Расчет стеклопластиковой арматуры: Калькулятор расчета количества арматуры и бетона для фундамента «Композит Групп Челябинск»

Содержание

Калькулятор расчета количества арматуры и бетона для фундамента «Композит Групп Челябинск»


Варианты равнопрочной замены металлической на стеклопластиковую арматуру

Понятие равнопрочной замены представляет собой замену арматуры произведенной из стали, на арматуру из композитных материалов, которая имеет такую же прочность и схожие прочие физико-механические показатели. Под равнопрочным диаметром стеклопластиковой арматуры, будем понимать ее такой наружный диаметр, при котором прочность будет равна прочности аналога из металла заданного диаметра. Данные по замене приведены в таблице:

Металлическая арматура класса A-III (A400C)ØАрматура композитная полимерная стеклопластиковая (АКС)Ø
6 4
8 5,5
10 6
12 8
14 10
16 12
18 14
20 16

Варианты равнопрочной замены металлической на стеклопластиковую арматуру

Понятие равнопрочной замены представляет собой замену арматуры произведенной из стали, на арматуру из композитных материалов, которая имеет такую же прочность и схожие прочие физико-механические показатели.

Под равнопрочным диаметром стеклопластиковой арматуры, будем понимать ее такой наружный диаметр, при котором прочность будет равна прочности аналога из металла заданного диаметра. Данные по замене приведены в таблице:

Металлическая арматура класса A-III (A400C) ØАрматура композитная полимерная стеклопластиковая (АКС) Ø
6 4
8 5,5
10 6
12 8
14 10
16 12
18 14
20 16

Варианты равнопрочной замены металлической на стеклопластиковую арматуру

Понятие равнопрочной замены представляет собой замену арматуры произведенной из стали, на арматуру из композитных материалов, которая имеет такую же прочность и схожие прочие физико-механические показатели.

Под равнопрочным диаметром стеклопластиковой арматуры, будем понимать ее такой наружный диаметр, при котором прочность будет равна прочности аналога из металла заданного диаметра. Данные по замене приведены в таблице:


Металлическая арматура класса A-III (A400C)ØАрматура композитная полимерная стеклопластиковая (АКС) Ø
6 4
8 5,5
10 6
12 8
14 10
16 12
18 14
20 16

Расчет стеклопластиковой арматуры – ТПК Нано-СК

Расчет стеклопластиковой арматуры

Для того, чтобы правильно произвести расчет стеклопластиковой арматуры, требуются элементарные знания в области строительных технологий. Дело в том, что стеклопластиковая арматура отличается от стальной размерами и весом, гибкостью и способом крепления. И в расчетах требуется учитывать эти различия, так как они существенно влияют на конечный результат.

Преимущества Применение Таблица равнопрочной замены Сравнительные характеристики ГОСТы Прайс

Расчет ленточного фундамента

Ленточный фундамент чаще всего используют в коттеджном строительстве, потому что это самый простой метод в строительстве. Расчет стеклопластиковой арматуры для ленточного фундамента основывается на погонном измерении, так как ленточный фундамент представляет собой полосу, замкнутый контур  стеклопластика. Основные преимущества ленточного стеклопластикового фундамента:

 

  • ленточная арматура стеклопластиковая вес
    имеет минимальный;
  • ленточная стеклопластиковая арматура проста в использовании;
  • ленточная арматура экономит расходные материалы на фундамент и сокращает расходы;

 

Расчет стеклопластиковой арматуры ленточного типа основывается на том, что такая арматура позволяет равномерно распределить вес здания по всему периметру, и создать сопротивление выпучиванию почвы. Последнее предотвращает перекос и проседание стен.

 

Способы устройства ленточной стеклопластиковой арматуры

ТПК “НАНО-СК” предлагает строительным организациям ленточную стеклопластиковую арматуру для двух видов линейного фундамента по способу устройства:

 

  • сборного;
  • монолитного;

Расчет стеклопластиковой арматуры для монолитного фундамента производиться, исходя из того, что вязка арматурного фундамента и заливка бетона производиться прямо на строительной площадке.

Расчет стеклопластиковой арматуры для сборного фундамента производится, исходя из того, что она нужна для армирования строительных блоков. В обоих случаях линейная арматура стеклопластиковая вес имеет минимальный.

 

Ленточный фундамент по глубине заложения

По глубине заложения ленточный фундамент делиться на:

 

  • Мелкозаглубленный
  • Глубокозаглубленный

 

Расчет стеклопластиковой арматуры зависит от проектных нагрузок, и от типа почвы. Арматура стеклопластиковая вес при этом может выдержать даже тяжелой монолитной стены.

Компанией “НАНО-СК” производиться арматура стеклопластиковая вес которой оптимален с точки зрения технического процесса закладки фундамента.

Преимущества Применение Таблица равнопрочной замены Сравнительные характеристики ГОСТы Прайс

Фундамент с стеклопластиковой арматурой делаем сами.

Стеклопластиковая арматура для фундамента является инновационным материалом, который исключает разрушения в бетонных конструкциях. Она является достойной альтернативой металлическим аналогам. Уникальные характеристики выгодно выделяют ее на фоне иных изделий данного предназначения. В связи с этим арматура пользуется спросом у крупных строительных организаций и частных застройщиков.

Технические характеристики

Данные многочисленных исследований, которые проводили компетентные организации, показали, что стеклопластиковая арматура для ленточного фундамента имеет уникальные свойства. В строительстве применять арматурные прутки на основе стеклопластика удобно благодаря легкому весу. Ее используют для армирования легких конструкций из ячеистого бетона. Таким образом, существенно снижается вес конструкций в целом.

Важной технической характеристикой, как показывают отзывы о стеклопластиковой арматуре для фундамента, является улучшенные свойства на разрыв. Она в три раза превышает по прочности стальной аналог. Также стеклопластиковые изделия не подвергаются отрицательному влиянию коррозии. Экспертами при сравнении коррозионной устойчивости с изделиями на основе металла установлено, что данный показатель выше в десять раз. Они устойчивы к агрессивной щелочной среде бетона.

Заливка бетона с арматурой.

Строители могут выполнять армирование фундамента стеклопластиковой арматурой на объектах, которым необходимо беспрепятственное проникновение волн различной частоты. Это возможно за счет радиопрозрачности данной арматуры. Материал является диэлектриком, который не проводит электрический ток. Он полностью прозрачен для электромагнитных волн.

Среди технических характеристик специалисты отмечают намного пониженный уровень теплопроводности. Подобная характеристика исключает возможное появление мостиков холода в бетонных конструкциях. Такой показатель позволяет значительно повысить энергоэффективность объектов, которые построены на основе данного стройматериала.

На заметку

Коэффициент теплового расширения каркаса из стеклопластиковых элементов практически аналогичен параметру бетонных конструкций. За счет этого при пользовании данных материалов в несколько раз снижается вероятность образования трещин.

Преимущества стеклопластиковой арматуры

Рассмотрев достоинства арматуры на основе стеклопластика можно сделать правильный выбор. Строители, исходя из показателей, какой фундамент для стеклопластиковой арматуры подобрать, отдают ему предпочтение, основываясь на устойчивости к химически активным средам.

Данная характеристика определяет длительный срок эксплуатации материала, составляющий не менее восьмидесяти лет. Износоустойчивость материала сопоставима со стальной конструкцией. Легкий вес арматуры из стеклопластика исключает значительную нагрузку на фундамент строения, благодаря этому продлевается его срок службы.

Отдельно строители подчеркивают повышенную гибкость стеклопластиковой арматуры. Отгрузка стройматериала может производиться заказчику в бухтах, предварительно не нарезая отдельными прутками. Таким образом, уменьшено количество нахлестов, что снижает затраты материала.

Арматура в бухтах.

Также подобный параметр способен повысить прочность возводимой бетонной конструкции. Компактность формы упаковки позволяет поместить арматуру в багажник легкового авто, что уменьшает затраты на транспортировку материала на строительную площадку.

В строительстве композитная арматура получила широкое применение за счет вариативности температурного рабочего диапазона. Он составляет от -10 до +100 градусов. Используя материала при экстремальных температурах, технические характеристики остаются на прежнем уровне.

Расчет арматуры из стеклопластика

Ленточный фундамент

Выполнить расчет фундамента из стеклопластиковой арматуры можно, придерживаясь СНиП 52-01-2003 “Бетонные и железобетонные конструкции”. Высчитать все точно получится с помощью онлайн калькулятора. Для этих целей необходимо учитывать несколько факторов.

Ленточный фундамент.

Первым делом нужно определиться с количеством, несущих стен и по какому принципу они будут расположены. Следует учесть марку бетона. Также надо знать параметры ленты: ширину, длину, высоту и толщину. Точные подсчеты получатся с учетом размера закупочного стержня. Определиться следует с классом и сечением арматуры.

Стоит помнить, что диаметр стеклопластиковой арматуры для фундамента влияет на окончательную прочность конструкции. В этом плане правильнее учитывать массу конструкции.

Плитный фундамент

Этот тип фундамента можно рассчитать с помощью онлайн калькулятор для этого типа фундамента. Пользуясь им, выполняются плита фундамента расчеты опалубки, диаметра и объема бетона.

Полученные данные позволяют точно установить, сколько потребуется материала, чтобы обустроить такой тип фундамента для дома и прочие постройки.

Монолитная плита под каркасный дом.

Данный фундамент отличается доступной стоимостью и прост при возведении. Когда сравнивается с ленточным, не потребуется выполнять в большом объеме земляные работы. В основном строителями данная стеклопластиковая арматура для фундамента дома используется при строительстве загородного жилья и иных строений, в которых отсутствует подвальное помещение.

На заметку

При строительстве здания точная схема армирования необходима при организации работ. Она позволяет строителям усилить конструкцию. Все составляющие в комплексе обеспечивают ее длительный срок эксплуатации.

Сравнение стеклопластиковой и металлической

Внедрение инновационных технологий в строительную сферу ставит перед строителями вопрос, какую арматуру целесообразнее использовать для укрепления конструкций из бетона. Определиться стеклопластиковая арматура или металлическая для фундамента, можно только разобравшись со всеми их положительными сторонами. В отличие от изделий на основе металла арматура из стеклопластика имеет массу в девять раз меньше, что позволяет уменьшить нагрузку на фундамент сооружения.

Сравнение арматуры.

Профессионалы сравнивания арматуру из металла и стеклопластика едины во мнении, что последняя, не подвергается влиянию химически активных сред. В связи с этим в зимний период производят армирование ленточного фундамента стеклопластиковой арматурой. Их выбор объясняется тем, что зимой в бетон добавляют солевые растворы, способствующие его застыванию.

Отличительными характеристиками металлической арматуры по сравнению со стеклопластиковыми изделиями является простота использования последнего. Для этих целей не требуется пользоваться сварочным оборудованием. Удостовериться в этом можно, посмотрев, как выполняется укладка фундамента со стеклопластиковой арматурой на видео.

Стеклопластиковые элементы арматурных каркасов, сравнив с металлическими аналогами, эффективнее справляются с нагрузками на разрыв. Поэтому они применимы в укреплении ответственных конструкций на основе бетона. Сравнивая металлическую арматуру со стеклопластиковой, специалисты отдельно останавливаются на том, что последняя на протяжение длительного времени не влияет на уменьшение прочностных характеристик фундаментных конструкций.

Все это обуславливается не подверженностью стеклопластиковых элементов окислительным процессам. Сравнив металлопластиковую со стеклопластиковой арматурой, специалисты пришли к заключению, что при использовании последней можно создавать надежные каркасные сооружения.

Технология армирования

Вязка арматуры

Многие интересуются у опытных строителей вопросом, как вязать стеклопластиковую арматуру для фундамента. Данный способ соединения арматурных прутьев оптимален по сравнению со сваркой, которая требует привлечения специалистов и не устойчива под влиянием высоких температур.

Вязка арматуры.

Специалисты перед тем, как вязать стеклопластиковую арматуру для ленточного фундамента, рекомендуют подготовить инструменты: арматурные прутья, вязальный крючок и стальную проволоку. Она должна быть мягкой. Также подготовка к работе требует предварительно определиться с сечением арматуры, размещением и числом прутьев.

Монтаж армирования фундамента может выполняться горизонтально и вертикально. Первый вариант предпочтительнее, так как компенсирует неравномерную нагрузку на фундамент. Прочностные характеристики конструкции обеспечиваются каркасом из стали вертикальной арматуры.

Вязка проволокой

Производиться вязка фундамента из стеклопластиковой арматуры может с использованием проволоки. Вначале ее потребуется отрезать длиной в тридцать сантиметров и сложить вдвое. Держать проволоку следует левой рукой, а правой удерживать вязальный крючок. Она должна быть подведена под арматуру. Крючок вставляется в петлю проволоки, которой целиком огибается арматура.

Профессионалы советуют сделать три оборота крючка, чтобы надежно скрепить арматуру. После этого крючок вынимается из петли. Специальный вязальный пистолет может существенно облегчить выполнение всего процесса.

Вязка хомутами

Данный способ не требует специальных навыков и оборудования. При этом обеспечивается отличная фиксация элементов. Применение пластиковых хомутов сводит к минимуму использование корродирующих материалов. Хорошая целостность заливки обеспечивается хомутами на основе пластика с металлическим наполнением.

Стеклопластиковая арматура – применение, достоинства и недостатки

Давайте попробуем в этом разобраться и определиться, где применение стеклопластиковой арматуры оправдано, а где нет.

Связывается такая арматура практически также, как и обычная – с помощью крючка для вязки арматуры.

Теперь давайте разберемся во всем по порядку – сначала рассмотрим достоинства и недостатки стеклопластиковой арматуры, а затем, основываясь на них, определим, где ее применение будет целесообразным. В конце статьи я расскажу о своем личном мнении по поводу применения стеклопластиковой арматуры.

Как и у любого строительного материала, у стеклопластиковой арматуры есть свои как достоинства, так и недостатки по сравнению с аналогичной металлической, которые могут стать серьезным подспорьем или помехой в применении ее в различных областях строоительства.

Давайте, наверное, начнем с достоинств:

 

Достоинства стеклопластиковой арматуры

1. Небольшой удельный вес. Это достоинство позволяет применять ее в легких конструкциях, таких, например, как ячеистый бетон и т.п. Это свойство стеклопластиковой арматуры позволяет снизить массу всей конструкции.

Стоит отметить, что применение стеклопластиковой арматуры в обычном бетоне не будет так же значительно влиять на массу конструкции, учитывая то, что основной вес будет давать сам бетон.

2. Низкая теплопроводность. Как известно, стеклопластик проводит через себя тепло значительно хуже, чем металл.

