Характеристики композитная арматура


Стеклопластиковая арматура: характеристики, применение, фото, видео

Стеклопластиковая арматура, появившаяся на отечественном рынке относительно недавно, стала достойной альтернативой традиционным пруткам, изготовленным из металла. Стеклоарматура, как еще называют данный материал, обладает многими уникальными характеристиками, которые выгодно выделяют ее среди других изделий подобного назначения. Между тем подходить к выбору арматуры из стеклопластика следует очень взвешенно.

Стеклопластиковая арматура в пачках

Что собой представляет арматура из стеклопластика

Стеклопластиковая арматура, если разбираться в ее конструктивных особенностях, представляет собой неметаллический стержень, на поверхность которого нанесена навивка из стекловолокна. Диаметр спиралевидного профиля арматуры, изготовленной из композитных материалов, может варьироваться в интервале 4–18 мм. Если диаметр прутка такой арматуры не превышает 10 мм, то она отпускается заказчику в бухтах, если превышает – то прутками, длина которых может доходить до 12 метров.

Для изготовления композитной арматуры могут быть использованы различные типы армирующих наполнителей, в зависимости от этого она подразделяется на несколько категорий:

  • АСК – изделия, изготовленные на основе стеклопластика;
  • АУК – углекомпозитные армирующие изделия;
  • АКК – арматура, выполненная из комбинированных композитных материалов.

На отечественном рынке наибольшее распространение получила стеклопластиковая арматура.

Различные стержни стеклопластиковой арматуры

Особенности структуры

Стеклопластиковая арматура – это не просто пруток из композитного материала. Она состоит из двух основных частей.

  • Внутренний стержень представляет собой параллельно расположенные волокна стеклопластика, соединенные между собой при помощи полимерной смолы. Отдельные производители выпускают арматуру, волокна внутреннего ствола которой не параллельны друг другу, а завиты в косичку. Следует отметить, что именно внутренний стержень арматуры из стеклопластика формирует ее прочностные характеристики.
  • Внешний слой арматурного прутка, изготовленного из стеклопластика, может быть выполнен в виде двунаправленной навивки из волокон композитного материала либо в виде напыления мелкофракционного абразивного порошка.

Стеклопластиковые арматурные стержни с абразивным напылением

Конструктивное исполнение арматурных прутков из стеклопластика, которое во многом определяет их технические и прочностные характеристики, зависит от фантазии производителей и применяемых ими технологий изготовления данного материала.

Основные свойства

Стеклопластиковая арматура, согласно результатам многочисленных исследований, проведенных компетентными организациями, обладает рядом характеристик, выгодно отличающих ее от других материалов подобного назначения.

  • Арматурные прутки из стеклопластика обладают небольшой массой, которая меньше веса аналогичных изделий из металла в 9 раз.
  • Стеклопластиковая арматура, в отличие от изделий из металла, очень устойчива к коррозии, отлично противостоит воздействию кислой, щелочной и соленой сред. Если сравнивать коррозионную устойчивость такой арматуры с аналогичными свойствами изделий из стали, то она выше в 10 раз.
  • Свойство проводить тепло у стеклопластиковой арматуры значительно ниже, чем у изделий из металла, что минимизирует риск возникновения мостиков холода при ее использовании.
  • За счет того, что арматура из стеклопластика транспортируется значительно проще, а срок ее эксплуатации значительно дольше, чем у металлической, ее применение более выгодно в финансовом плане.
  • Стеклопластиковая арматура – это диэлектрический материал, который не проводит электрический ток, обладает абсолютной прозрачностью для электромагнитных волн.
  • Использовать такой материал для создания армирующих конструкций значительно проще, чем металлические прутки, для этого нет необходимости в применении сварочного оборудования и технических устройств для резки металла.

Сравнительные характеристики стальной и стеклопластиковой арматуры

Благодаря своим бесспорным достоинствам стеклопластиковая арматура, появившись относительно недавно на отечественном рынке, уже успела завоевать высокую популярность как у крупных строительных организаций, так и у частных застройщиков. Между тем обладает такая арматура и рядом недостатков, к наиболее значимым из которых следует отнести:

  • достаточно низкий модуль упругости;
  • не слишком высокую термическую устойчивость.

Низкий модуль упругости стеклопластиковой арматуры является плюсом при изготовлении каркасов для укрепления фундамента, но большим минусом в том случае, если она используется для армирования плит перекрытия. При необходимости обращения в таких случаях именно к этой арматуре предварительно необходимо провести тщательные расчеты.

График замены стальной арматуры на композитную

Невысокая термическая устойчивость стеклопластиковой арматуры является более серьезным недостатком, ограничивающим ее применение. Несмотря на то, что такая арматура относится к категории самозатухающих материалов и не способна служить источником распространения огня при ее применении в бетонных конструкциях, при высоких температурах она утрачивает свои прочностные характеристики. По этой причине использоваться такая арматура может только для укрепления тех конструкций, которые не подвергаются воздействию высоких температур в процессе эксплуатации.

Еще одним значимым недостатком арматуры, изготовленной из стеклопластика, следует отнести то, что со временем она утрачивает свои прочностные характеристики. Этот процесс значительно ускоряется, если она подвергается воздействию щелочных сред. Между тем такого недостатка можно избежать, если применять стеклопластиковую арматуру, изготовленную с добавлением редкоземельных металлов.

Как и из чего производят стеклопластиковую арматуру

Многим стеклопластиковая арматура знакома не только по фото в интернете, но и на практике применения в строительстве, однако мало кто знает, как она производится. Технологический процесс производства арматурных прутков из стеклопластика, за которым очень интересно наблюдать по видео, легко поддается автоматизации и может быть реализован на базе как крупных, так и небольших производственных предприятий.

Технологическая линия производства стеклопластиковой арматуры

Для изготовления такого строительного материала прежде всего необходимо подготовить сырье, в качестве которого используется алюмоборсиликатное стекло. Чтобы придать исходному сырью требуемую степень тягучести, его расплавляют в специальных печах и уже из полученной массы вытягивают нити, толщина которых составляет 10–20 микрон. Толщина полученных нитей настолько невелика, что, если снять их на фото или видео, то без увеличения полученной картинки их не разглядеть. На стеклонити при помощи специального устройства наносится маслосодержащий состав. Затем из них формируются пучки, которые получили название стеклоровинга. Именно такие пучки, собранные из множества тонких нитей, являются основой стеклопластиковой арматуры и во многом формируют ее технические и прочностные характеристики.

Устройство подогрева и разделения нитей

После того как нити из стеклопластика подготовлены, они подаются на производственную линию, где их и превращают в арматурные прутки различного диаметра и разной длины. Дальнейший технологический процесс, познакомиться с которым можно по многочисленным видео в интернете, выглядит следующим образом.

  • Через специальное оборудование (шпулярник) нити подаются на натяжное устройство, которое одновременно выполняет две задачи: выравнивает напряжение, имеющееся в стеклонитях, располагает их в определенной последовательности и формирует будущий арматурный стержень.
  • Пучки нитей, на поверхность которых предварительно был нанесен маслосодержащий состав, обдаются горячим воздухом, что необходимо не только для их просушки, но и для незначительного нагревания.
  • Прогретые до требуемой температуры пучки нитей опускаются в специальные ванны, где пропитываются связующим веществом, также нагретым до определенной температуры.
  • Потом пучки нитей пропускаются через механизм, при помощи которого выполняется окончательное формирование арматурного стержня требуемого диаметра.
  • Если изготавливается арматура не с гладким, а с рельефным профилем, то сразу после выхода из калибровочного механизма осуществляется навивка пучков из стеклонитей на основной стержень.
  • Чтобы ускорить процесс полимеризации связующих смол, готовый арматурный пруток подается в туннельную печь, перед входом в которую на прутки, изготавливаемые без навивки, наносится слой мелкофракционного песка.
  • После выхода из печи, когда стеклопластиковая арматура практически готова, стержни охлаждают при помощи проточной воды и подают на резку либо на механизм их сматывания в бухты.

Отрезной механизм – последнее звено в производстве композитной арматуры

Таким образом, технологический процесс изготовления стеклопластиковой арматуры не такой сложный, о чем можно судить даже по фото или видео его отдельных этапов. Между тем такой процесс требует использования специального оборудования и строгого соблюдения всех режимов.

На видео ниже можно более наглядно ознакомиться с процессом производства композитной стеклоарматуры на примере работы производственной линии ТЛКА-2.

Параметры – вес, диаметр, шаг навивки

Арматура, для изготовления которой используется стекловолокно, характеризуется рядом параметров, определяющих область ее применения. К наиболее значимым относятся:

  • вес одного погонного метра арматурного прутка;
  • для изделий с рельефным профилем – шаг навивки пучков стекловолокна на их поверхности;
  • диаметр арматурного стержня.

На сегодняшний день арматура с рельефным профилем выпускается преимущественно с шагом навивки, равным 15 мм.

Выбор диаметра стеклопластиковой арматуры

Наружный диаметр арматурного прутка характеризуется номером, который присваивается изделию в соответствии с Техническими условиями производства подобной продукции. В соответствии с ТУ, арматурные прутки из стекловолокна сегодня выпускаются под следующими номерами: 4; 5; 5,5; 6; 7; 8; 10; 12; 14; 16; 18. Вес погонного метра арматурных прутков из стекловолокна, представленных на современном рынке, варьируется в пределах 0,02–0,42 кг.

