Стъклопластови тръбопроводи

Стъклопластовите тръби се изработват от стъклени подсилващи нишки, вградени във втвърдена термореактивна смола. Тази композитна структура може да съдържа и пълнители под формата на агрегати, гранули или пластинки, тиксотропни агенти и пигменти.

Избирайки подходящата комбинация от смола, стъклени влакна, пълнители и дизайн, производителят може да създаде продукт, предлагащ широка гама свойства и експлоатационни характеристики. През годините поради разнообразието от материали, използвани за производството на стъклопластови тръби, възникват множество наименования за тях - FRP, GRPP, GRE и др.

Стъклопластовите тръби се категоризират и спрямо производствения процес – навиване на нишки или центробежно леене. Често специфичният вид смола – епоксидна, полиестерна или винил-естерна, също се използва за класифициране на стъклопластовите тръбопроводи.

Тръбите от стъклопласт са пуснати на пазара през 1948 г. Първото им приложение, което и понастоящем е едно от основните, е в нефтената индустрия, където се използват като корозионноустойчива алтернатива на тръби от стомана и други по-редки метали.

В края на 50-те години на 20 в. на пазара започват да се предлагат стъклопластови тръби с по-големи диаметри и постепенно употребата им в химическата промишленост нараства заради характерната устойчивост на корозия.

От 60-те години стъклопластовите тръбопроводи се използват за водоснабдяване и канализация. Те комбинират предимства като издръжливост, якост и корозионна устойчивост, елиминирайки необходимостта от вътрешни облицовки, външни покрития и катодна защита.

Редица експерти смятат, че стъклопластовите тръби са най-доброто решение за транспортиране на производствени води и често се използват в инсталации за обезсоляване, пречиствателни станции за отпадъчни води, за пренос на охлаждаща вода в електроцентрали, изграждане на дъждовни канализационни мрежи и др. Стъклопластовите тръбопроводни системи предлагат изключителна гъвкавост при проектиране, тъй като е наличен широк диапазон от диаметри и фитинги, както и възможност за производство спрямо специфичните нужди на клиента. Този вид тръби се предлагат с диаметър, вариращ от 25 до 3600 мм.

Съществува и класификация на стъклопластовите тръбопроводи спрямо налягането – от такива, предназначени за гравитачни приложения, до способни да издържат на налягане от няколко хиляди килопаскала.

Компоненти

Механичната якост на стъклопластовите тръби се определя от количеството, вида и ориентацията на стъклените влакна. Тя нараства пропорционално с увеличаване на количеството вградени стъклени нишки.

Стъклопластовите материали се предлагат с най-разнообразни състави, което осигурява допълнителна гъвкавост при нужда от постигане на съответствие с различни експлоатационни критерии.

Стъклопластовата армировка съществува под няколко форми. Непрекъснатите ровинги се състоят от сноп неусукани стъклени влакна и се използват в производствения процес по намотаване на нишки. Тъканите ровинги се предлагат с различна ширина, дебелина и тегло и осигуряват висока якост за големи лети части. Армировъчните подложки са изградени от нарязани снопове стъклени влакна, скрепени със смолисти свързващи вещества.

Ориентацията на стъклените влакна в стъклопластовите тръби може да е три вида – едно-, дву- и многопосочна. При еднопосочната ориентация якостта е най-висока по направлението на влакната. В този случай е възможно съдържанието на армировка да достигне до 80 тегловни процента. Когато ориентацията е двупосочна, някои влакна са позиционирани под ъгъл спрямо останалите нишки.

Това осигурява различни нива на якост, определящи се от количеството влакна във всяко едно от направленията. Многопосочната (изотропна) ориентация предлага почти равномерна, макар и по-ниска, якост във всички направления. С този вид ориентация на влакната могат да бъдат реализирани тръби с от 10 до 50 тегловни процента армировка.

Вторият важен компонент в стъклопластовите тръби е смолата, която производителите избират на база химични, механични, термични свойства и обработваемост. Двете основни групи смоли са термореактивни и термопластични, като за стъклопластовите тръбопроводи се използват първите. Термореактивните пластмаси са полимерни системи, които се втвърдяват от топлина или химични добавки, след което не могат да бъдат разтопени повторно. За производството на стъклопластови тръби се използват две основни категории смоли – полиестерни и епоксидни.

Полиестерните смоли обикновено се използват за изработване на водопроводни и канализационни тръби с големи диаметри. Те се отличават с висока устойчивост на вода, химикали и киселини. Основната полиестерна смола е твърда и се разтваря в стиренов мономер, с който се омрежва, за да се получи финалната структура. Полиестерните смоли се втвърдяват с помощта на органични пероксидни катализатори, например метил етил кетон пероксид или бензил пероксид.

