Руководство по выбору стеклопластиковых труб: особенности производства и обзор главных производителей

Стеклопластиковые трубы, обладающие уникальными свойствами, которые объединяют характеристики стекла и полимеров, находят широкое применение — от устройства вентиляционных систем до укладки нефтехимических трубопроводов.

В данной статье мы проанализируем ключевые характеристики стеклопластиковых труб, методы маркировки, технологии производства полимерных композитов и материалы связующих компонентов, которые определяют область их применения.

Кроме того, мы обозначим основные критерии выбора, акцентируя внимание на лучших производителях, поскольку качество продукции во многом зависит от технологических мощностей завода и репутации бренда.

Основные свойства стеклопластика

Стеклопластик представляет собой композитный материал, в состав которого входят стекловолокно и связующие полимеры (как термопластичные, так и термореактивные). При сравнительно невысокой плотности, стеклопластиковые изделия обладают впечатляющими механическими свойствами.

На протяжении последних 30-40 лет стеклопластик активно используется для создания трубопроводов различных категорий.

Этот полимерный композит представляет собой стоическую альтернативу таковым материалам как стекло, керамика, металл и бетон для производства объектов, которые должны функционировать в суровых условиях (нефтехимия, авиация, добыча газа и судостроение).

Стеклопластиковые магистрали объединяют в себе преимущества как стекла, так и полимеров:

1. Небольшой вес. Средняя плотность стеклопластика составляет 1,1 г/см³, в то время как у стали и меди этот показатель значительно выше — 7,8 и 8,9 соответственно. Легкость материала облегчает как транспортировку, так и процесс монтажа.
2. Сопротивляемость коррозии. Компоненты композита слабо реагируют с окружающей средой, что делает их устойчивыми к электрохимической коррозии и бактериальному гниению. Это качество играет главенствующую роль при использовании стеклопластика в подземных коммуникациях.
3. Высокие механические характеристики. Хотя абсолютная прочность композита ниже чем у стали, его удельная прочность превосходит таковые у термопластичных полимеров (например, ПВХ и ПНД).
4. Устойчивость к атмосферным воздействиям. Стеклопластик сохраняет свои качества в температурах от -60 °C до +80 °C и защитное гелькоутное покрытие помогает предотвратить воздействие ультрафиолетового излучения. Материал также проявляет стойкость к ветру (выдерживает до 300 км/ч) и некоторые производители говорят о его сейсмостойкости.
5. Огнеупорность. Основной компонент стеклопластика — негорючее стекло, что делает его трудногорючим. При горении стеклопластик не выделяет токсичный диоксин.

Стеклопластик обладает низкой теплопроводностью, что делает его отличным теплоизолятором.

Однако у композитных труб есть и недостатки: они подвержены абразивному износу, при механической обработке может образовываться канцерогенная пыль, и цена на них выше в сравнении с пластику.

По мере истирания внутренних стенок трубы могут обнажать и разрушать волокна, что приводит к попаданию частиц в транспортируемые вещества.

Прессование стеклопластиковых труб происходит с использованием стекловолокна и связующих полимеров: термопластов и термореактивных смол, что приводит к получению высокопрочного и устойчивого к внешним воздействиям материала с низкой плотностью.

Стеклопластиковые трубы могут производиться методами литья или непрерывной намотки, выбор технологии зависит от назначения и условий эксплуатации.

Для разных целей и уровней сложности выпускаются стеклопластиковые трубы различных диаметров, которые используются как для магистральных линий, так и для ответвлений.

Длинномерная продукция из стеклопластика гораздо более устойчива к агрессивным и абразивным веществам, чем трубы из чугуна или стали, что делает их востребованными в промышленности.

В таких отраслях, как химическая, фармакологическая, пищевая и в нефтегазовой сфере, стеклопластиковые трубы пользуются высоким спросом и активным использованием.

Стеклопластик активно применяется для создания коммунальных систем всех видов. Они идеально подходят для строительств водопроводов, вентиляции, отопления и водоотведения. Также используются в качестве защитной оболочки при прокладке подземных электрических и других коммуникационных линий.