Виды стеклопластиковой арматуры и сферы ее применения

Арматура, для производства которой используется стекловолокно, имеет множество разновидностей, различающихся между собой не только по диаметру и форме профиля (гладкая и с рифлением), но и по области использования. Так, специалисты выделяют стеклопластиковую арматуру:

  • рабочую;
  • монтажную;
  • распределительную;
  • специально предназначенную для армирования бетонных конструкций.

В зависимости от решаемых задач такая арматура может использоваться в виде:

  • штучных прутков;
  • элементов армирующих сеток;
  • арматурных каркасов различной конструкции и габаритов.

Арматурная стеклопластиковая сетка 100х100 мм

Несмотря на то, что арматура, изготовленная из стеклопластика, появилась на отечественном рынке недавно, предприятия, строительные компании и частные лица уже достаточно активно используют ее для решения различных задач. Так, набирает популярность применение стеклопластиковой арматуры в строительстве. С ее помощью армируют фундаменты и другие конструкции из бетона (дренажные колодцы, стены и др.), ее применяют для укрепления кладки, выполняемой из кирпича и блочных материалов. Технические характеристики стеклопластиковой арматуры позволяют успешно использовать ее в дорожном строительстве: для армирования дорожного полотна, укрепления насыпей и слабых оснований, создания монолитных бетонных оснований.

Частные лица, самостоятельно занимающиеся строительством у себя на приусадебном участке или на даче, также успели оценить достоинства данного материала. Интересен опыт применения стеклопластиковой арматуры на дачах и в огородах частных домов в качестве дуг для возведения парников. В интернете можно найти множество фото таких аккуратных и надежных конструкций, которые не подвержены коррозии, легко ставятся и так же легко демонтируются.

Каркас самодельного парника из стеклопластиковой арматуры

Большим преимуществом использования такого материала (особенно для частных лиц) является простота его транспортировки. Смотанную в компактную бухту стеклопластиковую арматуру можно увезти даже на легковом автомобиле, чего нельзя сказать об изделиях из металла.

Что лучше – стеклопластик или сталь?

Чтобы ответить на вопрос, какую арматуру лучше использовать – стальную или стеклопластиковую, – следует сравнить основные параметры этих материалов.

  • Если арматурные прутки из стали обладают и упругостью, и пластичностью, то стеклопластиковые изделия – только упругостью.
  • По пределу прочности стеклопластиковые изделия значительно превосходят металлические: 1300 и 390 МПа соответственно.
  • Более предпочтительным является стекловолокно и по коэффициенту теплопроводности: 0,35 Вт/м*С0 – против 46 у стали.
  • Плотность арматурных прутков из стали составляет 7850 кг/м3, из стекловолокна – 1900 кг/м3.
  • Изделия из стекловолокна, в отличие от арматурных прутков из стали, обладают исключительной коррозионной устойчивостью.
  • Стекловолокно – это диэлектрический материал, поэтому изделия из него не проводят электрический ток, отличаются абсолютной прозрачностью для электромагнитных волн, что особенно важно при строительстве сооружений определенного назначения (лаборатории, исследовательские центры и др.).

Между тем изделия из стекловолокна недостаточно хорошо работают на изгиб, что ограничивает их применение для армирования плит перекрытия и других сильно нагруженных бетонных конструкций. Экономическая целесообразность использования арматурных прутков, изготовленных из композитных материалов, заключается еще и в том, что их можно приобрести ровно такое количество, которое вам необходимо, что делает их применение практически безотходным.

Резюмируем все вышесказанное. Даже учитывая все уникальные характеристики композитной арматуры, применять ее следует очень обдуманно и только в тех сферах, где данный материал проявляет себя лучше всего. Нежелательно использовать такую арматуру для укрепления бетонных конструкций, которые в процессе эксплуатации будут испытывать очень серьезные нагрузки, способные стать причиной ее разрушения. Во всех же остальных случаях применение арматуры из стекловолокна и других композитных материалов подтвердило свою эффективность.

Оценка статьи:

Загрузка...

Поделиться с друзьями:

технические характеристики, свойства, плюсы и минусы, область применения

Разработанная еще в середине прошлого века в СССР, стеклопластиковая арматура (сокращенно АСП или СПА) начала масштабно использоваться сравнительно недавно. Популярность стеклотекстолитовые изделия приобрели благодаря снижению стоимости их производства. Малый вес, высокая прочность, широкие возможности применения и легкость монтажа сделали арматуру СПА хорошей альтернативой стальным пруткам. Материал прекрасно подходит для малоэтажного строительства, сооружения береговых укреплений, несущих конструкций искусственных водоемов, элементов мостов, ЛЭП.

Что такое стеклопластиковая арматура?

Стеклопластиковая композитная арматура (АКС) представляет собой стержень, произведенный из стеклянного сплеточного нитевидного волокна (ровинга) прямого или скрученного, скрепленного особым составом. Обычно это синтетические эпоксидные смолы. Другой вид представляет собой стекловолоконный стержень с намоткой из углепластиковой нити. После намотки такие стекловолоконные заготовки подвергают полимеризации, превращая их в монолитный стержень. Стекловолоконная арматура имеет диаметр от 4 до 32 мм, толщиной от 4 до 8 мм упаковывается в бухты. Бухта содержит 100-150 метров арматуры. Также возможна нарезка в заводских условиях, когда размеры предоставляет заказчика. От технологии производства и связующего зависят прочностные характеристики стержня.

Варианты упаковки и транспортировки АСП.

Изготавливают материал методом протягивания. Стекловолокно, намотанное на бобинах, разматывают, пропитывают смолами и отвердителями. После этого пропускают заготовку через фильеры. Их назначение – отжим лишней смолы. Там же будущая арматура уплотняется и приобретает характерную форму с цилиндрическим сечением и заданным радиусом.

После этого еще на не отвердевшую заготовку наматывают по спирали жгут. Он необходим для лучшего сцепления с бетоном. Затем материал запекается в печи, где происходит процесс отвердения и полимеризации связующего. Из печи прутья направляется на механизм, где происходит ее протяжка. На современных заводах для полимеризации используются трубчатые печи. В них же удаляются летучие вещества. Готовую продукцию наматывают в бухты либо нарезают прутки необходимой длины (по предварительному заказу клиента). После продукция отправляется на склад. Также клиент может заказать арматуру с заданным углом изгиба.

Назначение и область применения

Стеклопластиковая арматура используется в различных отраслях промышленного и частного строительства, для обычного и предварительно напряженного армирования строительных конструкций и элементов, эксплуатация которых, проходит в средах с различной степенью агрессивного воздействия. Самые известные примеры использования.

  1. Армирование блочных, кирпичных стен и стен из газосиликатных блоков. Стеклопластиковая арматура показала весьма неплохие результаты при армировании данных конструкций. Основные плюсы: экономия средств и облегчение конструкций.
  2. В качестве связующего бетонных элементов, между которыми располагается утеплитель. СПА позволяет улучшить сцепление бетонных элементов.
  3. Для укрепления несущих элементов конструкций, которые подвержены воздействию факторов, вызывающих коррозию (искусственные водоемы, мосты, укрепительные сооружения береговых линий пресных и соленых естественных водоемов). В отличие от металлических прутьев, стекловолоконные не подвержены коррозии.
  4. Для армирования конструкций из клееной древесины. Использование арматуры из СПА позволяет в разы повысить прочность балок из клееного дерева и повысить жесткость конструкции.
  5. Возможно применение в строительстве ленточных заглубленных фундаментов для малоэтажных зданий, если они располагаются на твердых, неподвижных грунтах. Заглубление выполняется ниже уровня промерзания почвы.
  6. Для повышения жесткости полов в жилых домах и промышленных комплексах.
  7. Для повышения прочности и долговечности дорожек и дорожного покрытия.

Область применения стеклопластиковой арматуры.

Свойства арматуры из стеклопластика

Чтобы понять плюсы и минусы стеклопластиковой арматуры, необходимо знать ее свойства. Описание преимущества стеклопластиковой арматуры приведены ниже.

  1. По коррозионной стойкости прутья из стекловолокна почти в 10 раз превышают традиционные металлические. Изделия из стеклокомпозита практически не вступают в реакции с щелочами, соляными растворами и кислотами.
  2. Коэффициент теплопроводности 0,35 Вт/м С против 46 Вт/м С у стальных прутков, что исключает появление мостиков холода, и заметно снижает теплопотери.
  3. Соединение прутов из стеклокомпозита производится пластиковыми хомутами, вязальной проволокой и соответствующими фиксаторами без сварочного аппарата.
  4. Стеклопластиковая арматура – отличный диэлектрик. Это свойство используется еще с середины прошлого века при строительстве элементов ЛЭП, железнодорожных мостов и прочих конструкций, где электропроводящие свойства стали негативно влияют на работу приборов и целостность конструкции.
  5. Вес 1 метра стеклокомпозитной качественной арматуры в 4 раза меньше метрового стального прута равного диаметра при равной прочности на растяжение. Это позволяет в 7-9 раз уменьшить вес сооружения.
  6. Меньшая по сравнению с аналогами стоимость.
  7. Возможность бесшовной укладки.
  8. Величина коэффициента теплового расширения близка к коэффициенту теплового расширения бетона, что практические исключает возникновение трещин при перепадах температур.
  9. Широкий диапазон температур, при котором можно применять материал: от – 60 С до +90 С.
  10. Заявленный срок службы – 50-80 лет.