Это достоинство стеклопластиковой арматуры позволяет применять ее там, где необходимо сократить мостики холода, которые так замечательно создает стальная арматура.

3. Упаковка в бухтах. Для строительства частных домов это очень весомое достоинство стеклопластиковой арматуры, потому что на ее доставку к участку можно не тратиться, а, как известно, при постройке дома, особенно если строите своими руками, каждая копейка на счету.

В добавок к вышесказанному можно добавить, что применение стеклопластиковой арматуры в бухтах уменьшает ее расход, так как в арматурном каркасе нахлестов практически не будет, а это так же позволит немного снизить финансовые расходы.

4. Долговечность. Производители основываются на том факте, что стеклопластик, по сравнению с металлом, гораздо долговечнее.

Это немного сомнительное достоинство стеклопластиковой арматуры, учитывая то, что металл внутри бетона практически не подвержен коррозии и внутри железобетонной конструкции также прослужит очень долго.

5. Диэлектрическая. Это свойство, скорее всего, в частном строительстве не дает никаких достоинств стеклопластиковой арматуры над металлической, но о нем тоже не стоит забывать.

6. Устойчивость к химическим воздействиям. Это означает, что в кислых и других агрессивных химических средах стеклопластиковой арматуре намного комфортнее чем стальной.

В малоэтажном частном строительстве это достоинство стеклопластика, так же, как и предыдущее, практически не играет никакой роли, за исключением строительства зимой, когда в раствор или бетон добавляют различные соли, пагубно воздействующие на металл.

7. Радиопрозрачность. Это означает, что стеклопластиковая арматура не создает никаких радиопомех, в отличие от металлических контуров, создаваемых стальной арматурой.

Такое достоинство стеклопластиковой арматуры как радиопрозрачность, будет играть значительную роль только в том случае, если в стенах вашего дома много арматуры. Тогда применение стеклопластиковой арматуры уменьшит радиопомехи внутри дома.

В достоинствах разобрались, теперь давайте рассмотрим недостатки стеклопластиковой арматуры, применяемой в строительстве.

Недостатки стеклопластиковой арматуры

У любого материала есть недостатки и стеклопластиковая арматура – не исключение.

1. Стеклопластиковая арматура дороже обычной стальной если сравнивать арматуру одинакового диаметра.

2. Термически не устойчива. Стеклопластиковая арматура не выдерживает высоких температур.

Так же сомнительный недостаток, потому как в малоэтажном частном строительстве я даже не могу представить ситуацию, где будет необходимо нагреть арматуру до 200 градусов.

3. Не гнется. Таким образом, если нам понадобится, например, согнуть арматуру под углом 90 градусов, мы этого сделать не сможем. Хотя с другой стороны – мы можем все изгибы сделать из обычной стальной и нарастить их со стеклопластиковой.

4. Низкий модуль упругости на излом. Это означает, что стеклопластиковая арматура не выдерживает на излом таких же нагрузок, как металлическая.

Многие производители утверждают обратное – что модуль упругости у стеклопластиковой арматуры больше, но это, скорее всего, они имеют ввиду растяжение, а бетон, как правило подвержен больше нагрузкам именно на излом. Это основной недостаток, из-за которого ограничивается применение стеклопластиковой арматуры в строительстве.

5. Трудность в сооружении жесткого арматурного каркаса. Другими словами, каркас из стеклопластиковой арматуры не такой жесткий как из металлической, и, соответственно, менее устойчив к вибрации и нагрузкам, которые будут присутствовать при заливке бетона с автомобильного миксера.

Вот мы и рассмотрели практически все основные достоинства и недостатки стеклопластиковой арматуры. Судя по ним, невозможно с большой уверенностью сказать, что она значительно лучше или хуже металлической арматуры, поэтому давайте рассмотрим в каких строительных конструкциях и сооружениях применение стеклопластиковой арматуры будет оправдано и целесообразно.

Применение стеклопластиковой арматуры оправдано в некоторых случаях как в промышленном строительстве, так и в частном малоэтажном.

По поводу промышленного строительства, я думаю, говорить много не стоит, все же сайт посвящен строительству домов своими руками, поэтому давайте разберем область применения стеклопластиковой арматуры в частном малоэтажном строительстве.

1. Стеклопластиковая арматура применяется в некоторых типах фундаментов, таких как ленточный – заглубленный ниже глубины промерзания, плитный фундамент.

Стоит отметить, что это касается только малоэтажного частного строения, на хорошем грунте. На плывучих грунтах будут повышенные нагрузки на излом, которые стеклопластиковая арматура может не выдержать.

2. Целесообразно применение стеклопластиковой арматуры в армировании кирпичных стен, стен из блоков, очень часто можно встретить армирование стен из газосиликатных блоков стеклопластиковой арматурой.

Применение стеклопластиковой арматуры в армировании стен очень популярно среди застройщиков. Причем применяется такая арматура как элемент армирования самих стен, так и в качестве связки облицовочной стены с несущей.

3. В многослойных панелях в качестве связей. Так как внутри панелей, как правило присутствует плотный утеплитель, для связки между собой бетонных частей и используется стеклопластиковая арматура.

4. Оправдано применение стеклопластиковой арматуры в несущих частях элементов, подверженных повышенной коррозии, бассейнов, например.

5. Также стеклопластиковая арматура широко применяется в армировании клееных деревянных балок, увеличивая их жесткость.

6. Армирование асфальта, в местах повышенных нагрузок, хотя я такого еще ни разу не видел.

Как видите, область применения стеклопластиковой арматуры в строительстве довольно широка, хотя и присутствуют кое-какие ограничения.

Мнение автора о применении стеклопластиковой арматуры в строительстве

Я считаю, что стеклопластиковая арматура пока не способна полностью заменить металлическую, но это не значит, что ею можно совсем пренебречь.

Я широко применяю ее в строительстве стен из блока и кирпича, также в качестве связей облицовочной стены с несущей, так как при применении металла в качестве связей, во-первых, он будет подвержен коррозии, ну а во-вторых, металл создает мостики холода, которые в современном строительстве крайне нежелательны.

Применение стеклопластиковой арматуры в фундаменте так же оправдано, если у вас нетяжелая постройка, например, каркасный дом или гараж.

Если же на участке слабый грунт и предвидятся огромные нагрузки на фундамент, я бы не стал рисковать с применением арматуры, у которой упругость на излом меньше чем у металлической.

Стеклопластиковая арматура для фундамента: отзывы специалистов


Арматура в сфере строительства является одним из самых важных материалов. Она используется в качестве связывания элементов конструкции, укрепления строительных материалов, закрепления облицовки и много другого.

Несмотря на то, что классическим вариантом использования армирования считаются стальные стержни, достаточно широкую популярность сегодня приобрела арматура из стеклопластика.

Можно сказать, что это современный материал, который позволяет совершенно иначе взглянуть на многие нюансы армирования, расчёты сметы бетонных работ и расчет веса.

Что такое стеклопластиковая арматура, ее виды

Стеклопластиковая или композитная арматура, как и ее аналог из стали, представляет собой длинные стержни диаметром 4-18 мм с насечками или навивкой по всей длине. Из названия понятно, что от в отличие от стальной арматуры основу стеклопластиковой составляют неметаллические материалы. Чаще всего это два элемента:

  • волокна из разных типов сырья;
  • полимер с термореактивной или термопластичной структурой.

Для изготовления прочной основы для стержней используются вяжущие вещества, которые после застывания дают материал, превосходящий сталь по большинству характеристик. Готовые изделия могут применять в различных сферах производства, включая строительство. Особенно востребовано армирование фундамента стеклопластиковой арматурой, оно позволяет укрепить его основу, сделать ее более прочной.


В зависимости от назначения изготавливаются прутья арматуры разной толщины Источник m-strana.ru

В соответствии с происхождением выделяют несколько типов армирующих изделий:

  • стеклопластиковые;
  • базальтокомпозитные;
  • углекомпозитные;
  • арамидокомпозитные;
  • комбинированные. Эта разновидность арматуры имеет в своем составе один компонент, но она может иметь включения других элементов по всей длине.

Из всех разновидностей чаще всего используют стеклопластиковую арматуру. Она применяется во многих сферах. Ее структура похоже на строение дерева. Вдоль стержня имеются волокна, которые благодаря вяжущему материалу образуют единую основу.

Смотрите также: Контакты строительных компаний, которые предлагают услугу ремонта фундамента.

Преимущества и недостатки применения

Применение стеклопластиковой арматуры в фундаменте обусловлено целым рядом преимуществ, которыми обладает этот материал:

  • стеклопластиковую арматуру можно сворачивать в бухту, что сильно облегчает ее транспортировку, а значит, снижает затраты на строительство дома;
  • небольшой вес арматуры намного упрощает ход работ – при армировании фундамента не требуется прилагать больших усилий.


Небольшой вес прутьев стеклопластиковой арматуры это большой плюс для строителей Источник m-strana.ru
Для сравнения пример: показатель плотности стальной основы выходит 7850 кг на один кубический метр, а масса кубометра композитных изделий всего 1900 кг. Из этого следует, что вес стеклопластиковой арматуры меньше почти в 4,13 раза стальных материалов. Кроме того, у стеклопластика есть другие преимущества:

  • Стеклопластик имеет хорошую стойкость к коррозийному поражению. Он не подвергается негативным воздействиям воды и других агрессивных сред. По этой причине армирование с применением композитных изделий является отличным вариантом для бетонов с добавлением разных модификаторов.
  • Высокая прочность: композитная арматура в 2-2,5 раза прочнее, чем металлические прутья с равным диаметром.
  • Устойчивость к температурным перепадам: стеклопластиковые прутья не изменяют своих прочностных характеристик при температурах от -70 до +200 °C. При этом на них не образуются повреждения и трещины.
  • При строительстве фундамента из стеклопластика не требуется сварка: прутья перевязывают проволокой или пластиковыми креплениями.
  • Низкая теплопроводность: в сравнении со стальной у стеклопластика она в 100 раз ниже, что значительно снижает теплопотери.

Мнения о пластиковой арматуре как строительном материале

По поводу вопроса об идеальности пластиковой арматуры как материале для строительства ходят споры. Большим недостатком строители считают малую прочность фундамента при осуществлении поперечного давления на конструкцию.

Важно! Также большим минусом, по мнению специалистов, является нормативная документация, которая по данному стройматериалу отсутствует.

В том числе людей отпугивает отсутствие каких-либо инструкций, как правильно вязать пластиковую арматуру, так как когда дело доходит до практики, многие не понимают, как справляться со столь легким и неуправляемым материалом.

Как отмечают строители, арматура из пластика больше подходит для фундаментов, в то время как при строительстве межэтажных перекрытий его использовать невозможно. В то же время стеклопластик выбирают, потому что он дешевле и не подвергается коррозии.

Выполнение расчетов

Расчет стеклопластиковой арматуры для фундамента производится с учетом важных нюансов. При строительстве железобетонных зданий расчет выполняется согласно СП «Бетонные и железобетонные конструкции» и он разделяется на две группы:

  • 1 ГПС. Производится расчет в соответствии с несущими способностями. Здесь проводится проверка, может ли фундамент выдержать оказываемое давление, которое на него оказывается;
  • 2 ГПС. Выполняются расчеты согласно свойствам жесткости. Эта группа учитывает деформации и величину раскрытия трещин у конструкций из железобетонной основы. Расчеты проводятся согласно показаниям модуля упругости материала.

В сооружениях из железобетонной основы наибольшую сжимающую нагрузку берет на себя бетон, а главная функция арматуры заключается в предотвращении разрушения, которое возникает при воздействии деформаций. Многие производители стеклопластиковой арматуры указывают на его повышенную прочность, но вот о модуле упругости ничего не известно. Этот показатель определяет свойства деформативности конструкции.


Главная задача арматуры – уберечь фундамент от разрушения Источник m-strana. ru

Чтобы выполнить расчеты деформативности, требуется поделить показатель прочности на данные модуля упругости. Прочность у стеклопластиковых изделий составляет Rs = 1000 Мпа, а модуль упругости Es = 50000 Мпа. Величина деформативности составляет 0,02 или 2 %. А вот у стальных армирующих компонентов А400 – Rs = 360 МПа, Es = 200000 Мпа. А степень деформативности выходит 0,0018 или 0,18 %. Из этого следует, что композитные изделия для армирования по сравнению со стальными справляются с трещинами в 10 раз хуже.

Распределение по видам поверхности металлических стержней

В загородном строительстве для оснований чаще применяют прутки сечением от 8 до 16 мм. Форма поверхности стержней не менее интересна и важна для определения прочностных характеристик железобетона.

Для тех, кто занимается проектированием, актуально не только знать, как выбрать арматуру для фундамента, но и какой тип поверхности стержней лучше использовать.

Выше уже упоминалось, что для большей прочности бетона используют ребристую поверхность металлических прутков. Это один из двух известных типов. Второй представляет гладкую поверхность. Его значимость несколько ниже. Бетон, армированный металлическими стержнями с гладкой поверхностью, не воспринимает основных нагрузок.

Укладка фундамента

Особых отличий в применении композитного материала, по сравнению со стальной арматурой нет. Для армирование ленточного фундамента стеклопластиковой арматурой требуются практически те же инструменты и материалы:

  • рулетка или метр для проведения измерений;
  • хомуты из пластика;
  • болгарка – нужна для подгонки и разрезания прутьев по нужным параметрам;
  • средства для индивидуальной защиты – очки и перчатки;
  • строительный уровень.


Армирование стеклопластиком проходит легче и быстрее Источник m-strana.ru
Сооружение фундамента проводится в несколько этапов:

  • Первым делом делается траншея. При ее сооружении обязательно должен соблюдаться контур ленточного фундамента;
  • На дне котлована создается подушка из щебня и песка. Все тщательно утрамбовывается;
  • При утрамбовке слой из песка должен иметь толщину 10-15 см, слой из щебня должен быть такой же толщины. Поскольку все должно быть ровное необходимо применять строительный уровень;
  • Далее сооружается опалубка. Для этого производится сбор щитов из досок, они скрепляются при помощи саморезов или гвоздей. С наружной стороны их необходимо согнуть, а сами шляпки располагаются внутри;
  • После того как опалубка будет полностью сделана ее важно укрепить, для этого применяются колышки с распорками. Распорки необходимо закрепить, это выполняется путем стягивания стенок в верхней части;
  • При желании к поверхности стенок можно прикрепить пергамин. Его фиксирование проводится при помощи строительного степплера. Этот материал сохраняет чистоту досок после заливки фундамента. Кроме этого он задерживает жидкость из состава, это позволяет сделать фундамент ровным с правильной формой;


Защитная пленка позволит опалубке остаться чистой, и быть готовой к применению дальше Источник m-strana. ru

  • На следующем этапе работ проводится отметка уровня, до которого будет заливаться бетонная смесь. Он отмечается внутри опалубки, для этого лучше воспользоваться водяным уровнем;
  • На дно укладываются кирпичи, они будут применяться в качестве основания для арматуры;
  • Сооружается арматурная сетка и проводится ее укладка. Для этих целей рекомендуется применять цельные части арматуры. Для связывания стоит применять проволоку и хомуты из пластика;
  • В конце выполняется заливка бетона. Он заливается до необходимого уровня, хорошо утрамбовывается и накрывается полиэтиленовой пленкой.