Эти трубы могут быть использованы как для надземной, так и для подземной установки без необходимости дополнительной защиты.

Размеры и конфигурация стеклопластиковых труб стандартизированы, а их соединение выполняется в соответствии с методами, предусмотренными для других труб в определенных областях применения.

Методы производства стеклопластиковых труб

Физико-механические параметры готовой продукции зависят от технологии их изготовления. Композитные трубы могут производиться четырьмя основными способами: экструзией, пултрузией, центробежным литьем и намоткой.

Метод #1 — экструзия

Экструзия представляет собой технологический процесс, заключающийся в непрерывном проталкивании пастообразного или высоковязкого вещества через формующий инструмент. В этом процессе смола смешивается с измельченным стекловолокном и гибкими отвердителями, после чего поступает в экструдер.

Готовые изделия не имеют постоянного армирующего каркаса, так как связующее вещество хаотично заполняет стекловолокно, что снижает прочность труб.

Высокопроизводительная экструзионная линия позволяет производить бескаркасные изделия по низкой цене, однако спрос на них limited, так как характеристики прочности не высоки. Основой полимерной матрицы являются полипропилен и полиэтилен.

Метод #2 — пултрузия

Пултрузия — это метод производства длинных композитных элементов малого диаметра с фиксированным поперечным сечением. В ходе процесса нити стекловолокна, пропитанные термореактивной смолой, вытягиваются через раскаленную форму (+140 °C).

В отличие от экструзии, где основным фактором является давление, в пултрузии ключевую роль играет натяжение.

Ключевые компоненты пу-трузивной установки включают систему подачи волокна, резервуар для полимера, преформировщик, термопресс, натяжной механизм и резак.

1. Волокна поступают с катушек в полимерную ванну, где пропитываются термопластичными смолами.
2. Обработанные волокна проходят через форму, принимая необходимую форму.
3. Незатвердевшее вещество поступает на матрицу, где происходит полимеризация при заданной температуре и контролируемой скорости протаскивания.

Отвержденный продукт вытягивается с помощью натяжного устройства и нарезается на отрезки.

Примечательные особенности пултрузии включают:

• Типы обрабатываемых полимеров: эпоксидные, полиэфирные смолы, винилы;
• Скорость вытягивания: использование новых «пултрузивных» полимеров позволяет достигать скорости до 4-6 м/мин. (обычная скорость — 2-3 м/мин.);
• Габариты рабочей зоны: минимум – 3,05 на 1 м (усилие протаскивания – до 5,5 т), максимум – 1,27 на 3,05 м (усилие – 18 т).

В результате получится труба с идеально гладкими стенками, обладающая высокими прочностными характеристиками.

Свойства стеклопластика, созданного с помощью пултрузии: разрушающее напряжение при изгибе – 700-1240 МПа, теплопроводность – 0,35 Вт/м²·°C, модуль упругости при растяжении – 21-41 ГПа.

Недостатки данного метода связаны не с качеством готовой продукции, а с самой технологией, такие как высокая стоимость и длительность производственного процесса, а также невозможность производства труб большого диаметра, предназначенных для больших нагрузок.

Метод #3 — центробежное литье

Швейцарская компания Hobas разработала и запатентовала технологию центробежного формирования. При этом способе производства осуществляется от внешней стенки трубы к её внутренней, используя вращающуюся форму. Основными компонентами трубопровода являются измельченные стеклянные волокна, песок и полиэфирные смолы.

Сырьевые компоненты подаются во вращающуюся матрицу – таким образом формируется структура внешней поверхности трубы. По мере создания изделия в жидкую смолу добавляют твердые компоненты, заполнитель и стекловолокно, что ускоряет полимеризацию с помощью катализаторов.

Это приводит к образованию многослойных гладких стенок. Такие центробежные методы позволяют получаемой трубе быть монолитной и однородной, без расслоений и пузырьков газа.