Арматура из стеклопластика в ряде случаев может успешно заменить стальную, но она имеет ряд недостатков, которые необходимо учитывать еще на стадии проектирования. Главные недостатки стеклопластиковой арматуры.

  • Низкая термостойкость. Связующее возгорается при температуре 200 С, что не существенно в частном доме, но недопустимо в промышленных объектах, где к конструкциям предъявляют повышенные требования огнеупорности.
  • Модуль упругости всего 56 000 МПА (для стальной арматурной проволоки порядка 200 000 МПа).
  • Невозможность самостоятельно согнуть прут под нужным углом. Изогнутые прутья изготавливают на заводе по индивидуальному заказу.
  • Прочность текстолитовых изделий со временем снижается.
  • Арматура стеклопластиковая обладает низкой прочностью на излом, которая со временем только усугубляется.
  • Невозможность создания твердого, жесткого каркаса.

Разновидности арматуры

Использование в строительстве стеклопластиковой арматуры требует ознакомления с видами данного материала. По назначению, материал делится на изделия:

  • для монтажных работ;
  • рабочую;
  • распределительную;
  • для армирования конструктивных элементов из бетона.

По способу применения АСП подразделяется на:

  • нарезанные прутки;
  • армирующие сетки;
  • арматурные каркасы.

По форме профиля:

  • гладкая;
  • рифленая.

Форма профиля стеклопластиковой арматуры.

Сравнительные характеристики СПА и стальной арматуры

Для того чтобы выбрать стекловолоконную арматуру либо стальную, необходимо наглядно сравнить два вида. Сравнительные характеристики стальной и стеклопластиковой арматуры приведены в таблице.

МатериалСПАСталь
Прочность на разрыв, МПа480-1600480 -690
Относительное удлинение, %2,225
Модуль упругости, МПа56 000200 000
Коррозионная стойкостьНеподвержен коррозииВ зависимость от сорта стали подвержен коррозии в большей или меньшей степени
Коэффициент теплопроводности Вт/м С0,3546
Коэффициент теплового расширения в продольном направлении, х10 -6/С6-1011,7
Коэффициент теплового расширения в поперечном направлении, х10-6/С21-2311,7
ЭлектропроводностьДиэлектрикПроводник
Прочность на изломНизкаяВысокая
Оптимальный температурный диапазонот -60 С до +90 СНижний предел от -196 С до -40 С; верхний предел от 350 С до 750 С
Срок службы, летдо 5080-100
Способ соединенияхомуты, фиксаторы, вязальная проволокавязальная проволока, сварка
Возможность изгиба прутьев в условиях стройкинетесть
Радиопрозрачностьданет
ЭкологичностьМалотоксичный материал, класс безопасности 4Нетоксичен

Особенности монтажа СПА

Свойства и технические характеристики СПА, делают материал практически идеальным для строительства дома своими руками. Для того, чтобы дом был прочным и прослужил нескольким поколениям семьи, важно грамотно выполнить монтаж стеклопластиковой арматуры, учитывая ее недостатки.

Горизонтальное армирование фундамента

Укладка СПА для армирования фундамента выполняется после установки опалубки и подготовки площади. После этого укладывают продольный слой прутьев. Для этого берут прутки диаметром 8 мм. На него укладывают поперечный. Для этого берут 6-ти миллиметровую СПА. Эти слои образуют сетку. Узлы соединения фиксируются затяжными хомутами либо вязальной проволокой, диаметр которой 1 мм, в 2 пояса. Соединения выполняют с помощью крючка для вязки арматуры, который можно купить либо изготовить самостоятельно используя толстую проволоку. Для больших объемов работ рекомендуется пользоваться аппаратом для вязки с электроприводом.

Края сетки из прутков должны быть в 5 см от опалубки. Добиться необходимого расположения можно посредством фиксаторов либо обычных кирпичей. Когда сетка готова и расположена правильно, заливают бетонную смесь. Здесь необходимо соблюдать осторожность. Арматура для фундамента АСП не обладает такой твердостью, как стальная. При неосторожной заливке, она может прогнуться или сместиться с заданного положения. Если прутки сместятся, исправить ситуацию после заливки будет крайне сложно.

Для получения прочного фундамента без пустот, залитую бетонную смесь утрамбовывают строительным вибратором.

Как избежать проблем?

Основные проблемы, которые связаны с использованием прутков из волокон стекла, заключатся в некачественном/бракованном материале и неграмотном инженерном расчете конструкции. Проблемы могут возникнуть в строительстве дома, если не учтены характеристики используемой стеклопластиковой арматуры.

Избежать проблем во время и после строительства помогут точные расчеты, аккуратность выполнения работ, строгое соблюдение рекомендаций производителя по выбору и монтажу материала.

Проверить качество товара до приобретения возможно лишь визуально. Для этого следует обращать внимание на следующие моменты.

  • Производитель. Если товар приобретается не на заводе, необходимо запросить документацию на товар, подтверждающий его качество и заводской (не кустарный) вид производства.
  • Цвет. Однородный по всему прутку цвет говорит о качестве. Неравномерно окрашенное изделие означает, что была нарушена технология производства.
    • Коричневый цвет указывает на выгорание вещества.
    • Зеленый – о недостаточной термообработке.
  • Поверхность стержня должна быть без сколов, выемок, раковин и прочих дефектов, спиральная навивка – ровной, непрерывной, с постоянным шагом.
  • Несмотря на желание сэкономить, нужно помнить, что качественную стеклопластиковую арматуру не продают дешево. Слишком низкая стоимость говорит о малой прочности и недолговечности.

Применение стеклопластиковой арматуры в ряде случаев целесообразно вместо металлической арматуры. Иногда допустимо комбинировать металлические и стеклопластиковые прутки при сооружении одной конструкции. Чтобы впоследствии не сожалеть об использовании АКС, следует тщательно проводить расчеты будущих построек на стадии проектирования. Подбирают композитную арматуру аналогично стальной, учитывая ключевые параметры: прочность на изгиб, показатель прочности на разрыв и пр.

Возможность использования стекловолоконных прутков оценивается исходя из подвижности и типа грунта, требований пожарной безопасности, продольных и поперечных нагрузок, которые будут воздействовать на конструкцию. Например, на болотистых и подвижных почвах для армирования применяют металлическую арматуру. Стеклопластиковую арматуру просто сломают подвижки грунта ввиду ее малой прочности на излом.

виды, характеристики, плюсы и минусы, область применение в строительстве.

Сравнительно недавно металлическая арматура была не просто самой распространенной – она была единственным в своем роде материалом. Неудивительно, что все армирование бетона выполнялось с её помощью. Но сегодня рынок насыщен многочисленными аналогами, большинство из которых превосходит металлические пруты по ряду параметров. Одним из них является арматура композитная, так же известная как пластиковая. Рассмотрим подробно, что она собой представляет.

Что такое композитная арматура?

Внешне она похожа на классические металлические пруты, но основным материалом при её изготовлении являются волокна из углерода, базальта, стекла или арамида. Они скрепляются воедино специальными термопластичными или термореактивными полимерами, придающими им высокую прочность и долговечность.

Неметаллическая арматура может иметь на поверхности специальные ребра, что повышает качество сцепления с бетоном при армировании. В некоторых случаях поверхность просто густо посыпается песком. Прилипая к ещё не застывшему полимеру, он также улучшает сцепление, но благодаря простоте изготовления стоимость материала значительно ниже.

Кроме того, в продаже имеется гладкая пластиковая арматура. Она имеет сравнительно невысокую цену, но малое сцепление существенно ограничивает сферу применения. Её не используют в качестве основной рабочей арматуры – только как вспомогательную. При армировании крупных массивов бетона (фундамент, толстые стены) пруты не укладываются на основание, а собираются в каркас. Основные пруты, которые будут улучшать качества бетона, имеют ребра. А гладкие применяется именно для сборки каркаса – на них приходится минимальная нагрузка. Поэтому возможно использование более простого материала для снижения затрат на строительство.

Где она применяется?

Применение композитной арматуры стремительно набирает популярность. Она используется при возведении различных объектов:

  • малоэтажные здания;
  • монолитное строительство с легкими и тяжелыми бетонами;
  • дорожные полотна, основание железных дорог;
  • железобетонные плиты перекрытия;
  • мосты;
  • путепроводы.

Кроме того, высокое качество продукции приводит к тому, что арматура из пластика часто применяется при изготовлении бетонных изделий, как с предварительным напряжением, так и без него. Опоры для линий электропередач, осветительные опоры, поребрики, заборные плиты, шпалы для железных дорог – это далеко не полный список железобетонной продукции, при изготовлении которое используется арматура неметаллическая композитная.

Виды арматуры

Теперь расскажем поподробнее из каких материалов изготавливается неметаллическая композитная арматура. Наиболее распространенными на сегодняшний день являются следующие разновидности:

  • АСП или стеклопластиковая. Изготавливается из стекловолокна, пропитанного термореактивной смолой, выполняющей функцию связующего материала. Главным достоинством является малый вес и высокая прочность;
  • АУП или углепластиковая. Основным материалом при их изготовлении выступают углеводородные волокна. Обладая высокой прочностью, эта она имеет определенные недостатки. Главным из них является высокая цена. Именно из-за неё она не получила широкого распространения;
  • АБП или базальтопластиковая. Создается из базальтового волокна и органических смол. Имеет меньшую прочность, чем стеклопластиковая, зато может применяться в агрессивных средах – солях, газах, щелочах и кислотах, что делает её весьма востребованным строительным материалом;
  • АКК или комбинированная. Как понятно из названия, эта пластиковая арматура изготавливается из волокон разного типа – а конкретно из базальтопластиковых и стеклопластиковых. Является компромиссом между чистыми видами, частично сохраняя их достоинства.