Стеклопластиковая арматура для фундаментов разных видов

Стеклопластиковая арматура представляет собой неметаллические пруты, для изготовления которых используются: непрерывное стекловолокно и полиэфирные смолы, выполняющие функции связующего. Основные физико-механические свойства этой продукции определяет силовой стержень, а спирально расположенный анкеровочный слой служит для эффективного сцепления с бетоном.

Расчет количества стеклопластиковой композитной арматуры для фундаментов различных видов

Этот строительный материал широко используется для оснований различных типов. Приведем примеры расчетов того, сколько нужно арматуры, для наиболее распространенных видов фундамента.

  • Плитное основание. Используется ребристая композитная арматура 6 мм и более. Чем больше масса строения и слабее грунт, тем большим должен быть диаметр стеклопластикового стержня. Шаг сетки арматурного каркаса обычно составляет 200 мм. В плите располагают два арматурных пояса, поэтому рассчитанное количество стержней умножают на два. Между собой верхнюю и нижнюю сетки соединяют прутами, располагаемыми в точках пересечения продольных и поперечных стержней. При толщине плиты 200 мм и размещении каркасных сеток на расстоянии 50 мм от ее поверхности на каждое соединение понадобится стержень длиной 10 мм.
  • Столбчатый фундамент. Пруты в данном случае располагаются вертикально, по 2-4 штуки в каждом столбе. Размер стеклопластиковой арматуры определяется суммой высоты столба и величиной выпуска, необходимого для связи фундамента с располагаемыми выше конструкциями. Количество горизонтальных прутов в столбе зависит от его высоты.
  • Ленточный фундамент. Независимо от высоты конструкции, в ней присутствуют два горизонтальных армирующих пояса, соединенных между собой вертикальными прутами. При ширине ленты фундамента 400 мм достаточно двух продольных стержней внизу и двух – вверху. Три или четыре стержня в одном поясе используются для массивных строений и/или на слабых грунтах. Между собой продольная арматура связывается поперечными и вертикальными стержнями.

Обвязка фундамента стеклопластиковой арматурой: как правильно, фото, видео

Новые строительные материалы, в числе которых и стеклопластиковая арматура (СПА), очень медленно вытесняют старые, проверенные десятилетиями материалы. Все привыкли, что в железобетоне должная быть стальная арматура, о полной замене которой в масштабном строительстве речь пока не идёт. Однако для строительства фундаментов малоэтажных зданий гораздо выгоднее использовать композитные стержни, так как при меньшей цене и весе они могут выдерживать те же самые нагрузки. В чём достоинства такой замены, и как вязать стеклопластиковую арматуру для фундамента, будет рассказано в этой статье.

Стеклопластиком называется вид композиционного материала из термопластичного полимера, наполненного волокнами стекла или кварца. Основными преимуществами являются:

  • малый удельный вес;
  • высокая коррозионная стойкость;
  • прочность на разрыв, не уступающая стали.

До недавних пор стеклопластики использовались преимущественно в космической и авиационной технике, но теперь, когда создана технология пултрузии (формирование неметаллической рельефной арматуры методом протяжки), появилась возможность и для широкого применения в строительстве.

Бетонный цоколь по монолитной плите

  • Существуют различные вариации композитов, в том числе и комбинированных, но одним из самых доступных является стеклопластик. По сравнению с металлом он дороже, это если сравнивать цену за тонну. Но учитывая малый вес, погонных метров композитной арматуры в этой тонне (если сравнивать одинаковые диаметры) будет в пять раз больше. А значит, и по цене выгоднее.
  • Как и стальная, арматура из стеклопластика предлагается в виде тонких и толстых стержней, стержневых карт и кладочных сеток. Для подбора арматуры по диаметру производятся такие же расчёты, как и для стальной, но всегда получается, что диаметр СПА может быть на одну ступень ниже. То есть, вместо металлической арматуры АIIID12 можно использовать стеклопластиковые стержни диаметром 10 мм – и вот почему.
  • Модуль упругости, это усилие, которое надо приложить, чтобы растянуть материал на определённое расстояние. У композитной арматуры модуль ниже почти в 5 раз, чем у стальных стержней. Но величина эта постоянна, тогда как у стали она зависит от нагрузок и температуры окружающей среды.
  • Есть ещё такой показатель, как предел прочности. Это предельная нагрузка, после которой материал полностью разрушается. У стальной арматуры он равен 400 Мпа, а вот у композиционной – не менее 1200 Мпа. У самого бетона эти цифры несопоставимо меньше, поэтому при пиковых нагрузках он разрушается первым, после чего в работу включается предел прочности арматуры.
  • Чем он выше, тем большую нагрузку сможет выдержать тот же фундамент. Выходит, что конструкция, армированная стеклопластиком, будет держаться в три раза дольше. Но учитывая большую эластичность стеклополимерного композита, конструкция при этом существенно провиснет, из-за чего бетон будет сильнее растрескиваться.
  • Чтобы найти золотую серединку, расчёт арматуры для фундамента должен производиться специалистом. При условии правильного подбора диаметров и шага элементов каркаса, стеклопластик может служить гораздо дольше из-за отсутствия коррозии.

В случае с фундаментами способность стеклопластика к более сильному прогибу особого значения не имеет, так как лента или плита всей площадью опирается на грунт. Это не то, что плита перекрытия или балка, которая имеет всего две точки опоры. Фундамент должен продемонстрировать высокую прочность, а с этим у армированной стеклопластиком фундаментной конструкции проблем точно не будет.

Проекты от архитектурной студии FHDom:

Общая площадь:

90 м²

Общая площадь:

114 м²

Общая площадь:

115 м²

Главным конкурентом стеклопластиковой арматуры является стальная, поэтому именно с ней и надо сравнивать технические характеристики:

Характеристика арматуры Ед. изм. Стеклопластик Металл
Максимальная прочность на разрыв (чем больше, тем лучше) МПа 1600 690
Модуль упругости (чем больше, тем лучше) МПа 56000 200000
Относительное удлинение (чем меньше, тем лучше) % 2,2 25
Коэффициент теплопроводности (чем меньше, тем лучше) Вт/м*С 0,35 46
Коррозионная устойчивость   Не подвержен коррозии Подвержен коррозии
Коэффициент теплового расширения (чем меньше, тем лучше) 10-6 С продольно 8-10 11,7
Коэффициент теплового расширения (чем меньше, тем лучше) 10-6 С поперечно 22 11,7
Устойчивость к излому   Низкая Высокая
Электропроводность   Диэлектрик Проводник
Оптимальное восприятие температур Градус Цельсия -60…. .+90 -200…..+750
Способы вязки арматуры   Хомуты, вязальная проволока, фиксаторы Сварка, вязальная проволока
Возможность изготовления гнутых элементов в условиях стройки   нет есть
Способность пропускать электромагнитные волны   Да Нет
Экологичность   Малый процент токсичности Нетоксичен

Композитная арматура может иметь различное назначение, и в том числе бывает специально предназначена для усиления бетонных конструкций. Как и стальная, она изготавливается гладкой и рифлёной, и продаётся в виде стержней или сетчатых карт. Для конструкций ленточного типа можно приобрести и готовый каркас для фундамента из стеклопластиковой арматуры.

Чтобы не нарваться на дешёвую подделку, покупать всё это нужно либо непосредственно у производителя, либо у официального дилера. У контрафактной арматуры может быть некачественная заливка витков, бывает более низкая или неравномерная плотность навивки стекловолоконного жгута (ровинга).

Но прежде, чем купить материал, нужно правильно его рассчитать, поэтому рассмотрим, как это делается на примере небольшого фундамента размером 6*6 м.

В плитном фундаменте не может использоваться арматура диаметром меньше 6 мм, если она стеклопластиковая, и она должна быть только профилированная. Ориентироваться надо на плотность грунта и вес строения. Минимальный диаметр арматуры можно взять, если постройка, к примеру, лёгкая каркасная, а грунт прочный. Если же дачный дом или гараж строится из каменных материалов, лучше взять пруты или сетку диаметром 10 мм.

При размере ячейки сетки 200 мм, количество прутков, укладываемых в одном направлении, составит 31 штуку — соответственно, 62 стержня на один уровень. Всего уровней два, поэтому нам понадобится 124 шестиметровых прутка, в метрах это будет 744.

Для соединения верхних и нижних сеток можно использовать обрезки той же арматуры. Учитывая, что пруты укладываются 31 на 31, всего получится 961 соединение. При толщине плиты 200 мм, за минусом толщины защитных слоёв (по 50 мм с каждой стороны), длина соединительных прутков составит 100 мм, или 0,1 м. Умножив её на количество соединений, получим 96,1 метр. Чтобы получить общую длину арматуры на плиту, надо суммировать 744 и 96,1. Округляем до целого числа, и в итоге получаем 841 м.

Теперь посчитаем количество необходимой проволоки, что может зависеть от схемы вязки. Обычно сначала связывают прутки нижнего пояса, после чего к ним присоединяют вертикальные элементы, которые будут соединять нижнюю сетку с верхней.

Схемы вязки арматуры

Чтобы произвести одно соединение, в среднем требуется 0,3 м проволоки. В одном уровне у нас 961 соединение, а в двух (снизу и сверху) – 1922. Путём умножения длины одного куска проволоки на их количество, получаем общую длину 576,6 м.

Стеклопластиковую арматуру можно – и даже более удобно, вязать не проволокой, а пластиковыми стяжками, используемыми обычно для связки проводов. Так как они продаются штучно, их количество будет соответствовать количеству соединений на каркасе.

Вязка пластиковыми стяжками

Как вариант, можно использовать специальные соединительные хомуты. Есть и такие, которые одновременно выполняют функцию подставки, обеспечивающей нужную толщину защитного слоя бетона.

Хомуты для соединения композитной арматуры

Отличительным свойством ленточной конструкции является её высота, которая всегда больше ширины. Лента лучше, чем плита работает на изгиб, поэтому диаметр арматуры здесь может быть меньше. В ней тоже делается два пояса армирования, только соединяются уровни чаще не короткими прутками как в плите, а гнутыми П-образными элементами.

Расчёт армирования производится в таком порядке (просчитаем всё тот же фундамент 6х6 м с одной внутренней стеной):

  1. На подставки продольно укладывают более толстые рифлёные стержни (для одноэтажного дома можно брать диаметром 8 мм). Их при ширине ленты в 30-40 см будет всего по паре снизу и сверху.
  2. Соединяющие их вертикальные стержни нагрузку не несут, а потому могут быть гладкими, без спиральной навивки – диаметр 6 мм.
  3. При общей длине ленты 30 м, армируемой в 4 ряда, расход основной (продольной) арматуры составит 120 м.
  4. Хомуты или вертикально-поперечные прутки устанавливаются через 0,5 м. Допустим, сечение ленты составляет 0,3*0,7 м, при котором на одно соединение будет уходить 1,6 м арматуры диаметром 6 мм. Всего секций перевязки образуется 61 — умножив эту цифру на 1,6, мы получим общую длину арматуры 97,6 м.
  5. Каждая секция каркаса, связанная поперечной арматурой, имеет 4 соединения. Всего 4х61=244 соединения. Столько нужно хомутов или стяжек, если использовать для вязки их.
  6. Если 244 умножить на 0,3 м, мы получим расход проволоки — 73,2 м.

Обвязка фундамента стеклопластиковой арматурой

Мнение эксперта
Виталий Кудряшов

строитель, начинающий автор

При вязке каркаса можно уменьшить диаметр арматуры, но при этом придётся увеличить количество продольных стержней. Можете просчитать оба варианта по цене и выбрать тот, который окажется наиболее выгодным.

Столбчатый фундамент работает не на изгиб, а на сжатие, так как рабочая арматура располагается не горизонтально, а вертикально. В таком положении она работает в облегчённом режиме, поэтому брать ребристые стержни можно диаметром 6 мм. По горизонтали монтируются гладкие прутки диаметром 4-5 мм, которые должны связать рабочую арматуру в пространственный каркас.

Форма каркасов для бетонного фундаментного столба

В зависимости от формы и размеров сечения столба, в каркасе могут присутствовать 2, 3 или 4 пояса рабочей арматуры. Для армирования столбов длиной 2 м и диаметром 0,2 м, обычно делают каркас прямоугольной формы из 4-х, связанных поперечной арматурой продольных прутков. Диаметры – 10 и 6 мм, с перевязкой в четырёх местах.

В таком случае, на один столб уйдёт 2*4=8 м основной арматуры, и 0,4*4=1,2 м перевязочной арматуры. Останется только умножить эти цифры на количество столбов, и вы получите общую длину стержней. На каркасе столба 4 пояса, в которых имеется по 4 соединения. Перемножив эти цифры, получаем 16 точек перевязки. Если вязать будете не стяжками, а проволокой, умножьте её расход 0,3 м на 16. Всего получится 4,8 м вязальной проволоки на один столб.

Мнение эксперта
Виталий Кудряшов

строитель, начинающий автор

На заметку: Арматура для ростверка считается по аналогии с конструкцией ленточного типа.

Каркас ростверка, обвязывающего столбы

Речь о том, как правильно вязать пластиковую арматуру для фундамента, пойдёт в следующей главе.

Перед тем, как вязать пластиковую арматуру для фундамента, желательно посмотреть видео. Однако это не отменяет наличия чертежа, в котором будут чётко обозначены все элементы каркаса и указаны расстояния между ними. Соответственно, на основании этого чертежа и должны отрезаться пруты рабочей и поперечной арматуры.

Вязать каркас для фундаментной ленты удобнее укрупнёнными блоками, которые затем опускаются в опалубку и привязываются друг к другу. При структурировании каркаса плиты, вяжут сначала сетку нижнего уровня, к ней фиксируют вертикальные перемычки, а затем уже приступают к формированию верхнего ряда.