• высокая точность геометрии готовой продукции (внутреннее сечение вращающейся матрицы совпадает с внешним диаметром изделия);
• возможность отлить стенку любой толщины;
• высокая кольцевая жесткость полимерного композита;
• максимально гладкая поверхность как внутри, так и снаружи труб.

Недостаток центробежного литья заключается в высокой энергоемкости и дороговизне конечного продукта.

Метод #4 — поступательная намотка

Наиболее распространенная техника — непрерывная намотка. В этом случае труба создается путем чередования стекловолокна с полимерами и охлаждения их в процессе. Этот метод производства имеет несколько подвидов.

Спирально-кольцевая техника

В качестве укладчика волокон используется специальное кольцо, на окружности которого располагаются фильеры с нитью.

Рабочий элемент непрерывно движется по оси подвижной оправы, равномерно распределяя волокна вдоль спиральных линий.

При изменении скорости вращения оправы и перемещения укладчика, происходит изменение угла ориентации стекловолокон. На концах трубы кольцо функционирует в режиме «реверс», обеспечивая укладку нитей с малым уклоном.

Ключевые преимущества этого метода:

• однородная прочность по всей поверхности трубопровода;
• высокая устойчивость к растягивающим нагрузкам – трещины исключены;
• возможность создания деталей переменной толщины и сечений с сложной формой.

Эта технология обеспечивает создание высокопрочных труб, предназначенных для работы под высоким давлением (в насосно-компрессорных инженерных сетях).

Спирально-ленточная намотка

Технология данной намотки схожа с предыдущей, однако укладчик использует узкую ленту из волокон. Достигается плотный армирующий слой благодаря увеличенному количеству проходов.

В процессе производства используется оборудование меньшей стоимости по сравнению со спирально-кольцевым методом, но у «ленточной» намотки есть несколько значительных недостатков:

• ограниченная производительность;
• слабая укладка волокон снижает прочность трубопровода.

Спирально-ленточный метод имеет смысл применять для производства трубной арматуры для низкого и умеренного давления.

Продольно-поперечный метод

В этой технологии осуществляется непрерывная намотка: укладчик одновременно размещает продольные и поперечные волокна. Реверсное движение не используется.

Для подачи продольных армирующих волокон под вращающуюся оправку применяются движущиеся катушки. При изготовлении объемных труб необходимо использовать большое количество бобин:

• метод применяется в основном для труб сечением до 75 мм;
• существует возможность натяжения осевых нитей, что позволяет достигать прочности, аналогичной спиральному методу.

Продольно-поперечная технология отличается высокой производительностью. Оборудование позволяет варьировать соотношение осевой и кольцевой арматуры в широком диапазоне.

Косослойная поперечно-продольная технология

Разработка харьковских специалистов востребована среди отечественных производителей. В процессе косослойной намотки укладчик накладывает «вуаль» из пучка связывающих нитей. Лента подается на оправу под небольшим углом, перекрывая предыдущий виток, что формирует кольцевую арматуру.

По завершении обработки волокна уплотняются роликами – остающиеся связующие полимеры удаляются, а армирующее покрытие уплотняется.

Процесс прижатия позволяет добиться минимального содержания пластика. Доля стекловолокна в отвержденном композите составляет около 80% — это обеспечивает высокую прочность и низкую воспламеняемость.

Характерные черты косослойной намотки:

• плотное прилегание стекловолокон;
• неограниченные диаметры производимых труб;
• отличные диэлектрические характеристики благодаря отсутствию непрерывной арматуры по оси.

Однако модуль упругости «косослойного» стеклопласта ниже, чем у аналогичных технологий. Из-за риска формирования межслойных трещин метод не подходит для изготовления трубопроводов под высоким давлением.

Критерии выбора стеклопластиковых труб

Выбор стеклокомпозитных труб осуществляется на основе нескольких факторов: жесткости и расчетного давления, типа связующего материала, конструктивных особенностей стенок и способа соединения. Важные параметры указаны в сопроводительных документах и на каждой трубе – в виде сокращенной маркировки.

