Az üvegszálas csövek üvegszálból készült csövek . Mind különféle közegek szállítására, mind szerkezeti elemként (tartók, oszlopok, keresztgerendák, héjak) használják.
Az üvegszálas csövek megjelenése és gyártása az 1950-es évek közepén vált lehetővé, amikor elsajátították a hőre lágyuló kötőanyagok (elsősorban az epoxigyanták) és az üvegszálak ipari gyártását. Már ekkor nyilvánvalóvá váltak ezeknek a csöveknek az előnyei: kis súly és nagy korrózióállóság. Ebben az időszakban azonban még nem tudtak piaci részesedést szerezni a csőtermékekből a "hagyományos" csőanyagok: acél (beleértve a rozsdamentes acélt is), réz és alumínium alacsony ára miatt. Az 1960-as évek közepén a helyzet kezdett megváltozni. Először is, az ötvözött acél és az alumínium ára meredeken emelkedett. Másodszor, az olajtermelés kezdete a tengeri polcokon és a nehezen elérhető szárazföldi területeken könnyű és korrózióálló csövek alkalmazását tette szükségessé. Harmadszor, az üvegszálas csövek gyártási technológiája javult, és javult a termék teljesítménye. Ezekben az években az Ameron (USA) elsajátította a nagynyomású (30 MPa-ig) üvegszálas csövek nagyüzemi gyártását olajmezők számára. A csövek kereskedelmi sikert arattak, és sok üvegszálas termékek gyártója jelent meg az Egyesült Államokban. Az 1970-es években az Egyesült Államokban gyártott üvegszálas csövek széles körben elterjedtek Észak-Amerika és a Közel-Kelet olajmezőin.
Az 1980-as években minden ipari országban megjelent az érdeklődés az üvegszálas csövek iránt. Gyártásukat és alkalmazásukat Európában, Japánban, Tajvanon sajátították el. Megkezdődtek a kísérletek az üvegszálas csövek használatával kapcsolatban a Szovjetunióban.
2020-tól öt alapvetően eltérő technológia ismert az üvegszálas csövek gyártására:
A tekercselési (tekercselési) technológia a legegyszerűbben megvalósítható és nagy teljesítményt biztosít. A tekercselés lehet időszakos és folyamatos is. A tekercselési technológia biztosítja a cső belső felületének jó minőségét a tüske külső felületén való öntése miatt, de a külső felület minősége alacsony a külső formázóelemek hiánya miatt. A folyadékok és gázok szállítására használt csövek esetében ez utóbbi körülmény nem lényeges.
Ismert tekercselés hőre keményedő (poliészter, epoxi, fenol-formaldehid és egyéb gyanták) és hőre lágyuló (polipropilén, polietilén, poliamid, polietilén-tereftalát stb.) polimer kötőanyagokkal. Hőre lágyuló kötőanyagok alkalmazása esetén egy- és kétlépcsős tekercselési technológiák lehetségesek. Egylépcsős technológia alkalmazásakor a szálas töltőanyag hőre lágyuló kötőanyaggal való kombinálása (impregnálása) és a tüskére tekercselése egymás után ugyanazon a technológiai berendezésen megy végbe [1] . Kétlépcsős technológia alkalmazásakor először a kombinációs művelet eredményeként egy előimpregnált anyagot (prepreg) kapunk cérna, szalag, szál formájában. A kapott prepreget ezután újra felmelegítjük, és felvisszük a tüskére.
Az erősítő üvegszálak lefektetésének számos módja létezik, de ipari alkalmazásra találtak a spirális-gyűrűs, spirálszalagos, hosszanti-keresztirányú és ferde hosszanti-keresztirányú módszerek.
Spirálgyűrűs tekercselésA módszert először az Ameron (USA) javasolta és alkalmazta az 1960-as években üvegszálas csövek gyártására. A spirálgyűrűs tekercselésnél (SKN) a targonca, amely a kerület mentén egyenletesen elhelyezett matricákkal ellátott gyűrű, előre-hátra mozog a forgó tüske tengelye mentén. Ez a mozgás biztosítja, hogy a szálak a teljes hosszon folytonosak legyenek, a spirális vonalak mentén egyenlő osztásközzel. A tüske forgási sebességének és a rakodógép transzlációs mozgásának arányának változtatásával lehetőség van a szálak egymásra rakásának szögének megváltoztatására. A cső végszakaszainál a felrakó megfordítási zónájában a szálak fektetési szöge lecsökken, így azokat a súrlódási erők a tüske felületén tartják. Ennek köszönhetően a szálak megtartják a felrakó által rájuk adott feszültséget, a kötőanyag kikeményedése után pedig a csőerősítés megfeszül, ami javítja a termék fizikai és mechanikai tulajdonságait.
