Стеклопластик. Состав и применение. Свойства и особенности

Стеклопластик – композит, который состоит из наполнителя на основе стекловолокна и связующего полимера. Отличительным его качеством, выделяющим среди прочих материалов, является соотношение прочности и упругости к массе. Он легкий, при этом стойкий к воздействию на излом, растяжению, давлению, за счет чего нашел применение в различных областях.

Как устроен стеклопластик

Основными компонентами стеклопластика выступают:

Стекловолокно.
Связующий полимер.

Стекловолокно выполняет функцию армирования. Это наполнитель изделия, который и делает его столь упругим, прочным и при этом легким. Полимерная смола в основе композита это вяжущий компонент. Она также отличается гибкостью. Смола не просто связывает волокна между собой, но и защищает их от внешнего воздействия.

Связующим компонентом при изготовлении стеклопластиков чаще всего применяют полиэфирные смолы. Также возможно использование эпоксидной и фенольной смолы. В зависимости от того какая именно применяется, определяются конечные качества готового композита.

На качество композита влияет и наполнитель. Возможно применение стекловолокна различного состава. Это может быть материал класса:

«E».
«S».
«С».

Практически 80% стеклопластика изготовлены именно из стекловолокна класса «E». Оно электроизоляционное алюмоборосиликатное. Для изготовления изделий, эксплуатируемых в условиях высокой механической нагрузки, используется наполнитель класса «S». Для устойчивых к воздействию химической средой стеклопластиков применяется наполнитель марки «С».

Форма наполнителя в стеклопластиках

Стекловолокно в стеклопластике может иметь различный вид. Это полуфабрикат, который наделяется определенной формой. Это может быть:

Стекломат.
Стеклоткань.
Ровинг.

Стекломат представляет собой рулонный или листовой материал, который получается из рубленных волокон. Последние удерживаются в заданной форме, так как скреплены связующим полимером. Тот при контакте с полиэфирной смолой растворяется, однако стекловолокно продолжается хранить изначальное положение за счет полимера.

Стеклопластик, сделанный на основе стеклоткани, обычно прочнее. Это также волокна, но сплетенные в подобие ткани. За счет этого они распределяют нагрузку между собой равномерней, обеспечив повышенную устойчивость к разрыву или слому композита. Ровинг – это длинная нить, сплетенная из стекловолокна. Обычно она встречается в виде намотки на бобину.

Производство

Изготовление стеклопластиковых изделий возможно по различным технологиям. Их суть всегда одинаковая – нужно смешать наполнитель из стекловолокна с полимерной смолой.

Чаще всего это делается такими методами:

Контактное формирование.
Напыление.
Намотка.

Получение композитных изделий из стеклопластика обычно выполняется в ручном режиме. Для этого стекловолокно размещается на матрице, форму которой нужно повторить. Его слой смачивается полимером, после чего сверху снова укладывается волокно. Смола может наноситься методом распыления либо просто кистью. В конечном итоге формируется изделие требуемой толщины. Для обеспечения максимальной монолитности требуется выгонять пузырьки воздуха между слоями. Это обычно делается валиками. Если пузырьки остаются, то в таких местах композит получается ослабленным, более уязвимым к нагрузкам.

Stekloplastik 2

Более технологичным способом изготовления стеклопластика является напыление. Это достаточно сложный процесс, так как требует использования специального недешевого оборудования. Суть метода в том, что в качестве наполнителя используется ровинг. Он затягивается специализированным пистолетом измельчителем, и разбивается на короткие волокна. Те напыляются на поверхность одновременно с полимером. В итоге компоненты смешиваются, и липкие волокна налипают слоем нужной толщины. Это достаточно быстрый метод, но и он не может быть полностью автоматизированным, так как после напыления требуется сделать прикатку поверхности для удаления пузырьков воздуха и придания большей гладкости. Недостаток этого способа в большом расходе смолы. Полимер является самым дорогим компонентом стеклопластика, так что его лучше использовать по минимуму.

Круглые и цилиндрические поверхности из стеклопластика получают методом намотки. Для этого на матрицу наматывается нитка или холст, пропитанный смолой. Так слой за слоем набирается требуемая толщина заготовки. Это достаточно быстрый метод. При работе данным способом чаще всего используется ровинг. Тот пропускается через ванну со смолой, поэтому сразу же прилипает.

