Cómo elegir tuberías de fibra de vidrio: especificaciones de producción y una descripción general de los principales fabricantes

Gracias a la combinación de las características positivas del vidrio y los polímeros, las tuberías de fibra de vidrio tienen perspectivas de aplicación casi ilimitadas, desde la organización de conductos de ventilación hasta la colocación de rutas petroquímicas.

En este artículo, consideramos las características principales de las tuberías de fibra de vidrio, el marcado, las técnicas de fabricación de compuestos de polímeros y la composición de los componentes aglutinantes que determinan el alcance del compuesto.

También damos criterios de selección importantes, prestando atención a los mejores fabricantes, porque se asigna un papel importante en la calidad de los productos a las capacidades técnicas y la reputación del fabricante.

Características generales de la fibra de vidrio.

Fibra de vidrio: un material plástico que incluye componentes de fibra de vidrio y un relleno aglutinante (polímeros termoplásticos y termoendurecibles). Junto con una densidad relativamente baja, los productos de fibra de vidrio se caracterizan por sus buenas propiedades de resistencia.

La fibra de vidrio de los últimos 30-40 años se utiliza ampliamente para la fabricación de tuberías para diversos fines.

Un compuesto de polímero es una alternativa digna al vidrio, cerámica, metal y concreto en la fabricación de estructuras diseñadas para operar en condiciones extremas (petroquímicos, aviación, producción de gas, construcción naval, etc.)

Las carreteras combinan las cualidades del vidrio y los polímeros:

1. Peso ligero El peso promedio de fibra de vidrio es 1.1 g / cc. A modo de comparación, el mismo parámetro para el acero y el cobre es mucho más alto: 7.8 y 8.9, respectivamente.Gracias a la facilidad, se facilitan los trabajos de instalación y el transporte de material.
2. Resistencia a la corrosión Los componentes del material compuesto tienen una baja reactividad, por lo tanto, no están sujetos a corrosión electroquímica y descomposición bacteriana. Esta calidad es un argumento decisivo a favor de la fibra de vidrio para los servicios públicos subterráneos.
3. Altas propiedades mecánicas. La resistencia a la tracción absoluta de un compuesto es inferior a la del acero, pero el parámetro de resistencia específica excede significativamente los polímeros termoplásticos (PVC, HDPE).
4. Resistente a la intemperie. El rango de temperaturas límite (-60 ° C .. + 80 ° C), el tratamiento de tuberías con una capa protectora de gelcoat proporciona inmunidad a los rayos UV. Además, el material es resistente al viento (el límite es de 300 km / h). Algunos fabricantes afirman resistencia a terremotos de accesorios de tubería.
5. Resistencia al fuego. El vidrio no combustible es el componente principal de la fibra de vidrio, por lo que el material es difícilmente inflamable. Cuando se quema, no se libera gas tóxico dioxina.

La fibra de vidrio tiene una baja conductividad térmica, lo que explica sus cualidades de aislamiento térmico.

Las desventajas de las tuberías compuestas: susceptibilidad a la abrasión, la formación de polvo cancerígeno debido al procesamiento mecánico y el alto costo en comparación con el plástico.

A medida que las paredes internas se desgastan, las fibras quedan expuestas y se desprenden, las partículas pueden ingresar al medio transportado.

Tecnologías de fabricación de tubos de fibra de vidrio

Las características fisico-mecánicas del producto terminado dependen de la técnica de producción. Los accesorios compuestos se fabrican de cuatro maneras diferentes: extrusión, pultrusión, fundición centrífuga y bobinado.

Tecnología # 1 - Extrusión

La extrusión es un proceso tecnológico basado en el forzado continuo de un material similar a una pasta o altamente viscoso a través de una herramienta de formación. La resina se mezcla con fibra de vidrio triturada y un endurecedor de plástico, y luego se alimenta al extrusor.

El producto terminado no tiene un marco de refuerzo continuo, ya que el aglutinante se llena aleatoriamente con fibra de vidrio. La ausencia de "armopoyas" afecta la disminución de la resistencia de la tubería.