Епоксидните смоли в повечето случаи се използват за производството на тръби с по-малки диаметри (под 800 мм), предназначени за пренос на вода, кондензати, въглеводороди, основи и разредени киселини. Епоксидните смоли обикновено позволяват по-високи температури на експлоатация от полиестерните, до около 108°C.

Видът на използвания втвърдител е от критично значение за епоксидните смоли, тъй като агентът влияе върху характеристиките на композитния материал.
Добавянето на неорганични материали като хидратиран алуминиев оксид, стъклени микросфери, глина, талк, калциев карбонат, пясък или калциев силикат може да допринесе за ползи по отношение на цената, външния вид или експлоатационните характеристики на стъклопластовите тръби.

Производствени процеси

Както беше споменато, за производството на стъклопластови тръби се използват два процеса. Навиването на нишки е процесът на импрегниране на стъклените влакна със смола и полагането на омокрените влакна върху цилиндрична форма по предварително зададена конфигурация. В случай че се използват пълнители, те се добавят по време на процеса на навиване.

Многократното полагане на омокрени влакна, със или без пълнители, води до получаването на многослойна структура с желаната дебелина. След втвърдяване тръбата може да бъде подложена на допълнителни операции като отрязване и подготовка на краищата за съединяване. Вътрешният диаметър на готовата тръба се определя от външния диаметър на формата, а външният е променлив и се определя от зададената дебелина на стената.

Центробежното леене се използва за производството на тръбовидни продукти чрез полагането на смола и армировка от вътрешната страна на форма, която се върти и загрява, водейки впоследствие до втвърдяването на смолата. Външният диаметър на тръбата се определя от вътрешния диаметър на формата, а вътрешният диаметър на готовата тръба е променлив и се определя от количеството материал, подаден във формата.

Характеристики

Стъклопластовите тръбопроводни системи са устойчиви на корозия както от вътрешната, така и от външната си страна, като това важи за широк диапазон от флуиди. Те се отличават и с много добър коефициент якост/тегло, който е по-висок от този на няколко вида стомана. Тръбопроводните системи от стъклопластов композит са и леки – те достигат приблизително една шеста от теглото на аналогични стоманени продукти и една десета от теглото на подобни бетонни продукти.

Стандартните стъклопластови тръби не провеждат електрически ток. Някои производители предлагат и проводящи стъклопластови тръбопроводни системи за приложения, изискващи разсейването на натрупано статично електричество при транспортирането на определени течности като например авиационно гориво.

Стъклопластовите композити могат да поддържат критичните толеранси, необходими за повечето структурни и тръбопроводни приложения. Те отговарят на най-строгите критерии по отношение на твърдост на материала, допуски по размерите, тегло и разходи. Стъклопластовите тръбопроводи са лесни за поддръжка, тъй като не ръждясват, почистват се лесно и изискват минимално ниво на защита от заобикалящата ги среда.

Всички стъклопластови тръби предоставят отлична устойчивост на вода и естествените почвени условия. Те са обект единствено на ефекти на стареене и частично на условията на околната среда, като тези фактори се отчитат при процедурата по проектирането на тръбите.

Тръбопроводите от стъклопласт са устойчиви на широка гама от химикали. Тази химична устойчивост зависи предимно от матрицата на използваната смола. Въпреки че други фактори, като метода на втвърдяване и производство, също могат да окажат влияние, първичният фактор е смолата. Тя може да бъда избрана така, че да осигурява химична устойчивост на широка гама материали.

Температурната издръжливост на стъклопластовите тръби също до голяма степен зависи от матрицата на смолата. Допустимата горна граница за работната температура се определя и от химичната среда и напрегнатото състояние на тръбопроводната система. По принцип химичните агенти са по-агресивни при по-високи концентрации и повишени температурни стойности. Типичните температури във водопроводните системи обаче (от 1 до 32°C) не оказват влияние върху стъклопластовите тръбопроводи.

Потребителите и инсталаторите на стъклопластови тръби трябва да имат предвид, че техният коефициент на термично разширение е по-висок от този на металните тръбопроводи. Това трябва да бъде отчетено при проектирането на системата и да се осигури възможност за безпроблемно разширяване и свиване на тръбите, особено при надземни приложения.

Повечето смоли, използвани за производството на стъклопластови тръби, до някаква степен деградират под действието на ултравиолетова светлина. Това обаче е повърхностно явление, което не засяга структурната цялост на тръбопровода. Влиянието на ултравиолетовата светлина може значително да се ограничи чрез добавяне на пигменти, пълнители и UV стабилизатори към смолата или боядисване на изложените повърхности.

Разбира се, стъклопластовите тръбопроводи имат и няколко недостатъка в сравнение с конвенционалните системи. Сред тях са по-ниската устойчивост на удар поради крехкия характер на термореактивните смоли, необходимостта от по-внимателна подготовка за монтаж поради по-специфичните методи на съединяване и нуждата от специални опори при надземна инсталация, обусловена от присъщата за стъклопластовите тръбопроводи гъвкавост.