Проекты от архитектурной студии FHDom:

Общая площадь:

90 м²

Общая площадь:

144 м²

Общая площадь:

150 м²

  • В любом случае, вязка начинается с нижнего яруса, с продольных стержней. Их предварительно раскладывают на земле или на фиксаторах, отмечая маркером места перевязки с поперечными элементами.
  • Если вязка СПА производится проволокой, то процесс ничем не отличается от вязки обычной стальной арматуры. Для этого вам нужен крючок для вязки и ножницы по металлу.
  • Кусок проволоки длиной 30 см складывается пополам затем, чтобы образовалась петля. Огибаете ею место соединения двух прутьев, продеваете крючок в петлю и, протянув в неё свободный конец, делаете скрутку.

    Как связать стеклопластиковую арматуру для фундамента проволокой

    Мнение эксперта
    Виталий Кудряшов

    строитель, начинающий автор

    Важно: В процессе работы необходимо следить, чтобы прутья при перевязке образовывали прямой угол.

  • Особого внимания требуют углы каркаса. Гнуть стеклопластиковую арматуру в условиях стройки нельзя, поэтому нужно заранее запастись готовыми П-образными элементами (на пересечении стен могут использоваться Г-образные хомуты). Основные варианты соединений показаны ниже.

Угловое соединение

В последнее десятилетие композитная арматура стала весьма востребованной в малоэтажном строительстве. Она отлично подходит для армирования фундаментов, так как расчётное сопротивление растяжению у СПА в 3 раза выше, чем у стальных стержней. Композит лучше сохраняет свою форму при повышении температуры и практически не поддаётся деформированию, а благодаря меньшему весу стержней снижается и масса монолита. Полимеры не способны увлажняться, а потому не подвержены коррозии. Вывод напрашивается сам: конструкция, армированная стеклопластиком, прослужит гораздо дольше металлической.

VSКомпозит

Расчет стеклопластиковой арматуры

Для того, чтобы правильно рассчитать стеклопластиковую арматуру, необходимы базовые знания в области технологии строительства. Дело в том, что стеклопластиковая арматура отличается от стальной размером и весом, гибкостью и способом крепления. И в расчетах необходимо учитывать эти отличия, так как они существенно влияют на конечный результат.

Расчет ленточного фундамента

Ленточный фундамент

чаще всего используется в коттеджном строительстве, потому что это самый простой метод в строительстве.Расчет стеклопластиковой арматуры для ленточного фундамента основан на погонном замере, так как ленточный фундамент представляет собой ленту, замкнутый контур из стеклопластика. Основные преимущества ленточного стеклопластикового фундамента:

  • армированный лентой стекловолоконный вес имеет минимальный вес;
  • Лента
  • армирующая стекловолокном проста в применении;
  • ленточная арматура
  • экономит расходные материалы на фундамент и снижает расходы;

Расчет армирования стеклопластикового ленточного типа основан на том, что такая арматура способна равномерно распределить вес здания по всему периметру, а также создать сопротивление выпучиванию грунта. Последний предотвращает перекос и провисание стен.

Способы монтажа ленточной стеклопластиковой арматуры

«ВС Композит» предлагает строительным компаниям ленточную стеклопластиковую арматуру для двух типов линейного фундамента по способу устройства:

  • сборные;
  • монолитный;

Расчет стеклопластиковой арматуры для монолитного фундамента производится, исходя из того, что вязка арматурного фундамента и заливка бетона производится непосредственно на строительной площадке.Расчет стеклопластиковой арматуры для сборного фундамента производится исходя из того, что она нужна для армирования строительных блоков. В обоих случаях линейная арматура из стеклопластика имеет минимальный вес.

Ленточный фундамент на глубину фундамента

По глубине заложения ленточный фундамент делится на:

Расчет стеклопластиковой арматуры зависит от расчетных нагрузок и типа грунта. Стеклопластиковая арматура способна выдержать даже тяжелую монолитную стену.

Компания «ВС Композит» производит стеклопластиковую арматуру, вес которой оптимален с точки зрения техпроцесса укладки фундамента.

Руководство по проектированию стекловолокна и композитных материалов

Целью данного руководства по проектированию является предоставление некоторой общей информации о стекловолокне и композитных материалах, а также объяснение того, как проектировать изделия из этих материалов. Если у вас есть конкретные вопросы, свяжитесь с нашими инженерами из Performance Composites, и они с радостью вам помогут.

Композитные материалы

Композитные материалы изготавливаются путем объединения двух материалов, один из которых представляет собой армирующий материал (волокно), а другой — матрицу (смола). Комбинация волокна и матрицы обеспечивает характеристики, превосходящие любой из материалов, используемых по отдельности. Примерами композитных продуктов в природе являются дерево, бамбук и кость, а примером раннего искусственного композита является глина и солома, которые использовались более 10 000 лет.

Композитные материалы очень универсальны и используются в различных областях. Композитные детали обеспечивают превосходную прочность, жесткость и малый вес, и им можно придать любую форму. Идеальным применением являются большие конструкции сложной формы, такие как покрытия из стекловолокна. Композитные изделия идеально подходят для приложений, где требуется высокая производительность, таких как аэрокосмическая промышленность, гоночные автомобили, лодочный спорт, спортивные товары и промышленное применение. Наиболее широко используемым композитным материалом является стекловолокно в полиэфирной смоле, которое обычно называют стекловолокном.Стеклопластик легкий, устойчивый к коррозии, экономичный, легко обрабатывается, обладает хорошими механическими свойствами и имеет более чем 50-летнюю историю. Это доминирующий материал в таких отраслях, как судостроение и коррозионное оборудование, и он играет важную роль в таких отраслях, как архитектура, автомобилестроение, медицинское, рекреационное и промышленное оборудование.

Типичные композитные материалы могут быть изготовлены из таких волокон, как стекловолокно, углеродное волокно (графит), кевлар, кварц и полиэстер.Волокна бывают вуалевого мата, мата из коротких волокон, тканой ткани, однонаправленной ленты, двухосной ткани или трехосной ткани. Смолы обычно представляют собой термоотверждающиеся смолы, такие как полиэфирные, винилэфирные, эпоксидные, полиуретановые и фенольные. Смолы начинаются как жидкость, полимеризуются в процессе отверждения и затвердевают. Массовое соотношение волокон к смоле может варьироваться от 20% волокон к 80% смолы, до 70% волокон к 30% смолы. Как правило, более высокое содержание волокон обеспечивает еще большую прочность и жесткость, а непрерывные волокна обеспечивают лучшую прочность и жесткость.Использование композитных материалов дает инженерам возможность адаптировать комбинацию волокон и смолы в соответствии с требованиями дизайна и работать лучше, чем стандартные материалы.

Композитные материалы заменяют металлы и пластмассы во многих отраслях промышленности, а композиты являются предпочтительным материалом для многих новых применений. См. таблицу 1 для сравнения стоимости и свойств коммерческих композитных материалов с алюминием, сталью и деревом.

 

ТАБЛИЦА 1
                                       Стекловолокно и полиэстер Графит и эпоксидная смола Древесина (дугласова пихта) Алюминиевые листы 6061 T-6 Стальные листы
Стоимость материала $/фунт 2 доллара.00-3.00 $9.00-20.00+ 0,80 $ 4,50–10,00 $ 0,50–1,00 $
Прочность, предел текучести (psi) 30 000 60 000 2 400 35 000 60 000
Жесткость (psi) 1,2 x 10 6 8 x 10 6 1. 8 x 10 6 10 х 10 6 30 x 10 6
Плотность (фунт/дюйм 3 ) .055 .065 .02 .10 .30
Производственный процесс открытой формы

Наиболее распространенным производственным процессом для стекловолокна является процесс мокрой укладки или распыления с помощью измельчителя с использованием открытой формы.Форма детали определяется формой литейной формы, а поверхность литейной формы обычно соприкасается с внешней стороной детали. Сначала на форму наносят разделительный состав, чтобы предотвратить прилипание детали из стекловолокна к форме. Гелькоут, представляющий собой пигментированную смолу, наносится на форму для придания цвету детали. Затем стекловолокно и смола наносятся на форму, и стекловолокно сжимается роликами, которые равномерно распределяют смолу и удаляют воздушные карманы. Несколько слоев стекловолокна наносятся до тех пор, пока не будет достигнута желаемая толщина.Как только смола затвердеет, деталь вынимается из формы. Излишки материала обрезаются, и деталь готова к покраске и сборке. Существуют также закрытые формы для изготовления деталей из стекловолокна.

Процесс вакуумной инфузии (легкий RTM)

Процесс вакуумной инфузии (VIP) — это метод, в котором используется вакуум для втягивания смолы в ламинат. Процесс выполняется сначала путем загрузки волокон ткани и материалов сердцевины в форму, а затем либо с помощью вакуумного мешка, либо с помощью контрформы, чтобы закрыть форму и создать вакуумное уплотнение.Вакуумный насос используется для удаления всего воздуха из полости и уплотнения волокон и материалов сердцевины. Все еще под вакуумом в полость формы вливается смола, чтобы смочить волокно. Расположение вакуумных портов и точек ввода смолы необходимо тщательно спланировать, чтобы обеспечить полную инфузию смолы. Преимущество процесса вакуумной инфузии заключается в создании ламината с очень высоким содержанием волокон (до 70% волокон по весу), что позволяет получить очень прочную и жесткую деталь при минимальном весе.Вакуумная инфузия также является эффективным производственным процессом для сложного ламината с большим количеством слоев волокон и материалов сердцевины.

Процесс производства препрега

Препрег

— это ткань, предварительно пропитанная смолой (обычно эпоксидной). Смола отверждается до стадии B, создавая гель, который не является ни жидким, ни твердым. Материалы препрега необходимо хранить в замороженном состоянии, чтобы предотвратить его полное отверждение. Препрег разрезают на формы и наносят на форму слоями.Затем на материал помещается вакуумный мешок, и вакуумный насос вытягивает весь воздух, сжимает слои вместе и уплотняет материалы. Затем загруженную форму помещают в печь, в которой смола разжижается, чтобы она смачивала волокна. При повышении температуры смола полимеризуется и затвердевает. Преимуществом препрега является очень жесткий контроль соотношения волокон, малое количество пустот и точное расположение ткани и однородность толщины. Препреги обычно используются для аэрокосмической продукции и легких деталей с высокими эксплуатационными характеристиками.


Информация о конструкции

Как и любой материал, стекловолокно имеет преимущества и недостатки; тем не менее, в таких областях применения, как коррозия, мелкосерийное и среднесерийное производство, очень большие детали, контурные или закругленные детали и детали, требующие высокой удельной прочности, предпочтительным материалом является стекловолокно. Стекловолокно — идеальный материал для конструктора, потому что детали могут быть адаптированы для обеспечения прочности и/или жесткости в необходимых направлениях и местах путем стратегического размещения материалов и ориентации направления волокон.Гибкость конструкции и производства стекловолокна дает возможность консолидировать детали и включать в них множество функций, чтобы еще больше снизить общую стоимость детали. Некоторые общие рекомендации по проектированию перечислены ниже:

Толщина материала           Обычно в диапазоне от 1/16 до 1/2 дюйма. Можно использовать сэндвич-конструкцию для получения более легких и жестких деталей.
Угловой радиус Рекомендуется 1/8″ или больше
Форма Дублирует форму формы.Можно сильно контурировать. Поднутрения могут быть размещены с использованием многокомпонентных пресс-форм.
Размерный допуск Сторона инструмента может быть + 0,010 дюйма от инструмента
Сторона без инструмента + 0,030 дюйма
Поверхность Сторона, обращенная к инструменту, может быть класса A
Сторона, обращенная к инструменту, будет шероховатой, но ее можно сгладить
Можно покрасить гелем или использовать любой другой
Усадка

. 002 в/в

Электрические свойства RF Прозрачный
Отличные изоляционные характеристики
Может обеспечивать экранирование электромагнитных помех за счет проводящего покрытия
Огнестойкие Имеются огнезащитные смолы, отвечающие различным спецификациям ASTM или UL
Коррозия Имеются смолы для защиты от коррозии, особенно для горячих солевых растворов, большинства кислот, щелочей и газообразного хлора

 

Механика и анализ композиционных материалов

Механические свойства металлов и пластмасс изотропны (одинаковая прочность и жесткость во всех направлениях).Механические свойства композиционных материалов анизотропны (разная прочность и жесткость в зависимости от направления волокон и нагрузки). Разница между изотропными и анизотропными свойствами усложняет анализ конструкции композита, но большинство программ МКЭ имеют возможности для анализа композитов. Анизотропное свойство композитных материалов позволяет инженеру адаптировать композитные материалы для добавления прочности и жесткости только в тех областях и направлениях, где это необходимо, тем самым снижая вес и стоимость.Наши инженеры будут рады помочь вам с анализом и проектированием.

Инструменты

Инструменты или формы используются для определения формы деталей из стекловолокна. Деталь из стекловолокна подхватит все формы и особенности форм; поэтому качество детали сильно зависит от качества пресс-формы. Формы могут быть как мужскими, так и женскими. Охватывающие пресс-формы являются наиболее распространенными, и они производят деталь с гладкой внешней поверхностью, в то время как охватываемые пресс-формы производят гладкую внутреннюю поверхность (см. рисунок ниже).

 

Для очень коротких производственных циклов (менее 10 деталей) временные формы могут быть изготовлены из дерева, пенопласта, глины или гипса. Эти формы экономичны и могут быть изготовлены быстро, что позволит изготавливать недорогие прототипы деталей. Для крупносерийного производства формы обычно изготавливаются из стекловолокна. Эти формы имеют ожидаемый срок службы более 10 лет и более 1000 циклов. Формы из стекловолокна недороги и обычно стоят в 6-10 раз дороже самой детали.

Форма является зеркальным отражением детали. Для создания формы требуется мастер (заглушка). Мастер может быть реальной деталью или может быть изготовлен из дерева, пенопласта, гипса или глины. Точная форма и отделка мастера будут перенесены в форму. После того, как мастер готов, его полируют, натирают воском, и на мастере создается форма. Технология изготовления формы аналогична изготовлению детали из стекловолокна, за исключением того, что для изготовления прочной формы с низкой усадкой и хорошей размерной стабильностью используются вспомогательные материалы (гелевое покрытие, смолы и ткань).После ламинирования формы ее укрепляют деревянной, стекловолоконной или металлической конструкцией, чтобы она сохраняла правильную форму. Затем форму снимают с мастера и запускают в производство.

