем для первоначально предполагавшихся электрических применений.Некоторые изменения в составе произошли в течение многих лет, вызванные конкретными проблемами, такими как расстекловывание или кристаллизация компонентов или материалов, растворенных из имеющихся в настоящее время огнеупоров, или, недавно, законодательства против загрязнения воздуха. Кроме того, даже предположительно идентичные составы будут незначительно отличаться между странами и заводами, поскольку они также зависят от доступности, стоимости и состава сырья. E -стекло теперь следует рассматривать как тип стекла, определяемый его электрическими свойствами, которые, если они указаны в спецификациях, регулируются содержанием в нем щелочи.

В 1935 году появились первые патенты, содержащие термореактивные смолы, которые устанавливались при комнатной температуре, например, полиэфиры. Их, когда они армированы стекловолокном, можно использовать для изготовления профилей и привести к усилению производства пластмасс. Первым важным применением было производство обтекателей для самолетов во время Второй мировой войны.

С тех пор отрасль росла со скоростью 10–15% в год. В 1949 году компании Pittsburgh Platinum Glass и Libbey-Owens-Ford приобрели лицензии у Owens-Corning.В 1951 и 1952 годах первые иностранные лицензии получили компании St. Gobain во Франции (ныне Saint-Gobain Vetrotex International) и Pilkington в Великобритании [1].

Рост и развитие технологий и производительности происходили очень быстро, производственные технологии совершенствовались и расширялись. Новыми областями применения стекловолокна являются упрочнение термопластов и их использование в автомобилях, строительство больших сосудов (подметальных машин) для использования немагнитных свойств армированных пластиков и сочетание стекла с другими волокнами в точных инженерных приложениях [2 , 7–9].В настоящее время понятие волокнистых армирующих матриц охватывает широкий спектр армирующих материалов (углерод, стекло, арамид, проволока и т. Д.), А также органических и неорганических матриц (цемент, штукатурка). В сложных приложениях типы, количества и структура волокнистого армирования помещаются в матрицы в определенных местах для достижения оптимальных эффектов при минимальном весе и / или стоимости. Разработка и использование армированных полимеров стали новой главой в технологии.

Были и неудачи.Попытки укрепить каучуки и другие эластомеры не увенчались успехом, потому что композиты, армированные стекловолокном, в большинстве случаев были слишком жесткими для успешного применения или, в других случаях, не могли вытеснить другие армирующие материалы в устоявшейся отрасли и на рынке (автомобильные шины) .

В последующие годы стекловолокно стали использовать в качестве армирующего материала для композитных материалов. Особую роль сыграли синтетические смолы, то есть фенолы, занимающие важную роль в армированных пластмассах из-за их невысокой стоимости и хорошей огнестойкости.

Помимо промышленности стекловолокна, существуют промышленные и экономические проблемы, общие для всей отрасли, и в результате произошло множество изменений. Увеличение затрат на энергию привело к значительному увеличению материальных и трудовых затрат. В то же время воздействие на окружающую среду непрерывного расширения промышленной деятельности потребовало сокращения выбросов в окружающую среду и уменьшения количества загрязненных сточных вод. Необходимость сокращения этих источников загрязнения связана со значительными инвестициями и, в некоторых случаях, с изменениями в технологии [10].

В 1990-е годы в производстве наблюдался спад, и промышленности пришлось искать пути дальнейшей рационализации. Устаревшие установки и оборудование были утилизированы, а более мелкие производители в индустриальных странах практически исчезли.

Ответом отрасли было повышение эффективности за счет экономии топлива за счет повышения механизации и сокращения занятости, а в последнее время — существенная реструктуризация отрасли во всем мире. В последние несколько лет практически все более мелкие производители в Западной Европе исчезли как независимые единицы и были захвачены производителями-гигантами.

Подкрепление — Exel Composites

Сегодня углеродное волокно широко используется для снижения веса при сохранении требований к прочности и жесткости.

Exel использует в своем производстве ряд углеродных волокон. К ним относятся высокопрочные (HS), высокомодульные (HM), углеродные волокна типа PAN и углеродные волокна типа пека со сверхвысоким модулем (UHM).

