Какие ключевые сырьевые материалы используются для производства стеклопластика?

Стекловолокно: основной армирующий материал в FRP

Стекловолокно служит основным армирующим компонентом в FRP и напрямую влияет на качество изделий из FRP. Среди множества его преимуществ — выдающееся соотношение прочности к весу: оно намного легче таких материалов, как сталь, и при этом обеспечивает сопоставимую структурную прочность. Помимо высокой прочности и небольшого веса, стекловолокно обладает значительной устойчивостью к коррозии.

Стекловолокно используется по-разному при производстве FRP. Для формирования крупных слоев FRP, применяемых в сооружениях, таких как резервуары для воды или элементы мостов, используются тканые ровинги, поскольку они толстые и прочные. Для сложных форм, например, изделий для спорта и отдыха или строительных материалов, удобнее использовать рубленый жгут и рубленое матовое полотно, так как их легко формовать. Молотое стекловолокно имеет мелкие частицы и добавляется в смолы для улучшения внешних поверхностей FRP.

Полимеры: связующее вещество в FRP

Благодаря полимерам-связующим смолы в стеклопластике придают форму и обеспечивают структурную целостность. Даже «лучшее стекловолокно» становится бесполезным, если при производстве изделия из стеклопластика используются «смолы низкого качества». Каждая нить окружается, интегрируется и тщательно отверждается, сцепляясь с каждой нитью, после чего происходит отверждение.

Различные типы полимерных смол выбираются в зависимости от конкретного применения изделия из стеклопластика. Для высоконагруженных применений, таких как детали аэрокосмической промышленности или высокоточные электротехнические компоненты, наилучшим выбором являются эпоксидные смолы благодаря их высокой адгезии и большой механической прочности. Для строительных материалов, деталей транспортных средств, а также товаров для спорта и отдыха достаточно менее дорогих и более простых в обработке полиэфирных смол. В химической промышленности, где оборудование должно выдерживать жесткие условия эксплуатации, наиболее подходящими являются винилэфирные смолы, обладающие отличной коррозионной стойкостью и высокой механической прочностью. Они также представляют собой комбинацию эпоксидных и полиэфирных смол.

Долговечность FRP также зависит от качества смолы. Изделия из FRP, используемые на открытом воздухе, например компоненты инфраструктуры или внешние элементы зданий, подвергаются воздействию окружающей среды и требуют применения устойчивых к атмосферным воздействиям смол, чтобы солнце, дождь и перепады температур не вызывали деградации материала. Детали из FRP, применяемые в условиях высоких температур, например в некоторых энергосберегающих устройствах, должны содержать термостойкие смолы.

Добавки являются важными, но зачастую упускаемыми из виду сырьевыми материалами при производстве FRP. Они улучшают эксплуатационные характеристики FRP, позволяя соответствовать требованиям конкретного применения. Без них изделия из FRP были бы функционально жесткими и неспособными адаптироваться к изменяющимся экологическим и эксплуатационным условиям.

Отвердители — одни из наиболее распространенных добавок, используемых при производстве композитов. Тщательно подобранный отвердитель контролирует процесс затвердевания смол с нужной скоростью и при требуемой температуре для достижения желаемого качества поверхности композита. Правильно подобранный отвердитель также обеспечивает оптимальное время изготовления изделий из армированных пластиков, предотвращая чрезмерно длительное или слишком короткое отверждение, которое может привести к перекрестному отверждению или образованию трещин из-за неравномерного отверждения. УФ-стабилизаторы также являются важными добавками. Они предотвращают выцветание изделий из армированных пластиков, их охрупчивание и потерю структурной целостности со временем под воздействием ультрафиолетовых лучей. Это свойство особенно полезно для изделий из армированных пластиков, предназначенных для использования на открытом воздухе, например, деталей транспортных средств и строительных материалов.

Изделия из стеклопластика, используемые в общественных зданиях, а также изделия, предназначенные для применения в электротехнике, содержат антипирены. Эти добавки уменьшают воспламеняемость стеклопластика, обеспечивая определённую безопасность в случае пожара. Для стеклопластика, применяемого в химической промышленности, добавляются ингибиторы коррозии, чтобы повысить устойчивость материала к химическим веществам и продлить срок службы изделия в агрессивных химических средах. Снижение стоимости достигается за счёт использования наполнителей, которые также являются добавками. Например, жёсткость композита может быть повышена за счёт наполнителей, таких как карбонат кальция или тальк, которые лишь незначительно снижают прочность композита, что в некоторых случаях может быть желательно.