La línea de extrusión de alto rendimiento le permite obtener productos compuestos sin marco a un precio bajo, pero la demanda es limitada debido a las bajas propiedades mecánicas. La base de la matriz polimérica es polipropileno y polietileno.

Tecnología # 2 - Pultrusión

Pultrusion es una tecnología para fabricar elementos compuestos largos de diámetro pequeño con una sección transversal constante. Al pasar a través de un molde moldeador calentado (+140 ° С), los detalles se "extraen" del material de fibra de vidrio impregnado con resina termoendurecible.

A diferencia del proceso de extrusión, donde la presión es la influencia determinante, en la unidad pultrusiva este papel es desempeñado por el efecto de arrastre.

Las principales unidades de trabajo de la instalación de pultrusión: complejo de suministro de fibra, tanque de polímero, dispositivo de preformado, molde térmico, cinta de tracción y máquina de corte.

Proceso tecnológico:

1. Los filamentos fibrosos de las bobinas se introducen en un baño de polímero, donde se impregnan con resinas termoplásticas.
2. Las fibras procesadas pasan a través de una unidad de preformado: los hilos se alinean y adquieren la forma deseada.
3. El polímero sin curar ingresa al troquel. Debido a varios calentadores, se crea un modo óptimo para la polimerización y se selecciona la velocidad de extracción.

El producto curado es tirado por una máquina de tracción y cortado en segmentos.

Características distintivas de la tecnología pultruida:

• polímeros aceptables - epoxi, resinas de poliéster, vinilos;
• velocidad de tracción - el uso de innovadores polímeros optimizados "pultruidos" le permite acelerar el brochado hasta 4-6 m / min. (estándar - 2-3 m / min.);
• run-up run: mínimo - 3.05 * 1 m (fuerza de tracción hasta 5.5 t), máximo - 1.27 * 3.05 m (fuerza - 18 t).

La salida es una tubería con paredes internas y externas perfectamente lisas, con indicadores de alto nivel y resistencia.

Las características de la fibra de vidrio obtenida por el método de pultrusión: tensión de flexión de rotura - 700-1240 MPa, conductividad térmica - 0.35 W / m2 ° C, el grado de elasticidad a la tracción - 21-41 GPa

Las desventajas del método no se relacionan con la calidad del producto original, sino con la tecnología misma. Argumentos "en contra": el alto costo y la duración del proceso de producción, la incapacidad de fabricar tuberías de gran diámetro diseñadas para cargas significativas.

Tecnología # 3 - Fundición centrífuga

Empresa suiza Hobas técnica de formación centrífuga desarrollada y patentada. En este caso, la producción se lleva a cabo desde la pared exterior de la tubería hacia la interior mediante una forma giratoria. La composición de la tubería incluye: remolques de vidrio triturado, arena y resinas de poliéster.

Las materias primas se alimentan a una matriz giratoria: se forma la estructura de la superficie externa de la tubería. A medida que avanza la producción, los componentes sólidos, el relleno y la fibra de vidrio se mezclan con la resina líquida; la polimerización avanza más rápido bajo la influencia del catalizador.

Como resultado, se forman paredes lisas multicapa. Gracias a la técnica de "pulverización" centrífuga, la estructura de la tubería es monolítica, homogénea sin delaminación y sin partículas gaseosas.

Ventajas adicionales:

• alta precisión de las dimensiones del producto original (la sección interna de la forma giratoria corresponde al diámetro externo del producto terminado);
• la capacidad de lanzar una pared de cualquier grosor;
• alta rigidez del anillo del compuesto polimérico;
• obteniendo una superficie lisa fuera y dentro de los accesorios de tubería.

La desventaja de la producción centrífuga de tubos de fibra de vidrio es la intensidad energética y el alto costo del producto final.

Tecnología # 4 - devanado progresivo

La técnica más popular es el bobinado continuo.La tubería se crea alternando el mandril con fibra de vidrio con polímeros con procesos de enfriamiento. El método de producción tiene varias subespecies.

Tecnología de anillo espiral

El apilador de fibra es un anillo especial, en cuya circunferencia hay hileras con hilos.

