Stiklo pluoštas - tai pažangi medžiaga, kurios gamyboje derinamos metalurgijos, mašinų, polimerinių medžiagų, inžinerijos, šiluminės inžinerijos, chemijos pramonės, tekstilės, automatinių valdymo sistemų ir kitų pramonės technologijų žinios. Taip pat naudojamos skysčių mechanikos teorija, sąsajų mokslas, kristalų branduolių susidarymo, kristalizacijos ir polimerų teorijos rezultatai. Stiklo pluoštas iš pradžių buvo naudojamas kariniuose gaminiuose.
Stiklo pluošto technologijos raida
Pirmosiomis reformų ir atvėrimo dienomis išsivysčiusios šalys, tokios kaip Europa ir JAV, griežtai draudė stiklo pluošto gamybos technologijų eksportą į Kiniją. Atliekant nepriklausomus tyrimus ir plėtrą, Kinijai prireikė maždaug 15 metų, kad įsisavintų tarptautiniu mastu pažangią stiklo pluošto bakų krosnių piešimo technologiją. Pasaulyje pažangią gryno deguonies degimo proceso technologiją, kaip vieną iš pagrindinių technologijų, šiuo metu įvaldo tik Nankino stiklo pluošto institutas ir keli dideli stiklo pluošto gamintojai. Kinija vis dar tik pradeda vystytis šioje srityje. Užsienio šalys Kinijoje įgyvendino technologines blokadas. Yra daugybė stiklo pluošto gaminių ir kompozicinių medžiagų rūšių, o technologija yra labai specifinė. Kad būtų galima gaminti aukštos kokybės ir kokybiškus produktus, įmonės turi turėti stiprius nepriklausomus tyrimų ir plėtros pajėgumus bei visapusiškas pagalbines priemones visoms grandims. Tik projektuojant specifinius gamybos procesus ir įrengiant specifinę gamybos įrangą tam tikroms stiklo pluošto rūšims. Tačiau Kinija šioje srityje yra pirminėje mokslinių tyrimų ir plėtros stadijoje, o užsienio šalys Kinijoje įgyvendino techninę blokadą.
Stiklo pluoštas atsirado 1930-aisiais JAV. 1938 m. OC tapo pirmąja pasaulyje stiklo pluošto bendrove. Platinos tiglis buvo naudojamas nepertraukiamo stiklo pluošto gamybos technologijai ištraukti, realizavo didelio masto stiklo pluošto gamybą ir padėjo pagrindą modernios stiklo pluošto gamybos pramonės plėtrai. Antrojo pasaulinio karo metu stiklo pluoštas daugiausia buvo naudojamas aviacijos pramonėje, pavyzdžiui, orlaivių aptakuose ir pagalbiniuose degalų bakuose. 1958 m. JAV ėmėsi lyderio vaidmens stiklo pluošto gamyboje, taikydamos baseino krosnies tempimo metodą, kuris labai pagerino stiklo pluošto gamybos mastą ir efektyvumą. 1960-aisiais, vystantis pramonei, keičiant stiklo sudėtį, buvo tiriami didelio stiprumo, didelio modulio stiklo pluoštai.
