-
-
-
WhatsApp
Композитные материалы, усиленные стекловолокном, представляют собой материал, полученный путём комбинирования стекловолокна и его производных в качестве армирующего компонента с матричными материалами с использованием определённых технологий формования. «Стекловолокно», также известное как «стеклянная вата» или «фиберглас», является новым усиливающим материалом. Оно обычно применяется как армирующий элемент в композитах, электроизоляционный и теплоизоляционный материал, основа для печатных плат и во многих других сферах народного хозяйства.
Введение в материал
Стекловолокно представляет собой тонкие нити, получаемые путем быстрого вытягивания расплавленного стекла. В зависимости от состава сырья его классифицируют на щелочное, бесщелочное, среднещелочное и специальное (например, высококремнезёмное, кварцевое). Изделия из стекловолокна в основном включают ткани, войлоки и специальные объемные ткани. Стеклоткани, в зависимости от способа переплетения нитей основы и утка, делятся на полотняные (N-переплетение), саржевые и другие. Специальные объемные ткани можно разделить на многослойные сшивные, трехнаправленные ортогональные, мультиаксиальные кружевные и двухмерные многонаправленные.
В качестве матрицы обычно используются неорганические материалы (такие как фосфаты), органические матрицы (эпоксидные смолы, фенольные смолы, ненасыщенные полиэфирные смолы и т.д.), а металлическая матрица обычно представляет собой алюминиевый сплав. Обычно под композитными материалами на основе стекловолокна понимают композиты на полимерной матрице, которые могут изготавливаться методами ручного ламинирования, намотки, прессования, а также литья под давлением и пултрузии.
Благодаря таким характеристикам, как легкий вес, коррозионная стойкость и изоляционные свойства, композитные материалы, армированные стекловолокном, широко применяются в машиностроении, химической промышленности, транспортной и других областях. В военной сфере они могут использоваться для изготовления обтекателей радаров, обтекателей, головных частей ракет, абляционных теплоизоляционных слоев твердотопливных ракетных двигателей, пусковых контейнеров для ракет, конструктивных элементов огнестрельного оружия и боевых машин наземного базирования.
Оно изготавливается из шести видов руд, таких как пирофиллит, кварцевый песок, известняк, доломит, борацит, ашарит и т.д., путем высокотемпературного плавления, вытягивания нитей, намотки и ткачества. Это превосходный неорганический неметаллический материал с широким разнообразием типов.
Основные характеристики композитных материалов на основе стекловолокна:
Высокие механические свойства. Предел прочности при растяжении композитов на основе стекловолокна ниже, чем у стали, но выше, чем у высокопрочного чугуна и бетона, при этом удельная прочность примерно в 3 раза выше, чем у стали, и в 10 раз выше, чем у высокопрочного чугуна.
Отличная коррозионная стойкость. Благодаря правильному подбору сырья и научно обоснованному проектированию толщины, композиты на основе стекловолокна могут длительно использоваться в агрессивных средах, таких как кислоты, щелочи, соли и органические растворители.
Хорошие теплоизоляционные свойства. Композиты на основе стекловолокна обладают низким коэффициентом теплопроводности, что делает их отличным теплоизоляционным материалом. Таким образом, при небольшом перепаде температур можно достичь хорошего теплоизоляционного эффекта без специальной изоляции.
Низкий коэффициент теплового расширения. Благодаря малому коэффициенту теплового расширения композиты на основе стекловолокна могут нормально использоваться в различных суровых условиях, таких как поверхность земли, подземные условия, морское дно, крайне холодный климат и пустыни.
Превосходные электроизоляционные свойства. Могут использоваться для изготовления изоляторов. Сохраняют хорошие диэлектрические свойства даже на высоких частотах. Обладают хорошей проницаемостью для микроволн, что позволяет использовать их в зонах электропередачи и с высокой грозовой активностью.
Перспективы применения
Автомобильная промышленность является одной из областей, где композитные материалы находят широкое применение, особенно в Европе, где в соответствии с соответствующими нормативными требованиями к 2020 году автомобили должны соответствовать определённым стандартам выбросов. Для сокращения выбросов облегчение веса автомобилей имеет решающее значение. Облегчение веса является тенденцией развития автомобильной промышленности, и эта тенденция создаёт огромные возможности для композитных материалов. В таких отраслях, как автомобилестроение, строительство, энергетика, промышленность и транспорт, материальные решения постепенно меняются. Переход от традиционных материалов к высокоэффективным композитам создаёт рыночные возможности для их быстрого внедрения и использования. Материаловедение, особенно композиционные материалы, является одной из основных движущих сил технологического развития сегодня.
Поскольку рыночный спрос автомобильной промышленности на стекловолокно и его композиты постоянно растёт, это стимулирует развитие производства стекловолокна и композитных материалов на его основе. В области стекловолокна компании постоянно разрабатывают новые продукты, специально предназначенные для автомобильной промышленности. В области композитных материалов на основе стекловолокна широко используемая технология формования SMC изначально была разработана именно для автомобильной промышленности. Новые технологии и продукты, появившиеся в последние годы, такие как длинноволокнистые термопласты, армированные стекловолокном листовые термопластичные материалы (CMT) и технология программируемого порошкового предварительного формования (P4), также были разработаны для автомобильной промышленности.