El elemento de trabajo se mueve continuamente a lo largo del eje del marco móvil y distribuye las fibras a lo largo de las líneas helicoidales.

Al cambiar la velocidad de rotación del marco y el movimiento del apilador, el ángulo de las fibras de vidrio. En los extremos de la tubería, el anillo opera en el modo "inverso" y coloca las roscas con una pendiente mínima

Las principales ventajas del método:

• resistencia uniforme sobre toda la superficie de la carretera;
• excelente tolerancia a las cargas de tracción: se excluyen las grietas;
• Creación de productos de diámetro variable y secciones transversales con una configuración compleja.

Esta técnica permite obtener tuberías de alta resistencia diseñadas para funcionar a alta presión (redes de ingeniería de compresores y bombas).

Bobinado de cinta espiral

La técnica es similar a la anterior, la diferencia es que el apilador alimenta una cinta estrecha de fibras. Se logra una capa de refuerzo densa aumentando el número de pasadas.

Un equipo más barato está involucrado en la producción que con el método de anillo en espiral, pero un par de desventajas significativas son inherentes al devanado de “cinta”:

• rendimiento limitado;
• La colocación suelta de fibras reduce la resistencia de la tubería.

El método de cinta en espiral es relevante en la fabricación de accesorios de tubería para presión baja y moderada.

Método longitudinal-transversal

Se realiza un devanado continuo: el apilador coloca las fibras longitudinales y transversales al mismo tiempo. No hay movimiento inverso.

Debajo del mandril giratorio, se utilizan bobinas móviles para alimentar fibras de refuerzo longitudinales. En la fabricación de tuberías volumétricas, se requiere el uso de una gran cantidad de bobinas.

Características del método:

• Se utiliza principalmente para crear tuberías con una sección transversal de hasta 75 mm.
• existe la posibilidad de tensar los hilos axiales, debido a lo cual se logra resistencia, como en el método en espiral.

La tecnología transversal longitudinal es altamente productiva. Las máquinas le permiten cambiar la relación de refuerzo axial y anular en un amplio rango.

Tecnología longitudinal transversal inclinada

El desarrollo de los ingenieros de Jarkov es muy solicitado entre los fabricantes nacionales. Cuando se enrolla de forma cruzada, el apilador muestra un "velo" que consiste en un paquete de hilos de encuadernación. La cinta se alimenta al marco en un ligero ángulo de solapamiento con el refuerzo de giro anterior formado.

Una vez completado el procesamiento de todo el mandril, las fibras se enrollan mediante rodillos: los restos de los polímeros aglutinantes se eliminan y el revestimiento de refuerzo se compacta.

La laminación le permite alcanzar el contenido plástico mínimo requerido. La proporción de vidrio en el composite curado es de aproximadamente el 80%, un resultado óptimo que proporciona alta resistencia y baja inflamabilidad.

Características del laminado en capas cruzadas:

• estanqueidad de fibra de vidrio;
• diámetro ilimitado de tuberías producidas;
• altas propiedades dieléctricas debido a la ausencia de refuerzo continuo a lo largo del eje.

El módulo elástico de la fibra de vidrio de "capa cruzada" es inferior al parámetro similar de otras técnicas. Debido al riesgo de grietas entre capas, el método no es factible cuando se crean tuberías bajo alta presión.

Parámetros de selección de tubos de fibra de vidrio

La elección de las tuberías de vidrio compuesto se basa en los siguientes criterios: rigidez y presión de diseño, tipo de componente aglutinante, características estructurales de las paredes y método de conexión. Los parámetros importantes se indican en los documentos que se acompañan y en cada tubo: marca abreviada.

Rigidez y presión nominal

La rigidez de la fibra de vidrio determina la capacidad del material para soportar cargas externas (severidad del suelo, tráfico) y presión sobre las paredes desde el interior.De acuerdo con la estandarización ISO, los accesorios de tubería se clasifican en varias clases de rigidez (SN).

