Стекловолокно может служить армирующим элементом для тонких цементных панелей, повышать жесткость формованных пластиковых деталей или использоваться в качестве электроизоляционной ткани. Для этих областей применения требуются различные составы стекла и формы изделий. Волокно, которое хорошо себя зарекомендовало при использовании со смолой, может утратить свои эксплуатационные характеристики при непосредственном контакте с цементом.
В компании «Шандун Цзяньбан Химическое волокно» (Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd.) мы рекомендуем в первую очередь учитывать материал, в который будет вплетено волокно, а также требуемые эксплуатационные характеристики готового изделия. Для бетона и строительного раствора ключевым критерием выбора является щелочестойкость. Длина волокна, обработка поверхности, дисперсия и подтвержденные эксплуатационные характеристики композита определяют, подходит ли продукт для конкретного производственного процесса.
В данном руководстве рассказывается об основных типах стекловолокна, о том, как оно производится, и о том, на что покупателям следует обратить внимание перед размещением заказа. Кроме того, в нем представлена линейка стекловолокна Ecocretefiber™ AR, предназначенная для использования в цементных смесях.
Что такое стекловолокно
Стекловолокно — это неорганический неметаллический материал, получаемый путем формовки расплавленного стекла в виде тонких нитей. Стекло содержит сеть оксидов. Его состав определяет такие свойства, как химическая стойкость, жесткость, электротехнические характеристики и температура размягчения.
Отдельное филаментное волокно намного тоньше готовой нити. Множество филаментных волокон собирают в пучок, который затем можно намотать, разрезать на отрезки или переработать в ткань. Покупателям следует различать диаметр филаментного волокна и размер нити. Пучок, состоящий из множества тонких филаментных волокон, не является одним толстым волокном.
Стекловолокно также отличается от стекловолоконного композита. В композите стекло выполняет армирующую функцию, а матрица из смолы или цемента удерживает волокна на месте и передает нагрузки между ними. Свойства готового материала зависят как от самих компонентов, так и от их взаимодействия.
Плотность обычных стекловолокон, как правило, составляет 2,4–2,7 г/см³, в зависимости от состава. Это плотность самого стекла. Речь не идет о насыпной плотности мешка с сыпучими волокнами, теплоизоляционного покрывала или готовой панели.
Основные типы стекловолокна
Классификация стекла описывает различные составы и назначения. Внешнее сходство не означает, что эти материалы взаимозаменяемы.
| Тип стекла | Основное отличие | Последствия выбора |
| Стекло типа E | Широко применяемый армирующий материал с хорошими электрическими свойствами | Часто подходит для полимерных композитов и электроизоляционных тканей; низкое содержание щелочи не обеспечивает долговечность цемента |
| Стекло типа C | Разработана с учетом требований к химической стойкости, в частности в определенных кислотных средах | Соотнесите класс с уровнем воздействия химических веществ и системой продуктов |
| Стекло AR | Разработана для обеспечения устойчивости в щелочной цементной среде | Соответствующая отправная точка для прямого армирования цемента и строительного раствора |
| Стакан | Натриево-известковое стекло с относительно высоким содержанием щелочи | Не следует приравнивать его к классу арматуры с ограниченной пригодностью |
| Стекло E CR | Электропрочное и коррозионно-стойкое армирующее стекло | Подходит для применения в полимерных композитах, подвергающихся высоким нагрузкам; необходимо подтвердить отдельную аттестацию на прямое воздействие цемента |
Стекло типа E и значение низкого содержания щелочей
Стекло типа E широко ассоциируется с электроизоляцией и стеклопластиками. Традиционные составы часто содержат бор, хотя современные коммерческие составы могут отличаться. Материал может поставляться в виде отрезанных волокон, нитей, ровингов или тканей.
Термин «с низким содержанием щелочей» характеризует состав стекла. Это не означает, что волокно устойчиво к щелочному поровому раствору в портландцементе. Это различие имеет значение, когда покупатель получает коммерческое предложение на обычное стекло E в ответ на запрос о поставке арматуры для бетона.