Жесткость и номинальное давление

Жесткость стеклопласта определяет его способность выдерживать внешние нагрузки (вес грунта, транспортные нагрузки) и внутреннее давление. Согласно стандартам ISO, трубная арматура делится на различные классы жесткости (SN).

Максимально допустимые уровни рабочего давления для каждого класса: SN 2500 – 0,4 МПа, SN 5000 – 1 МПа, SN 10000 – 2,5 МПа.

С увеличением толщины стенок стеклопластиковых труб возрастает их жесткость.

Номинальное давление (PN) относит изделия к разным категориям в зависимости от безопасного давления жидкости при температуре +20 °C на протяжении всего срока службы (около 50 лет). Единицей измерения для PN является МПа.

Некоторые производители, такие как Hobas, обозначают комбинированные характеристики по двум параметрам (давлению и жесткости) в виде дроби. Например, трубы с рабочим давлением 0,4 МПа (класс PN — 4) и жесткостью (SN) в 2500 Па будут обозначены как – 4/2500.

Тип связующего материала

Эксплуатационные свойства трубы в значительной степени зависят от используемого связующего вещества. Чаще всего применяются полиэфирные или эпоксидные добавки.

Особенности ПЭФ-связующих

Стенки формируются из термореактивных полиэфирных смол, армированных стекловолокном и песчаными добавками.

Используемые полимеры обладают важными характеристиками:

• низкая токсичность;
• отверждение при комнатной температуре;
• недвусмысленная сцепка с волокнами стекла;
• химическая инертность.

Композитные трубы с ПЭФ-полимерами устойчивы к коррозии и агрессивным средам.

Области применения: ЖКХ, водозабор, очистные сооружения, промышленная и бытовая канализация. Ограничения: температура свыше +90 °C, давление более 32 атмосфер.

Характеристики эпоксидной смолы

Связующее придает материалу повышенную прочность. Температурный предел композитов на основе эпоксидов достигает +130 °C, максимальное давление составляет 240 атмосфер.

Дополнительное преимущество – практически полное отсутствие теплопроводности, благодаря чему собранные магистрали не требуют дополнительной теплоизоляции.

Трубы этого класса стоят дороже, чем изделия с ПЭФ-связующими. Чаще всего стеклопластиковые трубопроводы с эпоксидными связующими применяются в нефтегазовой и нефтехимической отраслях, а также в инфраструктуре морских портов.

Конструкция стенок композитных труб

По конструктивным характеристикам выделяют однослойные, двухслойные и трехслойные стеклопластиковые трубы.

Характеристики однослойных изделий

Трубы не имеют защитного футерованного покрытия, что делает их дешевле. Однако они не подходят для использования в местностях со сложным рельефом и неблагоприятным климатом.

Такие изделия требуют аккуратного монтажа — необходимо выкапывать глубокие траншеи и укладывать песчаную «подушку». Это увеличивает смету на установочные работы.

Особенности двухслойных труб

Изделия имеют внутреннее футерование с пленкой из полиэтилена высокого давления. Эта защита повышает химическую стойкость и улучшает герметичность конструкции под внешними нагрузками.

Тем не менее, практика применения двухслойных труб на нефтепромыслах выявила их недостатки:

• недостаточная адгезия между конструктивным слоем и футеровкой нарушает целостность стенок;
• футеровка теряет эластичность при низких температурах.

При транспортировке газов возможно отслаивание защитного слоя.

Двухслойные трубы предназначены для транспортировки разгазированных масс и подходят для переработки сточных вод, а также для прокладки канализационных и водопроводных систем.

Параметры трехслойной трубы

Структура стеклопластиковой трубы:

1. Внешний полимерный слой (толщина 1-3 мм) – обеспечивает механическую и химическую защиту.
2. Структурный слой – отвечает за прочность трубы.
3. Лайнер (толщина 3-6 мм) – внутренний слой из стеклопластика.

Внутренний слой создает гладкость, герметичность и смягчает циклические колебания внутреннего давления.

Физико-механические характеристики трехслойных стеклопластиковых труб позволяют их использовать в разных сферах для транспортировки как газоносных, так и жидких сред.