El nivel máximo permitido de presión de trabajo para cada una de las clases: SN 2500 - 0.4 MPa, SN 5000 - 1 MPa, SN 10000 - 2.5 MPa

El grado de rigidez aumenta al aumentar el espesor de la pared del tubo de fibra de vidrio.

La clasificación por presión nominal (PN) refleja la gradación de los productos con respecto a la presión de líquido segura a una temperatura de +20 ° C durante toda la vida útil (aproximadamente 50 años). La unidad de medida para PN es MPa.

Algunos fabricantes, como Hobas, indican características combinadas para dos parámetros (presión y rigidez) en una fracción. Las tuberías con una presión de trabajo de 0.4 MPa (clase PN - 4) con un grado de rigidez (SN) de 2500 Pa se marcarán - 4/2500.

Tipo de carpeta

Las propiedades operativas de la tubería dependen en gran medida del tipo de aglutinante. En la mayoría de los casos, se utilizan aditivos de poliéster o epoxi.

Características de las carpetas de PEF

Las paredes están formadas por resinas de poliéster termoendurecibles reforzadas con fibra de vidrio y aditivos de arena.

Los polímeros utilizados tienen cualidades importantes:

• baja toxicidad;
• curado en condiciones de temperatura ambiente;
• acoplamiento confiable con fibras de vidrio;
• inercia química

Las tuberías compuestas con polímeros PEF no están sujetas a corrosión y medios agresivos.

Alcance: vivienda y servicios comunales, toma de agua, tubería de plantas de tratamiento de aguas residuales, alcantarillado industrial y doméstico. Restricciones operativas: temperatura superior a +90 ° С, presión superior a 32 atmósferas

Características del epóxido

Un aglutinante le da al material mayor resistencia. El límite de temperatura de los compuestos con epóxidos es de hasta +130 ° С, y la presión máxima es de 240 atmósferas.

Una ventaja adicional es la conductividad térmica casi nula, por lo que el tronco ensamblado no requiere aislamiento térmico adicional.

Las tuberías de esta clase costarán más que los productos PEF. Como norma, las tuberías de fibra de vidrio con aglutinante epoxi se utilizan en la industria petroquímica y del petróleo y el gas y en la organización de la infraestructura de los puertos marítimos.

Diseño de paredes de tuberías compuestas

Según el diseño, distinguen: tubos de fibra de vidrio de una, dos y tres capas.

Características de los productos monocapa.

Las tuberías no tienen un revestimiento protector, por lo que son de bajo costo. Características de los accesorios de tubería: incapacidad de uso en regiones con terreno difícil y clima duro.

Además, estos productos requieren una instalación cuidadosa: cavando un gran volumen de zanjas, colocando una "almohada" arenosa. Pero la estimación del trabajo de instalación está aumentando debido a esto.

Características de las tuberías de doble capa.

Los productos en el interior están revestidos con un recubrimiento de película: polietileno de alta presión. La protección aumenta la resistencia química y mejora la estanqueidad de la línea bajo cargas externas.

Sin embargo, la operación de accesorios en oleoductos reveló las debilidades de las modificaciones de dos capas:

• falta de adhesión entre la capa estructural y el revestimiento: violación de la solidez de las paredes;
• deterioro de la elasticidad de la película protectora a temperaturas bajo cero.

Cuando se transporta un medio que contiene gas, el revestimiento puede deslaminarse.

El propósito de la tubería de dos capas es el transporte de masas de gas. Las tuberías compuestas son adecuadas para bombear aguas residuales, alcantarillado y tuberías de agua.

Parámetros de tubería de tres capas

Estructura de tubería de fibra de vidrio:

1. Capa externa de polímero (1-3 mm de espesor) - Aumento de la resistencia mecánica y química.
2. Capa estructural - capa estructural responsable de la resistencia del producto.
3. Revestimiento (espesor 3-6 mm) - carcasa interna de fibra de vidrio.

La capa interna proporciona suavidad, estanqueidad y suaviza las fluctuaciones cíclicas de la presión interna.

Las características fisico-mecánicas de las tuberías de fibra de vidrio de tres capas permiten su uso en diversas industrias para el transporte de medios líquidos y que contienen gas.