Стекло типа C и стекло типа E CR
Стекло типа C и стекло E CR обеспечивают защиту от воздействия химических веществ в различных составах и условиях применения. Химическая стойкость всегда должна учитывать характер вещества, его концентрацию, температуру и время воздействия.
Например, опубликованные данные по стеклу E CR не следует смешивать результаты испытаний на воздействие кислот с результатами измерений механических свойств образцов на основе смолы. Это отдельные испытания. Благоприятный результат в одной среде не гарантирует соответствующие эксплуатационные характеристики в любой цементной или химической системе.
Не следует сравнивать марки материалов, опираясь на одно лишь утверждение, например, что они в несколько раз более устойчивы к коррозии. Без указания конкретного испытания такая формулировка практически не помогает при выборе материала.
Стекло с добавлением AR для материалов на цементной основе
Аббревиатура AR означает «устойчивость к воздействию щелочей». В состав этого стекла входит диоксид циркония, что повышает его долговечность в цементных средах. Его химический состав позволяет выдерживать воздействие, с которым обычная стеклянная арматура со временем может не справляться.
Стекло AR по-прежнему требует надлежащей обработки поверхности и соответствующего производственного процесса. Содержание диоксида циркония является важным параметром при закупке, однако само по себе оно не является определяющим фактором срока службы готовой панели. На долговечность также влияют состав смеси, отверждение, воздействие влаги, распределение волокон и конструкция компонентов.
Как производится стекловолокно
Плавление и формирование нити
Существует два технологических процесса, позволяющих понять, как из стекла получают волокно. При двухэтапном процессе стекло сначала формуют в шарики, а затем переплавляют для вытяжки волокон. При прямом процессе плавки печь подает расплавленное стекло непосредственно в формующую систему, минуя промежуточный этап получения шариков.
Оба способа требуют контроля состава стекла и состояния расплава. Расплавленное стекло проходит через небольшие отверстия в втулке и вытягивается в нити. Условия вытяжки влияют на диаметр и однородность волокон. Затем волокна можно собрать и намотать для дальнейшей обработки.
Само по себе название маршрута не является гарантией качества. Покупатели должны оценивать стабильность размеров, уровень загрязнения, целостность нитей, а также результаты испытаний партии. Переработанное стекло, если оно используется, также должно соответствовать требованиям к химическому составу и уровню загрязнения, предъявляемым к предполагаемой рецептуре.
Обработка поверхности и проклеивание
Свежеизготовленные нити подвергаются поверхностной обработке, которую обычно называют проклеиванием. Эта обработка способствует защите стекла при манипуляциях и обеспечивает необходимое взаимодействие с матрицей. Выбор метода влияет как на процесс обработки, так и на сцепление.
Метод обработки, предназначенный для конкретной смолы, не всегда подходит для цемента. Во время смешивания пучок может оставаться частично целым или распадаться контролируемым образом. Оба варианта поведения могут быть полезны, но они подходят для разных типов продукции.
При оценке нового поставщика поинтересуйтесь, для чего предназначена данная система сепарации. Такое утверждение, как «хорошая дисперсия», должно быть подтверждено на практике в конкретной смесительной установке и рецептуре. Чрезмерное расслоение, стойкие комки и поверхностный налет — все это может привести к проблемам в производстве.
Нарезка и преобразование
Непрерывный материал можно нарезать на отрезки заданной длины или переработать в тканые и нетканые изделия. Нарезанные волокна подходят для многих процессов смешивания. Непрерывные ровинги используются в процессах, требующих контролируемого направления движения волокон. Ткани позволяют размещать армирующий материал в заданных направлениях.
Форма продукта и химический состав стекла — это два отдельных параметра. Нарезанное волокно может иметь состав, не подходящий для цемента. А волокно, подходящее по химическому составу, может иметь длину или структуру пучка, несовместимую с оборудованием.
Свойства, имеющие практическое значение
Прочность на разрыв и жесткость
Стеклянные волокна обладают высокой прочностью на разрыв и относительно небольшим удлинением до разрушения. Их жесткость способствует передаче напряжений внутри композита и ограничивает деформацию. Однако отдельное стеклянное волокно является хрупким. Оно не вступает в пластическую деформацию, как пластичный металл.