Свойства стеклопластика

Ценность композита высока, так как он наделен уникальными качествами. Для него характерны следующие свойства:

Низкая теплопроводность.
Минимальное линейное расширение.
Не пропускает электрический ток.
Стойкость к коррозии.

Материал имеет низкую теплопроводность, за счет этого его часто применяют в качестве теплоизолятора. В целом же в этом направлении он почти не используется, так как существуют более дешевые и доступные аналоги. Заслуживает внимания и то, что композит имеет очень малое температурное расширение. По сути оно лишь слегка больше, чем у стекла. То есть, подогнанные детали из стеклопластика при изменении температуры держат свою геометрию, поэтому не трутся между собой в результате изменения зазоров. Они всегда остаются стабильными.

Материал работает и как диэлектрик. Это позволяет делать из него ручки для инструмента. Заслуживает внимания и коррозийная устойчивость материала. Композит не ржавеет. Он нормально переносит воздействие влаги. Все это совокупно является залогом его долговечности. При этом за счет высокой прочности стеклопластик способен заменить прочие материалы, сделанные даже с большим сечением.

Не лишен стеклопластик и недостатков. Их несколько:

Он крошится.
Хрупкий, при точечном ударном воздействии.
Дает много вредной пыли при механической обработке.

Композит поддается сверлению, распилу, шлифовке. Все это делается достаточно просто. Проблема в том, что образуемая при этом пыль содержит крохотные частицы стекловолокна. Дышать ими не стоит. Так что при механической обработке композита лучше использовать респиратор для защиты органов дыхания. При ударном воздействии материал крошится по краям. Так что он не подходит для изготовления изделий, предназначенных на динамическую нагрузку.

Что делают из стеклопластика

Стеклопластик применяется в самых разнообразных областях. Им пользуются в таких отраслях:

Судостроение.
Самолетостроение.
Химическая промышленность.
Строительство.

Из стеклопластика делают основы для компьютерных плат. Кроме этого из него изготавливаются удилища. Те получаются в меру легкими, при этом упругими на конце, что дает возможность эффективно гасить рывки рыбы. Бланки удилищ из стеклопластика достаточно дешевые. Это вообще не столь дорогой в плане производства материал. Композит на основе углеволокна намного более дорогой, но он соответственно и прочнее.

Из стеклопласта делают даже композитную броню на военную технику. Нередко им пользуются в качестве изоляционного материала от влаги. Из стеклопластика делают лодки, и даже целые яхты. В итоге они получаются легкими, а главное совершенно стойками к воздействию влаги. Стеклопластик достаточно легко шлифуется, так что его поверхность можно сделать гладкой. Она достаточно хорошо удерживает на себе краску.

Из стеклопластика делают капоты для автомобилей и прочие части кузова с целью его облегчения. Это распространенное решение для спортивных гоночных машин. Также стеклопластиком выполняется кузовной ремонт. Существует технология, позволяющая заполнять им сквозные отверстия от коррозии на металле. Это дает возможность восстанавливать прогнивший кузов автомобиля без использования сварки.

Stekloplastik 3

Из стеклопластика делают и корпуса различного оборудования, особенно если оно применяется в агрессивной среде. Этот долговечный материал, способный работать как защитный кожух. Он очень прочный при сравнительно малой толщине.

Стоит отметить, и ценность материала в строительной сфере. В частности особым спросом пользуется стеклопластиковая арматура. Это современный материал, который в разы дешевле традиционной стальной арматуры. Основная его ценность в высокой стойкости на разрыв. В связи с этим ее можно применять для армирования кладки стен, с целью предотвращения их растрескивания. Так же стеклопластик используется для изготовления ванн. Так называемые акриловые ванны имеют основание из стеклопластика, которые просто с внутренней стороны заливаются акрилом. В итоге получается гладкая привлекательная лицевая поверхность. Композит также применяется для изготовления труб, желобов, особенно предназначенных для химической среды. Он более стойкий к ней, чем многие пластики, а тем более металлы.

Stekloplastik 4

В целом из стеклопластика можно делать практически что угодно. Внешний вид композита зависит от смолы, применяемой в качестве связующего. Существуют составы, композит из которых получается очень похожим на стекло. Так что из стеклопластика возможно делать даже сувенирную продукцию, предметы интерьера. При использовании безопасного полимера, композит может применяться для изготовления даже посуды.