Tubi in vetroresina: vantaggi, tecnologia di produzione,
Qual è la produzione di tubi in fibra di vetro? Quali dovrebbero essere i tubi in fibra di vetro secondo GOST? Quanto sono interessanti le loro caratteristiche rispetto alle soluzioni alternative? Proviamo a rispondere a queste domande.
Cos'è?
Cos'è la vetroresina? Il nome, in generale, fornisce un quadro completo della composizione del materiale: il legante (resina epossidica o poliestere) è rinforzato con fibra di vetro. Il rinforzo fornisce resistenza ai carichi di trazione e di flessione; Binder assicura resistenza ai carichi d'urto.
Nota: le resine utilizzate sono tipicamente termoindurenti. Quando si induriscono, si verificano in loro cambiamenti chimici irreversibili; se è così - a differenza dei termoplastici, la saldatura a resistenza dei prodotti è impossibile. Per collegare i tubi vengono utilizzati colla, flange per bulloni, filetti, ecc.
Storia di
La tecnologia di produzione è nata negli anni Cinquanta del secolo scorso, quando iniziò la produzione industriale di resine epossidiche. Come ogni nuova tecnologia, nella fase iniziale questo non era molto popolare: la mancanza di esperienza nell'uso della fibra di vetro ha integrato il prezzo basso dei materiali tradizionali (acciaio, rame e alluminio).
Intorno alla metà degli anni '60, tuttavia, l'immagine cominciò a cambiare.
Cosa è successo?
- I prezzi dell'acciaio e dei metalli non ferrosi sono aumentati.
- È iniziato lo sviluppo commerciale dei giacimenti di petrolio e gas offshore. I tubi in vetroresina (tubing) differivano favorevolmente dal metallo per il peso ridotto e, cosa più importante, per la resistenza alla corrosione: il contatto con l'acqua salata non causava loro alcun danno, a differenza dei prodotti concorrenti.
- Infine, anche le stesse tecnologie di produzione della vetroresina non si sono fermate: è diventata più economica e più duratura.
Il risultato non tardò ad arrivare: entro la fine degli anni '60, la compagnia americana Ameron entrò con i suoi tubi in vetroresina ad alta pressione prima nel Nord America e poi nel mercato mediorientale. Negli anni '80, i produttori europei e, un po 'più tardi, sovietici (successivamente russi) furono allevati.
vantaggi
Che la vetroresina ha guadagnato popolarità?
L'elenco dei suoi vantaggi non è troppo grande, ma sembra molto convincente.
- Molto ragionevole sullo sfondo dei costi degli acciai altolegati e degli acciai inossidabili.
- Resistenza alla corrosione e ai mezzi aggressivi.
È utile: se è necessario trasportare liquidi particolarmente aggressivi, gli elementi della tubazione sono rivestiti con polietilene ad alta pressione.
- Peso ridotto. La resistenza specifica della fibra di vetro (resistenza relativa alla densità) è 3,5 volte superiore a quella dell'acciaio; Pertanto, le strutture di forza uguale di questi materiali differiscono nel peso diverse volte.
- La possibilità di ottenere materiale con proprietà meccaniche desiderate grazie ad uno specifico schema di rinforzo. Ad esempio, l'avvolgimento a spirale di fibra di vetro offre la massima resistenza alla pressione interna.
produzione
Qual è la produzione di tubi in fibra di vetro?
Ad oggi, ci sono quattro principali tecnologie di produzione.
| nome | descrizione |
| estrusione | La resina viene mescolata con un induritore e una vetroresina spezzettata, dopo di che viene estrusa attraverso un foro anulare. La produzione è economica, tecnologicamente, ma la mancanza di un telaio di rinforzo regolare influenza la forza finale dei prodotti. |
| pultrusione | Il tubo è formato tra i mandrini interni ed esterni. Entrambe le superfici sono perfette; Tuttavia, una serie di limitazioni tecnologiche non consente di produrre tubi di grandi diametri e con un'elevata pressione di esercizio. |
| Modanatura centrifuga | Il rinforzo è un manicotto finito di fibra di vetro, che viene premuto contro la superficie di una forma rotante da forze centrifughe. Inoltre contribuiscono a una distribuzione uniforme della resina nelle pareti future. Il principale vantaggio della tecnologia è la capacità di ottenere una superficie esterna liscia; il principale inconveniente è l'intensità energetica e, di conseguenza, i costi elevati. |
| carica | Fibra di vetro impregnata di fibre (filo, nastro o tessuto) è avvolta su un mandrino cilindrico. Le attrezzature per la produzione di tubi in fibra di vetro con il metodo dell'avvolgimento sono le più comuni a causa della relativa semplicità e alte prestazioni. |
Quest'ultimo metodo di produzione ha diverse, per così dire, sottospecie. Andiamo a conoscerli.