Методы соединения стеклопластиковых трубопроводов

По способу соединения трубная арматура из композита разделяется на 4 группы.

Группа №1 — раструбно-шиповое соединение

Резиновые уплотнители устанавливаются в специальные канавки на шипах труб. Посадочные кольца формируются при помощи оборудования с электронным управлением, что обеспечивает точность их размеров и расположения.

В зависимости от места расположения инженерной сети и характеристик транспортируемой среды выбирается тип резинового уплотнителя. Трубная арматура комплектуется необходимыми кольцами.

Группа №2 — раструбно-шиповое соединение с уплотнением и стопором

Для наземных магистралей следует учитывать осевые силы, действующие на трубопровод. Поэтому кроме уплотнителя устанавливается стопор. Этот элемент может быть выполнен из металлической проволоки, поливинилхлорида или полиамида.

Стопор устанавливается в кольцевые канавки через раструбное отверстие на шиповой части. Он предотвращает осевое смещение элементов трубопровода.

Группа №3 — фланцевое соединение

Стыковка композитного трубопровода с фасонной арматурой или металлическими трубами. Размеры присоединительных фланцев стеклопластиковых труб регламентируются ГОСТ 12815-80.

Для фиксации фланцев в основании трубы предусмотрена специальная «стопа» с крепежными отверстиями. Ширина стыковочных бортов зависит от параметров трубопровода.

Группа №4 — клеевое соединение

Разборный метод соединения – на законцовки наносят состав из армирующих стекломатериалов с добавлением полиэфирного компонента «холодного» отверждения. Данная методика обеспечивает прочность и герметичность трубопровода.

Маркировка защитного внутреннего слоя

Процесс изготовления трубной продукции обеспечивает возможность создания изделий с разными составами внутренней оболочки, что влияет на их устойчивость к транспортируемым веществам.

Разнообразие труб разделяется на четыре категории. Стеклопластиковые трубы класса HP способны выдерживать постоянную перекачку жидкости при температуре до +90 °С, при этом уровень pH не должен превышать 14.

На внутреннем защитном покрытии, применяемом отечественными производителями, есть специальная маркировка.

Буквы указывают на разрешенные области применения:

• А – для транспортировки абразивных жидкостей;
• П – для подачи и отвода холодной воды, в том числе питьевой;
• Х – подходит для использования в агрессивной химической среде;
• Г – для теплоснабжения (до 75 °С);
• С – для других жидкостей, включая продукты с высокой кислотностью.

Защитное покрытие наносится слоями толщиной до 3 мм.

Обзор продукции от ведущих производителей

Среди широкого ассортимента продукции имеются заслуженные бренды, которые зарекомендовали себя на рынке. К ним относятся товары таких компаний, как Hobas (Швейцария), Стеклокомпозит (Россия), Amiantit (концерн из Саудовской Аравии с производственными мощностями в Германии, Испании и Польше), Ameron International (США).

Бренды, которые еще не так давно появились на рынке, но уже показывают хорошие результаты, это Полиэк (Россия), Arpipe (Россия) и Завод стеклопластиковых труб (Россия).

Производитель #1 — бренд HOBAS

Заводы марки HOBAS находятся в США и нескольких европейских странах. Продукция компании получила международное признание благодаря своему высокому качеству. Трубы GRT с полиэфирной связкой изготавливаются с применением технологии центробежного литья, используя стекловолокно и ненасыщенные полиэфирные смолы.

Системы труб HOBAS используются в различных областях, таких как канализация, дренаж, водоснабжение и в промышленных трубопроводах, а также на гидроэлектростанциях. Возможна надземная укладка, а также установка методом микротоннелирования и протаскивания.

Характеристики труб HOBAS:

• диаметр – от 150 до 2900 мм;
• класс жесткости SN – от 630 до 10 000;
• уровень давления PN – от 1 до 25 (PN1 – для безнапорных трубопроводов);
• внутреннее антикоррозийное покрытие;
• стойкость к агрессивным кислотам в широком диапазоне pH.