Разумеется, все рассмотренные материалы в полной мере подходят под ГОСТ 31938-2012, регулирующий все характеристики нового материала. Благодаря такому многообразию использование композитной арматуры становится всё более широким. Для возведения любого объекта может быть подобран вариант, подходящий по стоимости, прочности и другим характеристикам.

Также в некоторых случаях можно увидеть пруты разного цвета. Некоторые продавцы утверждают, что цвет влияет на прочность, химическую стойкость и другие параметры. На самом деле это не более, чем рекламный ход. Красящий пигмент никак не влияет на важные технические характеристики материала – не улучшает и не ухудшает его. Главное назначение – придание внешнего вида (опять же рекламный ход, заставляющий потенциального покупателя обратить внимание на конкретную продукцию) и упрощение визуального распознавания прутов разной толщины.

Композитная арматура какого диаметра существует?

Как в случае с металлической, диаметр композитной арматуры может быть различным. Наиболее востребованы материалы диаметром от 4 до 32 миллиметров – они полностью удовлетворяют требованиям строителей как при заливке фундамента для бани или гаража, так и при строительстве многоэтажного монолитного дома.

Однако некоторые покупатели, не слишком хорошо разбирающиеся в торговле, удивляются, что при собственноручном замере диаметр не соответствует тому, что был заявлен в магазине. Здесь нет ничего удивительного. Во-первых, погрешность в несколько всегда может иметь место – даже при замере одного прута в разных точках. Но это практически не влияет на прочность материала, поэтому ГОСТ предусматривает такие перепады. Во-вторых, изучая характеристики композитной арматуры, вы читаете про номинальный диаметр. Также существует внешний (при проведении замеров по выступающим ребрам) и внутренний (при замере по самому стержню). Номинальный же, который присваивается материалу, является средним арифметическим между внешним и внутренним.

Также при строительстве нередко используют сетку из композитной арматуры. Тонкие волокна и высокая гибкость значительно упрощают процесс выравнивая потолков и стен (если накладываемый слой штукатурки имеет толщину 1.5-2.5 сантиметра и более), а также прекрасно подходят для армирования бетонной стяжки.

Когда с этим разобрались, будет полезно рассказать о плюсах и минусах композитной арматуры, чтобы каждый потенциальный покупатель решил – подходит ему этот материал или же лучше поискать другой.

Основные достоинства

Для начала расскажем про преимущества композитной арматуры, позволившие ей стать настолько популярным строительным материалом:

  1. Высокая прочность – по некоторым данным строительная полимерная арматура из стеклопластика в 10 раз прочнее, чем такая же по диаметру металлическая.
  2. Экологическая чистота. Материал не вредит окружающей среде, не выделяет даже при длительной эксплуатации и контакте с открытым огнем токсичные вещества.
  3. Низкий коэффициент теплопроводности снижает теплопотери здания.
  4. Устойчивость перед коррозией – даже если при работе материал напрямую контактирует с водой, газом или агрессивной средой, он способен прослужить многие годы, не снижая изначальных эксплуатационных характеристик.

Кроме прекрасных строительных свойств использование композитной арматуры в строительстве оправдано по причине удобства рабочих. Она обладает большей гибкостью, чем металлическая, но при этом, как уже говорилось, имеет высокую прочность. Благодаря таким качествам создание каркаса становится значительно более легким и простым. Для обеспечения высокой надежности угловых соединений теперь не обязательно использовать специальные станки, чтобы сгибать арматуру.

Также в положительные свойства композитной арматуры можно вписать коэффициент температурного расширения близкий с бетоном. Если армированный бетон нагревается или охлаждается, то он не разрушается, так как пластиковая арматура расширяется и сужается вместе с ним.

Имеет ли материал недостатки?

Каждый строительный материал имеет определенные недостатки. Поэтому знать про минусы композитной арматуры не менее важно, чем про достоинства. Перечислим основные из них:

  1. Малая упругость. Как показывают испытания, пластиковая арматура имеет упругость примерно в 4 раза ниже, чем у такой же по диаметру металлической. Поэтому при армировании крупных объемов бетона нужно использовать в 4 раза больше арматуры, что весьма не дешево.
  2. Опасность резки. Если металлический прут можно разрезать или распилить без лишних проблем, то когда распиливается неметаллическая арматура в воздух попадает большое количество микроскопических частиц стекловолокна. При попадании в дыхательные пути или глаза они могут стать причиной множественных микротравм.
  3. Низкая пластичность. Материал практически лишен пластичности. Поэтому, чтобы согнуть прут, необходимо нагреть его до нужной температуры. Очень важно не превысить отметку в 300 градусов по Цельсию – это приведет к потере несущих свойств.

Как видите, пластиковая арматура имеет как важные преимущества, так и серьезные недостатки. Серьёзно подумайте, прежде чем окончательно определиться с выбором подходящей арматуры для строительства.

Теперь вы знаете, что такое композитная арматура, а также разбираетесь в её плюсах и минусах. Это позволит легко сделать правильный выбор, о котором не придется сожалеть впоследствии. К тому же, разбираясь в основных свойствах материала, можно легко решить, в каких случаях он станет лучшим выбором, а когда желательно отдать предпочтение другим аналогам.

Композитная арматура - применение в строительстве, характеристики и сравнение

Изобретение композитной арматуры знатоки строительного дела относят к 60-м годам прошлого столетия. В этот период в США и в Советском Союзе были начаты активные исследования ее свойств.

Однако, несмотря на достаточно солидный возраст, данный материал до сих пор не знаком большинству застройщиков. Восполнить пробел знаний о стеклопластиковой арматуре, ее свойствах, достоинствах и недостатках вам поможет эта статья.

Попутно отметим, что материал этот весьма спорный. Производители хвалят его на все лады, а строители-практики относятся с недоверием. Простые граждане смотрят на тех и на других, не зная кому верить.

Что такое композитная арматура, как она производится и где применяется?

Коротко структуру композитной арматуры можно охарактеризовать как «волокно в пластике». Ее основа – стойкие к разрыву нити из углерода, стекла или базальта. Жесткость композитному стержню придает эпоксидная смола, обволакивающая волокна.

Для лучшего сцепления с бетоном на прутья наматывается тонкий шнур. Он сделан из того же самого материала, что и основной стержень. Шнур создает винтовой рельеф, как у стальной. Твердение эпоксидной смолы происходит в сушильной камере. На выходе из нее композитную арматуру немного вытягивают и нарезают. Некоторые производители до момента твердения полимера обсыпают пластиковые стержни песком для улучшения сцепления с бетоном гладких участков.

Область применения стеклопластиковой арматуры нельзя назвать очень широкой. Ее используют в качестве гибких связей между облицовкой фасада и несущей стеной, а также укладывают в дорожные плиты и опалубку резервуаров. В каркасах, усиливающих ленточные фундаменты и бетонные полы, пластиковую арматуру применяют не так часто.

Ставить композитные стержни в плиты перекрытия, перемычки и другие конструкции, работающие на растяжение, не рекомендуется. Причина – повышенная гибкость данного материала.

Физические свойства композитной арматуры

Модуль упругости у полимерного композита существенно ниже, чем у стали (от 60 до 130 против 200 ГПа). Это значит, что там, где металл вступает в работу, предохраняя бетон от образования трещин, пластик еще продолжает сгибаться. Прочность на разрыв у стеклопластикового стержня в 2,5 раза выше, чем у стального.

Основные прочностные параметры композитной арматуры содержатся в таблице №4 ГОСТ 31938-2012

Здесь мы видим основные классы композитного материала: АСК (стеклопластиковая композитная), АБК (базальтовое волокно), АУК (углеродная), ААК (арамидокомпозитная) и АКК (комбинированная – стекло + базальт).

Наименее прочная, но самая дешевая — арматура из стекловолокна и базальтовый композит. Самый надежный и вместе с тем самый дорогой материал делают на основе углеродного волокна (АУК).

К прочностным свойствам материала мы еще вернемся, когда будем сравнивать его с металлом.

А пока рассмотрим другие характеристики данного материала:

  • К положительным качествам композита относится его химическая инертность. Он не боится коррозии и воздействия агрессивных веществ (щелочной среды бетона, морской воды, дорожных химреагентов и кислот).
  • Вес пластиковой арматуры в 3-4 раза меньше, чем стальной. Это дает экономию при транспортировке.
  • Низкая теплопроводность материала улучшает энергосберегающие характеристики конструкции (нет мостиков холода).
  • Композитная арматура не проводит электричества. В конструкциях, где она используется, не возникает коротких замыканий электропроводки и блуждающих токов.
  • Композитный пластик магнитноинертен и радиопрозрачен. Это позволяет использовать его в строительстве сооружений, где должен быть исключен фактор экранирования электромагнитных волн.

Стеклопластиковый стержень под 90 градусов на стройке не согнешь

Недостатки композитной арматуры:

  • Невозможность гибки с малым радиусом в условиях стройки. Гнутый стержень нужно заранее заказывать у производителя.
  • Невозможность сваривать каркас (минус относительный, поскольку даже для стальной арматуры лучший способ соединения – вязка, а не сварка).
  • Низкая термостойкость. При сильном нагреве и пожаре бетонная конструкция, армированная композитными стержнями, разрушается. Стекловолокно не боится высокой температуры, но связующий ее пластик теряет прочность при нагреве выше +200 С.
  • Старение. Общий минус всех полимеров. Неметаллическая арматура не исключение. Ее производители завышают срок эксплуатации до 80-100 лет.

