Разработка составов связующих, технологических полуфабрикатов (препрегов) и процесса получения стержней БПА гладких и периодического профиля.

Неметаллическая арматура представляет собой гетерогенную систему, состоящую из ориентированных волокон и связующего. Ее свойства зависят от свойств и особенностей структуры составляющих, а также от их физико-химического взаимодействия, поведения в процессе восприятия внешних нагрузок, воздействия агрессивных реагентов, изменения температурно-влажностного режима и других факторов. Волокна, почти полностью воспринимая воздействия растягивающих или сжимающих усилий, определяют деформативность арматуры. Связующее склеивает волокна в монолитный стержень, обеспечивает их совместную работу и защищает от механических повреждений и непосредственного воздействия влаги и агрессивных реагентов.

В России наиболее распространена стеклопластиковая арматура (СПА) и базальтопластиковая (БПА). В качестве связующих применяют преимущественно термореактивные синтетические смолы: фенольноальдегидные и кремнийорганические, отверждающиеся по механизму реакции поликонденсации (с выделением побочных летучих продуктов); непредельные и эпоксидные, не выделяющие в процессе полимеризационного отверждения побочных продуктов реакции.

В последние годы в качестве связующих начали также применять высокотермостойкие полибензимидазоловые, полиимидные, полибензотиозоловые и другие полимеры. Для улучшения свойств указанные смолы чаще всего используются в "модифицированном" виде с добавками других полимеров.

Для изготовления стеклопластиковой арматуры высокой коррозионной стойкости наиболее универсальным связующим является эпоксифенольное. Для изготовления арматуры с повышенными электрическими свойствами рекомендуется полиэфирное связующее.

Нормы расхода материалов на 1 кг стеклопластиковой арматуры следующие, кг: стекложгут-ровинг марок РБН-10-2520-78 или РБН-10-2520-4Э (ГОСТ 17139-79) - 0,862, эпоксидная смола ЭД-20 или ЗИС-1 - 0,134, фенолформальдегидная смола ЛБС-1 - 0,116, дициандиамид - 0,03, ацетон - 0,021, этиловый спирт - 0,015, сплеточная нить 0,01кг.

В основу производства неметаллической арматуры положен традиционный способ изготовления стеклопластиков - размотка волокна, его подсушка, пропитка связующим, формирование профиля поперечного сечения, полимеризация связующего. Были разработаны опытные технологические линии производства стеклопластиковой арматуры СПА-1 и СПА-2. На основе этих линий ИСиА Госстроя БССР (НПТО "Белстройнаука") была спроектирована и в 1972 г. построена первая промышленная четырехканальная ТЛ-СПА-3 общей длиной 25 м. Расстояние между осями каналов 100 мм.

По принципу непрерывной протяжки на подобных линиях может быть изготовлена неметаллическая арматура из любого волокна (стеклянного, базальтового, арамидного, углеродного). Это зависит от технологичности волокна и температурных режимов отверждения связующего.

Наиболее отработана технология получения стеклопластиковой арматуры.

В НПТО "Белстройнаука" разработана четырехканальная технологическая линия СПА-4 производительностью 50т/год, где для удаления растворителя из связующего в формирующих фильерах предусмотрен вакуумный отсос, а для полимеризации связующего применены токи сверхвысокой частоты.

В НИИПМ проводится работа по созданию технологии изготовлении стеклопластиковой арматуры на различных связующих и армирующих материалах способом непрерывной протяжки.

Проведенные исследования позволили сделать следующие выводы:

1. Непрерывный способ производства арматуры из стеклопластов и базальтопластов методом протяжки дает возможность механизировать и автоматизировать процесс изготовления арматуры.

2. Полученная арматура имеет высокие прочностные показатели и может быть рекомендована в качестве арматуры для бетонных конструкций.

Исследованиями установлена принципиальная возможность использования высокопрочных стеклопластиков для армирования бетонных конструкций. Такие «армостеклобетонные» конструкции целесообразно применять в различных агрессивных средах, в которых обычные и предварительно напряженные железобетонные конструкции разрушаются из-за коррозии стальной арматуры. Внедрение таких конструкций в строительство может быть осуществлено при условии налаженного производства стеклопластиковой арматуры.

В г. Полоцк на заводе стеклянного волокна сооружен опытный цех, специально предназначенный для производства стеклопластиковой арматуры. Принята в эксплуатацию и выпускает продукцию технологическая линия производства стеклопластиковой арматуры.

Первая технологическая установка работает по непрерывному методу изготовления жгутового стеклопластика. По этой технологии арматура изготавливается из стекложгутов, состоящих из параллельно расположенных стеклянных волокон диаметром 9—11 мкм, вырабатываемых из стекла алюмоборосиликатного состава.
Применение в качестве наполнителя стекложгута обусловлено высокими прочностными показателями этого вида наполнителя и хорошими условиями для смачивания волокна связующим. На установке имеется устройство, позволяющее в случае необходимости применять и другие виды стекловолокнистого наполнителя (например, на установке применялось эпоксифенольное связующее, состоящее из эпоксидной смолы ЭД-5 или ЭД-6, бакелитового лака, дициандиамида и растворителя — спиртоацетоновой смеси).

