Стеклопластик – «легкий металл»

Что такое стеклопластик?

Стеклопластик — композитный материал, состоящий из стекловолокна и полимерного связующего. Он обладает высокой прочностью, устойчивостью к коррозии и химическим воздействиям, а также лёгкостью по сравнению с металлами. Благодаря этим свойствам стеклопластик широко используется в различных отраслях. Материал также отличается хорошей электроизоляцией и долговечностью, что делает его востребованным в самых разных сферах.

История и развитие

Как конструкционный материал стеклопластик появился около 80 лет назад. Первоначально производство изделий из него существовало преимущественно в оборонной и аэрокосмической отраслях. Такое узкое применение приводило к высокой стоимости материалов и препятствовало распространению в массовом производстве.

В настоящее время, благодаря появлению на рынке производителей и поставщиков с широким и доступным ассортиментом качественного сырья, производство стеклопластиковых изделий активно развивается. Области применения стеклопластика непрерывно расширяются, особенно в химической и смежных отраслях.

В области очистки промышленных, хозяйственно-бытовых и ливневых стоков, в которой специализируется наша компания, стеклопластику также всё больше отдаётся предпочтение перед металлом. Резервуары и аппараты из стеклопластика по многим параметрам не уступают стальным, а по некоторым и превосходят их.

Технология производства

При производстве оборудования и сооружений для очистки хозяйственно-бытовых стоков и канализации в основном используется полиэфирный стеклопластик — материал, получаемый путём пропитки стеклянного волокна (ткани, маты, нити) термореактивными полиэфирными смолами с последующим отверждением. Эта технология позволяет получать изделия самых различных форм и размеров, сложной конфигурации, не требуя сварочного, прессового и листогибочного оборудования. В качестве материалов для матриц используются древесные и древесно-стружечные материалы.

Стеклопластик относится к группе слоисто-волокнистых композитных материалов. Тонкие высокопрочные стеклянные волокна обеспечивают прочность и жёсткость стеклопластика. Связующее придаёт материалу монолитность, способствует эффективному использованию механических свойств стеклянного волокна и равномерному распределению усилий между волокнами, защищает волокно от химических, атмосферных и других внешних воздействий, а также само воспринимает часть усилий, развивающихся в материале при работе под нагрузкой.

Благодаря армированию полимерной матрицы стекловолокном, стеклопластик приобретает свойства, недоступные обычным пластмассам: он на порядок лучше по прочности, абразивному износу, линейному расширению, ударным и вибрационным нагрузкам.

Применение стеклопластика

Стеклопластик успешно сочетает в себе необходимые строительному материалу свойства и доступную цену. Этот материал легко окрасить, нанести различные покрытия, и он хорошо подвержен механической обработке. Поэтому стеклопластик так востребован в разных отраслях производства.

Одной из первых отраслей, давших старт масштабному производству изделий из стеклопластика, стало судостроение. Практически все корпуса малотоннажного флота в мире изготовлены из этого материала: весельные и моторные лодки, спасательные шлюпки, гоночные и крейсерные яхты, рыболовецкие суда, катера, скутеры, катамараны. Также элементы палуб и кабин, ходовые мосты, крышки люков изготавливаются из этого материала.

Недавно, аналогично корпусам лодок, из стеклопластика начали производить ёмкости разного вида и размера, такие как ванны, искусственные пруды и бассейны.

В автомобилестроении из стеклопластика изготавливают детали кузова, бамперы, кабины и кузовной обвес, конструкции крепления багажа на крыше и детали интерьера салона. У гоночных автомобилей из стеклопластика изготавливают корпуса, крыши, двери, капоты и крышки багажников. Чем обусловлено такое широкое распространение? Тем, что стеклопластик не ржавеет при повреждении и в случае деформации при ударе легок в восстановлении. Кроме того, поверхность отлично подходит под покраску и требуется меньшее количество слоёв для получения нужного цвета. Благодаря этому значительно снижается стоимость производства и ремонта автомобилей.