Наши изделия из углеродного волокна обычно обладают следующими преимуществами:

• Легкий (на 80% легче стали и на 45% легче алюминия)
• Чрезвычайно прочный (UTS до 3000 МПа), высокая удельная прочность
• Чрезвычайно жесткий (E от 80-400 + Gpa), высокая удельная жесткость
• Очень низкий коэффициент теплового расширения
• Низкие эксплуатационные расходы
• Всепогодный
• Низкое водопоглощение
• Хорошие характеристики усталости и ползучести
• Сильное гашение вибрации

Например, наши пултрузионные профили из углеродного волокна намного прочнее стали, легче алюминия и могут быть жестче стали (диапазон жесткости 100-400 + ГПа).

Типичные свойства углеродных волокон:

Тип	Плотность	Предел прочности	Модуль упругости при растяжении
	[кг / дм3]	[ГПа]	[ГПа]
HS1	1,75	3,31	228
HS2	1.80	5,0	248
IM	1,74	4,50	296
HM1	1,81	2,41	393
HM2	1,96	1,52	483
UHM	2,15	2,24	724

Композиты из стекловолокна — ADVANCED COMPOSITES INC

Стеклопластиковые композитные конструкции: стекло, но не хрупкое.

Стекловолокно состоит из множества тонких нитей кремнеземных полимеров, которые могут, в зависимости от типа, включать оксиды щелочных металлов, алюминий, бор или другие следовые молекулы. После заделки в эпоксидную матрицу и отверждения полученный композит получается прочным, легким и гибким. Такой композит, обычно называемый стекловолокном, на самом деле называется пластиком, армированным стекловолокном (GFRP), и производится в различных формах для конкретных изменений свойств материала, таких как прочность на разрыв, прочность на разрыв, прочность на сжатие и тепловое расширение, а также для различных ценовые точки.

Несколько видов стекловолокна.

E-стекло (E означает электрическое ), например, является самым дешевым типом стекловолокна. Стекло E имеет низкую электропроводность, что делает его хорошим выбором для применений, требующих электроизоляционных характеристик. Хотя он имеет относительно низкий модуль упругости волокна (~ 10,5 Msi), он довольно прочный (~ 500 Ksi). Е-стекло — это алюмоборосиликатное стекло, не содержащее оксидов щелочных металлов. На его долю приходится большая часть мирового производства стекловолокна.

S-стекло (S для , жесткое или, альтернативно, для strong ) представляет собой алюмосиликатное стекловолокно, обычно используемое в аэрокосмической промышленности. У него более высокий модуль (~ 12,5 Msi) и прочность (~ 600 Ksi), чем у E-стекла. В то время как S-стекло было торговым наименованием, разработанным Owens-Corning Inc., другие производители используют другие обозначения, такие как T-стекло и R-стекло, для своих эквивалентов S-стекла, а терминология S-стекла вошла в разговорный язык. ссылайтесь на все это. Композиты S-стекла, как правило, имеют более высокий предел прочности на разрыв, чем другие композиты из стекла.C-стекло — это вариант стекловолокна, разработанный за его устойчивость к химическому разложению. Идеально подходит для ламината и работы в агрессивных средах.

Производство композитов из стекловолокна в Advanced Composites Inc.

Advanced Composites Inc. производит множество изделий из стеклопластиковых композитов (GRP). В некоторых случаях, например, в нашем стержне весла Cataract Oars SGX, стекловолокно переплетается с углеродным волокном в многослойной композитной матрице; в других случаях сам GRP соответствует спецификациям конкретного составного приложения.Чаще всего Advanced Composites Inc. производит изделия из стеклопластика для аэрокосмической, оборонной, энергетической и коммунальной отраслей.