Процесс получения арматуры заключается в следующем. Установленный на стенде стекложгут в бухтах при размотке и протяжке его тянущим устройством первоначально пропускается через индивидуальные для каждого жгута приспособления, создающие практически одинаковое в жгутах натяжение. Затем сгруппированные вместе стекложгуты поступают в зону термической обработки, где с поверхности стекловолокна удаляется влага и частично замасливатель. Количество стекложгутов (бухт), необходимых для изготовления арматуры, устанавливается в зависимости от метрического номера жгута и диаметра изготавливаемой арматуры. После термообработки в трубчатой электропечи пучок стекложгутов поступает в трехсекционную ванну, во время продвижения в которой отдельные стекловолокна смачиваются связующим. При выходе из ванны пропитанные связующим стекложгуты уплотняются, проходя через специальную съемную фильеру.

Диаметр фильеры соответствует диаметру изготавливаемой арматуры. Фильера предназначена для уплотнения и формирования пропитанного связующим стекложгута и для удаления излишнего количества связующего и находящегося между волокнами воздуха. После выхода из ванны на уплотненный стеклопластиковый стержень навивается (с определенным шагом) стеклонить, создающая в месте прилегания к стержню спиральную вмятину, образующую на его поверхности периодический профиль. Отформованный стеклопластиковый стержень поступает первоначально в зону подсушки, где происходит удаление растворителя, и затем в зону полимеризации связующего.
В проекте опытной установки удаление летучих и полимеризацию предусмотрено осуществлять двумя способами: контактным нагревом в трубчатых печах, снабженных индивидуальными терморегуляторами, и индукционным нагревом токами высокой частоты. В настоящее время удаление летучих и полимеризация связующего осуществляются в трубчатых электропечах, после выхода, из которых стеклопластиковая арматура наматывается на барабан тянущего устройства. Образованная на барабане бухта снимается и транспортируется на склад готовой продукции. Особенностью действующей установки является расчлененная зона полимеризации. Это дает возможность применять различные виды связующих и получать стеклопластиковую арматуру с различными свойствами.

Узлы установки позволяют изменять в широких пределах параметры технологического режима изготовления арматуры. Суточная производительность установки около 800—900 м. В дальнейшем при интенсификации процесса полимеризации за счет высокочастотного нагрева производительность установки предполагается значительно увеличить.

Как показал опыт работы установки, изготовление стеклопластиковой арматуры по непрерывной технологии не требует дорогостоящего оборудования и квалифицированного обслуживающего персонала; технологический процесс изготовления арматуры, исключая перезарядку катушек с обмоточной нитью, может быть полностью автоматизирован. Обслуживание опытной установки и контроль над ее работой осуществляют два человека, в функции которых входит также доставка в цех партий исходного материала — стекложгута и компонентов связующего, а также упаковка изготовленных партий стеклопластиковой арматуры.

По данным лаборатории опытного цеха, средняя разрывная прочность выпускаемой арматуры составляет 130 кг/мм2.

За номинальный диаметр арматуры принято минимальное его значение, замеренное в двух сечениях, отстоящих от противоположных концов мотка не менее чем на 20 мм. Измерение диаметра производится по двум взаимно перпендикулярным осям поперечного сечения арматуры с точностью до 0,05 мм на участке, освобожденном от спиральной обмотки. Диаметр сечения определяется как среднее арифметическое двух измерении.

Удельный вес выпускаемой арматуры равен 1,7—1,8 г/см3; временное сопротивление разрыву 130 кг/см3; модуль упругости не менее 4,5•105 кг/см2; относительное удлинение перед разрывом на расчетной длине 100 мм составляет 2,5%.

Арматура поставляется в мотках, упакованных плотной бумагой, причем, согласно техническим условиям, каждый моток должен состоять из одного отрезка длиной не менее 200 м; внутренний диаметр мотка должен быть не менее 1500 мм.

Транспортирование арматуры должно осуществляться в контейнерах или ящиках, предохраняющих ее от попадания влаги, загрязнения и механических повреждений. Хранить арматуру необходимо в закрытом сухом помещении с относительной влажностью воздуха не более 70%.

Возможны другие технологии производства неметаллической арматуры. Так, для получения арматуры периодического профиля ООО "АСП" применяют метод скрутки стеклянных базальтовых ровингов, пропитанных связующим, с последующим формированием непрерывных спиральных углублений. Отверждение изделия производится в нагревателе. Резка арматуры на нужную длину осуществляется обрезным устройством.

Разработано техническое задание на опытно-промышленную партию арматуры из базальтовых волокон (БПА). Определены сортамент и основные физико-механические свойства. Исследования можно начинать на гладких круглых образцах. В дальнейшем следует предусмотреть выпуск БПА периодического профиля для обеспечения сцепления арматуры с бетоном.

Начальные исследования проводятся на арматуре диаметром 5 мм.

На диаграмме « растяжение-пластичность» прямолинейный участок диаграммы должен быть не менее 0,9σв и общее удлинение перед разрывом -не менее 1%.

Долговечность арматуры в среде бетона должна быть не менее 50 лет.

По согласованию с заказчиком арматура БПА может поставляться длиной до 6 м.

C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка эпоксидных и полиэфирных смол можно познакомиться в отчетах Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок эпоксидных смол в России» и «Рынок полиэфирных смол в России».

www.newchemistry.ru