Популярность стеклопластик получил в производстве трубопроводов высокого давления и ливневых коллекторов. Трубы из стеклопластика из-за лёгкого веса просты в монтаже, их можно проложить под автомобильными проездами без дополнительных защитных гильз, они не поддаются ржавчине, и для них не нужна установка станции катодной защиты. Резервуары локальных очистных сооружений канализации (септики, аэротенки, отстойники и фильтры) также изготавливаются из стеклопластика. Прочностные характеристики материала дают возможность произвести сооружения большого объёма при относительно тонких стенках и низких затратах, во много раз меньших стоимости традиционного использования железобетона. Кроме того, плюсами стеклопластика являются долговечность, отсутствие особого ухода и ежегодного ремонта.

В строительстве широко применяют стеклопластик, например, в качестве замены некоторым металлическим и каменным конструкциям. Это стало возможным благодаря прочностным и декоративным свойствам, а также стоимостному показателю. Стеклопластиковую арматуру применяют при заливке фундаментов и бетонных стен в малоэтажном строительстве. Элементы фасадов и декоративной лепнины изготавливают в высотном строительстве. Замена традиционному ПВХ-профилю при изготовлении дверей и окон тоже принадлежит стеклопластику.

Арматуру из стеклопластика применяют при благоустройстве тротуаров и дорог. При соблюдении технологии строительства полотно с использованием элементов из стеклопластика не растрескивается, не прогибается и не съёживается.

Стеклопластик обладает прекрасными диэлектрическими свойствами вкупе с прочностью и долговечностью. Это нашло применение в электроэнергетической сфере: изоляторы, крышки корпусов электротехнического и коммутационного оборудования, элементы высоковольтных пускателей, детали щитов, ячеек и шкафов управления. Из конструкционного материала производят строительные конструкции электропомещений (настилы, ограждающие панели и короба, плиты фальшполов и другие).

С 1 января 2014 года в России действует ГОСТ Р 55068-2012, распространяющийся на трубы и детали трубопроводов из композитных материалов на основе эпоксидных связующих, армированных стекло- и базальтоволокнами, номинальным диаметром DN от 20 до 600. Стандарт охватывает применение в системах водоснабжения, водоотведения, теплоснабжения, транспортирования нефтепродуктов, морской воды, химически агрессивных и абразивосодержащих сред.

Также действует ГОСТ Р 55075-2012 на сегменты трубопроводов из композиционных материалов для открытой и закрытой прокладки, нового строительства и санации систем водоснабжения и водоотведения, диаметром DN до 4000 и номинальным давлением до PN 2,0.

На международном уровне действует ISO 23856:2021 — стандарт на системы трубопроводов из стеклопластика на основе ненасыщенных полиэфирных смол для напорных и безнапорных систем водоснабжения, водоотведения и канализации. Область применения включает охлаждающую воду, техническую и питьевую воду, морскую воду, напорные трубопроводы электростанций.

Лопасти для вентиляторов и ветроэнергетики. В 2024 году Композитный дивизион «Росатома» запустил в Ульяновске первый в России завод по производству композитных ветролопастей. Лопасти длиной 51 метр и весом 8,5 тонн изготавливаются с использованием 90% стеклокомпозитов и 10% углекомпозитов, срок эксплуатации составляет 25 лет. Это подтверждает, что стеклопластик остаётся основным конструкционным материалом для крупногабаритных лопастных систем, работающих под длительными знакопеременными нагрузками.

Для вентиляторных градирен, в которых рабочая среда часто содержит агрессивные примеси и повышенную влажность, применение стеклопластиковых лопастей и рабочих колёс остаётся оптимальным решением.

Сравнение характеристик стеклопластика и стали

Из-за высоких прочностных характеристик стеклопластик уже успели прозвать «лёгким металлом». Он уступает стали по абсолютным значениям предела прочности, но в 4 раза легче её и превосходит сталь по удельной прочности. При изготовлении равнопрочных конструкций из стали и стеклопластика стеклопластиковая конструкция будет в несколько раз легче. Это позволяет сократить металлоёмкость сооружения в целом (например, применение стеклопластиковых труб в системах водораспределения градирен), а также энергоёмкость — экономия в весе переходит в экономию энергии в случае наличия движущихся металлических элементов. Отсюда широкое применение стеклопластика в качестве материала для лопастей вентиляторов тех же градирен.