армирующих волокон — Vectorply

Стекловолокно: E-стекло

Стекло Е (стекло «электрического» класса) на сегодняшний день является наиболее часто используемым волокном в армированных пластиковых композитах. Во многих отраслях он составляет более 90% используемого армирования. Его основные преимущества:

• Низкая стоимость
• Высокая прочность
• Легкий вес (относительно стали)
• Высокая химическая стойкость

Основные недостатки:

• Низкий модуль (по сравнению с другими армирующими волокнами)
• Низкое сопротивление усталости (по сравнению с углеродными волокнами)
• Большой вес (по сравнению с другими армирующими волокнами)
• Сильноабразивный при механической обработке
• Подверженность коррозии под напряжением

Из-за широкого использования преимущества имеют тенденцию перевешивать недостатки.Почти все стекловолокна продаются в виде прядей сгруппированных волокон или ровниц, связанных с определенным выходом. Урожайность — это количество ярдов ровницы на фунт. Метрическая единица измерения — TEX, которая представляет собой вес в граммах на километр (1000 метров). Уравнение для преобразования TEX в доходность (YPP):

Для армирующих тканей с прошивкой используются типичные размеры ровницы от 1800 до 113 выхода (от 276 до 4390 TEX). Некоторые общие параметры выхода стекла и диаметры нитей накала приведены в таблице ниже:

4400	113	24, 94, Т
2400	206	17, 67, MN
1100	450	17, 67, MN
735	675	13, 51, К
276	1800	13, 51, К

Диаметр отдельных нитей может иметь значение, потому что он представляет собой отношение площади поверхности волокна к его объему.Меньший диаметр нити дает более высокое отношение площади поверхности к объему, что означает, что у смолы больше площади для сцепления. В некоторых случаях более мелкие нити могут давать немного лучшие свойства.

Стекловолокно: стекло E-CR

Стекло

E-CR (стекло «Электротехническое», «устойчивое к коррозии») представляет собой разновидность стекловолокна E, которое более устойчиво к разрушению в сильно кислой среде. Основное различие между стеклом E и E-CR заключается в отсутствии оксида бора (B2O3) из основного состава.Это различие привело к тому, что свинцовое стекло E-CR обычно называют «стеклом, не содержащим бор», и его можно найти во многих применениях в области коррозии композитных материалов, таких как трубы для отверждения на месте (CIPP), резервуары и трубы для хранения химикатов.

Стекловолокно: S-стекло

S-Glass (стекло с высокой «прочностью») — это улучшенное стекловолокно для использования в более требовательных к конструкции приложениях. Он имеет значительно более высокую прочность и умеренно большую жесткость, чем стандартное стекловолокно E. Плотность S-стекла немного ниже, чем у E-стекла (2.49 г / куб. См против 2,54 г / куб. См), следовательно, можно ожидать, что ламинат будет на 20-35% легче, чем аналог из стекловолокна E. Стекло S-2 (а теперь и S-1) представляет собой коммерческую версию S-стекла, изготовленную с менее строгими невоенными спецификациями, но его свойства аналогичны. Существуют и другие варианты высокопрочного стекловолокна, такие как базальт (также известный как R-стекло), которые пытаются обеспечить эквивалентные свойства S-стекла при более низкой стоимости.

Арамид

Арамидные волокна представляют собой высококристаллический ароматический полиамид, получаемый путем экструзии кислого раствора патентованного предшественника.Арамидные волокна имеют очень низкую плотность и высокую удельную прочность на разрыв по сравнению с обычно доступными армирующими волокнами. Они наиболее известны своим использованием в пуленепробиваемых жилетах, брюках для бензопил, защитных перчатках и других областях применения, где требуется устойчивость к порезам и устойчивость к повреждениям. Основные преимущества арамидных волокон:

• Легкий
• Высокая устойчивость к ударным повреждениям
• Высокая прочность на разрыв
• Умеренно высокий модуль упругости (на полпути между стеклом E и углеродом HS)
• Отличное гашение вибрации
• Низкое (отрицательное) продольное тепловое расширение

Основными недостатками арамида являются:

• Очень низкая прочность на сжатие
• Восприимчивость к УФ-излучению
• Сложно обрабатывать
• Высокое влагопоглощение
• Очень высокое поперечное тепловое расширение

Арамидные волокна часто используются в сочетании с другими типами волокон.Это позволяет конструктору использовать их уникальные свойства и малый вес, избегая при этом недостатков. Арамидные волокна продаются в нескрученных жгутах по денье (г / 9000 м), который связан с выходом или текс следующими уравнениями:

Углеродное волокно

Углеродное волокно за последние несколько десятилетий все чаще используется в высокопроизводительных приложениях, таких как аэрокосмическая промышленность, спортивные товары, морской транспорт и инфраструктура. Сочетание превосходной жесткости, прочности, сопротивления усталости и небольшого веса делает его идеальным армирующим волокном для высокоэффективных композитов.