Método de acoplamiento de fibra de vidrio

Según el método de conexión, el surtido de accesorios de tubería de material compuesto se divide en 4 grupos.

Grupo No. 1 - acoplamiento con clavijas

Las juntas de goma elástica están montadas en ranuras de acoplamiento en las puntas del extremo del tubo. Los anillos de aterrizaje se forman en equipos con control electrónico, lo que garantiza la precisión de su ubicación y tamaño.

Dependiendo de la ubicación de la red de ingeniería y del tipo de medio de transporte, se selecciona el tipo de sellador de caucho. Los accesorios de tubería están equipados con los anillos necesarios.

Grupo No. 2 - espina de zócalo con sello y tapón

Al organizar una carretera terrestre, es necesario compensar el efecto de las fuerzas axiales en la tubería. Para este propósito, además del sello, se coloca un tope. El elemento está hecho de un cable de metal, cloruro de polivinilo o poliamida.

El tope se instala en las ranuras anulares a través del orificio del zócalo en el extremo del perno. El limitador no permite el movimiento axial de los elementos del tronco.

Grupo No. 3 - conexión de brida

Acoplamiento de una tubería compuesta con accesorios o tuberías metálicas. Las dimensiones de conexión de las bridas de fibra de vidrio están reguladas. GOST 12815-80.

Para la fijación de la brida en la base de la tubería, se proporciona un "pie" especial con agujeros para los sujetadores. El ancho de las bridas de conexión depende de los parámetros de la tubería.

Grupo No. 4 - fijación adhesiva

Método de conexión inseparable: la composición de materiales de vidrio de refuerzo con la adición de un componente de poliéster de curado "en frío" se aplica a las puntas. El método proporciona resistencia y estanqueidad de la línea.

Marcado de la capa interna protectora

La metodología para la producción de productos de tubería le permite producir productos con diferente composición de la capa interna, lo que determina la resistencia de la línea al medio transportado.

La variedad de productos se divide en 4 grupos. Las tuberías de fibra de vidrio HP soportan con calma el bombeo regular de líquidos hasta +90 ° C, mientras que el pH final no debe exceder los 14

Los fabricantes nacionales aplican la siguiente marca de recubrimientos protectores.

La carta indica el uso aceptable:

• Un - transporte de líquidos con abrasivos;
• P - suministro y descarga de agua fría, incluida la bebida;
• X - uso permisible en ambientes de gases y líquidos químicamente agresivos;
• G - sistemas de suministro de agua caliente (límite de 75 ° C);
• Con - otros líquidos, incluidos aquellos con alta acidez.

El revestimiento protector se aplica con una capa de hasta 3 mm.

Resumen de productos de los principales fabricantes

Entre la variedad de productos presentados hay marcas acreditadas con muchos años de reputación positiva. Estos incluyen productos de empresas: Hobas (Suiza), Steklokompozit (Rusia), Amiantit (una preocupación de Arabia Saudita con instalaciones de producción en Alemania, España, Polonia), Ameron International (EE. UU.).

Jóvenes y prometedores fabricantes de tubos compuestos de fibra de vidrio: Polyek (Rusia), Arpipe (Rusia) y planta de fibra de vidrio (Rusia).

Fabricante # 1 - Marca HOBAS

Las fábricas de marcas están ubicadas en los EE. UU. Y en muchos países europeos. Los productos Hobas han ganado reconocimiento mundial por su excelente calidad. Las tuberías GRT con un aglutinante de poliéster se fabrican utilizando la técnica de fundición centrífuga de fibra de vidrio y resinas de poliéster insaturado.

Los sistemas de tuberías Hobas son ampliamente utilizados en alcantarillas, complejos de drenaje y plomería, tuberías industriales y centrales hidroeléctricas. Colocación en el suelo permitida, colocación por microtúnel y método de tracción

Características de las tuberías compuestas Hobas:

• diámetro - 150-2900 mm;
• Clase de rigidez SN: 630-10 000;
• Nivel de presión PN - 1-25 (PN1 - tubería sin presión);
• la presencia de un revestimiento interno anticorrosivo;
• resistencia al ácido en un amplio rango de pH.