Стеклопластик имеет теплопроводность на два порядка ниже, чем у стали (примерно как у дерева). В связи с этим снижаются теплопотери в наружных установках канализации и водоочистки, что означает меньшие затраты на теплоизоляцию.

Высокая стойкость ко всем видам коррозии позволяет увеличить срок службы оборудования до 50 лет без мероприятий для защиты от коррозии (футеровки, окраски, катодной защиты и т. п.).

Подбирая марки и сочетание смол для разных составов агрессивных сред, можно получить композит гораздо более стойкий, чем специальные нержавеющие сплавы. При этом применение стеклопластиков ведёт к снижению затрат на изготовление коррозионностойкого оборудования на 20–80% по сравнению с затратами на изготовление этого оборудования из традиционных материалов.

Ниже приведена сравнительная таблица основных характеристик стеклопластика и стали

Продукция из стеклопластика в градирнях

Модульные градирни Вента СТП — современное решение для охлаждения небольшого объёма воды. Некоторые модели поставляются уже в собранном виде, а остальные необходимо монтировать по месту. Главная особенность градирни — каркас из панелей, изготавливаемых из армированного стекловолокном пластика. За счёт применения данного материала водоохлаждающие установки долгое время эксплуатируются в водооборотном цикле предприятий. Корпус и основные компоненты градирни устойчивы к любым видам коррозии, ультрафиолету и биообрастанию, что обеспечивает длительный срок службы оборудования.

Водораспределительная система (ВРС) из стеклопластика — надёжное конструктивное решение для градирен любых типов. ВРС представляет собой систему трубопроводов, предназначенную для транспортировки воды по всей площади градирни. Она оснащена форсунками для разбрызгивания воды. Согласно нормативной документации, водораспределительная система включает рабочие трубопроводы (коллектор и лучи), а также разбрызгивающие сопла. Применение стеклопластика в ВРС исключает коррозионное разрушение элементов и обеспечивает равномерное распределение охлаждаемой воды по поверхности оросителя.

Лопасти рабочих колёс производят с применением стеклопластика методом инфузии. Лопасти изготавливаются на специальных формах-матрицах и имеют оптимальную форму для обеспечения воздушного потока в градирне. Метод инфузии исключает образование внутренних напряжений в материале, что повышает устойчивость изделий к внешним локальным нагрузкам.

Продукция направления «Очистные сооружения»

Все ёмкости, производимые нашей компанией, выполнены из стеклопластика. Сюда относятся канализационные насосные станции (КНС), блоки биологической очистки (ББО), блоки илоуплотнителя и нефтеуловители.

Канализационная насосная станция — это набор гидротехнического оборудования, предназначенного для перекачки сточных вод ливневого, промышленного и хозяйственно-бытового образования при невозможности их самотечного отведения.

Канализационные насосные станции бывают горизонтальные и вертикальные.

При подборе КНС необходимо учитывать следующие факторы:

• размеры оборудования;
• степень требуемой очистки сточных вод;
• расстояние перемещения стоков;
• максимальный объём обрабатываемых стоков;
• структуру, степень засорённости и фракционный состав стоков;
• разницу уровней между впускной трубой и выходом напорного шланга;
• габариты оборудования.

Корпус КНС из армированного стеклопластика представляет собой монолитную конструкцию, которая выдерживает нагрузки от грунта, грунтовых вод и массы технологического оборудования. Материал не подвержен коррозии, что исключает необходимость применения противокоррозионных средств для защиты корпуса и трубопроводов.

Расчётный срок службы корпуса КНС из стеклопластика составляет не менее 50 лет при условии соблюдения правил монтажа и эксплуатации.

Стеклопластиковые КНС поставляются в полной заводской готовности — с насосами, трубопроводами, запорной арматурой, шкафами управления и площадками обслуживания. Это обеспечивает быстрый монтаж и ввод в эксплуатацию.