Недвижимость

По сравнению со всеми другими текущими коммерчески доступными армирующими волокнами, углеродное волокно обеспечивает наибольший удельный модуль и удельную прочность (модуль и / или прочность, деленную на плотность волокна), а также наибольший диапазон этих свойств.

Другие свойства, такие как высокое сопротивление усталости, теплопроводность и электрическая проводимость, а также низкое тепловое расширение, позволяют использовать углеродное волокно в тех областях, где это невозможно со стандартным стеклом Е или арамидами.Мультиаксиальные арматуры, такие как VectorUltra ™, позволяют адаптировать эти уникальные свойства к конкретным потребностям любого приложения.

Типы углеродного волокна на основе PAN

На основе PAN: наиболее широко доступный и используемый тип углеродного волокна производится из волокна-предшественника полиакрилонитрила (PAN) специальной формулы. Углеродное волокно PAN обычно делится на 3 группы в зависимости от модуля:

* Примечание. Модуль упругости, прочность и удлинение углеродного волокна до изгиба являются идеальными значениями, полученными при испытании пропитанной пряди, и могут не напрямую отражаться на соответствующих свойствах ткани / композита из-за смещения волокон, совместимости со смолами и повреждения во время обработки.

Углеродное волокно со стандартным модулем упругости (SM) или высокой прочностью (HS)

является наиболее широко используемым и экономичным волокном для промышленных применений, таких как морская энергия, энергия ветра и транспорт. Этот тип волокна получил свое название от первых лет существования углеродного волокна, когда прочность на разрыв значительно снизилась при увеличении модуля. За это время предел прочности на разрыв для волокна со стандартным модулем упругости достигал максимума около 500 фунтов на квадратный дюйм (3450 МПа), в то время как у высокомодульного волокна был намного ниже, около 275 фунтов на квадратный дюйм (1890 МПа).Углеродные волокна HS по-прежнему обладают одними из самых высоких значений прочности среди всех армирующих волокон промышленного класса, а также по модулю примерно в 3 раза выше, чем у стандартного стекла E. Относительно высокое удлинение до разрушения (1,5–2,0% идеальных значений волокна) углеродных волокон HS также позволяет использовать их в высокодинамичных приложениях, таких как корпуса яхт, летучие мыши для софтбола и защитные кожухи лопастей реактивных двигателей.

Волокна

с промежуточным модулем упругости (IM) были разработаны для высокоэффективных аэрокосмических применений, которые требовали как большей прочности, так и модуля упругости, чем стандартные углеродные волокна HS.Углеродные волокна IM по-прежнему используются в основном в аэрокосмической отрасли, но также используются в высокопроизводительных сосудах под давлением, лонжеронах парусных лодок и других более промышленных приложениях, где производительность превышает цену.

Волокна

с высоким модулем упругости (HM) обычно используются в высококачественных спортивных товарах и космических конструкциях, где высокая жесткость и низкое или нулевое тепловое расширение обеспечивают оптимальный вес и характеристики. Обычно по мере увеличения модуля прочность снижается из-за повышенной кристаллизации волокна.На протяжении многих лет делались разработки, направленные на повышение прочности волокон ТМ, снижение их хрупкости (идеальное удлинение волокна до разрушения все еще составляет около 0,5–1,4%) и увеличение их использования. По мере увеличения модуля увеличивается и цена, что делает волокна HM наиболее дорогими и наименее производимыми углеродными волокнами на основе PAN. Углеродные волокна IM и HM меньше по диаметру, чем волокна HS (5 мкм и 7 мкм соответственно), что дает более тонкий выход или значение TEX для того же размера жгута.