В условиях растущего глобального спроса на стекловолокно в производстве модифицированных пластиков, спортивного инвентаря и аэрокосмической техники перспективы отрасли остаются оптимистичными. Кроме того, применение стекловолокна расширяется на рынок ветроэнергетики, что может стать новым ключевым направлением его будущего развития.
Применение стекловолокна
Стекловолокно изготавливается из стеклянных гранул или минерального сырья, такого как пирофиллит, кварцевый песок, известняк, доломит и другие, путём высокотемпературного плавления, вытягивания нитей, намотки и ткачества. Диаметр отдельной нити составляет от нескольких микрометров до нескольких десятков микрометров, что соответствует 1/20–1/5 толщины человеческого волоса. Каждая прядь исходного волокна состоит из сотен или даже тысяч отдельных нитей.
Благодаря своим свойствам, таким как высокая электроизоляционная способность, термостойкость, коррозионная стойкость и механическая прочность, стекловолокно широко используется в различных отраслях народного хозяйства: в качестве армирующего материала в композитах, электроизоляционного и теплоизоляционного материала, а также основы для печатных плат и других областях.
Ветер и солнечная энергетика:
Ветровая и фотоэлектрическая энергетика являются одними из видов экологически чистых и устойчивых источников энергии. Стекловолокно, обладающее такими преимуществами, как превосходный армирующий эффект и малый вес, служит отличным материалом для изготовления лопастей ветрогенераторов и защитных кожухов оборудования из стеклопластика.
Авиация и космонавтика:
Благодаря специальным требованиям к материалам в таких областях, как авиационно-космическая промышленность и военная сфера, композитные материалы на основе стекловолокна, обладающие такими характеристиками, как малый вес, высокая прочность, ударная стойкость и хорошая огнестойкость, способны предоставить широкий спектр решений для этих отраслей.
Применение композитных материалов в этих сферах включает фюзеляжи малых самолётов, обшивку и лопасти несущих винтов вертолётов, второстепенные конструкционные элементы самолётов (полы, двери, сиденья, дополнительные топливные баки), детали авиадвигателей, шлемы, обтекатели антенн и другие компоненты.
Судно:
Композитные материалы на основе стекловолокна, обладающие такими характеристиками, как коррозионная стойкость, малый вес и превосходный армирующий эффект, широко используются при изготовлении корпусов яхт, палуб и других конструктивных элементов.
Автомобильная сфера:
Химия и химическая промышленность:
Композитные материалы на основе стекловолокна, обладающие такими характеристиками, как высокая коррозионная стойкость и превосходный армирующий эффект, широко применяются в химической промышленности для изготовления химических ёмкостей (например, резервуаров) и антикоррозионных решёток.
Электроника и электротехника:
Композитные материалы, армированные стекловолокном, применяются в электротехнической и электронной отраслях главным образом благодаря своим электроизоляционным и антикоррозионным свойствам. Области их использования в электротехнике и электронике включают:
Корпуса электрооборудования: корпуса электрораспределительных устройств, коробки для электропроводки, защитные кожухи приборных панелей и т.д.
Электротехнические компоненты: изоляторы, электроизоляционные инструменты, крышки электродвигателей и т.д.
Элементы систем электропередачи: включая композитные опоры для кабелей, конструкции для кабельных каналов и т.д.
Базовое строительство:
Стекловолокно обладает стабильностью размеров, превосходными армирующими свойствами, а также такими характеристиками, как малый вес по сравнению со сталью и бетоном, коррозионная стойкость и др. Это делает композитные материалы, усиленные стекловолокном, идеальным выбором для строительства инфраструктурных объектов, таких как мосты, причалы, дорожные покрытия автострад, пирсы, прибрежные сооружения и трубопроводы.
Композитные материалы на основе стекловолокна, обладающие высокой прочностью, малым весом, устойчивостью к старению, отличной огнестойкостью, а также звуко- и теплоизоляционными свойствами, широко применяются для производства разнообразных строительных материалов. К ним относятся:
- армированный бетон,
- композитные стеновые панели,
- теплоизоляционные и декоративные оконные сетки,
- арматура из стеклопластика (FRP),
- сантехнические изделия,
- бассейны,
- потолочные конструкции,
- светопропускающие панели,
- кровельные материалы из стеклопластика (FRP),
- дверные панели,
- градирни и другие изделия.
Потребительские товары и коммерческое строительство:
По сравнению с традиционными материалами, такими как алюминий и сталь, стекловолоконные композиты обладают коррозионной стойкостью, малым весом и высокой прочностью, что обеспечивает превосходные эксплуатационные характеристики и сниженную массу изделий.
Применение стекловолоконных композитов в этой области включает: промышленные шестерни, газовые баллоны, корпуса ноутбуков и мобильных телефонов, а также компоненты бытовой техники.
Спортивный досуг:
Композитные материалы, обладающие такими характеристиками, как малый вес, высокая прочность, широкие возможности проектирования, простота обработки и формования, низкий коэффициент трения и хорошая усталостная прочность, нашли широкое применение в производстве спортивного инвентаря. Типичные примеры использования стекловолоконных композитов включают:
-
лыжи и сноуборды,
-
теннисные и бадминтонные ракетки,
-
гоночные лодки,
-
велосипеды,
-
гидроциклы и другие виды спортивного оборудования.