Anello ad anello a spirale
L'impilatore - un anello con diversi meccanismi di alimentazione del filo impregnati - si muove alternativamente lungo un mandrino rotante. Ad ogni passaggio viene deposto uno strato di fibre con passo costante; schema ad anello di posa, come ricordiamo, consente di raggiungere la massima resistenza del tubo a rottura.
Curiosamente, anche la pre-tensione del filo influisce favorevolmente sulla resistenza finale del prodotto, evitando il verificarsi di cricche sotto carichi di flessione.
Il metodo di avvolgimento ad anelli spirali viene utilizzato per la produzione di tubazioni progettate per alte pressioni di esercizio, componenti strutturali (compresi i supporti per torri di trasmissione di potenza composte) e persino per gli scafi dei motori a razzo.
Avvolgimento a spirale del nastro
La differenza con il metodo precedente è solo nel fatto che in un passaggio l'impilatore forma un nastro stretto di una dozzina o due fibre. Di conseguenza, per la formazione di rinforzo continuo richiede molti più passaggi; il rinforzo stesso è un po 'meno denso. Il principale vantaggio del metodo è molto più semplice e, di conseguenza, un'apparecchiatura economica.
Avvolgimento trasversale longitudinale
La principale differenza rispetto agli schemi precedenti è che l'avvolgimento è reso continuo: l'impilatore posiziona simultaneamente le filettature longitudinali e trasversali. Sembrerebbe che ciò dovrebbe semplificare e indebolire la tecnologia; tuttavia, c'è un problema puramente meccanico.
Il mandrino su cui è avvolto il tubo futuro ruota; se è così, allora anche le bobine da cui viene svolto il filo del rinforzo longitudinale devono ruotare. Inoltre, maggiore è il diametro del tubo, maggiori devono essere le bobine.
Avvolgimento longitudinale trasversale obliquo
Questa soluzione fu sviluppata durante la vita dell'Unione Sovietica a Kharkov e fu inizialmente utilizzata nella produzione di proiettili di missili. Più tardi divenne diffuso in tutto lo spazio post-sovietico.
Qual è l'essenza del metodo?
- L'impilatore forma un largo nastro di fibre impregnate di legante parallelo.
- Il nastro prima dell'avvolgimento sul mandrino viene pre-avvolto con un filo senza impregnazione, formando successivamente un rinforzo assiale. I fili raccolti nel nastro stesso formano, rispettivamente, un rinforzo trasversale: il nastro è disposto lungo l'asse del mandrino.
- Dopo la posa di ogni strato, arrotolare i rulli, sigillare il rinforzo e spostare il legante in eccesso.
Qual è il vantaggio di un simile schema?
- La possibilità di produzione continua. In un passaggio, puoi formare muri di spessore arbitrario, semplicemente cambiando la sovrapposizione del nastro.
- Alte prestazioni
- La capacità di produrre tubi in vetroresina di grande diametro (in teoria - senza restrizioni della dimensione massima). Le dimensioni sono limitate solo dalla dimensione del mandrino.
- Contenuto di fibra di vetro estremamente alto nel materiale finito. Arriva all'85% contro il 45-65% con metodi alternativi. Ciò influisce sia sulla resistenza finale che sull'infiammabilità del prodotto.
norme
La produzione di prodotti di nostro interesse è regolata da due documenti normativi:
- GOST R 53201-2008 contiene condizioni tecniche per la fabbricazione di tubi con un diametro di 50-200 mm su connessioni filettate.
- Sviluppato con la partecipazione di NTT LLC (New Pipe Technologies), GOST R 54560-2011 descrive i dettagli della plastica termoindurente rinforzata con fibra di vetro.
Studiamo le disposizioni di base dei documenti.
GOST R 53201-2008
La modalità operativa standard del tubo è la seguente:
- Temperatura - da -60 a + 60 ° C.