Армированный элемент может поглощать энергию за счет нескольких механизмов, в том числе растрескивания матрицы, образования мостиков между волокнами и вырыва волокон. Эти механизмы зависят от границы раздела фаз и расположения волокон. Сама по себе высокая прочность нитей не гарантирует высокой ударопрочности готовой детали.
Сравнивать значения следует только в том случае, если условия испытаний четко определены. Прочность отдельной нити, прочность пропитанной пряжи и прочность композитного материала на растяжение — это разные показатели. На результат могут влиять длина измерительного участка, условия подготовки и обработка образца. Единицы измерения прочности текстильных материалов также не следует напрямую сравнивать с МПа без обоснованного основания для пересчета.
Термостойкость и пожаробезопасность
Стекло — это аморфный материал, который размягчается в определенном диапазоне температур. Покупателям следует различать измеренную температуру размягчения и температуру непрерывной эксплуатации. В техническом паспорте изделия должны быть указаны соответствующие характеристики и методы испытаний.
Стеклянный компонент является негорючим, однако его прокладочный материал, связующее вещество, смола или другие окружающие материалы могут вести себя по-разному в условиях пожара. Высокая температура размягчения не означает, что изделие в целом сохраняет свою прочность при комнатной температуре вплоть до этой температуры.
Для компонента, подвергаемого воздействию высокой температуры, необходимо указать продолжительность воздействия, нагрузку, условия окружающей среды и допустимые сохраняемые характеристики. Если требуется определение класса огнестойкости или конструктивных характеристик, следует провести испытания готовой системы.
Химическая стойкость и влажность
Стекло не ржавеет, как сталь. Однако в неблагоприятных условиях оно может подвергаться химическому воздействию или терять прочность. Повреждения поверхности и состояние окружающей матрицы влияют на сохранность эксплуатационных характеристик.
Низкая водопоглощаемость самого стекла не делает композитный материал водонепроницаемым. Вода может проникать через трещины, поры, швы или поврежденные границы раздела. При строительстве бетонных водозадерживающих сооружений по-прежнему необходим комплексный подход к обеспечению качества смеси, предотвращению образования трещин, устройству швов и выдержке бетона.
Электроизоляция и форма изделия
Определенные виды стекловолокна обеспечивают эффективную электрическую изоляцию. Конечные электрические характеристики также зависят от смолы, влажности, загрязнений и конструкции. Проводящие наполнители или другие компоненты могут изменять свойства композита.
Материалы для тепло- и звукоизоляции имеют иную физическую структуру, чем плотные армированные композиты. Их пористая волокнистая структура удерживает воздух и способствует поглощению звука. Добавление рубленых армирующих волокон в плотный раствор не превращает его автоматически в изоляционный материал.
Как работают очки с дополненной реальностью при работе с бетоном и стеклобетоном
Бетон, армированный стекловолокном, обычно называют GFRC или GRC. В таких системах соответствующие волокна перекрывают возникающие трещины в цементной матрице. При правильном проектировании материала и конструкции они позволяют создавать тонкие секции и сложные формы.
Для передачи нагрузки волокна должны быть достаточно глубоко заделанными в смесь и иметь эффективную границу раздела. Длина, ориентация, дозировка и распределение — все эти факторы влияют на то, сколько волокон пересекают трещину. Плохо диспергированная смесь не позволяет в полной мере использовать внесенные волокна.
Практическим примером служат тонкие архитектурные панели. Армирование позволяет использовать более лёгкую конструкцию, чем в случае сопоставимого традиционного решения, однако панель по-прежнему требует расчётов на нагрузки при транспортировке, ветровые нагрузки, соединения и эксплуатационные деформации. Выбор волокон является одной из составляющих этого проектирования.
Процессы предварительного смешивания и распыления
При использовании метода «премикс» измельченные волокна добавляются в подготовленную цементную смесь до формования. В ходе этого процесса необходимо обеспечить равномерное распределение волокон при сохранении требуемого состояния волокон. Важную роль играют тип смесителя и энергия перемешивания.