Вязка пластиковыми хомутами или стальной проволокой – единственный возможный метод сборки каркаса

Какая арматура лучше металлическая или стеклопластиковая?

Один из главных аргументов, приводимых в пользу стеклопластиковой при сравнении с металлической арматурой, – более низкая цена. Однако, заглянув в ценники металлобаз, вы увидите, что это не так. Стоимость металла в среднем на 20-25% ниже композита.

Причина путаницы состоит в том, что продавцы пластика берут в расчет так называемый «эквивалент» диаметра. Логика здесь такая: неметаллическая арматура на разрыв прочнее строительной стали. Поэтому полимерный стержень меньшего диаметра выдержит такую же нагрузку, как и более толстая стальная арматура. На основании  этого делается вывод: для армирования конструкции пластика нужно меньше, чем металла. Отсюда и появляется более «низкая» цена.

Для аргументированного сравнения композита с металлом необходим нормативный документ. Сегодня такое руководство уже имеется. Это приложение «Л» к приказу Минстроя России № 493/пр от 08.07. 2016 г.

В пункте Л.2.3. малопонятном для рядовых застройщиков, но весьма интересном для профессионалов содержатся два понижающих коэффициента для всех видов композитной арматуры.

Для примера рассмотрим самую распространенную стеклопластиковую (АСК):

  • При действии продолжительной нагрузки предел ее прочности на растяжение должен умножаться на 0,3. То есть, вместо 800 МПа мы получаем 240 МПа (800х0,3=240).
  • Если конструкция работает на открытом воздухе, то полученный результат нужно умножить еще на 0,7 (240 МПа х 0,7 = 168 МПа).

Таблица с понижающим коэффициентом для композитной арматуры

Таблица с коэффициентами, учитывающими условия эксплуатации

Далее, как требует норматив, полученные 168 МПа нужно разделить на коэффициент надежности (запас прочности), равный 1,5. В итоге мы получим 112 МПа.

Теперь можно корректно сравнивать прочность пластиковой арматуры с металлической. Для примера возьмем строительную сталь марки А500. У нее предельное сопротивление растяжению с учетом запаса прочности составляет 378 МПа. У стеклопластикового композита мы получили всего 112 МПа.

Наше маленькое исследование наглядно иллюстрирует таблица реальной, а не теоретической равнопрочной замены стальной арматуры на композитную. Ей можно пользоваться при выборе и покупке.

Просмотрев данную таблицу, нетрудно заметить, что пластика для равноценной замены металла требуется не меньше, а больше металла. Только самый дорогой углеродоволоконный материал (АУК) превосходит сталь равного с ним диаметра.

Сортамент и цена композитной арматуры

Самая востребованная на стройке – арматура из стеклопластикового композита. Ее сортамент и средние цены мы свели в одну таблицу.

О том, сколько весит пластиковая арматура разных диаметров вы можете получить информацию из таблицы ниже.

Продают материал в бухтах по 200, 100 и 50 метров и в виде стержней любой длины.

Выводы и рекомендации

Принимая во внимание ценовой фактор (равнопрочный со сталью композит обойдется дороже) мы не можем рекомендовать композитную арматуру для повсеместного применения в частном строительстве.

Для армирования ригелей, плит перекрытия, несущих балок, колонн и диафрагм жесткости специалисты настойчиво советуют не ставить ее. Как конструктивную такую арматуру использовать можно. Для армирования плитных фундаментов она может использоваться.

Плитный фундамент с каркасом из стеклопластиковой арматуры

Для усиления свайных ростверков и ленточных фундаментов лучше купить стальные прутья.

Композитная стеклопластиковая арматура назначение, технические характеристики, свойства и область применения 

Назначение

Композитная стеклопластиковая арматура – вид строительной арматуры, она производится в виде стержней разной длинны, имеющих внешнее сечение в виде спирали. Изготавливается из стекловолокна и связующих смол. Волокно обеспечивает необходимую прочность, а смола связывает волокна между собой.

Внедрение в технологию строительства данной арматуры не только снижает стоимость работ до 50%, но также увеличивает срок эксплуатации объекта. Достоинством данной арматуры является высокая прочность и малый удельный вес. Поэтому такая арматура является сильным конкурентом простой металлической арматуры. Стеклопластиковая арматура обладает рядом физико-механических качеств позволяющих использовать ее в очень агрессивных средах. Со временем материал не ржавеет, не разрушается при контакте с бетоном. Благодаря своим плюсам, композитная стеклопластиковая арматура практически вытеснила металлическую во многих областях строительства: армирование ленточных и монолитных фундаментов в малоэтажном строительстве, армировании бетонной стяжки пола. Она нашла применение во многих уголках нашей планеты. Используется при строительстве небоскребов в странах Востока, стройплощадках Европы, а в Японии — это основной вид арматуры при строительстве зданий, к которым предъявляют повышенные требования к сейсмической устойчивости.

Технические характеристики 

Характеристики Арматура композитная полимерная стеклопластиковая (АКС)
Материал Стеклоровинг, связанный полимером на основе эпоксидной смолы
Предел прочности при растяжении, МПа 1000-1300
Модуль упругости, Мпа 50 000
Относительное удлинение, % 2,2
Плотность, т/м3 1,9
Коэффициент линейного расширения αх*10-5/°C 9-12
Временное сопротивление при растяжении, МПа От 750
Коррозионная стойкость к агрессивным средам Нержавеющий материал, первой группы химической стойкости, в том числе к щелочной среде бетона
Теплопроводность Нетеплопроводна
Электропроводность Неэлектропроводна — диэлектрик
Выпускаемые профили, мм 4 — 24
Длина Возможна любая длина стержней и поставка в бухтах.
Экологичность Имеется санитарно-эпидемиологическое заключение, не выделяет вредных и токсичных веществ
Долговечность Прогнозируемая долговечность не менее 100 лет
Параметры равнопрочного арматурного каркаса при нагрузке 25 т/м2 При использовании арматуры 8 АКС размер ячейки 23 x 23 см. вес 0,61 кг/м2. Уменьшение веса в 9 раз.


Свойства

— Композитная арматура в 9 раз легче классической арматуры из металла, при этом ее прочностные характеристики лучше в 3 раза. Это дает возможность уменьшать диаметр, сохраняя все необходимые характеристики.

— Стеклопластиковая арматура имеет долгий срок эксплуатации. Срок годности арматуры из композитных материалов практически не ограничен. По мнению экспертов, данная арматура способна сохранять свои технические характеристики в возведенном объекте не менее 80-100 лет. Это позволяет минимизировать ремонтные работы и повысить срок эксплуатации готового объекта.

— Устойчивость к химическим воздействиям. Стеклопластиковая арматура не реагирует на воздействие щелочной и кислотных сред. В процессе ее эксплуатации не происходит окисление, и соответственно нет проявлений коррозии. Это позволяет избавиться от появления трещин и разрушения бетонных конструкций в следствии внутренних напряжений. Такие напряжения появляются при коррозии металлической арматуры.

— Не является источником электромагнитных помех. Имеет низкий коэффициент теплопроводности.

— Стеклопластиковая арматура, благодаря своим уникальным диэлектрическим и теплопроводным свойствам широко используется при возведении жилых домов. Армирование бетонных конструкций материалом с хорошими диэлектрическими свойствами позволяет избавиться от возможных электромагнитных помех, после введения здания в эксплуатацию. Низкий коэффициент теплопроводности, дает возможность экономить на отоплении зданий, так как стеклопластиковая арматура не создает «мостки холода» и не увеличивает потери тепла.

— Стоимость стеклопластиковой арматуры в 1.5 - 2 раза ниже, чем стоимость стальной арматуры равнопрочностного диаметра. Большая экономия при строительстве достигается за счет уменьшения стоимости как самого материала, так и стоимости его доставки и монтажа. Стеклопластиковую арматуру легко разгружать, при этом не требуется специальная техника или большое количество рабочих.

— Простота в доставке. Стеклопластиковая композитная арматура реализуется бухтами диаметр которых составляет порядка 1 метра. Вес такой бухты колеблется от 7 до 10 кг. Так упаковываются все виды арматуры, диаметр прутков которых не более 10 мм. Это позволяет перевозить стеклопластиковую арматуру в легких грузовиках, или даже в багажнике легкового автомобиля. Стальную арматуру перевозят в грузовых автомобилях с длинным кузовом, при этом для ее загрузки и разгрузке необходима специальная техника.

— Стеклопластиковая арматура обладает высокими противопожарными характеристиками. Данный материал не горит. Ее можно эксплуатировать внутри бетона в широком диапазоне температур от -70 до +600 градусов по шкале Цельсия. Если на арматуру в течении длительного времени воздействовать температурой более 200 градусов, то она, как и бетон, потеряет свои эксплуатационные свойства.

— Арматура изготовляется в прутах необходимой длинны. Это позволяет значительно экономить на остатках, и оптимизировать условия монтажа.

— Стеклопластиковая арматура имеет близкий к бетону коэффициент расширения. Благодаря этому она не разрушает бетон при повышении температуры, что повышает срок эксплуатации сооружения.

