Фибростъкло (стъклоармирана пластмаса, GRP) — свойства и приложения

Фибростъкло (стъклоармирана пластмаса, GRP) е широкоспектърен композитен материал, който съчетава полимерна матрица с армировка от стъклени влакна. На английски най-често се употребява терминът "fiberglass" или "glass‑reinforced plastic (GRP)". Основната идея е да се използва якостта и устойчивостта на фини стъклени влакна, разпределени в пластмасова матрица, за да се получи материал с по-добри механични и експлоатационни характеристики от чистата смола или от обикновено стъкло.

Фибростъклото е един от най-разпространените видове композитен материал. То представлява полимер, подсилен с влакна, изработен от пластмаса, подсилена с фини влакна от стъкло. В зависимост от изискванията на приложението, матрицата обикновено е термореактивен полимер — например епоксидна или полиестерна смола — но може да се използва и термопластична матрица.

Основни предимства

Предимствата на фибростъклото включват:

• Високо отношение на якост към тегло — по-здраво от много метали при равни теглови показатели.
• Ниска корозионна чувствителност — устойчивост на влага, химични въздействия и атмосферни влияния.
• Гъвкавост при формоване — позволява моделиране в сложни и аеродинамични форми.
• Добри изолиращи свойства — електрическа и топлинна изолация в зависимост от състава.
• Относително ниска цена — в сравнение с други композити като въглеродни влакна.
• Възможност за локални ремонти — лесна поправка с допълнително наслагване на слоеве и смола.

Физични и механични свойства

Свойствата на фибростъклото зависят силно от типа стъклени влакна (E‑стъкло, S‑стъкло и др.), вида на смолата, ориентацията и плътността на влакната. Някои типични характеристики:

• Модул на еластичност и якост на опън, които се повишават при по-висок дял на влакната и насочено подреждане.
• Ударна устойчивост — добра при правилна конструкция, но по-ниска от тази на някои метали при локални удари.
• Термична устойчивост — ограничена от топлинната стабилност на използваната смола.
• Химическа устойчивост — отлична спрямо много киселини, основи и морска вода; някои разтворители и концентрирани химикали могат да атакуват матрицата.

Методи на производство

Често използвани технологии за производство на изделия от фибростъкло:

• Hand lay-up (ръчно натрупване) — слоеве от тъкани или матове се наслагват в калъп и се импрегнират със смола; подходящо за ниски серии и големи форми.
• Spray-up (пръскане) — смолата и нарязани стъклени влакна се пръскат директно в калъпа; бърз метод за сложни или големи части.
• Filament winding (навиване на нишки) — влакната, напоени със смола, се навиват около формообразуващ вътрешен детайл; използва се за тръби, резервоари и балони.
• Pultrusion (пултрудиране) — непрекъснат процес за производство на профили с постоянен напречен сечение (летви, тръби).
• Resin transfer molding (RTM) и compression molding — подходящи за сериен производство с по-добра повърхностна издръжливост и точност на размерите.

Приложения

Фибростъклото намира широко приложение в много индустрии, поради добрия баланс между цена, тегло и механични свойства:

• Морска индустрия: корпуси на лодки и яхти, палубни елементи, резервоари — заради устойчивостта на корозия и водонепропускливостта.
• Автомобилна и транспортна техника: каросерии, панели, декоративни детайли и части за ремарке.
• Ветрогенератори: лопатки за турбини — комбинацията от висока якост и ниско тегло е критична.
• Строителство: фасадни панели, окачени конструкции, санитарни изделия, тръби и резервоари.
• Индустриални продукти: цистерни, химически резервоари, канализационни елементи и корпуси на оборудване.
• Спорт и свободно време: ски, лодки, спортни съоръжения, каски и защитна екипировка.
• Електро- и електроника: изолиращи обвивки, корпуси за трансформатори и електрически компоненти.

Ограничения и недостатъци

• По-ниска устойчивост при високи температури (зависи от вида на смолата).
• Умора и деламинация при продължителни циклични натоварвания при неправилна конструкция.
• Сравнително трудно рециклиране — термореактивните смоли не се разтопяват и изискват специални процеси за оползотворяване.
• В някои случаи отделяне на прах от фини влакна при рязане/шлифоване — изисква предпазни средства и контрол на емисиите.

Поддръжка, безопасност и устойчивост

Експлоатацията на изделия от фибростъкло обикновено е лесна: почистване с меки препарати, избягване на силни разтворители и своевременни ремонти на повредени участъци чрез наслагване на нови слоеве и смола. При обработка (рязане, шлайфане) е важно да се използват респиратор, защитни очила и дрехи, тъй като стъклените влакна могат да раздразнят кожа и дихателни пътища.

Относно рециклирането: напредват технологии за механично раздробяване, плазмено третиране и химично рециклиране на някои видове композити, но масовото рециклиране на термореактивни GRP все още е предизвикателство. В проекти със срок на живот се планира повторно използване, ремонт и енергийно оползотворяване при край на експлоатацията.

Стандарти и избор

При проектиране и избор на фибростъкло за конкретно приложение е важно да се отчита:

• типът стъкло (E, S и др.) и неговата якост;
• съотношението смола/фибри (fiber volume fraction);
• насочването на влакната според очакваните натоварвания;
• съвместимост с използваните смоли и добавки (катализатори, пълнители, UV стабилизатори).

Фибростъклото остава предпочитан материал в множество отрасли заради универсалността, доброто съотношение цена/производителност и възможността за лесно формоване и ремонт. Правилно подбраният състав и технология на производство осигуряват дълготрайни и надеждни изделия за разнообразни условия на експлоатация.

Въпроси и отговори

Въпрос: Какво представлява фибростъклото?

В: Как е известно също така стъкленото влакно в САЩ?

В: Как се нарича композитният материал, когато е направен от пластмаса, подсилена със стъкло?

В: Как се сравнява стъкленото влакно с въглеродните влакна по отношение на цената и гъвкавостта?

В: Как се сравнява стъкленото влакно с металите по отношение на здравината?

В: Може ли стъклените влакна да се формоват в сложни форми?

В: Какви са някои от предимствата на използването на стъклопласт?

Търсене по буква