В процессах напыления цементный поток смешивается с измельченной арматурой непосредственно во время укладки. Подача волокон и материала требует калибровки. Операторам также необходимо контролировать формирование слоя, уплотнение и локальную толщину.
Успешное испытание премикса не гарантирует, что данная клетчатка будет правильно проходить через систему распыления. Необходимо провести квалификацию фактической технологической схемы и требуемой формы продукта.
Оценка качества волокон и испытания композитных материалов
ASTM C1666/C1666M касается стекловолокна AR, используемого в GFRC, армированном волокном бетоне и других цементных изделиях. В сферу его применения входят конфигурации волокон, физические свойства, содержание диоксида циркония и испытания на соответствие требованиям. Данный стандарт не распространяется на сами производственные покрытия или смазочные материалы.
Соответствие волокна требованиям и приемка готовых узлов — это два разных вопроса. Следует руководствоваться стандартом и редакцией, указанными в контракте для данного волокна, а затем провести испытания композитного материала на соответствие эксплуатационным характеристикам, предусмотренным проектом. В случаях, когда важна долговечность, при оценке следует учитывать сохраняемые свойства материала после соответствующей подготовки.
Один лишь результат испытания на прочность на сжатие не может служить доказательством способности перекрывать трещины или характеристик при изгибе. План приемки должен устанавливать связь между каждым заявленным преимуществом и соответствующим испытанием и образцом. Аналогичным образом, добавление волокон не дает права на исключение арматурных стержней, сетки или соединений из утвержденного проекта.
Технические характеристики стекловолокна Ecocretefiber AR
Наш щелочестойкое стекловолокно На странице продукта приведены следующие технические характеристики. Перед покупкой убедитесь, что соответствующий сорт, допуски и условия испытаний указаны в актуальном техническом паспорте.
| Недвижимость | Опубликованная спецификация |
| Стандартные длины отрезов | 12, 20 и 36 мм |
| Диаметр нити | 19 мкм ± 20% |
| Плотность | 2,68 г/см³ |
| Модуль упругости | Более 72 ГПа |
| Прочность на разрыв | 1000-1700 МПа |
| Содержание диоксида циркония | 16.7% |
| Температура размягчения | Примерно 860 °C |
Данные представляют собой технические характеристики волокон, а не гарантированные значения прочности бетона. Температура размягчения не является показателем рабочей температуры. При реализации проекта, требующего подтверждения соответствия сертификату, необходимо запросить сопроводительную документацию на поставляемый сорт и партию.
Выбирайте длину с учетом толщины сечения, особенностей формы, возможностей смесителя и метода укладки. Более длинное волокно может изменить характер образования мостиков, но также может затруднить диспергирование и финишную обработку. Проверьте выбранную длину в ходе репрезентативных производственных испытаний.
Практический процесс тестирования и закупки
Во-первых, определите конечный продукт. Укажите матрицу, толщину компонентов, степень отверждения, технологический процесс и требуемые эксплуатационные характеристики. Для декоративного раствора, фасадной панели и профиля из смолы не следует использовать общие технические характеристики волокон.
Далее уточните марку стекла и форму изделия. Запросите технический паспорт, соответствующую информацию по безопасному обращению и идентификационные данные партии. В случае антибликового стекла укажите содержание диоксида циркония и предоставьте подтверждение соответствия любым указанным требованиям.
Согласуйте пробную дозировку с разработчиком рецептуры и поставщиком. Укажите, на чем основана дозировка: на общей массе смеси, массе связующего вещества или объеме. Эти основания дают разные результаты, и их нельзя использовать взаимозаменяемо. Не существует единой дозировки, подходящей для всех случаев применения стекловолокна.
Проведите испытание с использованием предусмотренных материалов и оборудования. Контролируйте содержание воды и дозировку добавок. Зафиксируйте долю добавления волокон, последовательность перемешивания, время перемешивания и свойства свежего бетона. Не пытайтесь исправить проблемную смесь путем добавления воды без точного измерения объема.
Перед оценкой качества затвердевшего материала проверьте степень дисперсии и качество формования. Обратите внимание на наличие клубков волокон, обломанных нитей, воздушных пузырей, шероховатостей поверхности и локальных скоплений материала. Сравните испытательные образцы, изготовленные при одинаковых условиях отверждения и кондиционирования.