Произведены также специализированные детали, такие как колена, переходники, фланцевые трубопроводы и тройники.

Производитель #2 — компания Стеклокомпозит

Компания «Стеклокомпозит» запустила линию для выпуска стеклопластиковых труб серии Flowtech, применяя метод непрерывной намотки.

В производстве используются машины с двойной подачей смолистых компонентов. Более дорогие высококачественные смолы используются для укладки внутреннего слоя, а менее дорогие – для структурного слоя, что позволяет снизить себестоимость и оптимизировать использование материалов.

Диаметры труб Flowtech колеблются от 300 до 3000 мм, класс PN – от 1 до 32. Стандартная длина – 6 и 12 м, но по запросу можно изготовить трубы длиной от 0,3 до 21 м.

Производитель #3 — бренд Amiantit

В состав труб Flowtite от Amiantit входят стекловолокно, полиэфирная смола и песок. Производимый продукт создается с помощью непрерывной намотки, что позволяет формировать многослойные конструкции труб.

Структура стеклопластика включает шесть слоев:

• внешний слой из нетканого материала;
• с другой стороны – рубленое стекловолокно, связанное с смолой;
• средний слой – комбинация стекловолокна, песка и полиэфирной смолы;
• обратный слой мощности;
• подложка из стеклянных волокон и смолы;
• защитный слой из нетканого стекловолокна.

Исследования подтвердили высокую стойкость к абразивной нагрузке: износ защитного слоя составил всего 0,34 мм после 100 тыс. циклов обработки гравием.

Прочностной класс труб Flowtite варьируется от 2500 до 10000, при этом возможно изготовление труб класса SN-30000 по индивидуальному заказу. Системы функционируют под давлением от 1 до 32 атмосфер, а максимальная скорость потока достигает 3 м/с (для чистой воды – до 4 м/с).

Производитель #4 — компания Полиэк

Компания «Полиэк» предлагает различные модели стеклопластиковых труб под брендом Fpipes. Метод их производства (непрерывная косослойная продольно-поперечная намотка) позволяет создавать трубы с диаметром до 130 см и тремя слоями.

При создании обсадных труб и звеньев водоподъемных колонн, а также для систем водоснабжения и отопления используются полимерные композитные материалы.

Ассортимент канализационных труб из стеклопластика составляет от 62,5 до 300 мм, для высоконапорных изделий – от 62,5 до 200 мм, вентиляционных труб – от 200 до 300 мм, обсадок скважин – от 70 до 200 мм.

На рынке также представлены трубы из других материалов: стали, меди, полипропилена, металлопластика и полиэтилена, которые благодаря своей доступности широко используются в различных сферах: для монтажа систем отопления, водоснабжения, канализации, вентиляции и т.д.

Вы можете ознакомиться с характеристиками труб из различных материалов в следующих статьях:

• Металлопластиковые трубы: разновидности, технічные характеристикии особенности монтажа
• Полипропиленовые трубы и фитинги: виды ПП изделий для сборки трубопроводов и способы соединений
• Пластиковые вентиляционные трубы для вытяжки: виды, характеристики и применение
• Медные трубы и фитинги: разновидности, маркировка и особенности установки медного трубопровода
• Стальные трубы: типы, ассортимент, обзор техничных характеристик и монтажные особенности

Заключение и полезное видео на тему

Производственные технологии и преимущества использования стеклопластиковых труб:

Сравнение методов непрерывной и периодической намотки волокон:

В частном строительстве стеклопластиковые трубы встречаются довольно редко, в основном из-за их высокой стоимости в сравнении с пластиковыми аналогами. Тем не менее, в промышленной сфере оценили качество композита и активно заменяют старые металлические магистрали на трубы из стеклопластика.

Если у вас остались вопросы после ознакомления со статьей, задавайте их в комментариях — наши эксперты постараются ответить на них как можно более полно.

Если у вас есть актуальная информация или примеры из собственного опыта, не стесняйтесь поделиться ими в комментариях к статье.