Буксирный размер

Количество нитей на пряжу углеродного волокна обозначается как размер его жгута.Размер жгута обычно выражается в единицах «К» или тысячах нитей. Стандартные размеры жгутов варьируются от 1K (1000 нитей) до 48K (48000 нитей), а иногда и выше. В большинстве аэрокосмических приложений используются небольшие буксировочные буксиры, такие как 3K и 6K, в то время как в более промышленных приложениях используются буксировки 12K, 24K и 48K. Как правило, жгуты меньшего размера производят более легкие ткани с хорошим укрыванием, в то время как более крупные жгуты производят более тяжелые ткани. Жгуты меньшего размера также требуют больших затрат на производство, чем жгуты большего размера (при заданной технологической установке производится меньше материала), и, следовательно, они более дороги.

(PDF) Полимерные композиты, армированные стекловолокном

34. Лю Й., Ян Дж. П., Сяо Х. М. и др. Роль модификации матрицы катиона

на прочность на межслойный сдвиг композитов стекловолокно / эпоксидная смола

. Compos Part B 2012; 43: 95–98.

35. Мохаммад Торабизаде А. Прочность на растяжение, сжатие и

сдвиговые свойства однонаправленных стеклянных / эпоксидных композитов

, подвергнутых механической нагрузке и эксплуатации при низких температурах.

тиски. Ind J Eng Mater Sci 2013; 20: 299–309.

36. Годара А. и Раабе Д. Влияние ориентации волокна на глобальное механическое поведение

и локализацию мезомасштабной деформации в коротком армированном стекловолокном эпоксидном полимерном композите

позит во время деформации растяжения, исследованное с использованием

корреляция цифровых изображений. Compos Sci Techno 2007; 67:

2417–2427.

37. Шир Т.В. и Пан Й. Ударопрочность и повреждение

Характеристики композитных ламинатов. Compos Struct

2003; 62: 193–203.

38. Hossain MK, Hossain ME, Hosur MV, et al. Изгиб

и реакция на сжатие тканых композитов E-стекло / полиэстер —

Нанофазные композиты CNF. Compos Part A 2011; 42:

1774–1782.

39. Муханнад З, Хелифа и Аль-Шукри Х.М. Исследование усталости

полиэфирного композита, армированного стекловолокном, при полностью обращенной нагрузке

и нагрузке по спектру. Eng Techno 2008;

26: 1210–1224.

40. Бауком Дж. Н. и Зикри М. А..Низкоскоростные ударные повреждения

прогрессирование в тканых композитных системах из E-стекла. Compos

Part A 2005; 36: 658–664.

41. Иба Х., Чанг Т. и Кагава Ю. Оптически прозрачная

непрерывная армированная стекловолокном эпоксидная матрица —

ите: изготовление, оптические и механические свойства.

Compos Sci Techno 2002; 62: 2043–2052.

42. Абдул Яакоб М., Салит Сапуан М., Ахмад М. и др. Механические свойства

композитов полипропилен / стекловолокно

, полученных с использованием различных методов подготовки образцов

.Chiang Mai J Sci 2004; 31: 233–241.

43. Пардо С., Батист Д., Декоберт Д. и др. Динамика при растяжении

Поведение квазиоднонаправленного композита Е-стекло / полиэстер

. Compos Sci Techno 2002; 62: 579–584.

44. Hameed N, Sreekumar PA, Francis B, et al. Морфология,

динамические механические и термические исследования композитов эпоксидной смолы / стекловолокна, модифицированной поли

(со-акрилонитрил стирола). Compos Part A 2007; 38: 2422–2432.

45.Актас М., Каракузу Р. и Арман Ю. Сжатие — после удара

ламинированные композитные плиты подвергали

удару с низкой скоростью при высоких температурах. Compos

Struct 2009; 89: 77–82.

46. Актас А., Теркан М., Актас М. и др. Исследование вязальной архитектуры

на ударопрочность стеклянных /

эпоксидных композитов. Compos Part B 2013; 46: 81–90.