1958 m., siekiant atitikti Krašto apsaugos mokslo ir pramonės reikalavimus, Šanchajaus Yaohua stiklo fabriko 500 tonų sveriantis bešarminis stiklo pluošto cechas buvo oficialiai pradėtas eksploatuoti, o tai pažymėjo Kinijos stiklo pluošto pramonės statybos pradžią. Per ateinančius 30 vystymosi metų Kinija paeiliui sukūrė visą stiklo pluošto pramonę, kurios pagrindas yra didelės ir vidutinės stiklo pluošto įmonės, tokios kaip Hangdžou generalinė stiklo gamykla, Changzhou 253 gamykla, Shaanxi stiklo pluošto gamykla ir Čongčingo stiklo pluošto gamykla. 1989 m. Zhuhai stiklo pluošto gamykla pirmą kartą pristatė visą technologijų ir įrangos rinkinį, skirtą 4,000 tonų per metus šarminio stiklo pluošto tempimo gamybos linijai baseino krosnyje, ir pradėjo naują kelionę gaminant stiklo pluošto baseino krosnies metodu Kinijoje. 7,500 m. Xinxing stiklo pluošto gamykloje buvo baigta ir pradėta eksploatuoti pirmoji Kinijoje 2004 tonų talpos krosnių gamybos linija su visiškai lokalizuota technologija ir įranga. 60,000 m. „China Jushi“ pastatė pirmąją vidaus gamybos liniją krosnies vielos traukimui, kurios metinė produkcija yra 1.6 tonų. Ženkliai pagerėjo gamybos linijos efektyvumas ir gerokai sumažėjo energijos sąnaudos. Tai pažymėjo sparčios plėtros ir didelio masto didelio masto stiklo pluošto įmonių gamybos pradžią Kinijoje. 2008 m. Kinijos stiklo pluošto produkcija siekė 2.88 mln. tonų ir užima pirmą vietą pasaulyje.
Nuo 2009 m. per beveik 10 tobulinimo ir inovacijų metų Kinija sukūrė visą stiklo pluošto žaliavų, gamybos ir įrangos paramos sistemą, sudarant kiniškomis savybėmis pasižymintį stiklo pluošto gamybos metodą. Kinijos stiklo pluošto pramonė tapo pasaulio stiklo pluošto gamybos pramonės lydere ir varikliu. Ji pasiekė tarptautinį pirmaujantį tankų krosnių technologijos, stiklo formavimo ir paviršiaus apdorojimo technologijų, automatikos ir pažangios įrangos taikymo bei energijos taupymo technologijų lygį. 2019 m. bendra pasaulinė stiklo pluošto gamyba išaugo nuo 5.3 mln. tonų iki 8 mln. tonų. Nuo 2012 m. iki 2020 m. bendra vidaus stiklo pluošto gamyba išaugo nuo 4.06 mln. tonų iki 5.41 mln. tonų, o metinis augimo tempas yra 3.7%.
Medžiagų pramonė yra pagrindinė nacionalinės ekonomikos šaka. Siekdama paskatinti ir remti stiklo pluošto pramonės plėtrą, valstybė paskelbė keletą pramonės politikos krypčių, kuriomis aktyviai remiama, sukuriant palankią rinkos aplinką pramonei plėtotis. Kinijos išleistame dokumente „Pagaminta Kinijoje 2025“ aiškiai nurodyta: „Su specialiomis metalinėmis funkcinėmis medžiagomis, didelio našumo struktūrinėmis medžiagomis, funkcinėmis polimerinėmis medžiagomis, specialiomis neorganinėmis nemetalinėmis medžiagomis ir pažangiomis kompozicinėmis medžiagomis, kurios yra kūrimo tikslas, paspartinti pažangiosios lydymosi kūrimą ir kietinimo liejimas, pagrindinės technologijos ir įranga, skirta naujų medžiagų, tokių kaip nusodinimas garais, profilių apdorojimas ir didelio efektyvumo sintezė, paruošimui, stiprinti pagrindinius tyrimus ir sistemų konstravimą bei pramušti pramoninio paruošimo kliūtis.
Stiklo pluoštas ir jo gaminiai priklauso ne tik naujų medžiagų pramonei, bet ir tiekia žaliavas naujos kartos informacinių technologijų pramonei, aukščiausios klasės įrangos gamybos pramonei, naujos energijos automobilių pramonei, naujai energijos pramonei ir energijos taupymui bei aplinkos apsaugos pramonei. Stiklo pluoštas, pasižymintis didelio mechaninio stiprumo, geros izoliacijos, gero atsparumo korozijai, lengvo svorio ir didelio stiprumo savybėmis, buvo nuolat naudojamas geležinkelių tranzito, lengvųjų automobilių, vėjo elektrinių peilių, 5G ryšių, energiją taupančių pastatų, didelio stiprumo-slėginių vamzdžių rezervuarų, šilumos izoliacijos ir kt. srityse.