— Прочностные характеристики и внутренне напряжение в прутках не изменяются при изгибе стеклопластиковой арматуры. Поэтому, при развертывании бухты, пруток принимает свою первоначальную прямую форму. Это значительно ускоряет и облегчает монтажные работы, и дает возможность экономить на хранении и перевозке.

— Простота в монтаже. Арматуру можно «вязать» применяя минимальное количество подсобных инструментов и дополнительных материалов. Резать стеклопластик можно с помощью болгарки, торцовки или даже ножниц и кусачек.

Область применения


  • Стеклопластиковая арматура используется при возведении различных зданий и сооружений, в соответствии с техническим заданием сформулированным в проекте строительства:

  • — При строительстве производственных и гражданских зданий при армировании фундаментов, стяжек и стен.

  • — Для укрепления автомагистралей и дорог местного значения внутри дорожного полотна.

  • — Практически любых зданий и сооружений из бетона в качестве стержней и сеток в различных конструкциях.

  • — При возведении кирпичных многослойных стен.


Надо отметить, что стеклопластиковая арматура наиболее актуально там, где имеется химически активная среда, и где применение металлической арматуры значительно ухудшает качественные характеристики возводимого сооружения. Ее использование оправдано при возведении портовых сооружений и для укрепления линии побережья и рек.

  • — При строительстве канализационных и мелиорационных сооружений.

  • — При строительстве сооружений с повышенными требованиями к химической устойчивости.

  • — При проведении работ по внешнему утеплению зданий.

  • — При производстве бетонных изделий с внутренним преднапряжением.

  • — При реконструкции или возведении зданий с повышенной сейсмоустойчивостью.

Характеристики стеклопластиковой композитной арматуры — в Рязани

Композитная стеклопластиковая арматура пришла на смену традиционной стальной арматуре и быстро успела завоевать популярность у потребителей.

Стеклопластиковая арматура имеет множество преимуществ:

  1. Устойчивость к коррозии. Данный вид арматуры не теряет своих свойств в любой среде, включая щелочную среду бетона.
  2. Композитная арматура отличается большей упругостью.
  3. Высокие прочностные характеристики. Предел прочности у металлической арматуры 390 МПа, в то время как стеклопластиковая арматура имеет показатель 1100 МПа.
  4. Устойчивость к пониженным температурам. В условиях низких температур композитная арматура сохраняет свои свойства.
  5. Кислотостойкость. Композитная арматура не разрушается в морской воде.
  6. Низкая теплопроводность. У стали этот показатель в 100 раз выше.
  7. Стеклопластиковая арматура диамагнитна и обладает диэлектрическими свойствами. Благодаря этому она является незаменимым материалом при возведении больниц, аэропортов, военных сооружений.
  8. Стержни стеклопластиковой арматуры могут иметь любую длину в зависимости от нужд заказчика.
  9. Композитная арматура и бетон имеют примерно одинаковый коэффициент теплового расширения. Это позволяет избежать образования трещин при температурных колебаниях.
  10. Малый удельный вес при высокой удельной прочности. Вес арматурного каркаса при использовании стеклопластиковой арматуры вместо стальной уменьшается примерно в 10 раз.
  11. Длительный срок эксплуатации.

Сравнение композитной и металлической арматуры

Характеристики Металлическая класса A-III (А400С) Арматура композитная стеклопластиковая
Выполнена из Сталь Стеклоровинг, соединенный с эпоксидным полимером
Предельные показатели прочности при растяжении, МПа 390 1300
Способность к упругому растяжению, МПа 200 000 55 000
Относительное удлинение 25% 2,2%
Плотность, т/м2 7 1,9
Стойкость к коррозии Склонна к коррозии Материал не подвержен коррозии
Теплопроводность Да Нет
Электропроводность Да Нет
Размер изготавливаемых профилей, мм 6-80 4-20
Длина,м От 6 до 12 Изготавливается в соответствии с требованиями покупателя. Возможна поставка в бухтах.
Экологичность Да Не выделяет токсинов, по степени воздействия на человеческий организм и природу принадлежит к 4 классу опасности (малоопасные)
Срок эксплуатации Соответствует строительным нормам Срок службы от 80 лет
Параметры равнопрочного арматурного каркаса при нагрузке 25 т/м2 При использовании арматуры 8 A-III размер ячейки 14x14 см. Вес 5,5 кг/м2 При использовании арматуры 8 АНС размер ячейки 23x23 см. Вес 0,61 кг/м2. Уменьшение веса в 9 раз


Вы сможете найти стеклопластиковую арматуру с описанием, ценами и фотографиями в нашем разделе «Каталог». Если у вас возникнут вопросы, вы можете с нами связаться по телефону, указанному на сайте или заказать обратный звонок, и мы вам обязательно перезвоним.

Сертификат

Протокол испытаний

Арматура АСП — это один из видов композитной арматуры, изготавливаемой из стеклянных волокон, которую принято называть стеклопластиковой. Ее использование предполагает наличие повышенной стойкости у готовых изделий к различным видам внешнего воздействия: природным, атмосферным, механическим. Это необходимо как для улучшения качества использования изделия, так и для увеличения срока его эксплуатации. Выбирая композитную арматуру АСП можно рассчитывать на нестрогие ограничения по ее погрузке — разгрузке, складированию, транспортировке и хранению. Но все же есть определенные правила, которые рекомендуется придерживаться при работе с АСП. Эти требования основываются на ГОСТе 31938-2012.

Подробнее: Транспортировка и хранение

К недостатку, который выявлен у композитной арматуры, относят невозможность скрепления ее методом сварки. Это мнение возникло на практике десятилетий ввиду скрепления арматуры из стали методом сварки, что лишь таким образом можно получить пространственные прочные конструкции.

Подробнее: Скрепление композитной арматуры сваркой – невозможно

Руководство по композитным материалам: Армирование - NetComposites

Роль армирования в композитном материале заключается в улучшении механических свойств чистой полимерной системы. Все различные волокна, используемые в композитах, имеют разные свойства и поэтому по-разному влияют на свойства композитов. Свойства и характеристики обычных волокон описаны ниже.

Однако отдельные волокна или пучки волокон могут использоваться только сами по себе в некоторых процессах, таких как намотка волокон (описанных ниже).Для большинства других применений волокна должны быть скомпонованы в лист какой-либо формы, известный как ткань, чтобы можно было манипулировать им. Различные способы сборки волокон в листы и разнообразие возможных ориентаций волокон приводят к тому, что существует множество различных типов тканей, каждый из которых имеет свои особенности. Эти различные типы тканей и конструкции будут объяснены позже.

Опубликовано любезно Дэвидом Криппсом, Gurit

http://www.gurit.com


Ткань для развязки

Эти ткани обеспечивают сверхлегкое усиление ткани для композитных материалов.

Узнать больше

Свойства волокна

Охватывает механические свойства армирующих волокон.

Узнать больше

Свойства ламината

Охватывает механические свойства волокон с точки зрения прочности и жесткости.

Узнать больше

Ударный ламинат

Обращает внимание на проблемы, вызванные ударным повреждением.

Узнать больше

Стоимость волокна

Графическая информация о стоимости различных типов волокон.

Узнать больше

Стекловолокно

Объясняет, как формируется стекловолокно и какие варианты доступны.

Узнать больше

Арамидное волокно

Объясняет, как производится арамид и его различные торговые наименования.

Узнать больше

Углеродное волокно

Объясняет производственные процессы, связанные с изготовлением углеродного волокна.

Узнать больше

Сравнение волокон

Обозначает преимущества и недостатки типов волокон.

Узнать больше

Прочие волокна

Охватывает несколько других широко используемых типов волокон.

Узнать больше

Волокнистая отделка

Объясняет различные виды обработки поверхности волокон.

Узнать больше

Калибровочная химия

Обзор химического состава проклейки по сравнению с матрицей, подлежащей усилению.

Узнать больше

Типы тканей

Объясняет типы волокна, категории ориентации волокна и методы построения.

Узнать больше

Ткани

Объясняет обычно используемые типы переплетений.

Узнать больше

Гибридные ткани

Объясняет, что подразумевается под термином «гибридная ткань».

Узнать больше

Мультиаксиальные ткани

Объясняет основные характеристики мультиаксиальных тканей.

Узнать больше

Прочие ткани

Покрывает циновку из рубленых прядей, ткани и тесьму.

Узнать больше

Поделиться статьей

Твиттер Facebook LinkedIn Электронная почта


Перейти к основным материалам Вернуться к покрытиям .

Композитные материалы - композиты, армированные частицами, композиты, армированные волокном, ламинарные композиты, механические свойства, другие композиты - композиты с высокими эксплуатационными характеристиками

6 минут на чтение

Композиты, армированные частицами, композиты, армированные волокном, ламинарные композиты, механические свойства, другие композиты Высококачественные композиты

Композитный материал - это микроскопическая или макроскопическая комбинация двух или более различных материалов с узнаваемой границей раздела между ними.Для структурных применений определение может быть ограничено включением тех материалов, которые состоят из армирующей фазы, такой как волокна или частицы, поддерживаемые связующим или матричной фазой. Другие особенности композитов включают следующее: (1) распределение материалов в композите контролируется механическими средствами; (2) Термин «композит» обычно используется для обозначения материалов, в которых отдельные фазы разделены в масштабе, превышающем атомный, и в которых механические свойства композита значительно отличаются от свойств составляющих компонентов; (3) Композит можно рассматривать как комбинацию двух или более материалов, которые используются в комбинации, чтобы исправить слабость одного материала за счет прочности другого.(4) Недавно разработанная концепция композитов заключается в том, что композит должен не только представлять собой комбинацию двух материалов, но и комбинация должна иметь свои собственные отличительные свойства. С точки зрения прочности, теплостойкости или некоторых других желаемых характеристик композит должен быть лучше, чем любой компонент в отдельности.