 

 

Армирующие волокна — Vectorply

Стекловолокно: Е-стекло
Стекло

E («электрическое» стекло) на сегодняшний день является наиболее часто используемым волокном в армированных пластиковых композитах. Во многих отраслях промышленности он составляет более 90% используемого армирования.Его основные преимущества:

  • Низкая стоимость
  • Высокая прочность
  • Малый вес (относительно стали)
  • Высокая химическая стойкость

Основные недостатки:

  • Низкий модуль (по сравнению с другими армирующими волокнами)
  • Низкая усталостная прочность (по сравнению с углеродными волокнами)
  • Большой вес (по сравнению с другими армирующими волокнами)
  • Высокая абразивность при механической обработке
  • Склонность к коррозии под напряжением

Из-за его широкого использования преимущества имеют тенденцию перевешивать недостатки. Почти все стекловолокна продаются в виде прядей сгруппированных волокон или ровингов, связанных с определенным выходом. Урожайность — это количество ярдов ровинга на фунт. Метрической единицей измерения является TEX, который представляет собой вес в граммах на километр (1000 метров). Уравнение для преобразования между TEX и доходностью (YPP):

Для армирующих тканей, связанных стежками, типичные размеры используемых ровингов варьируются от 1800 до 113 (от 276 до 4390 TEX). Некоторые распространенные значения выхода стекла и диаметры нити накала приведены в таблице ниже:

4400 113 24, 94, Т
2400 206 17, 67, МН
1100 450 17, 67, МН
735 675 13, 51, К
276 1800 13, 51, К

Диаметр отдельных нитей может быть важен, поскольку он представляет собой отношение площади поверхности волокна к его объему. Меньшие диаметры нитей обеспечивают более высокое отношение площади поверхности к объему, что означает, что у смолы больше площади для связывания. В некоторых случаях филаменты меньшего размера могут давать несколько лучшие свойства.

Стекловолокно: стекло E-CR
Стекло

E-CR («электрическое» класс «стойкое к коррозии» стекло) представляет собой разновидность волокна из E-стекла, которое более устойчиво к деградации в сильнокислых средах. Основное различие между стеклом E и E-CR заключается в исключении оксида бора (B2O3) из базовой рецептуры.Это отличие привело к тому, что свинцовое стекло E-CR обычно называют «стеклом, не содержащим бора», и его можно найти во многих применениях, связанных с коррозией композитов, таких как трубы, отверждаемые на месте (CIPP), а также резервуары и трубы для хранения химикатов.

Стекловолокно: S-стекло

S-Glass (высокопрочное стекло) представляет собой улучшенное стекловолокно для использования в приложениях с более высокими структурными требованиями. Он имеет значительно более высокую прочность и умеренно более высокую жесткость, чем стандартное волокно из Е-стекла. Плотность S-стекла немного ниже, чем у E-стекла (2.49 г/куб.см против 2,54 г/куб.см), следовательно, можно ожидать, что ламинат будет на 20–35 % легче, чем эквивалент, изготовленный из Е-стекловолокна. Стекло S-2 (а теперь и S-1) — это коммерческая версия стекла S, изготовленная с менее строгими невоенными спецификациями, но по своим свойствам она аналогична. Существуют и другие варианты высокопрочного стекловолокна, такие как базальтовое (также известное как R-стекло), которые также пытаются получить эквивалентные свойства S-стекла по более низкой цене.

Арамид
Арамидные волокна

представляют собой высококристаллический ароматический полиамид, производимый путем экструзии кислого раствора запатентованного прекурсора.Арамидные волокна имеют очень низкую плотность и высокую удельную прочность на растяжение по сравнению с общедоступными армирующими волокнами. Они наиболее известны своим использованием в пуленепробиваемых жилетах, штанах для бензопилы, защитных перчатках и других устройствах, где требуется устойчивость к порезам и устойчивость к повреждениям. Основные преимущества арамидных волокон:

  • Легкий вес
  • Высокая ударопрочность
  • Высокая прочность на растяжение
  • Умеренно высокий модуль упругости при растяжении (средний между E-стеклом и HS-углеродом)
  • Отличное гашение вибрации
  • Низкое (отрицательное) продольное тепловое расширение

Основные недостатки арамида:

  • Очень низкая прочность на сжатие
  • Восприимчивость к УФ-излучению
  • Труднообрабатываемый
  • Высокое влагопоглощение
  • Очень высокое поперечное тепловое расширение

Арамидные волокна часто используются в сочетании с другими типами волокон.Это позволяет конструктору использовать их уникальные свойства и малый вес, избегая при этом недостатков. Арамидные волокна продаются в некрученых жгутах по денье (г/9000 м), что связано с пределом текучести или текс следующими уравнениями:

Углеродное волокно
За последние несколько десятилетий углеродное волокно

все чаще используется в высокопроизводительных приложениях, таких как аэрокосмическая промышленность, производство спортивных товаров, судостроение и инфраструктура. Сочетание отличной жесткости, прочности, сопротивления усталости и легкого веса делает его идеальным армирующим волокном для высокоэффективных композитов.

    

Свойства

По сравнению со всеми другими коммерчески доступными армирующими волокнами, углеродное волокно обеспечивает самый высокий удельный модуль и удельную прочность (модуль и/или прочность, разделенные на плотность волокна), а также самый широкий диапазон этих свойств.

Другие свойства, такие как высокая усталостная прочность, тепло- и электропроводность, а также низкое тепловое расширение, позволяют использовать углеродное волокно там, где стандартное E-стекло или арамиды не могут. Многоосное армирование, такое как VectorUltra™, позволяет адаптировать эти уникальные свойства к конкретным потребностям любого применения.

Типы углеродного волокна на основе ПАН

На основе ПАН: наиболее широко доступный и используемый тип углеродного волокна, производится из волокна-предшественника полиакрилонитрила (ПАН) специального состава. Углеродное волокно PAN обычно классифицируется по модулю на 3 группы:

*Примечание. Модуль углеродного волокна, прочность и удлинение до вершины являются идеальными значениями, полученными в результате испытаний пропитанной нити, и могут не учитываться непосредственно для соответствующих свойств ткани/композита из-за смещения волокон, совместимости смолы и повреждения во время обработки.

Углеродное волокно со стандартным модулем (SM) или высокой прочностью (HS)

является наиболее широко используемым и экономичным волокном для промышленных применений, таких как судостроение, ветроэнергетика и транспорт. Этот тип волокна получил свое название от первых лет существования углеродного волокна, когда прочность на растяжение значительно снизилась при увеличении модуля. За это время прочность на растяжение стандартного модульного волокна достигла максимума около 500 тысяч фунтов на квадратный дюйм (3450 МПа), в то время как высокомодульные волокна были намного ниже, около 275 тысяч фунтов на квадратный дюйм (1890 МПа).Углеродные волокна HS по-прежнему имеют одни из самых высоких значений прочности среди всех армирующих волокон промышленного класса, а также модуль примерно в 3 раза больше, чем у стандартного E-стекла. Относительно высокое удлинение до разрыва (1,5-2,0% идеального волокна) углеродных волокон HS также позволяет использовать их в высокодинамичных приложениях, таких как корпуса яхт, мячи для софтбола и кожухи лопастей реактивных двигателей.

Волокна

с промежуточным модулем (IM) были разработаны для высокопроизводительных аэрокосмических приложений, которые требовали более высокой прочности и модуля, чем стандартные углеродные волокна HS. Несмотря на то, что углеродные волокна IM по-прежнему используются в основном в аэрокосмической отрасли, они также используются в высокопроизводительных сосудах высокого давления, лонжеронах парусных лодок и других промышленных применениях, где производительность перевешивает цену.

Волокна

High Modulus (HM) обычно используются в высококачественных спортивных товарах и космических конструкциях, где высокая жесткость и тепловое расширение от низкого до нуля обеспечивают оптимальный вес и производительность. Как правило, по мере увеличения модуля прочность снижается из-за повышенной кристаллизации волокна.За прошедшие годы были сделаны разработки для увеличения прочности волокон из ТМ, снижения их хрупкости (идеальное удлинение волокна до разрыва все еще составляет около 0,5-1,4%) и увеличения их использования. По мере увеличения модуля растет и цена, что делает HM-волокна самыми дорогими и наименее производимыми углеродными волокнами на основе PAN. Углеродные волокна IM и HM меньше в диаметре, чем волокна HS (5 мкм и 7 мкм соответственно), что обеспечивает более тонкий выход или значение TEX для того же размера жгута.

Размер буксира

Число нитей на пряжу из углеродного волокна обозначается как размер его жгута.Размер жгута обычно указывается в единицах «К» или тысячах нитей. Стандартные размеры жгута варьируются от 1К (1000 нитей) до 48К (48000 нитей) и иногда выше. В большинстве аэрокосмических приложений используются небольшие жгуты углерода, такие как 3K и 6K, в то время как в более промышленных приложениях используются жгуты 12K, 24K и 48K. Как правило, жгуты меньшего размера производят более легкие ткани с хорошим покрытием, в то время как жгуты большего размера производят более тяжелые ткани. Производство жгутов меньшего размера также обходится дороже, чем жгутов большего размера (меньше материала производится при заданной настройке процесса), и, следовательно, они дороже.

Основы стеклопластика | Стекловолокно

Хотите проверить свои знания о стекловолокне?

Пройдите нашу викторину по основам стеклопластика!

Введение

Фото предоставлено IStock Photo.

Композиты — это материалы, состоящие из отдельных компонентов, совокупная физическая прочность которых превышает свойства каждого из них по отдельности.В случае композитных ламинатов задействованы два основных элемента: волокнистая арматура (например, стекловолокно или углеродное волокно) и смола. Эти два элемента не предназначены для использования исключительно — они предназначены для комбинирования. При этом они соединяются механически и химически, образуя твердую ламинированную деталь, которую невозможно восстановить.

Подумайте о лодке. Многие лодки изготавливаются из стекловолокна, которое начинается как ткань — как длинный кусок ткани, свернутый в рулон. Стекловолокно укладывается в форму, из которой будет изготовлен корпус лодки.Смола в жидкой форме катализируется и наносится на стекловолокно в форме. Он отверждается и химически связывается со стекловолокном, выделяя большое количество тепла (это называется термореактивным). Задействовано несколько слоев и различных техник, но конечным результатом будет лодка.

Композиты

, как и лодка, популярны по ряду причин, но в основном из-за их сочетания высокой прочности и малого веса. Как правило, они могут быть адаптированы для различных применений и иметь уникальные и сложные формы.Они также популярны благодаря превосходной устойчивости к большинству сред и могут использоваться большинством производителей без значительных инвестиций.

Мы рассмотрим ряд укреплений и смол, из которых можно выбрать. Во-первых, давайте взглянем на примеры реальных продуктов из волокна и смолы, чтобы вы лучше ознакомились с отраслью композитов. После этого мы рассмотрим некоторые основные термины, которые вы услышите при работе с композитами.

Глоссарий составных терминов

Литье: Литье — это процесс изготовления детали в форме.Обычно предварительно нарезанную арматуру помещают в форму по одному слою за раз и пропитывают смолой. Когда деталь достигает желаемой толщины и ориентации, ее оставляют для отверждения. Когда он деформируется, он будет иметь точную форму поверхности пресс-формы.

Ламинирование: Ламинирование первоначально относилось к нанесению тонкого защитного покрытия из смолы и армирования на поверхность, такую ​​как древесина. Использование этого термина расширилось и теперь включает практически любую готовую композитную деталь, формованную или иную.Текущий пример: «Испытываемая деталь представляла собой 10-слойный ламинат в вакуумных мешках».

Расписание ламинирования: Это список отдельных слоев и ориентация слоев, используемых для создания композитной детали, и обычно указывается вес армирования в унциях и стиль переплетения.

Литье: Литье относится к заливке большой массы смолы в полость. Полость может представлять собой форму при отливке деталей, а может быть заполнителем обратной стороны инструмента при изготовлении самой формы.Необходимо использовать специальные литейные смолы, которые выделяют меньше тепла во время отверждения и, таким образом, создают меньшую деформацию готовой детали. Волокнистые наполнители могут быть добавлены по мере необходимости для усиления отливки.

Лепка: Лепка обычно выполняется путем вырезания формы из пенополиуретана и последующего ламинирования поверхности. Это может быть сделано для создания пробки для процесса формования или для придания формы готовой детали в случае конструкции без форм.

Типы, свойства и стили армирования

В физических свойствах композитов преобладают волокна.Это означает, что когда смола и волокно комбинируются, их характеристики остаются такими же, как у отдельных волокон. Например, простое усреднение прочности ткани и смолы на растяжение для определения прочности панели недостаточно. Данные испытаний показывают, что волокнистая арматура является компонентом, несущим большую часть нагрузки. По этой причине выбор ткани имеет решающее значение при проектировании композитных конструкций. Сегодня производители выбирают один из трех распространенных видов армирования, включая стекловолокно, углеродное волокно и кевлар®. Каждый из них представлен в различных формах и стилях, имеет преимущества и недостатки, которые следует проанализировать перед началом любого проекта.

Выше были приведены примеры каждого из них, а также их наиболее распространенное использование и характеристики. Теперь давайте более подробно рассмотрим их физические свойства.

Ниже представлена ​​таблица, в которой сравниваются относительные свойства армирующих тканей. Легенда выглядит следующим образом: P=плохо, F=удовлетворительно, G=хорошо, E=отлично.

Технические характеристики Стекловолокно Углерод Кевлар®
Плотность Р Е Е
Прочность на растяжение Ф Е Г
Прочность на сжатие Г Е Р
Жесткость Ф Е Г
Сопротивление усталости Г-Е Г Е
Стойкость к истиранию Ф Ф Е
Шлифование/механическая обработка Е Е Р
Проводимость Р Е Р
Термостойкость Е Е Ф
Влагостойкость Г Г Ф
Совместимость со смолами Е Е Ф
Стоимость Е Р Ф

Формы армирования

Эти три усиления можно приобрести во многих формах и стилях плетения. Все три обычно доступны в виде пакли (форма чистого однонаправленного волокна), вуалевых матов и тканых тканей. Стекловолокно также предлагается в виде мата из прессованного рубленого волокна.

Буксировка и бродилка

Материал в этой форме демонстрирует самые высокие свойства, достижимые для данного семейства волокон. Обычно они поставляются на катушках, чтобы их можно было подавать на намоточные машины или разматывать и резать по мере необходимости для избирательного придания жесткости. Волокна должны оставаться натянутыми, пока смола затвердевает, иначе механическое преимущество будет потеряно.После ввода в эксплуатацию изгибы жгута необходимо сначала выпрямить, прежде чем волокно будет выдерживать нагрузку. Очевидно, что чем прямее первоначальная укладка ткани, тем лучше. Используя этот материал, можно наматывать чрезвычайно прочные трубы.

Примеры продукции

Артикул Описание
Карбоновый жгут 24k Carbon Tow (или пряжа) идеально подходит для добавления направленного армирования к вашему композитному ламинату. Пакля используется для создания галтелей на деталях, для усиления лонжеронов крыла или в сочетании с измельчителем для создания рубленых графитовых волокон.
Пистолет ровинг Этот универсальный ровинг можно измельчать или быстро смачивать и сушить для получения высокопрочных и легких композитов. В сочетании с пистолетом-измельчителем его можно использовать в системе распыления как с наполнением, так и без него.