Stiklo pluošto gamybos procesai
Stiklo pluoštas daugiausia turi du gamybos procesus: baseino krosnies tempimo metodą ir tiglio tempimo metodą. Tiglio vielos traukimo būdas kelia žemus reikalavimus gamybos įrangai ir gamybos technologijai, mažas investicijas, lankstų gamybos masto reguliavimą. Todėl mažos stiklo pluošto įmonės dažnai naudoja šį metodą. Tačiau šis metodas turi būti formuojamas du kartus, procedūra yra sudėtinga, energijos sąnaudos ir gamybos proceso užterštumas yra dideli, o gaminio eksploatacinės savybės ir kokybė yra prastos, todėl jis iš esmės pašalintas.
Taikant baseino krosnies traukimo metodą, žaliavų santykis apskaičiuojamas pagal gaminamo stiklo pluošto gaminio cheminę sudėtį, o tada smulkūs žaliavų milteliai įdedami į stiklo krosnį pagal santykį ir išlydomi į išlydytą stiklą. temperatūros, o tada traukia greitaeigiu vielos tempimo aparatu. Padengtas klijavimo priemone, stiklo skystis, tekantis iš perforuotos plokštės rezervuaro krosnies priekinėje krosnies angoje, paverčiamas stiklo pluošto pirmtaku, o po to džiovinamas, suskaidomas, vyniojamas, smulkinamas, susukamas, audžiamas ir kitais procesais, kad susidarytų įvairios struktūros.
Nacionalinės plėtros ir reformų komisija 2019 m. lapkritį išleido „Pramonės struktūrų reguliavimo rekomendacijų katalogą (2019 m. leidimas)“, kuriame buvo įtraukta „80,000 tonų per metus ir daugiau bešarminio stiklo pluošto verpalų (monofilamento skersmuo > 9 mikronai) baseino krosnies tempimo technologija, 50,000 tonų per metus ir daugiau be šarminių stiklo pluošto verptų verpalų (monofilamento skersmuo ≤9 mikronai) baseino krosnies tempimo technologija, itin smulkus, didelio stiprumo, didelio modulio, atsparus šarmams, mažai dielektrinis, daug silicio dioksido, skaidus , specialios formos skerspjūvio ir kitų didelio našumo stiklo pluoštų ir stiklo pluošto gaminių technologijų kūrimas ir gamyba“ yra įtrauktos į skatinamąją kategoriją, o „vidutinio šarminio stiklo pluošto baseino krosnies piešimo linija, kurios dydis mažesnis nei 80,000 tonų / per metus (išskyrus) nešarminio stiklo pluošto pusgaminio krosnies gamybos linija, kurioje nėra šarmų, atsparių šarmams stiklo rutulinių krosnių gamybos linija; “ yra įtraukta į ribotą kategoriją. Pluošto gamybos linijos nebus galima pastatyti ar išplėsti, o bendras pramonės gamybos būdas vystysis link didelio masto baseino krosnies vielos traukimo gamybos linijos.
Stiklo pluošto gamybos procesai apima tiglio tempimo metodą ir baseino krosnies tempimo metodą. Šiuo metu baseino krosnių brėžinių dalis Kinijoje sudaro apie 94 %. Vielos tempimo mašina yra pagrindinė stiklo pluošto formavimo proceso įranga. Jo funkcija yra ištraukti iš nuotėkio plokštės dideliu greičiu ištekantį stiklo skystį ir sukti jį tam tikra kryptimi. Vielos traukimo mašinos našumas ir tikslumas tiesiogiai veikia pluošto kokybę.
Stiklo pluošto gaminių pritaikymas
Stiklo pluoštas yra lengvas, labai tvirtas ir plačiai naudojamas. Jis pasižymi dideliu mechaniniu stiprumu, dideliu smūgio energijos sugėrimu, stipriu atsparumu karščiui ir geru atsparumu korozijai. Paprastai jis naudojamas kaip sutvirtinanti medžiaga kompozitinėse medžiagose.