A spirálgyűrűs tekercselés előnyei a következők:
Ezen előnyök miatt a spirálgyűrűs tekercselés széles körben elterjedt a nagynyomású csövek (különösen a csövek), a szerkezeti csövek, az erőátviteli vezetékek kompozit tartóinak és a szilárd hajtóanyagú rakétahajtóművek házainak gyártásában.
Ennek a technológiának azonban megvannak a maga hátrányai:
Ezen hátrányok miatt a spirálgyűrűs tekercselést ritkán használják nagy átmérőjű csövek gyártásához.
Spirálszalag tekercselésAz elv szerint a spirálszalagos tekercselés (SLN) nem különbözik a spirálgyűrűs tekercseléstől, azonban a felrakó csak egy keskeny, több tíz szálból álló szalagot alkot. A megerősítés folytonosságát a targonca többszöri áthaladása biztosítja. Ez a technológia egyszerűbb, mint a spirál-gyűrű alakú, és lehetővé teszi nagy átmérőjű csövek kialakítását, de számos hátránya van:
A spirális szalagtekercselést azonban széles körben használják kis és közepes nyomású általános célú csövek gyártásában.
Hosszanti-keresztirányú tekercselésHosszanti-keresztirányú tekercseléssel (PPN) a csövet hossz- és keresztirányban megerősítő szálak egymástól függetlenül kerülnek lefektetésre. Ebben az esetben nincs szükség a felrakó hátrafelé mozgatására, és ez a módszer alkalmas folyamatos tekercselésre. A PNP előnyei a következők:
A PPN hátrányai:
A hosszirányú keresztirányú tekercselés széles körben alkalmazható kis átmérőjű (75 mm-ig) üvegszálas csövek soros gyártásában.
Ferde hosszanti-keresztirányú tekercselésA technológiát a Szovjetunióban a Harkovi Repülési Intézetben fejlesztették ki rakéták üvegszálas héjainak tömeggyártására. Oroszországon és Ukrajnán kívül kevéssé ismert. Ezzel szemben Oroszországban a 2000-es évek közepéig elterjedt volt. Ferde hosszanti-keresztirányú tekercselés (CCW) esetén a rakodó egy kötőanyaggal impregnált párhuzamos szálkötegből álló pszeudoszalagot képez, amely enyhe szögben a tüske felületére van feltekerve (gyűrű alakú megerősítést képezve), amelyet előzetesen impregnálatlan szálakkal burkolnak be, amelyek a fektetés után axiális megerősítést képeznek. A pszeudo-dolent az előző tekercs átfedésével a tüskére kerül. A tüskére fektetés után az álszalagos rétegeket hengerek hengerelik, amelyek külső felületén csavarvonalak vannak. A görgős hengerlés tömöríti az erősítőréteget, eltávolítva a felesleges kötőanyagot. Ennek eredményeként a szálak egymásra rakása nagyon sűrű, és a közöttük lévő kötőanyagréteg minimális vastagságú, ami pozitív hatással van az üvegszál szilárdságára és csökkenti annak éghetőségét. A hengerlésnek köszönhetően a kikeményedett üvegszálban 75-85 tömeg%-os üvegtartalom érhető el – ez más módszerekkel elérhetetlen eredmény (az SKN 65-70%-os üvegtartalmat ad, az SLN és PPN pedig 45-60%). Az átfedés változtatásával lehetőség van egy menetben lefektetett csőfal vastagságának változtatására. Ez a módszer lehetővé teszi a folyamatos tekercselést, valamint a nagy átmérőjű csövek tekercselését kis számú, egyidejűleg lefektetett szálval.
A CPP előnyei a következők:
A CPP hátrányai a következők:
Az üvegszövettel történő tekercselést viszonylag ritkán használják, mivel az üvegszövet költsége magasabb a nem szőtt szálakhoz képest. A technológiai tulajdonságokat tekintve az üvegszálas tekercselés közel áll a CPV-hez, és néha nagy méretű csövek kisüzemi gyártására használják.