Se ha establecido la producción de piezas conformadas: codos, adaptadores, tuberías con bridas y tes.

Fabricante # 2 - empresa Steklokompozit

La empresa "Steklokompozit" estableció una línea para la producción de tubos de fibra de vidrio Flowtech, tecnología de producción - bobinado continuo.

Equipos involucrados con un doble suministro de sustancias resinosas. Las resinas de alta tecnología se utilizan para colocar la capa interna, y se aplica una composición más barata a la capa estructural. La técnica permite racionalizar el consumo de material y reducir el costo de producción.

El rango de tuberías Flowtech es 300-3000 mm, la clase PN es 1-32. Material de archivo estándar: 6, 12 m. Bajo pedido es posible la producción dentro de 0.3-21 m

Fabricante # 3 - Marca Amiantit

Los componentes principales de las tuberías Flowtite de Amiantit son fibra de vidrio, resina de poliéster, arena. La técnica utilizada es el bobinado continuo, que proporciona la creación de una tubería de múltiples capas.

La estructura de fibra de vidrio incluye seis capas:

• bobinado exterior de cinta no tejida;
• capa de energía - fibra de vidrio picada + resina;
• capa intermedia - fibra de vidrio + arena + resina de poliéster;
• capa de potencia repetida;
• revestimiento de hilos de vidrio y resina;
• revestimiento protector de fibra de vidrio no tejido.

Los estudios mostraron una alta resistencia a la abrasión: durante 100 mil ciclos de grava, la pérdida de recubrimiento protector fue de 0,34 mm.

La clase de resistencia de los productos Flowtite es de 2500 a 10000, es posible fabricar tubos SN-30000 bajo pedido. Presión de funcionamiento: 1-32 atmósferas, velocidad máxima de flujo: 3 m / s (para agua limpia: 4 m / s)

Fabricante # 4 - Polyec

Polyek LLC realiza varias modificaciones de los productos de tubería de fibra de vidrio Fpipes. La técnica de fabricación (bobinado continuo oblicuo longitudinal-transversal) le permite crear tubos de tres capas de hasta 130 cm de diámetro.

Los materiales compuestos poliméricos están involucrados en la creación de tuberías de revestimiento, enlaces de columnas de elevación de agua, tuberías de suministro de agua y sistemas de calefacción.

El rango de nomenclatura de las tuberías de alcantarillado de fibra de vidrio es de 62.5-300 mm, productos de alta presión - 62.5-200 mm, conductos de ventilación - 200-300 mm, revestimiento del pozo - 70-200 mm

Además de las tuberías de fibra de vidrio, el mercado ofrece muchos productos de otros materiales: acero, cobre, polipropileno, plástico, polietileno, etc. Que, debido a su precio más asequible, se utilizan activamente en diversas áreas de uso diario: instalación de calefacción, suministro de agua, alcantarillado, ventilación y más.

Puede familiarizarse con las características de las tuberías de diversos materiales en nuestros siguientes artículos:

• Tubos de plástico: tipos, especificaciones, características de instalación.
• Tubos y accesorios de polipropileno: tipos de productos de PP para el montaje de tuberías y métodos de conexión.
• Tubos de ventilación de plástico para campanas: tipos, sus características, aplicación
• Tuberías y accesorios de cobre: ​​tipos, marcas, características de la disposición de una tubería de cobre.
• Tubos de acero: tipos, surtido, resumen de características técnicas y matices de montaje

Conclusiones y video útil sobre el tema.

Tecnología de fabricación y la viabilidad de utilizar tuberías de fibra de vidrio:

Comparación de técnicas de bobinado continuo y discontinuo:

En viviendas privadas, las tuberías de fibra de vidrio se usan muy raramente. La razón principal es el alto costo en comparación con sus contrapartes de plástico. Sin embargo, en la esfera industrial, se apreció la calidad del material compuesto, y las líneas de metal desgastadas de fibra de vidrio se reemplazaron masivamente..

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