Наконец, оцените стабильность качества между партиями. При принятии обоснованного решения о закупке следует учитывать не только цену за килограмм, но и качество получаемого компонента, время обработки и процент брака. Более дешевое волокно, при использовании которого возникают проблемы с однородностью смеси, может привести к увеличению общих производственных затрат.
Применение за пределами бетонной отрасли
Стеклоарматура также применяется в производстве транспортных компонентов, электроизоляционных ламинатов, литых корпусов, труб и химического оборудования. В этих изделиях могут использоваться как термопластичные, так и термореактивные матрицы. На их эксплуатационные характеристики значительное влияние оказывают ориентация волокон и совместимость со смолой.
Текстильные материалы и маты выполняют и другие функции, в том числе служат армирующими слоями и специализированными теплоизоляционными материалами. В некоторых конструкциях композитных материалов волокна используются для изменения текстуры поверхности и коэффициента трения. Например, выступающие волокна на эластомерной поверхности выполняют иную роль, чем волокна, полностью встроенные в материал для передачи внутренней нагрузки. Такая поверхность по-прежнему требует проведения испытаний на сцепление и износ с учетом конкретных условий эксплуатации.
Эти примеры показывают, почему термин «стекловолокно» является слишком общим для заказа на поставку. Укажите состав, геометрию, обработку поверхности и систему, для которой предназначен материал. Наш более широкий ассортимент продукции из волокна служит отправной точкой в тех случаях, когда в рамках конкретного проекта также требуется провести сравнение с полимерной или стальной арматурой.
Часто задаваемые вопросы
E-стекло — это то же самое, что и антибликовое стекло?
Стекло типа «E» широко используется в электротехнике и при изготовлении полимерных композитов. Стекло AR разработано для применения в щелочных цементных средах. Низкое содержание щелочи в составе стекла не обеспечивает устойчивости к воздействию внешних щелочей.
Всегда ли добавление большего количества стекловолокна улучшает качество бетона?
Нет. Увеличение содержания волокон влияет на технологичность, распределение и риск образования воздушных пузырей. Оптимальная дозировка — это та, которая обеспечивает требуемые эксплуатационные характеристики композита при стабильном производстве. Уточняйте её в ходе испытаний, а не увеличивайте содержание без предварительных испытаний.
Могут ли очки с дополненной реальностью сделать бетон водонепроницаемым?
Стекло AR может способствовать предотвращению образования трещин в соответствующей системе. Оно не герметизирует швы и не компенсирует недостаточную уплотнённость бетона. Водонепроницаемость зависит от конструкции в целом и условий её эксплуатации.
Может ли измельченное стекловолокно заменить арматурную сталь?
Только в тех случаях, когда это допускается конструктивным решением и применимыми требованиями. Сами по себе технические характеристики волокон не гарантируют эквивалентной несущей способности, характеристик соединений или эксплуатационной пригодности. Измельчённое стекло AR и промышленно изготовленные арматурные стержни из стеклопластика также являются разными продуктами.
Какие документы должен запросить покупатель
Запросите технический паспорт конкретного сорта, сертификат партии, соответствующие инструкции по эксплуатации и отчеты, подтверждающие заявленные эксплуатационные характеристики. Укажите метод испытаний и условия подготовки образцов, чтобы обеспечить возможность объективного сравнения значений.
Заключение
Выбор стекловолокна начинается с его химического состава и окружающей матрицы. Форма изделия, обработка поверхности и технологический процесс затем определяют эффективность работы армирующего материала. Для непосредственного использования в цементе сертифицированное стекло AR служит надёжной основой, что подтверждается результатами испытаний и тестирования композитных материалов.
Компания «Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd.» предлагает стекловолокно Ecocretefiber™ AR для применения в цементных смесях. Сообщите нашей команде о составе вашей смеси, методе производства, требуемой длине отрезков, целях испытаний и месте назначения. Связаться с компанией «Шаньдун Цзяньбан» чтобы обсудить подходящий сорт и провести оценку практического образца перед оптовой закупкой.