Композиты

были разработаны потому, что не удалось найти единого однородного конструкционного материала, который обладал бы всеми необходимыми характеристиками для данного применения.Армированные волокном композиты были впервые разработаны для замены алюминиевых сплавов , которые обеспечивают высокую прочность и довольно высокую жесткость при небольшом весе, но подвержены коррозии и усталости.

Примером композитного материала является удочка из стеклопластика, в которой стеклянных волокон помещены в эпоксидную матрицу. Отдельные тонкие стекловолокна характеризуются высокой прочностью на разрыв и очень высокой прочностью на разрыв, но из-за своего малого диаметра имеют очень маленькую жесткость на изгиб.Если бы стержень был сделан только из эпоксидной пластмассы, он имел бы хорошую жесткость на изгиб, но плохие свойства при растяжении. Однако, когда волокна помещают в эпоксидный пластик, полученная структура имеет высокую жесткость на растяжение, высокую прочность на разрыв и высокую жесткость на изгиб.

Прерывистая фаза наполнителя в композите обычно более жесткая или прочная, чем фаза связующего. Для обеспечения армирования должна присутствовать значительная часть армирующей фазы по объему (~ 10%).Однако существуют примеры композитов, в которых прерывная фаза более податлива и пластична, чем матрица.

Природные композиты включают дерево и кость. Древесина представляет собой композит , целлюлозу и лигнин. Волокна целлюлозы обладают прочностью на растяжение и гибкостью. Лигнин склеивает эти волокна вместе, делая их жесткими. Кость представляет собой смесь сильного, но мягкого , коллагена (белок) и твердого, но хрупкого апатита (минерала).


Композиты с высокими эксплуатационными характеристиками - это композиты, которые имеют лучшие характеристики, чем обычные конструкционные материалы, такие как сталь и алюминиевые сплавы.Почти все они представляют собой непрерывные армированные волокном композиты с органическими (смоляными) матрицами.


Волокна для высокоэффективных композитов

В высокоэффективном композите, армированном непрерывными волокнами, волокна обеспечивают практически все несущие характеристики композита, то есть прочность и жесткость. Волокна в таком композитном материале образуют пучки или нити. Следовательно, даже если несколько волокон ломаются, нагрузка перераспределяется на другие волокна, что позволяет избежать катастрофического отказа.

Стекловолокно

используется для неструктурных низкоэффективных применений, таких как панели в самолетах и приборы для высокопроизводительных приложений, таких как корпуса ракетных двигателей и сосуды давления под давлением . Но чувствительность стекловолокна к воздействию влаги создает проблемы для других применений. Наиболее часто используемым стекловолокном является алюмоборосиликатное стекло кальция (Е-стекло). Волокна с высоким содержанием кремнезема и кварца также используются для специализированных применений.

Углеродные волокна являются наиболее известными и наиболее широко используемыми армирующими волокнами в современных композитах. Первые углеродные волокна производились термическим разложением материалов-предшественников искусственного шелка. Исходным материалом теперь является полиакрилонитрил.

Арамидные волокна - это ароматические полиамидные волокна. Арамидное волокно технически представляет собой термопластичный полимер, такой как нейлон, но он разлагается при нагревании до достижения предполагаемой точки плавления. При полимеризации он образует жесткие стержневидные молекулы, которые невозможно спрядить из расплава.Вместо этого их нужно формовать из жидкокристаллического раствора . Ранние применения арамидных волокон включали корпуса двигателей с нитевидной намоткой и сосуды под давлением газа. Арамидные волокна имеют более низкую прочность на сжатие, чем углеродные волокна, но их высокая удельная прочность, низкая плотность и жесткость сохраняют спрос на них.

Волокна бора были первым высокоэффективным армированием, доступным для использования в композитах. Однако они более дороги и менее привлекательны по своим механическим свойствам, чем углеродные волокна.Нити из бора получают путем разложения галогенидов бора на горячей вольфрамовой проволоке. Композиты также могут быть получены из усов, диспергированных в соответствующей матрице.

Непрерывные волокна карбида кремния используются для изготовления мононитей большого диаметра и тонких мультифиламентных нитей. Волокна из карбида кремния по своей природе более экономичны, чем волокна из бора, а свойства волокон из карбида кремния обычно такие же или лучшие, чем свойства бора.

Волокна из оксида алюминия (оксида алюминия) получают методом сухого прядения из различных растворов.Они покрыты диоксидом кремния для улучшения их контактных свойств с расплавленным металлом.

Обычно существует эффект размера, связанный с прочными волокнами. Их сила уменьшается с увеличением диаметра. Оказывается, очень высокопрочные материалы имеют диаметр около 1 микрометра. Следовательно, с ними нелегко обращаться.

Матрицы для высокопроизводительных композитов

Матрица связывает волокна вместе благодаря своим когезионным и клеящим свойствам .Его цель - передавать нагрузку на волокна и между ними, а также защищать волокна от агрессивных сред и манипуляций. Матрица является слабым звеном в композите, поэтому, когда композит подвергается нагрузке, матрица может треснуть, отслоиться от поверхности волокна или разрушиться при гораздо более низких деформациях, чем обычно желательно. Но матрицы удерживают армирующие волокна в их правильной ориентации и положении, чтобы они могли выдерживать нагрузки, равномерно распределять нагрузки между волокнами и обеспечивать сопротивление распространению трещин и повреждению.Ограничения в матрице обычно определяют общие эксплуатационные температурные ограничения композита.

Полиэфирные и винилэфирные смолы являются наиболее широко используемыми матричными материалами в высокоэффективных композитах с непрерывным волокном. Они используются для химически стойких трубопроводов и реакторов, кабин и кузовов грузовиков, бытовой техники, ванн и душевых, капотов автомобилей , палуб и дверей. Эти матрицы обычно армированы стекловолокном, поскольку было трудно надлежащим образом прикрепить матрицу к углеродным и арамидным волокнам.Эпоксидные смолы и другие смолы , хотя и более дорогие, находят применение в качестве замены полиэфирных и виниловых смол на основе сложного эфира в высококачественных спортивных товарах, трубопроводах для химических заводов и печатных плат.

Эпоксидные смолы используются чаще, чем все другие матрицы в современных композитных материалах для конструкционных аэрокосмических применений. Эпоксидные смолы обычно превосходят полиэфиры по устойчивости к влаге и другим воздействиям окружающей среды.

Бисмалеимидные смолы, как и эпоксидные смолы, довольно просты в обращении, относительно легко обрабатываются и обладают превосходными композитными свойствами.Они способны выдерживать большие колебания температуры и влажности, чем эпоксидные смолы, но имеют худшие характеристики отказа.

Полиимидные смолы выделяют летучие во время отверждения, что приводит к образованию пустот в полученном композите. Однако эти смолы действительно выдерживают даже более высокие экстремальные температуры в горячем / влажном состоянии, чем бисмалеимидные матрицы, и ведутся работы по минимизации проблемы пустот.

Термопластические смолы, используемые в качестве композитных матриц, такие как полиэфирэфиркетон, полифениленсульфид и полиэфиримид, сильно отличаются от таких бытовых термопластов, как полиэтилен и поливинилхлорид.Хотя они используются в ограниченных количествах, они привлекательны для применений, требующих улучшенных горячих / влажных свойств и ударопрочности.


Дополнительные темы

Science Encyclopedia Science & Philosophy: Кластерное соединение от до Concupiscence

.

Композитные конструкции

Композитные конструкции (продолжение)

Классификация композитных материалов
Так как армирующий материал имеет первостепенное значение в механизме упрочнения композита, удобно классифицировать композиты в соответствии с характеристиками армирования. Обычно используются следующие три категории.

  1. Армированный волокном - в этой группе композитов волокно является основным несущим компонентом.
  2. Усиленная дисперсия - в этой группе матрица является основным несущим компонентом.
  3. Армированные частицами - в этой группе нагрузка распределяется между матрицей и частицами.

Композиты, армированные волокном
Стекловолокно, вероятно, является наиболее известным композитом, армированным волокном, но углерод-эпоксидная смола и другие современные композиты попадают в эту категорию. Волокна могут быть в форме длинных непрерывных волокон или они могут быть прерывистыми волокнами, частицами, усами и даже плетеными листами.Волокна обычно комбинируют с пластичными матричными материалами, такими как металлы и полимеры, чтобы сделать их более жесткими, тогда как волокна добавляют к хрупким матричным материалам, таким как керамика, для повышения прочности. Отношение длины волокна к диаметру, прочность связи между волокном и матрицей и количество волокна являются переменными, которые влияют на механические свойства. Важно иметь высокое соотношение длины к диаметру, чтобы приложенная нагрузка эффективно передавалась от матрицы к волокну.

Волокнистые материалы включают:

Стекло - стекло является наиболее распространенным и недорогим волокном и обычно используется для армирования полимерных матриц. Стекло обладает высокой прочностью на разрыв и довольно низкой плотностью (2,5 г / куб. См).