Блок биологической очистки (ББО) предназначен для очистки сточных вод от органических загрязнений. Он представляет собой цилиндрический резервуар, выполненный из стеклопластика. Состоит из центрального реактора, сборника осадка, аэробной зоны с технологической загрузкой, отстойников и эрлифтов. Существует ББО первой и второй ступени очистки.

Преимущества блоков биологической очистки из стеклопластика:

• срок службы конструкций из стеклопластика превышает срок службы конструкций из металла;
• отсутствие коррозии, ёмкости выдерживают перепад температуры;
• процесс изготовления автоматический, исключено возникновение слабых мест;
• низкие эксплуатационные затраты в связи с отсутствием необходимости покраски и антикоррозионной обработки;
• доставка к месту строительства в готовом виде;
• большой срок гарантии и эксплуатации.

Корпус установок биологической очистки выполняется из армированного стеклопластика на высокоточной автоматической линии методом намотки, что исключает деформацию станции при нагрузках грунта и массы технологического оборудования. Срок службы таких изделий достигает 50 лет.

Станции биологической очистки выпускаются в полной заводской готовности с комплектом пульта управления и воздуходувного оборудования. При заблаговременном выполнении подготовительных работ станция готова к приёму сточных вод через 5 дней с момента доставки на объект.

Стеклопластиковые корпуса имеют удельный вес в 3,5 раза меньше стальных, что значительно облегчает их транспортировку и установку. При этом стоимость станций в стеклопластиковом исполнении в среднем на 45% ниже, чем станций в металлическом исполнении.

Блок илоуплотнителя — это устройство, которое предназначено для удаления избыточного активного ила, образующегося в процессе очистки сточных вод от загрязнений органического происхождения.

Илоуплотнитель представляет собой цилиндрический резервуар из стеклопластика с конусным днищем. Избыточный активный ил поступает в нижнюю часть резервуара по специальному трубопроводу через гаситель напора. Под действием силы тяжести частицы ила оседают в конусное днище по мере движения от гасителя к водоприёмной воронке, расположенной в верхней части резервуара.

При выборе илоуплотнителя следует обращать внимание на надёжность поставщика. Важно, чтобы у него были сертификаты соответствия и протокол гидрологических испытаний.

Нефтеуловители (бензомаслоотделители) — это сооружения для механической очистки поверхностных сточных вод, применяемые для удаления нерастворённых частиц нефти, масел и продуктов сгорания топлива.

Область применения нефтеуловителей:

• автостоянки и автозаправки;
• автосервисы, гаражные массивы;
• торговые комплексы;
• промышленные предприятия;

Загрязнённая вода после предварительной механической очистки попадает в первую камеру нефтеуловителя, где происходит успокоение потока и гравитационное отделение механических примесей. Далее стоки проходят через коалесцентный модуль — устройство, в котором происходит укрупнение мельчайших капель нефтепродуктов за счёт сил межмолекулярного притяжения. Когда образования набирают достаточную массу, они всплывают в верхнюю часть ёмкости и удаляются через нефтесборник.

Степень очистки стеклопластиковых нефтеуловителей: по взвешенным веществам — до 20 мг/л, по нефтепродуктам — до 0,3 мг/л.

При необходимости очистки стоков до показателей воды рыбохозяйственных водоёмов (0,05 мг/л по нефтепродуктам) в технологическую схему после нефтеуловителя монтируется фильтр доочистки с сорбционной загрузкой.

Преимущества нефтеуловителей из стеклопластика:

• резервуар не подвержен коррозии и воздействию агрессивной среды, срок службы — до 50 лет;
• стеклопластик значительно легче стали или бетона, что снижает расходы на транспортировку и монтаж;
• возможность размещения в сейсмически опасных районах; 
• по желанию заказчика возможна комплектация датчиками-сигнализаторамиуровня песка и нефтепродуктов для своевременной откачки.

Нефтеуловители из стеклопластика выпускаются производительностью от 1,5 до 200 л/с в едином корпусе. Диаметр корпуса может достигать 4,2 м, объём — до 200 м³. Габариты и конфигурация подбираются индивидуально под конкретный объект.