Коврики для вуали

Коврики Veil представляют собой тонкие слои непрерывных прядей волокон, которые беспорядочно намотаны петлями на рулон материала.Они имеют консистенцию папиросной бумаги. Легкое связующее присутствует, чтобы скрепить вуаль. Хотя они не предназначены для структурного использования, они выполняют две очень важные функции. Во-первых, маты из вуали могут быть помещены в форму непосредственно за поверхностным покрытием, чтобы свести к минимуму пропечатывание более плотных армирующих тканей, наносимых позже. Это тонкое внешнее покрытие также позволяет выполнять некоторую шлифовку поверхности готовых деталей без разрезания армирующей ткани под ним. Второе по величине использование — это сэндвич-сердечники.Вуаль может быть помещена непосредственно поверх сердцевины для поддержания оптимальной толщины линии склеивания. Вуаль также эффективна для предотвращения стекания избыточной смолы в ячейки сотовых заполнителей, когда вакуум не используется.

Примеры продукции

Артикул Описание
Мат из непрерывной вуали Поверхностный мат можно добавить в качестве поверхностного слоя, чтобы свести к минимуму просвечивание и свести к минимуму повреждение структурной ткани при шлифовании или оптимизировать толщину линии склеивания при использовании с многослойным материалом сердцевины.
Вуаль из углеродного волокна Использование вуали из углеродного волокна поверх стекловолокна будет лучше работать как проводник электричества, а не как изолятор. Точно так же использование углеродного волокна поможет блокировать радиочастотные сигналы.

Мат из рубленых прядей

Этот материал полностью соответствует своему названию. Волокна обычно имеют длину от трех до четырех дюймов и беспорядочно ориентированы.Мат из рубленого волокна не очень прочный материал из-за короткой длины волокна. Однако он изотропен. Это означает, что он одинаково прочен во всех направлениях (маты и наполнители — единственные композитные армирующие материалы, обладающие этой характеристикой). Мат является наименее дорогой формой армирования и, следовательно, наиболее широко используется. Он подходит для изготовления пресс-форм и деталей. Случайная ориентация эффективно скрывает рисунок ткани через гелькоут и делает формы одинаково жесткими во всех направлениях.Следует отметить, что мат из рубленого волокна совместим только с полиэфирной смолой.

Примеры продукции

Мат
Артикул Описание
Мат из рубленых прядей из рубленых прядей чаще всего используется для увеличения толщины деталей между слоями тканей. Как правило, изготовители рвут мат из рубленых прядей, а не режут его. Это сохраняет длину волокон вдоль разорванного края, создавая более прочные связи.

Ткани

Тканые ткани являются прочным армированием, поскольку волокна связаны в нити, ориентированные только в двух направлениях. Нити основы и утка проходят под углом 0 и 90 градусов соответственно. Таким образом, ткани анизотропны или прочны только в двух направлениях. Ткани должны быть ориентированы таким образом, чтобы волокнистые нити располагались параллельно ожидаемым нагрузкам. Если необходима дополнительная прочность в другом направлении, необходимо добавить еще один слой под углом к ​​первому.Наиболее распространенные углы составляют +/- 45 градусов.

Примеры продукции

Углеродное волокно
Артикул Описание
Стекловолокно Стекловолокно является основой индустрии композитов. Он использовался во многих композитах с 1950-х годов, и его физические свойства довольно хорошо изучены. Он легкий, имеет умеренную прочность на растяжение и прост в обращении.Fiberlgass используется в самых разных проектах в отрасли.
Углеродное волокно можно найти повсюду, от автогонок до аэрокосмической отрасли. Хотя он дороже, чем стекловолокно и кевлар, он может похвастаться самой высокой прочностью на растяжение, сжатие, изгиб и изгиб в отрасли. Углеродное волокно обычно используется для проектов, требующих более высокого уровня прочности, таких как несущие детали.
Кевлар Кевлар является одним из первых высокопрочных синтетических волокон, получивших признание в производстве армированных волокном пластиков. В чем преимущество кевлара, так это в его ударопрочности и стойкости к истиранию. Для таких деталей, как каноэ и байдарки, панели фюзеляжа самолетов и сосуды высокого давления, где ожидается высокая ударопрочность и истирание, кевлар идеально подходит.

Виды ткани

Существует множество стилей ткани, из которых можно выбирать.Наиболее распространены ткани полотняного переплетения, в которых нити основы и утка перекрещиваются попеременно. Простые тканые ткани, как правило, наименее податливы, но их легко резать и обрабатывать, потому что они не так легко распутываются. Однако их прочность снижается из-за сильного «предварительного коробления», уже имеющегося в ткани. Как указано в разделе о жгутах, волокна обладают наибольшей прочностью только тогда, когда они идеально прямые. Частое перекрещивание нитей с перекрещиванием снижает прочность полотняного переплетения, хотя они по-прежнему подходят для всех применений, кроме самых высокопроизводительных.

Саржевые и атласные ткани более податливы и прочнее, чем ткани с полотняным переплетением. В атласном переплетении одна заполняющая нить проходит над тремя-семью другими основными нитями, прежде чем прошивается под другой основной нитью. Нити этого типа с рыхлым плетением идут более прямыми намного дольше, сохраняя теоретическую прочность волокна. Очевидно, податливость выше, и эти ткани легко принимают сложные формы. Однако после разрезания их легче распутать, потому что каждая нить не удерживается так крепко.Саржевое переплетение предлагает компромисс между атласным и полотняным переплетением, а также часто желательную косметическую отделку «елочкой».

Практическое руководство по выбору подкреплений

Прежде чем приступить к любому проекту, подумайте о потребностях готовой детали. Насколько жесткой, легкой, износостойкой или устойчивой к повреждениям должна быть деталь или конструкция? Обязательно учитывайте стоимость. Сравните свой список с описанием материалов и диаграммой, на которую ссылались ранее, чтобы выбрать лучшую ткань с точки зрения производительности и стоимости.Стекловолокно стабильно обеспечивает ценность практически для каждого проекта.

В целом, для ламинирования защитного слоя по дереву можно использовать любую ткань полотняного переплетения. Если ламинат предназначен для морского использования, следует рассматривать не менее двух слоев. Легкие ткани хороши, если защитный слой должен быть прозрачным, например, на каноэ из полос. Полотняные переплетения средней плотности, от шести до десяти унций на квадратный ярд, пожалуй, самые универсальные. Обычно называемые лодочными тканями, они недорогие, прочные и легко формируются.Их часто комбинируют со слоями мата при строительстве форм или используют для защиты сердцевины в конструкциях без форм.

Сатиновые и саржевые переплетения для аэрокосмической отрасли следует использовать везде, где требуются самые высокие физические свойства.

Выбор смолы

Фото предоставлено IStock Photo. Выбор смолы

зависит от совместимости ткани, условий эксплуатации и желаемых характеристик готовой детали. Существует два распространенных типа термореактивных смол на выбор: эпоксидная смола и полиэфирная смола.Изготовление пресс-форм, литье, ламинирование и литье могут выполняться с помощью любой системы. Эпоксидная смола — более производительная и более дорогая система. Он используется в критических по весу, высокопрочных и точных по размерам приложениях. Полиэфирные смолы дешевле, обладают большей коррозионной стойкостью и более щадящие, чем эпоксидные смолы. По этой причине они получили наибольшее распространение.

Винилэфирная смола является третьим вариантом смолы, часто описываемой как нечто среднее между эпоксидной и полиэфирной смолами, поскольку она находится между ними по цене и эксплуатационным характеристикам.Он обладает отличной коррозионной стойкостью и стойкостью к истиранию, поэтому он хорошо подходит для таких применений, как резервуары для хранения химикатов.

Некоторые смолы совместимы не со всеми тканями. Например, кевлар® часто имеет проблемы с адгезией, поэтому следует использовать эпоксидную смолу или полиэстер высшего сорта. Кроме того, маты из стекловолокна имеют связующее, растворимое в полиэфире. Эпоксидные смолы могут их растворить, и их никогда не следует использовать с матами. Тщательно проверяйте совместимость материалов при разработке проекта.

Примеры продукции

Полиэфирные смолы Винилэфирная смола
Артикул Описание
Полиэфирная смола являются наиболее широко используемыми смолами в индустрии композитов.Полиэфирные смолы дешевле, обладают некоторой коррозионной стойкостью и более щадящие, чем эпоксидные смолы. Полиэфирные смолы просты в использовании, быстро отверждаются и устойчивы к экстремальным температурам и катализаторам.
Винилэфирная смола считается гибридом полиэстера и эпоксидной смолы, что означает, что ее эксплуатационные характеристики, свойства и цена обычно находятся между двумя другими. Винилэфир отличается высокой устойчивостью к коррозии, температуре и удлинению.
Эпоксидная смола Для композитных деталей, требующих максимальной прочности, производители будут использовать эпоксидную смолу. В дополнение к повышенным прочностным характеристикам эпоксидные смолы обычно превосходят полиэфир и виниловый эфир по стабильности размеров и усилению сцепления с другими материалами.

Ниже приведены некоторые общие рекомендации по выбору смолы:

Адгезивы: Когда применение требует клеящих свойств, настоятельно рекомендуется использовать эпоксидные смолы.Выберите эпоксидную смолу с жизнеспособностью, наиболее близкой к требуемому рабочему времени. При необходимости измельченное стекловолокно можно смешивать для создания конструкционной пасты-наполнителя.

Примеры продукции

Винилэфирная смола
Артикул Описание
Система 1000 System 1000 Epoxy представляет собой смешанную смолу с низкой вязкостью, которая быстро смачивает армирующие волокна в процессе укладки.Это позволяет ускорить процесс изготовления.
Винилэфирная смола считается гибридом полиэстера и эпоксидной смолы, что означает, что ее эксплуатационные характеристики, свойства и цена обычно находятся между двумя другими. Винилэфир отличается высокой устойчивостью к коррозии, температуре и удлинению.

Применение в форме: Лучше всего использовать полиэфирную формовочную смолу #77 или любую эпоксидную смолу со средним и длительным сроком службы.Предварительно разрежьте тканевую арматуру и держите ее под рукой. Используйте щетки, швабры и валики для пропитки, чтобы пропитать ткань. Для деталей, которые будут использоваться в сильно коррозионных средах, выберите изофталевую полиэфирную смолу (деталь № 90) или винилэфирную смолу (деталь № 1110).

Примеры продукции

Полиэфирная формовочная смола Винилэфирная смола
Артикул Описание
Полиэфирная формовочная смола является одной из самых распространенных и популярных смол в промышленности. Он отлично подходит для изготовления деталей общего назначения и недорогих пресс-форм. Со смолой легко работать, она дешевле по сравнению с другими причинами и не содержит воска, поэтому между слоями не требуется шлифовка.
Изофталевая полиэфирная смола Изофталевая полиэфирная смола обладает гораздо большей прочностью по сравнению с полиэфирными смолами общего назначения, она отлично подходит для создания формоустойчивых полиэфирных форм, изготовления деталей, которые должны выдерживать высокую коррозию, и долговечных ремонтных материалов для облицовки резервуаров.
Винилэфирная смола считается гибридом между полиэфирной и более прочной эпоксидной смолой, что означает, что ее эксплуатационные характеристики, свойства и цена обычно находятся между двумя другими. В чем превосходство винилового эфира, так это в коррозионной стойкости, термостойкости и ударной вязкости при удлинении.

Ремонт общего назначения и тонкое ламинирование: Для этих целей лучше всего использовать смолу общего назначения, смешанную со стироловым воском.Если выбрана эпоксидная смола, используйте версию с коротким сроком жизни, которая быстрее застынет при нанесении тонкими слоями.

Примеры продукции

Полиэфирная формовочная смола
Артикул Описание
Полиэфирная формовочная смола является одной из самых распространенных и популярных смол в промышленности. Он отлично подходит для изготовления деталей общего назначения и недорогих пресс-форм.Со смолой легко работать, она дешевле по сравнению с другими причинами и не содержит воска, поэтому между слоями не требуется шлифовка.
Стироловый воск Добавление стиролового воска к невощеной полиэфирной смоле предотвратит длительную липкость, связанную с тонкими слоями полиэфиров в композитном материале. Этот воск будет подниматься на поверхность во время отверждения, и после этого его необходимо отшлифовать.
Система 1000 System 1000 Epoxy представляет собой смешанную смолу с низкой вязкостью, которая быстро смачивает армирующие волокна в процессе укладки.Это позволяет ускорить процесс изготовления.

Минимальная деформация: Эпоксидные смолы всегда обеспечивают наиболее стабильные по размеру детали и формы, но можно успешно использовать полиэфирную смолу высшего сорта, такую ​​как изофталевая полиэфирная смола № 90.

Примеры продукции

Артикул Описание
Изофталевая полиэфирная смола Изофталевая полиэфирная смола обладает гораздо большей прочностью по сравнению с полиэфирными смолами общего назначения, она отлично подходит для создания формоустойчивых полиэфирных форм, изготовления деталей, которые должны выдерживать высокую коррозию, и долговечных ремонтных материалов для облицовки резервуаров.
Система 1000 System 1000 Epoxy представляет собой смешанную смолу с низкой вязкостью, которая быстро смачивает армирующие волокна в процессе укладки. Это позволяет ускорить процесс изготовления.
Система 2000 System 2000 Epoxy представляет собой ламинирующую смолу светло-янтарного цвета, разработанную для обеспечения максимальной прочности эпоксидной смолы при комнатной температуре.Он часто используется для высокопрочных деталей, которые требуются в конструкционных приложениях.

Отливка: Толстые секции можно отливать с помощью медленно отверждаемой эпоксидной системы # 2000/2120 или любой из наших уретановых литейных смол. Стандартные смолы не рекомендуется заливать достаточно большой для отливки массой.

Примеры продукции

Артикул Описание
Система 2000 System 2000 Epoxy представляет собой ламинирующую смолу светло-янтарного цвета, разработанную для обеспечения максимальной прочности эпоксидной смолы при комнатной температуре. Он часто используется для высокопрочных деталей, которые требуются в конструкционных приложениях.
Литейная смола Эуретана — берег а Уретановые литьевые смолы идеально подходят для заливки деталей и изготовления оснастки. Уретановая смола для литья по Шору А используется для создания прочных, гибких деталей и форм.
Уретановая литейная смола — твердость по Шору D 75 Уретановая литейная смола с твердостью по Шору D 75 отлично подходит для конечных деталей и мелкосерийных гильз. Она отлично подходит для создания твердых деталей с увеличенной детализацией и превосходными косметическими качествами.