47. Каракузу Р., Эрбил Э. и Актас М. Характеристики ударов —

композитных пластин из стекла и эпоксидной смолы: экспериментальное и

численное исследования.Compos Part B 2010; 41: 388–395.

48. Icten BM, Atas C, Aktas M, et al. Влияние низких температур

на ударную реакцию квазиизотропных пластин из стекла / эпоксидной смолы

. Компос Структура 2009; 91: 318–323.

49. Белингарди Г. и Вадори Р. Испытания на низкоскоростной удар

многослойного композитного материала стекловолокно-эпоксидная матрица

пластин. Int J Impact Eng 2002; 27: 213–229.

50. Mohamed Nasr NA, Abouelwafa MN, Gomaa A, et al.

Влияние среднего напряжения на усталостное поведение полиэфира

, армированного стекловолокном, подвергнутого действию крутящих моментов

.J Eng Mater Techno 2005; 127:

301–309.

51. Ахмед Эль-Ассаль М. и Хашаба У.А. Анализ усталости

однонаправленных композитов из стеклопластика при комбинированных

изгибающих и скручивающих нагрузках. Compos Struct 2007; 79:

599–605.

52. Зарецкий Э., Де Боттон Дж. И Перл М. Реакция эпоксидного композита, армированного стекловолокном

, на ударную нагрузку

. Int J Solids Struct 2004; 41: 569–584.

53. Каракузу Р., Гулем Т. и Иктен Б.М.Анализ отказов

тканых композитов из многослойного стекла и винилэфира с нагруженным отверстием

. Compos Struct 2006; 72: 27–32.

54. Dandekar DP, Hall CA, Chhabildas LC, et al. Ударная реакция

из полимерного композита, армированного стекловолокном.

Compos Struct 2003; 61: 51–59.

55. Леблан Дж., Шукла А., Руссо С. и др. Ударное нагружение

трехмерных тканых композиционных материалов. Compos

Struct 2007; 79: 344–355.

56. Ювараджа М. и Сентилкумар М. Сравнительное исследование вибрационных характеристик

гибкой балки из стеклопластика

с использованием приводов SMA и PZT. Manuf Ind Eng

2012; 11: 28–33.

57. Бледски А.К., Кесслер А., Рикардс Р. и др. Определение

упругих постоянных стекловолоконных / эпоксидных однонаправленных ламинатов

атес путем вибрационных испытаний пластин. Compos Sci Techno

1999; 59: 2015–2024.

58. Мишра РК.Вибрационный анализ композитов, армированных стекловолокном

. Acad Res J Ind 2012; 1: 43–63.

59. Абдулла Х. Влияние атмосферных воздействий на механические свойства материалов, армированных стекловолокном.

.

IIUM Eng J 2000; 1: 1–6.

60. Botelho EC, Bravim JC, Costa ML, et al. Воздействие окружающей среды

на термические свойства материалов из композита PEI / стекловолокно

. J Aerosp Techno Manag Sao Jose dos Campos

2013; 5: 241–254.

61. Чиббер Р., Шарма А., Мукерджи А. и др.

Ухудшение воздействия окружающей среды на композит поли-

-мер, армированный стекловолокном. Upwind 2006; 6: 1–48.

62. Клод Рено М. и Марк Гринвуд Э. Влияние стекловолокна

и окружающей среды на долговечность композитов из стеклопластика

. Баттис, Бельгия: Owens Corning

Composites Publications, 2009.

63. Агарвал А., Гарг С. и Ракеш П.К. Поведение при растяжении

пластиков, армированных стекловолокном, в различных условиях окружающей среды.Ind J Eng Mater Sci 2010; 17:

471–476.

64. Эллин Ф., Мазер Р. Влияние окружающей среды на механические свойства стекловолоконного эпоксидного композита

трубчатых образцов. Compos Sci Techno 2004; 64:

1863–1874.

65. Аббсаи А. и Пол Хогг Дж. Температура и окружающая среда —

Психологические воздействия на арматуру из стекловолокна: модуль, прочность и прочность сцепления на границе

с бетоном.

No related posts.