Stiklo pluoštu sustiprinti plastikai dėl lengvumo, didelio stiprumo, atsparumo aukštai ir žemai temperatūrai, atsparumo korozijai, šilumos izoliacijos, antipireno, garso sugerties, elektros izoliacijos ir kitų puikių savybių bei tam tikro funkcinio pritaikymo laipsniškai pakeičia plieną, aliuminį, medieną. Tradicinės medžiagos, tokios kaip mediena, tapo plačiai naudojamos funkcinėmis ir struktūrinėmis sutvirtinančiomis medžiagomis, todėl buvo plačiai pritaikytos tokiose srityse kaip transportas, statyba, elektroniniai prietaisai, vamzdynai, chemijos pramonė, aplinkosauga ir kt. krašto apsaugos ir karinės pramonės.
Stiklo pluoštu sustiprinti plastikai daugiausia naudojami automobilių, statybos, elektronikos ir elektros srityse. Pritaikymai automobilių ir statybos srityse sudaro apie 1/3 visų pritaikymų, o elektronikos ir elektros srityse - apie 15%.
Stiklo pluošto profiliai gaminami vadinamuoju pultruzijos būdu. Ši technologija pasižymi nenutrūkstamu procesu, kurio metu stiklo pluošto siūlų matrica impregnuojama termoaktyviomis dervomis, o dervoje impregnuotas stiklo pluoštas toliau paduodamas į įkaitintą klišę, kuri parinkta pagal formuojamo produkto geometrines ypatybes. Iš esmės visi profiliai skersai sustiprinti stiklo pluošto audiniu. Profilio centre išdėstytas stiklo siūlų pluoštas, kuris atlaiko išilgines jėgas. Kietinimo procesas vyksta įkaitintoje krosnyje, kuri sukietina dervas. Suformuotas stiklo pluošto profilis yra nupjaunamas reikiamo ilgio. Pultruzijos procesas pranašus mažu aplinkos teršimu, gaminiai atlaiko dideles skersines jėgas. Ši technologija leidžia per trumpą laiką įgyvendinti užsibrėžtus tikslus, o ir pačios konstrukcijos yra puikių fizinių charakteristikų, mobilios bei ergonomiškos.
Palyginus su klasikinėmis statybose naudojamomis medžiagomis, vidutiniškai sutaupoma apie 30-40 proc. statyboms skirtų lėšų, nes nereikia sunkių pamatų, jos greitai montuojamos, lengvai gabenamos. Dėl paprasto ir greito montavimo sutaupomos nemažos lėšos, kurios būna išleidžiamos sunkiajai keliamajai technikai išsinuomoti. Dėl savo ilgaamžiškumo, saugumo bei kokybiškumo stiklo pluošto gaminių pritaikymas - itin didelis, jie naudojami chemijos bei maisto pramonėje, nutekamųjų vandenų įrenginiuose, tekstilės ir popieriaus pramonėje, tiltų bei tunelių statyboje, ir įvairios paskirties architektūroje.
Stiklo pluošto pranašumai geriausiai atsiskleidžia taikant šią medžiagą kupolo ar sferos formos pastatų konstrukcijoms. Sferinės konstrukcijos pastatai gali patenkinti didelės erdvės ar tūrio poreikį (iki 5 000 m²), nenaudojant atraminių kolonų ir atramų. Stiklo pluošto profilių konstrukcijos atitinka aukščiausius šiuolaikinius projektavimo, technologinius ir ekonominius pramoninės statybos reikalavimus ir leidžia išvengti didelės dalies įprastai tokio tipo pastatų statybai skiriamų investicijų. Šios konstrukcijos - nepakeičiamas sprendimas ir mažojoje architektūroje, iš šios medžiagos gaminami laiptų apsauginiai turėklai, apsauginės kopėčios, stogo apsauginės tvorelės, parkų turėklai bei pėsčiųjų atitvarai.