Выбор инструментов

По сравнению с классической механической обработкой и изготовлением инструментов при работе с композитами требуется несколько специальных инструментов. Тем не менее, есть ряд элементов, которые облегчают работу и улучшают качество продукции.

Предметы первой необходимости, такие как чистые емкости для смешивания, весы и другое измерительное оборудование, качественные ножницы и множество перчаток, — это простые предметы, которыми часто пренебрегают. Ракели, щетки и валики являются рекомендуемыми аппликаторами для пропитки армирования смолой.Ракели и пропитывающие валики также можно использовать для удаления воздуха из ламината и сжатия слоев ткани. Для обрезки готовых деталей и форм нужны бритвенные ножи и электролобзики. Используйте качественные композитные диски со средним числом зубьев, чтобы ускорить рез. Механические шлифовальные машины, шлифовальные машины и шлифовальные машины полезны при выполнении более крупных работ, но эту работу можно выполнить и вручную, если у вас будет достаточно времени и усилий. Последней рекомендацией по оборудованию будет стойка для резки ткани для удержания и хранения материала. Стойка поддерживает ткань горизонтально на трубе и может быть изготовлена ​​из простых строительных материалов.

Примеры продукции

Принадлежности для смешивания Ракели и валики
Артикул Описание
Принадлежности для смешивания следует использовать для смешивания смолы с добавками к смоле при подготовке к процессу укладки. Такие добавки, как катализатор и отвердитель, необходимы для того, чтобы смолы работали должным образом. Другие добавки, такие как наполнители, пигмент и воск, являются необязательными и выбираются в зависимости от желаемых характеристик, которые они придают смоле.
Оборудование для резки Почти каждый композитный проект требует вырезания, особенно на этапе подготовки. Обязательно выберите ножницы, кусачки и приспособления для ткани, соответствующие качеству композитной детали, которую вы планируете изготовить.
Предметы безопасности и чистящие средства Безопасная и чистая рабочая среда — первый шаг к созданию успешного композитного ламината. Обязательно спланируйте свой проект или ремонт соответствующим образом и примите простые меры безопасности с каждым проектом.
Щетки Простой выбор, который, тем не менее, окажет большое влияние на ваш проект. Кисти помогут пропитать ткань выбранной вами смолой. Убедитесь, что используемая кисть соответствует качеству вашего проекта.
Ракели и ролики обеспечивают равномерное распределение смолы по ткани и легко удаляют излишки смолы с детали.Неравномерное покрытие может повредить композитную деталь, но этого легко избежать при работе с соответствующими инструментами.

Оценка веса и стоимости материалов

Точная оценка материалов необходима по двум причинам. Во-первых, и это очевидно, они необходимы для надлежащего заказа, хранения материалов и проведения торгов по проектам. Что еще более важно, оценки дают возможность рассчитать вес или стоимость детали, используя различные графики ламинирования, прежде чем приступить к сборке.

В отличие от оценки покрытия при покраске, расход смолы зависит от типа используемого армирования. Чем тяжелее ткань, тем больше смолы потребуется, чтобы ее пропитать. Хороший ламинат для рук состоит примерно из 50% ткани и 50% смолы по весу. Например, если приложение требует 3 квадратных ярда ткани плотностью 4 унции на квадратный ярд (общий вес ткани составляет 12 унций), потребуется 12 унций смолы. Однако, если выбрано 3 ярда ткани плотностью 10 унций на квадратный ярд (общий вес ткани составляет 30 унций), потребуется 30 унций смолы.

Для стекломата

требуется минимум 2 унции смолы на каждую унцию мата. Следовательно, если приложение требует 20 квадратных футов мата плотностью 1,5 унции на квадратный фут, потребуется минимум 60 унций смолы. Помните, что циновки указаны в унциях на квадратный фут, тогда как ткани указаны в унциях на квадратный ярд. Измельченный коврик весом 1,5 унции на квадратный фут на самом деле весит 13,5 унций на квадратный ярд!

Поскольку существует очень много возможных комбинаций материалов, необходимо рассчитать вес и стоимость одного слоя с использованием различных видов армирования.Затем их можно добавлять или вычитать из теоретического ламината до тех пор, пока не будут достигнуты проектные свойства.

Рабочий лист для оценки материалов

1) Начните с расчета площади поверхности проекта.

Оцените неправильную форму, измерив прямоугольники приблизительного размера, необходимые для размещения конусообразных областей. Умножьте длину на ширину каждого прямоугольника, а затем сложите все отдельные прямоугольники вместе, чтобы получить общую площадь поверхности детали.Если расчет в квадратных футах, разделите на 9, чтобы получить квадратные ярды.

2) Составьте список каждого типа армирования, рассматриваемого для ламинирования.

Умножьте вычисленные выше квадратные ярды на вес ткани в унциях. Это общий вес одного слоя этого материала. Это также количество смолы, необходимое для его насыщения. Когда это известно для 2 или 3 различных типов материалов, можно рассчитать вес и стоимость ламината, изготовленного из любой комбинации этих тканей.Чтобы преобразовать вес унции в фунты, разделите его на 16. Те, у кого нет опыта в пропитке стекловолокна, склонны использовать слишком много смолы. Хорошо пропитанный ламинат равномерно прозрачен, без «молочных» сухих пятен, но ради веса и стоимости в нем мало лишней смолы.

3) Рассчитать расход гелькоута, грунтовки и поверхностной грунтовки.

Для всех формованных ламинатов, кроме самых легких, требуется гелькоут. Этот гелькоут должен быть толщиной 15-20 мил.

Для гелькоута толщиной 20 мил потребуется один галлон смеси гелькоута на каждые 80 квадратных футов поверхности формы.Если требуется более легкое поверхностное покрытие, распылите часть № 1041-B Duratec Surfacing Primer в форму вместо гелькоута. Его можно наносить тоньше (10-12 мил) и, следовательно, легче. Duratec также является идеальным финишным покрытием для покрытия бесформенной пены или фанерных ламинатов.

При покрытии фанеры стеклотканью потребуется дополнительная смола и для грунтовки дерева. Для большинства пород дерева этот слой потребует около 3 унций смолы на каждый квадратный фут поверхности. Это в дополнение к смоле, необходимой для насыщения стекловолокна.Чтобы обеспечить адекватное насыщение, добавьте на 20% больше смолы к исходной оценке.

Пример:

Следующий пример поможет прояснить оценку материала, а также осветит некоторые аспекты проектирования.

Начато строительство фанерной катера. Длина лодки 12 футов, ширина по дну 4 фута, высота каждого борта 2,5 фута, а размер транца 2 фута на 5 футов. Фанера толщиной три четверти дюйма выдерживает нагрузки, но стекловолокно должно герметизировать и защищать как внутреннюю, так и внешнюю часть лодки.Стекловолокно было выбрано вместо KEVLAR®, чтобы снизить затраты. Сколько материала потребуется, и сколько веса будет добавлено?

1) Начните с расчета площади поверхности каждой детали.

Пол
12 футов x 4 фута = 48 кв. футов

Стороны
12 футов x 2,5 фута = 30 кв. футов x 2 = 60 кв. футов

Транец
2 фута x 5 футов = 10 кв. футов

Всего
118 кв. футов

На каждый слой приходится 118 квадратных футов, и слои будут добавлены как внутри, так и снаружи лодки.Затем разделите 118 квадратных футов на 9 квадратных футов, чтобы найти общее количество квадратных ярдов на слой. Это преобразование необходимо, чтобы площадь можно было сравнить с весом ткани, указанным в квадратных ярдах.

118 кв. футов / 9 кв. футов = 13,5 кв. ярдов

Рассматриваемые ткани имеют плотность 10 унций и 7,5 унций полотняного переплетения. Вес ткани будет умножен на площадь поверхности, чтобы определить общий вес одного слоя ткани.

10 унций/кв. ярд х 13,5 кв. Ярд. = всего 135 унций./ 16 = 8,5 фунта/слой

7,5 унций/кв. ярд х 13,5 кв. Ярд. = 101,25 всего унций/16 = 6,5 фунтов/слой

При соотношении ткани и смолы 50/50 смола также будет весить так же, как и ткань.

Поскольку лодка будет использоваться только у песчаных берегов, выбрана ткань плотностью 7,5 унций, что позволяет сэкономить 4 фунта на каждом слое. Если бы берег был каменистым, ткань весом 10 унций могла бы быть лучшим выбором для долговечности, несмотря на дополнительный вес.

2) Рассчитайте весь дополнительный расход смолы и поверхностного грунта, как указано выше.

На фанеру потребуется грунтовка из полиэфирной смолы. Для достаточного покрытия поверхности потребуется 3 унции на квадратный фут площади поверхности.

3 унции. x 118 кв. футов = 354 унции. / 16 = 22 фунта смолы.

Поверхностное покрытие создается путем распыления на деталь № 1041-B Duratec Surfacing Primer. Один галлон легко покроет 118 квадратных футов слоем материала толщиной 12 мил.

Заключение

Это руководство предназначено для того, чтобы помочь начинающим концептуализировать процесс изготовления стекловолоконного композита.В связи с последними достижениями и доступностью других высокоэффективных композитных материалов некоторые из них также были включены в этот документ. Подчеркнута важность выбора волокна, и в качестве удобного справочника включена диаграмма, сравнивающая сильные и слабые стороны трех доступных армирующих материалов. Разработайте проекты с учетом этих свойств ткани, затем выберите систему смол, совместимую с тканью и конечными условиями эксплуатации, в которых будет работать деталь. Смета материалов также важна в процессе проектирования.Варианты графика ламинирования можно сравнить на этапе проектирования, а ламинат можно адаптировать к условиям эксплуатации и бюджету проекта. Пример трехэтапного процесса оценки материала должен сделать эти оценки безболезненными. Очевидно, что по этим вопросам доступно больше информации, но эти основы демонстрируют легкость, с которой могут быть достигнуты преимущества композитов.

Прикладные науки | Бесплатный полнотекстовый | Сравнительное исследование методов измерения содержания стекловолокна для контроля качества изготовления судовых композитных конструкций

1.

Введение Пластмассы, армированные стекловолокном (GFRP), десятилетиями широко использовались для строительства небольших судов, таких как рыбацкие лодки и яхты [1,2], поскольку они обладают хорошей удельной прочностью, коррозионной стойкостью и отличной обрабатываемостью. Многие суда из стеклопластика изготавливаются с большим расчетным запасом, поскольку это обеспечивает более быстрое и дешевое производство. Однако это также приводит к более тяжелым сосудам из-за более толстой структуры ламината GFRP. Слоистые конструкции для композитных кораблей значительно толще, чем те, которые используются для авиационных и автомобильных компонентов, что может вызвать неблагоприятные структурные эффекты, такие как усталость, в течение срока службы корабля [3].Кроме того, стеклопластики вызвали экологические опасения, связанные с их плохой перерабатываемостью и проблемами во время сушки и утилизации [4,5]. Соответственно, повышенное внимание исследователей было направлено на оптимальную конструкцию и снижение веса судов из стеклопластика. Правила проектирования конструкций из стеклопластика малых судов рассматриваются в международном стандарте ISO 12215-5 [6]. Толщина ламината, определяемая количеством слоев ткани из стекловолокна (слоев), рассчитывается на основе переменных параметров корабля, таких как форма корпуса, водоизмещение, скорость и форма корпуса, а также конструктивных переменных, таких как расположение ребер жесткости, расчетные нагрузки. и конструкция композиционного материала (тип армирующего материала, метод армирования и механические свойства) [7,8].Массовая доля стекловолокна, Gc, является критическим элементом конструкции, который существенно влияет на механические свойства ламината. Стандарты ISO и правила классификационного общества предоставляют уравнения для оценки механических свойств многослойных структур в соответствии с изменениями Gc. Эти теоретические уравнения также различаются в зависимости от типа стекловолокна, метода армирования, количества слоев и количества используемой смолы [6, 9, 10]. Однако, хотя Gc является важным показателем качества изготовления многослойной структуры [11], качество ламината может широко варьироваться в зависимости от метода производства, окружающей среды и уровня квалификации оператора.Суда из стеклопластика обычно изготавливаются с использованием метода ручной укладки, что может привести к деградации стекловолокна или смолы из-за человеческой ошибки [12,13]. Кроме того, структуры ламината часто содержат производственные дефекты, такие как пористость или пустоты. Эти производственные дефекты могут оказать существенное влияние на физические характеристики многослойной конструкции, даже если Gc соответствует проектным параметрам [14,15,16]. Для судов, использующих специальные стекловолокна, специальные конструкции или конструкции тоньше, чем позволяют правила Классификационные общества требуют, чтобы производители раскрывали Gc структуры ламината вместе с результатами испытаний материалов.Механические свойства часто проверяются испытанием на излом в соответствии со стандартами ASTM [3,7,11,17], тогда как для определения Gc рекомендуются экспериментальные методы (например, выгорание смолы) или теоретические расчеты. Тем не менее правила классификации не содержат подробных указаний по определению Gc. Кроме того, из-за гибких производственных характеристик и различных типов и комбинаций материалов трудно проверить, изготовлены ли ламинаты в соответствии с разработанным Gc.

Чтобы помочь в разработке и производстве ламинатов GFRP для судостроения, очень важно определить точный и последовательный метод определения Gc. Метод также должен измерять размер и объем пустот внутри структуры ламината, а также погрешность измерения внешней формы. Принимая во внимание различные методы, используемые в настоящее время для определения Gc и частоты возникновения дефектов, сравнительное исследование различных методов представляет значительный прикладной интерес. Здесь мы эмпирически проверили четыре различных метода измерения Gc судовых компонентов из стеклопластика: широко используемый теоретический расчет, предложенный в правилах классификации; прямое измерение объема и веса или относительной плотности образца с последующим вычислением Gc; и способ выжигания, при котором полимерная матрица выжигается из ламината. Методы были использованы для оценки двух типов композитных листов корпуса 16-метрового корабля. Затем был проведен сравнительный анализ результатов методов, чтобы определить:

  • Надежность каждого метода анализа структуры ламината и установление точности изготовления в соответствии с конструкцией материала

  • Точность каждого метода тестирования изготовления качество структуры ламината

  • Преимущества и недостатки каждого метода

В целом, мы обнаружили, что метод расчета эффективен для измерения Gc, если известно качество производственного процесса, но он не может обнаружить производственные ошибки .Методы прямого измерения также непригодны для определения объема внутренних дефектов. Напротив, метод выжигания позволяет точно измерить Gc, объем дефекта и неоднородность внешней формы; следовательно, этот метод рекомендуется для проектирования судов, когда необходимо знать точное значение Gc и качество изготовления. В других отраслях промышленности были проведены значительные исследования армированных волокном композитов. Тем не менее, было проведено ограниченное количество исследований по использованию стеклопластиков в судостроении.Таким образом, мы ожидаем, что это сравнительное исследование методов оценки многослойных конструкций реальных компонентов судов из стеклопластика станет хорошим ориентиром для проектирования судов из стеклопластика.