- Umidità relativa - fino al 100%.
- La temperatura del liquido trasportato è fino a + 110 ° C.
- Pressione di esercizio - da 3,5 a 27,6 MPa.
I seguenti usi sono forniti per i prodotti descritti dallo standard:
- Trasporto di condensa di petrolio e gas.
- Trasporto di soluzioni saline (compresa l'acqua di mare).
- La costruzione di colonne di sollevamento.
- Pozzi di fissaggio per vari scopi.
- Mantenimento della pressione del serbatoio nello sviluppo di depositi sotterranei.
- Fornitura di acqua potabile e tecnica.
Lo standard distingue tre tipi di tubi:
| designazione | trascrizione |
| NC | tubing |
| oh | involucro |
| L | lineare |
Quali possono essere i diametri dei tubi in vetroresina prodotti secondo GOST R 53201-2008 e le loro altre caratteristiche?
Pompaggio e rivestimento
| Diametro interno, mm | Pressione nominale, MPa | Spessore minimo della parete, mm | Peso per metro, kg |
| 50 | 6.9 - 27.6 | 4.3 - 8.4 | 1.6 - 3.3 |
| 63 | 6.9 - 27.6 | 4.6 - 10.7 | 2.2 - 5.5 |
| 100 | 10.3 - 17.2 | 8.1 - 12.2 | 5.8 - 8.2 |
| 150 | 10.3 - 17.2 | 13,5 - 15,0 | 14.0 - 14.9 |
| 200 | 10.3 | 13.6 | 16,5 |
lineare
| Diametro interno, mm | Pressione nominale, MPa | Spessore minimo della parete, mm | Peso per metro, kg |
| 50 | 10.3 - 27.6 | 2,79 - 8,10 | 1.2 - 3.1 |
| 63 | 8.6 - 27.6 | 2,80 - 9,90 | 1.4 - 5.2 |
| 100 | 5.5 - 27.6 | 2,80 - 16,00 | 2.3 - 12.8 |
| 150 | 5.5 - 13.8 | 4,57 - 11,20 | 5.1 - 12.2 |
| 200 | 5.5 - 13.8 | 5.84 - 14.70 | 8.6 - 22.6 |
Oltre alle dimensioni dei tubi, il documento contiene istruzioni dettagliate per la produzione di raccordi con l'indicazione delle dimensioni di base, i requisiti di aspetto, le tolleranze massime e l'etichettatura di tutti i prodotti.
GOST R 54560-2011
Lo standard descrive le condotte che funzionano in modo molto più mite rispetto alle condizioni sopra descritte:
- Pressione di esercizio - fino a 3,2 MPa;
- Temperatura media - fino a 35 ° C;
- Liquidi trasportati - acqua, soluzioni acquose e scarichi (domestici e industriali).
Importante: l'azione di GOST non si applica alle condotte per l'approvvigionamento idrico domestico e le acque reflue.
Nell'ambito del documento, i prodotti sono classificati secondo i seguenti criteri:
- Diametro (DN). L'intervallo di valori va da 300 a 3000 millimetri.
- Pressione nominale (PN). Per i tubi non a pressione, il concetto di PN stesso è piuttosto arbitrario e viene considerato pari a 0.1 - 0.4 MPa; per la pressione, assume valori di 0,6, 1,0, 1,6, 2,0, 2,5 e 3,2 MPa.
- Rigidità nominale (SN). Viene anche misurato in megapascal e può essere uguale a 1250, 2500, 5000 e 10000.
Nota: quando si installa un sistema di fognatura in fibra di vetro con le proprie mani, si tenga presente che i tubi SN 1250 non sono raccomandati per l'installazione sotterranea in linea di principio, e SN 2500 è raccomandato per essere posato in vassoi.
Il documento, come il precedente, elenca le dimensioni principali di tutti i tipi di raccordi e requisiti per il loro aspetto, resistenza, marcatura e metodi di rinforzo.
conclusione
Naturalmente, nel nostro materiale abbiamo toccato solo una piccola parte di un argomento molto esteso sull'uso della fibra di vetro. Non abbiamo capito se sia possibile utilizzare tubi in fibra di vetro per il riscaldamento o le fognature domestiche, quanto sono bravi sullo sfondo di polimeri metallici o di prodotti interamente in plastica. Alcune di queste domande riguardano il video in questo articolo. Buona fortuna!