Stiklo pluoštasgeotinklas yra geokompozitinė medžiaga, pagaminta iš stiklo pluošto po tam tikros audimo technologijos ir specialaus apdorojimo. Jis gali būti plačiai naudojamas senoje cemento dangoje, oro uosto kilimo ir tūpimo takų, užtvankų, upių krantų priežiūrai, šlaitų apsaugai, kelių ir tiltų dangos pagerinimui ir kitose inžinerijos srityse. Stiklo pluoštasgeotinklas gali sustiprinti ir sustiprinti dangą, užkirsti kelią provėžų nuovargio įtrūkimams, karšto ir šalto plėtimosi įtrūkimams ant dangos, taip pat gali išsklaidyti dangos atraminį įtempį ir pailginti dangos tarnavimo laiką.
Gamindamas stiklo pluošto geografinį tinklelį, gamintojas padengs paviršių modifikuotu asfaltu, kad jis būtų gerai sudėtinis, taip pat pagerintų stiklo pluošto geotinklelio atsparumą dilimui ir šlyties pajėgumą. Kadangi pagrindinė stiklo pluošto sudedamoji dalis stiklo pluošto geotinklelio žaliavoje yra silicio dioksidas, kuris yra neorganinė medžiaga, jo fizinės ir cheminės savybės yra stabilios, atsparumas dilimui yra geras, atsparumas šalčiui yra didelis, o terminis stabilumas yra aukštas. Gerai. Geras fizinis ir cheminis stabilumas, geras terminis stabilumas. Tuo pačiu metu tai yra lengva medžiaga, turinti tam tikrą lankstumą, kurią lengva konstruoti.
Stiklo pluošto geotinklas pasižymi dideliu tempimo moduliu ir mažu pailgėjimu (mažesnis arba lygus 3%), todėl galima efektyviai perskirstyti įtempius ir kontroliuoti asfalto sluoksnių įtrūkimus. Jo bituminė arba polimerinė danga užtikrina tvirtą tarpsluoksnių sukibimą, pagerina atsparumą šlyčiai ir apkrovos perdavimą.
Stiklo pluošto geotinklas gaminamas taikant tiksliai kontroliuojamą gamybos procesą, kad būtų užtikrintas didelis tempimo modulis, mažas pailgėjimas ir ilgalaikis patvarumas. Didelio stiprumo-stiklo pluošto siūlai pirmiausia įaudžiami į stabilią tinklelio struktūrą su vienodomis angomis. Tada tinklelis impregnuojamas ir padengiamas bitumu arba polimeru, siekiant pagerinti asfalto sukibimą, atsparumą drėgmei ir cheminį stabilumą.
Stiklo pluošto geotinklas užtikrina aukštą tempimo modulį su kontroliuojamu mažu pailgėjimu, leidžiančiu efektyviai perskirstyti tempimo įtempius ir slopinti atspindinčius įtrūkimus asfalto dangos sistemose. Padengtas tinklelis sudaro stabilią tarpsluoksnio sąsają, pagerina atsparumą šlyčiai ir apkrovos perdavimo efektyvumą tarp asfalto sluoksnių.
Stiklo pluošto profiliai yra gaminami iš stiklo pluošto ir termoaktyvių dervų mišinio. Šių dervų pagrindas - skystos poliesterio, vinilo, epoksidinės ir fenolio dervos. Korozija - metalų irimas dėl fizikinės ir cheminės sąveikos su aplinka, kuomet metalas pereina į oksiduotą būklę ir praranda jam būdingas ypatybes. Pagrindinio šio reiškinio priežastis - termodinaminis metalų nestabilumas, todėl gamtoje jie visi yra oksidavęsi.