5. Обсуждение

Значения Gc двух листов корпуса с различной конструкцией Gc были проверены четырьмя методами. На рис. 15 показано сравнение экспериментальных результатов. Различия между значениями Gc, полученными простым прямым измерением и методом ареометра, были незначительными, так как погрешность измерения внешнего объема была относительно небольшой.Поэтому расхождения в результатах, полученных методом выжигания, вероятно, связаны с различиями в объеме внутренних дефектов, таких как пустоты. Иными словами, установлено, что в объемах корпусных листов с расчетными значениями Gc 40 и 64 мас.% присутствуют пустоты с объемами, составляющими 0,95 и 1,20 мас. % от общего объема. Как показано на Рисунке 14, большая разница в результатах измерений для корпусной плиты Gc 64 мас.% может быть связана с качеством изготовления многослойных структур.Кроме того, хотя это относительно хорошо изготовленные прототипы, изготовленные с использованием метода вакуумной инфузии, различия в результатах не являются незначительными. Например, разница в Gc на 2,14 мас. %, полученная методом измерения выгорания для листа корпуса с расчетным значением Gc 64 мас. %, соответствует снижению прочности на изгиб ламината примерно на 4,32 %, исходя из на уравнениях ISO 12215. Экспериментальные результаты суммированы в виде прямоугольной диаграммы, как показано на рисунке 16.В случае с корпусным листом из 40 мас.% Gc форма, включая толщину, хорошо соответствовала конструкции. Тем не менее, неравномерность пропитки полиэфирной смолы может быть подтверждена отклонением значения Gc, показанным на рис. 15. В частности, как показано на рис. 14, образец № 2 (с Gc 35,66 мас.%) содержал относительно большой объем пустоты и полиэстер. В случае листа корпуса с Gc 64 мас.% можно подтвердить по увеличенному Gc, наблюдаемому с помощью простых методов прямого измерения и ареометра, что давление воздушного компрессора было слегка избыточным во время инфузии.Это было сделано для достижения высокого уровня Gc, и было подтверждено, что они были изготовлены с толщиной несколько меньшей расчетной. Однако это не означает увеличение фактического значения Gc, а скорее увеличение объема внутренних пустот. Это привело к более низкому содержанию волокна из Е-стекла по сравнению с содержанием, указанным в проекте, и это было подтверждено результатами измерения выгорания.

Результаты каждого метода измерения можно резюмировать следующим образом: расчет по правилу можно использовать очень быстро и эффективно, если известны конструкция судна и конструкция материала.Однако в зависимости от качества изготовления слоистых конструкций погрешности измерения физических свойств могут увеличиваться, и эти погрешности не могут быть подтверждены. Чтобы уменьшить эту ошибку, целесообразно использовать плотность, предложенную изготовителем, или плотность, измеренную непосредственно, а не использовать плотность волокна и смолы, предложенную правилом. При простом прямом измерении различия в форме между дизайном и ламинатом можно легко сравнить. В частности, ключевые ошибки легко выявить при сравнении толщины и веса ламината.Тем не менее предпочтительно использовать такой прибор, как ареометр, для выявления явных дефектов качества, связанных с плотностью сырья или неоднородностью внешней формы. Однако с помощью этих методов невозможно выявить влияние внутренних дефектов на Gc. Используя метод измерения выгорания, предложенный в правилах классификационных обществ, можно было наиболее точно измерить Gc, а также очень точно измерить дефекты ламината, в том числе пустоты. Однако этот метод требует специальных знаний в отношении анализа с помощью оборудования, используемого для сжигания.

6. Выводы

В этом исследовании значения Gc двух листов корпуса судов из композитных материалов с разной массовой долей стекловолокна были измерены с использованием правил расчета, простых прямых измерений, ареометра и методов выгорания с целью определения изменение качества изготовления в результате количественных изменений Gc. Поскольку ламинированные конструкции для корпусных листов обычно изготавливаются путем смешивания двух или более тканей на строительных площадках, между изготовленной ламинированной структурой и спроектированной конструкцией могут возникать большие различия.По результатам этих практических измерительных испытаний были получены следующие выводы.

Поскольку правила расчета, предлагаемые классификационными обществами, основаны на статистике и многолетнем опыте, можно рассчитать логичное и относительно точное значение Gc для проектирования структуры ламината. Для более точного определения структуры рекомендуются прямые измерения с использованием таких инструментов, как ареометр. Однако только метод горения позволял с высокой точностью измерять как объем внутренних дефектов, так и Gc.

В целом разумно заключить, что в случае высокопроизводительного судна или судна, построенного с использованием новых материалов, очень важно обеспечить эксплуатационные характеристики путем проверки массовой доли стекловолокна с помощью точного теста такой метод, как метод выжигания.

Влияние армирования стекловолокном на прочность на изгиб различных полимерных композитов | Прикладная наука о адгезии

  • Шарафеддин Ф., Алави А.А., Талей З. Прочность на изгиб стекловолокна и полиэтиленового волокна в сочетании с тремя различными композитами.Джей Дент Шир. 2013;14(1):13–9.

    Google ученый

  • Перейра С.Л., Демарко Ф.Ф., Ченчи М.С., Осинага П.В., Пиовесан Э.М. Прочность композитов на изгиб: влияние армирования полиэтиленовыми волокнами и типа композита. Clin Oral Investig. 2003;7(2):116–9.

    Артикул Google ученый

  • Heumen CC, Dijken JW, Tanner J, Pikaar R, Lassila LV, Creugers NH, Vallittu PK, Kreulen CM.Пятилетняя выживаемость 3-элементных несъемных частичных протезов из армированного волокнами композита в переднем отделе. Дент Матер. 2009;25(6):820–7.

    Артикул Google ученый

  • Валлитту, шт.Показатели приживаемости несъемных частичных протезов из композиционного материала, армированного стекловолокном, со средним сроком наблюдения 42 месяца: пилотное исследование. Джей Прост Дент. 2004;91(3):241–6.

    Артикул Google ученый

  • Табатабаи М.Х., Хасани З., Ахмади Э. In vitro оценка облицовочных композитов и волокон по цвету композитных реставраций, армированных волокном. Джей Дент. 2014;11(4):473–80.

    Google ученый

  • Van Heumen CC, Kreulen CM, Creugers NH.Клинические исследования несъемных частичных протезов, армированных волокном и смолой: систематический обзор. J Устные науки. 2009;117(1):1–6.

    Артикул Google ученый

  • Kolbeck C, Rosentritt M, Behr M, Lang R, Handel G. Исследование in vitro прочности на излом и краевой адаптации композита, армированного полиэтиленовым волокном, по сравнению с несъемными частичными протезами из композита, армированного стекловолокном. J Оральная реабилитация. 2002;29(7):668–74.

    Артикул Google ученый

  • Ваки Т., Накамура Т., Накамура Т., Кинута С., Вакабаяси К., Ятани Х.Прочность на излом несъемных частичных протезов с фиксацией вкладками, армированных армированным волокном композитом. Дент Матер Дж. 2006; 25 (1): 1–6.

    Артикул Google ученый

  • Таноуэ Н., Савасе Т., Мацумура Х., Маккейб Дж. Ф. Свойства непрямых композитов, армированных стекловолокном, пропитанным мономером. одонтология. 2012;100(2):192–8.

    Артикул Google ученый

  • Хамза Т.А., Розенстил С.Ф., Эль-Хосари М.М., Ибрахим Р.М.Сопротивление излому временных несъемных протезов из ПММА, армированного волокном. Дж. Протез. 2006;15(4):223–8.

    Артикул Google ученый

  • Дуймус З.Ю., Караалиоглу Ф.О., Сулейман Ф. Прочность на изгиб временных коронок и несъемных частичных протезов из полимеров как с армированным волокном, так и без него. J Mater Sci Нанотехнологии. 2014;2(1):102. дои: 10.15744/2348-9812.1.302.

    Google ученый

  • Караман А.И., Кир Н., Белли С.Четыре применения армированного полиэтиленового волокна в ортодонтической практике. Am J Orthod Dentofac Orthop. 2002;121(6):650–4.

    Артикул Google ученый

  • Олссон К.Г., Фурст Б., Андерссон Б., Карлссон Г.Э.Долгосрочное ретроспективное и клиническое последующее исследование FPD In-Ceram Alumina. Int J Prostodont. 2003;16(2):150–6.

    Google ученый

  • Vallittu PK, Sevelius C. Несъемные частичные съемные протезы из композита, армированного стекловолокном: клиническое исследование. Джей Простет Дент. 2000;84(8):413–8.

    Артикул Google ученый

  • Мандикос М.Н., МакГивни Г.П., Дэвис Э., Буш П. Дж., Картер Дж.М.Сравнение износостойкости и твердости непрямых композитных смол. Джей Простет Дент. 2001;85(4):386–95.

    Артикул Google ученый

  • Шимура Р., Никайдо Т., Ямаути М., Икеда М., Тагами Дж. Влияние метода отверждения и условий хранения на микротвердость полимерных цементов двойного отверждения. Dental Mater J. 2005; 24 (1): 70–5.

    Артикул Google ученый

  • Bae JM, Kim KN, Hattori M, Hasegawa K, Yoshinari M, Kawada E, Oda Y.Усталостная прочность композитов с дисперсным наполнителем, армированных волокнами. Дент Матер Дж. 2004; 23 (2): 166–74.

    Артикул Google ученый

  • Лопес М.Б., Серральво А.Д., Фелизардо К.Р., Хирата Б.С., Гиральдо Р.Д., Бергер С.Б., Борхес А.Х., Гонини-Джуниор А. Оценка сопротивления изгибу и сжатия композита на основе силарана, подвергнутого различным протоколам полимеризации . Appl Adhes Sci. 2014;2:23.

    Артикул Google ученый

  • Бер М., Розентритт М., Лейброк А., Шмайдер-Фейрер С., Гендель Г.In vitro исследование прочности на излом и краевой адаптации армированных волокном адгезивных несъемных частичных протезов с вкладками. Джей Дент. 1999;27(2):163–8.

    Артикул Google ученый

  • Kanie T, Arikawa H, Fujii K, Ban S. Светоотверждаемое армирование полимерной основы протеза с использованием ткани из стекловолокна, предварительно пропитанной различными уретановыми олигомерами. Дент Матер Дж. 2004; 23 (3): 291–6.

    Артикул Google ученый

  • Хаммуда ИМ.Армирование обычного стеклоиономерного реставрационного материала короткими стеклянными волокнами. J Mech Behav Biomed Mater. 2009;2(1):73–81. doi: 10.1016/j.jmbbm.2008. 04.002.

    Артикул Google ученый

  • Норстрем Т., Валлитту П., Юли-Урпо А. Влияние размещения и количества стекловолокна на сопротивление излому временных несъемных частичных протезов. Int J Prostodont. 2000;13(1):72–8.

    Google ученый

  • Солнит GS.Эффект армирования метилметакрилатом обработанными и необработанными силаном стекловолокнами. Джей Простет Дент. 1991;66(3):310–4.

    Артикул Google ученый

  • Исаак Д.Х. Технические аспекты строения и свойств полимерно-волокнистых композитов. В: Материалы первого симпозиума по армированному волокном пластику в стоматологии, 1998; 1–21.

  • Рамакришна Ю., Мунши А.К. Армированный волокном композитный фиксатор петли: альтернатива обычной ленте и петле.Контемп Клин Дент. 2012;3(5):26–8.

    Артикул Google ученый

  • Гупта А., Йеллури Р.К., Мунши А.К. Армированный волокном композитный мост: вариант лечения у детей. Int J Clin Pediatr Dent. 2015;8(1):62–5.

    Google ученый

  • Garoushi S, Mangoush E, Vallittu P, Lassila L. Композит, армированный короткими волокнами: новая альтернатива прямым накладкам.Open Dent J. 2013; 7: 181–5. дои: 10.2174/1874210601307010181.

    Артикул Google ученый

  • Пэйлин В.М., Флеминг Г.Дж., Берк Ф.Дж., Маркиз П.М., Рэндалл Р.К. Влияние кратковременного и среднесрочного погружения в воду на гидролитическую стабильность новых малоусадочных стоматологических композитов. Дент Матер. 2005;21(9):852–63. doi:10.1016/j.dental.2005.01.004.

    Артикул Google ученый

  • Арматура PINKBAR™ Fiberglass™ для плоских изделий VS. Анализатор стальной арматуры

    PINKBAR™ VS. Оценщик экономии стали

    Стеклопластиковая арматура

    PINKBAR™ для плоских конструкций — это превосходный армирующий материал для бетонных плоских конструкций, включая парковки, тротуары, внутренние дворики, настилы бассейнов и подъездные пути.

    Оцените, сколько арматуры вам нужно для бетонной плиты на уклоне, введя размеры ниже вместе с желаемым расстоянием между арматурными стержнями.

    Расчетная экономия труда: —

    Предполагаемая экономия материала: —

    Расчетная общая экономия: —

    #4 Сталь #3 PINKBAR™
    Размеры плиты (футы)
    Расстояние между арматурными стержнями (дюймы)
    Требуемое количество 20-футовых рукоятей
    Вес (фунты)
    Количество палочек, перевозимых за поездку
    Вес за поездку (фунты)
    Количество рейсов из грузовика на объект
    Время размещения арматуры (мин)
    Расчетные затраты на оплату труда
    Сметные материальные затраты
    Сметные общие затраты

    Основано на средних оценках обычной прямоугольной плиты толщиной 6 дюймов, ставка оплаты труда 60 долларов в час. Цены и ставки на оплату труда могут варьироваться в зависимости от региона и колебаний рынка.

    Owens Corning не делает никаких заявлений, явных или подразумеваемых, относительно точности или пригодности расчетов, информации или данных, представленных здесь или в любой другой литературе или документации. Эти расчеты, информация и данные не предназначены для замены рекомендаций профессиональных дизайнеров, инженеров или других консультантов. Никаких заявлений или рекомендаций или помощи, сделанных нами или любым из наших аффилированных лиц или представителей («Owens Corning») ни в устной форме, ни в этом отчете, ни в любой другой литературе или документации нашим клиентам или любым другим лицам в связи с покупкой. , использование или установка любыми лицами любого продукта влечет за собой ответственность Owens Corning любого характера.

    .
  • Опубликовано в категории: Разное

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.