1957-ben a svájci Bázel városában megszületett az ötlet, hogy centrifugálisan öntött üvegszál-erősítésű műanyag csöveket (CC-GRP - Centrifugally Cast Glassfiber Reinforced Plastic) alkalmazzanak. Ezt a technológiát először a HOBAS fejlesztette ki, alkalmazta és szabadalmaztatta
Ennél a módszernél a csőfalat alkotó anyagokat egy digitális vezérlővel vezérelt adagoló táplálja egy gyorsan forgó acélforma belsejébe.
Az anyagok összetétele poliészter gyanta, aprított üvegszálas előfonat, kvarchomok és márványliszt.
A forgó forma belső átmérője a kész üvegszálas cső külső átmérője. Ez lehetővé teszi egy 0,1 mm-es külső átmérő pontosságú cső előállítását.
Ez a módszer lehetővé teszi a csőfal homogénebbé és monolitabbá tételét is, elkerülve a gáznemű zárványokat és delaminációkat.
Mivel a csőfal szinte bármilyen vastagságban önthető, így főként megnövelt gyűrűmerevségű (több mint SN 12 000 n/m²) kompozit termékeket és nagy axiális terhelésnek ellenálló mikroalagút csöveket állítanak elő.
A pultrúzió egy nagy teljesítményű eljárás üvegszálas csövek gyártásához, és biztosítja a külső és belső felület kiváló minőségét. Ugyanakkor a pultrúziónak számos korlátja van:
A pultrúziót kis átmérőjű, alacsony üzemi nyomású üvegszálas csövek tömeggyártására használják víz- és fűtési célokra, valamint üvegszálas rudak gyártására.
Az extrudált üvegszálas csövek nem rendelkeznek szilárd, szabályos merevítő kerettel. A kötőanyagot véletlenszerűen orientált aprított üvegszál tölti meg. Ez a technológia egyszerű és rendkívül termelékeny, de a szilárd megerősítés hiánya jelentősen rontja a csövek fizikai és mechanikai jellemzőit. A hőre lágyuló műanyagokat (polietilén, polipropilén) elsősorban extrudált üvegszálas csövek polimer mátrixaként használják.
Az üvegszálas csövek használatának relevanciáját és gazdasági megvalósíthatóságát számos működési jellemzőjük határozza meg, összehasonlítva más típusú csövekkel.
Ezen jellemzők alapján az üvegszálas csövek számos alkalmazási területét alakították ki:
Az olajiparban az üvegszálas csöveket az agresszív környezetben (képződő vizek, kőolaj, fúrási és technológiai folyadékok) szembeni magas korrózióállóságuk miatt használják az acélhoz képest, valamint a hőre lágyuló polimerekhez képest nagy fajszilárdságuk miatt [2] .
Az üvegszálat legfeljebb 130 mm átmérőjű csövek és vezetékcsövek (RPD rendszerek) gyártására használják 30 MPa üzemi nyomásig, olajgyűjtő csővezetékek csövek 300 mm átmérőig 5 mm üzemi nyomásig. MPa, 1200 mm átmérőjű főcsövek 2 ,5 MPa üzemi nyomásig.
A széniparban korlátozások vonatkoznak a zárt bányákban használt anyagokra. Tehát a szénbányák biztonsági szabályai előírják, hogy a zárt bányaüzemben elhelyezett, nem fémes anyagokból készült termékeknek legalább 28%-os oxigénindexűnek kell lenniük, lassan égőnek, nehezen gyulladónak (a GOST 12.1.044 szerint) , és égéstermékeik nem lehetnek erősen mérgezőek. Ezen okok miatt a szénbányákban polietilén és polipropilén csövek használata lehetetlen. Ugyanakkor az üvegszálas csövek megfelelnek ezeknek a követelményeknek. Az üvegszálas csövek használata a bányákban több okból is tanácsos:
Az üvegszálas csövek lakás- és kommunális szolgáltatásokban találtak alkalmazást, elsősorban csatornacsövekként. Ez annak köszönhető, hogy a csatornacsövek átmérője 600-2500 mm nagyságrendű, belső nyomás nélkül működnek a talaj és a talajvíz nyomásának külső terhelése alatt. Az üvegszál nagy gyűrűmerevsége lehetővé teszi csövek létrehozását ezekhez a feltételekhez.
Az üvegszálas csövek másik alkalmazása a lakás- és kommunális szolgáltatásokban a szemétcsatornák. Az elmúlt 10-15 évben az üvegszálas csöveket gázkazánokban és hőerőművekben füstcsőként is használták.