Palyginti su stiklo pluoštu, anglies pluoštas pasižymi mažo tankio, didelio stiprumo ir didelio modulio savybėmis. Anglies pluošto gaminiai yra pritaikyti gaminiai, turintys didelį kryptingumą, o apdorojimo metu reikia atlikti sudėtingus įtempių skaičiavimus. Todėl anglies pluoštas dažniausiai naudojamas gaminių srityse, kurioms reikalingas itin didelis stiprumo modulis, pavyzdžiui, didelėse vėjo turbinų mentėse, raketose, palydovuose, raketose ir naikintuvuose.
Kalbant apie izoliaciją ir bangų pralaidumą, stiklo pluošto ir anglies pluošto savybės yra nesuderinamos. Stiklo pluoštas pasižymi geromis izoliacinėmis savybėmis, nelaidumu ir geru bangų pralaidumu; anglies pluoštas turi gerą laidumą ir gerą elektromagnetinį ekranavimą.
Stiklo pluoštu sustiprinti plastikai yra kompozicinės medžiagos, kuriose stiklo pluoštas ir jo gaminiai (veltinis, audinys, juosta ir kt.) naudojami kaip sutvirtinančios medžiagos, o sintetinė derva kaip matrica, vadinama GRP. Kadangi stiklo pluoštu sustiprinto plastiko stiprumas prilygsta plienui, jame taip pat yra stiklo pluošto ir jis turi spalvą, formą, atsparumą korozijai, elektros izoliaciją, šilumos izoliaciją ir kitas stiklo savybes, todėl jis paprastai žinomas kaip "stiklo pluoštu armuotas plastikas" Kinijoje.
FRP yra didžiausia stiklo pluošto rinka, stiklo pluošto kiekis sudaro apie 70-75 % visų stiklo pluošto gaminių, po to stiklo pluošto tekstilės gaminiai sudaro apie 25-30 % ir nedidelį kiekį stiklo pluoštu sustiprintų medžiagų, skirtų sustiprintam asfaltui.
FRP pagal skirtingus dervos tipus skirstomas į stiklo pluoštu armuotą termoplastiką (FRTP) ir stiklo pluoštu armuotą termoreaktingą plastiką (FRP). Termoplastų kaitinimo, minkštinimo ir aušinimo procesas yra fizinis pokytis, grįžtamas ir gali būti kartojamas. Termoreaktingų plastikų kaitinimo ir kietėjimo metu vyksta cheminiai pokyčiai. Molekulinės grandinės yra sujungtos viduje, kad stabilizuotų formą. Pakartotinis kaitinimas po sukietėjimo sunaikins vidinę struktūrą, todėl kaitinant ji negali būti apdorota ir vėl suformuota.
Pagal skirtingus procesus FRP skirstomas į vyniojamus gaminius, liejinius (SMC/BMC), pultruduotus gaminius, rankomis klojamus gaminius, skysto liejimo gaminius, termoplastinius kompozitinius gaminius (SFT, LFT, GMT, CFT) ir kt. Turbinų mentės yra skysto liejimo gaminiai. Anksčiau jie visi buvo pagaminti iš termoreaktingo stiklo pluošto. Tobulėjant didesnių ir lengvesnių peiliukų vystymui, atsirado ir termoplastinis stiklo pluoštas.
Stiklo pluošto veltinis, ypač stiklo pluošto plonas veltinis, yra pagamintas iš trumpų stiklinių pluošto verpalų sruogų, atsitiktinai ir tolygiai paskirstytas į nepertraukiamo stiklo pluošto popierių popieriaus gamybos metodu, o po to surištas emulsija. Pagrindinės jo charakteristikos yra cheminės korozijos atsparumas, priešgaisrinė prevencija, antipirenantas, atsparumas vandeniui, atsparumas senėjimui ir atsparumas orams.
Stiklo pluošto audinys yra savotiška neorganinė nemetalinė medžiaga, turinti puikias savybes, ir yra daugybė rūšių. Stiklo pluošto audinys paprastai naudojamas kaip armatūros medžiagos kompozicinėse medžiagose, elektrinės izoliacijos medžiagos ir šiluminės izoliacijos medžiagos, tinkančios 500 laipsnių -1000 laipsnio aukštos temperatūros aplinkai.