Углерод-графит - в современных композитах предпочтительным материалом являются углеродные волокна. Углерод - очень легкий элемент, его плотность составляет около 2,3 г / куб.см, а его жесткость значительно выше, чем у стекла.Углеродные волокна могут иметь до 3 раз большую жесткость, чем сталь, и до 15 раз большую прочность конструкционной стали. Графитовая структура предпочтительнее алмазоподобных кристаллических форм для изготовления углеродного волокна, потому что графитовая структура состоит из плотно упакованных гексагональных слоев, уложенных пластинчатым слоем. Эта структура приводит к тому, что механические и термические свойства сильно анизотропны, и это дает разработчикам компонентов возможность контролировать прочность и жесткость компонентов, изменяя ориентацию волокна.

Полимер - прочные ковалентные связи полимеров могут обеспечить впечатляющие свойства при выравнивании вдоль оси волокна высокомолекулярных цепей. Кевлар - это арамид (ароматический полиамид), состоящий из ориентированных ароматических цепей, что делает их жесткими стержневидными полимерами. Его жесткость может достигать 125 ГПа, и, хотя он очень силен при растяжении, он имеет очень плохие характеристики сжатия. Кевларовые волокна в основном используются для увеличения прочности в иначе хрупких матрицах.

Керамика - волокна, изготовленные из таких материалов, как оксид алюминия и SiC (карбид кремния), полезны при очень высоких температурах, а также там, где существует опасность воздействия окружающей среды. Керамика имеет плохие свойства при растяжении и сдвиге, поэтому большинство применений в качестве арматуры имеет форму частиц.

Metallic - некоторые металлические волокна обладают высокой прочностью, но поскольку их плотность очень высока, они практически не используются в приложениях с критическим весом.Вытяжка очень тонких металлических волокон (менее 100 микрон) также очень дорога.

Композиты с дисперсионным упрочнением
В композитах с дисперсионным упрочнением к матричному материалу добавляются мелкие частицы диаметром от 10-5 мм до 2,5 x 10-4 мм. Эти частицы помогают матрице сопротивляться деформации. Это делает материал тверже и прочнее. Рассмотрим композит с металлической матрицей с мелким распределением очень твердых и мелких вторичных частиц.Материал матрицы несет большую часть нагрузки, а деформация достигается за счет скольжения и смещения дислокаций. Вторичные частицы препятствуют скольжению и смещению и, таким образом, укрепляют материал. Механизм тот же, что и дисперсионное твердение, но эффект не такой сильный. Однако частицы, подобные оксидам, не вступают в реакцию с матрицей и не переходят в раствор при высоких температурах, поэтому упрочняющее действие сохраняется при повышенных температурах.

Композиты, армированные частицами
Частицы в этом композите больше, чем в композитах, армированных дисперсией.Диаметр частиц обычно составляет порядка нескольких микрон. В этом случае частицы несут основную часть нагрузки. Частицы используются для увеличения модуля и уменьшения пластичности матрицы. Примером композитов, армированных частицами, является автомобильная шина, которая имеет частицы технического углерода в матрице из полиизобутиленового эластомерного полимера. Композиты, армированные частицами, намного проще и дешевле, чем композиты, армированные волокном. В случае полимерных матриц частицы просто добавляют в расплав полимера в экструдере или литьевом формовании во время обработки полимера.Точно так же армирующие частицы добавляют к расплавленному металлу перед его разливкой.

Интерфейс

  1. Граница раздела - это ограничивающая поверхность или зона, где возникает разрыв, будь то физический, механический, химический и т. Д.
  2. Материал матрицы должен «смачивать» волокно. Связующие агенты часто используются для улучшения смачиваемости. Хорошо «смоченные» волокна увеличивают площадь поверхности раздела.
  3. Чтобы получить желаемые свойства в композите, приложенная нагрузка должна эффективно передаваться от матрицы к волокнам через границу раздела.Это означает, что поверхность раздела должна быть большой и демонстрировать сильную адгезию между волокнами и матрицей. Отказ в интерфейсе (так называемый отсоединение) может быть желательным, а может и нежелательным. Это будет объяснено позже в режимах распространения трещин.
  4. Связь с матрицей может быть либо слабыми силами Ван-дер-Уоллса, либо сильными ковалентными связями.
  5. Площадь внутренней поверхности интерфейса может достигать 3000 см2 / см3.
  6. Межфазная прочность измеряется с помощью простых тестов, которые вызывают разрушение адгезии между волокнами и матрицей.Наиболее распространенным является испытание на трехточечный изгиб или ILSS (испытание на межслойное напряжение сдвига)

Рассмотрим результаты включения волокон в матрицу. Матрица, помимо удерживания волокон вместе, выполняет важную функцию передачи приложенной нагрузки к волокнам. Очень важно уметь предсказать свойства композита, учитывая свойства компонентов и их геометрическое расположение.

Изотропия и анизотропия в композитах

  1. Армированные волокном композитные материалы обычно обладают анизотропией.То есть некоторые свойства различаются в зависимости от геометрической оси или плоскости, вдоль которой они измеряются.
  2. Чтобы композит был изотропным по определенному свойству, например КТР или модулю Юнга, все армирующие элементы, будь то волокна или частицы, должны быть ориентированы произвольно. Этого нелегко достичь для прерывистых волокон, поскольку большинство методов обработки имеют тенденцию придавать волокнам определенную ориентацию.
  3. Непрерывные волокна в форме листов обычно используются для преднамеренного создания анизотропии композита в определенном направлении, которое, как известно, является осью или плоскостью, в которых действует основная нагрузка.
.

Характеристики композитов усиливающие эффекты - Большая Химическая Энциклопедия

Н / дюйм. Композиты, армированные многослойными полотнами лиоцелл 6,7 и лиоцелл 15,0, достигли значений 36 Н / мм и 28 Н / мм соответственно. Для композитов, армированных игольчатым войлоком, были определены эффекты прозрачного армирования (лиоцелл 1,3-PLA = 63 Н / мм, лиоцелл 6,7-PLA = 61 Н / мм и лиоцелл 15,0-PLA = 57 Н / мм). Эти результаты позволяют предположить, что вид полуфабриката оказывает явное влияние на механические характеристики композитов, полученных методом компрессионного формования CP-1.Этот эффект можно отнести к более однородному распределению волокон в матрице PLA из-за дополнительного процесса прошивки и меньшей толщины войлока иглы по сравнению с многослойным полотном. Предполагается, что меньшая толщина ведет уже на этапе предварительного нагрева к лучшей теплопроводности и сушке в прессе. [Pg.186]

Повышение магнитных свойств вулканизированного NR ясно показывает, что в композитах сохраняются ферромагнитные характеристики частиц никеля.Модуль упругости образцов улучшается по мере увеличения содержания никеля в композитах. Увеличение модуля деформации по мере увеличения количества никеля отражает усиливающий эффект наночастиц никеля в матрице NR. Однако наблюдается монотонное уменьшение удлинения при разрыве с увеличением нагрузки наполнителя. Это может быть связано с образованием агломератов частиц наполнителя в матрице NR. [Pg.42]

Наиболее важными характеристиками наполнителя, определяющими свойства композитов PP, являются размер частиц, гранулометрический состав, удельная поверхность и форма.Ни один из этих факторов не влияет на жесткость в значительной степени. Армирующий эффект является результатом ориентации анизотропных частиц. Эти характеристики наполнителя значительно влияют на все остальные свойства. Предел текучести и прочность обычно увеличиваются с уменьшением размера частиц и увеличением площади поверхности, в то время как деформируемость и ударопрочность изменяются в противоположном направлении. [Pg.576]

Традиционный процесс химической экстракции с использованием щелочного раствора гидроксида натрия также применялся к тому же деревянному материалу.Волокна, экстрагированные двумя способами, использовались в качестве армирования для двух коммерческих полипропиленов - обычного изотактического полипропилена и функционализированного малеиновым ангидридом изотактического полипропилена (iPPMA). Композиты также прошли водопоглощающую обработку. Чтобы оценить усиливающий эффект волокон, были выполнены методы определения характеристик композитов и определения механических свойств с особым вниманием к межфазным характеристикам волокна и матрицы.Результаты сравнивались с результатами для коротких композитов из армированного стекловолокном полипропилена. [Pg.758]

Температурная зависимость эффекта Пейна изучалась Пейном и другими авторами [28, 32, 47]. С повышением температуры обнаруживается аррениусовское падение модулей, если амплитуда деформации сохраняется постоянной. Помимо этого эффекта, влияние характеристик поверхности наполнителя на нелинейные динамические свойства каучуков, армированных наполнителем, обсуждалось в обзоре Ванга [47], где представлены основные теоретические интерпретации и моделирование.Эффект Пейна также был исследован в композитах, содержащих полимерные модельные наполнители, такие как микрогели с разным размером частиц и химическим составом поверхности, что может дать более глубокое понимание фундаментальных механизмов армирования резины коллоидными наполнителями [48, 49]. [Стр.5]


.

Критерии проектирования составных частей | CompositesWorld

Поставщик промышленных транспортных средств Hutchinson (Париж, Франция) разработал передний и задний мосты из стеклопластикового композитного материала для Peugeot 208 FE, гибридного электрического концептуального автомобиля. Переход от традиционной металлической оси / подвески к системе на основе композитных материалов позволил снизить вес на 20,4 кг. Другие примеры дизайна композитных деталей можно найти на compositesworld.com/hashtag/focusondesign. Иллюстрация | Карл Реке

Разработчики композитных деталей могут выбирать из огромного разнообразия армирующих волокон и систем смол, что дает безграничную свободу проектирования, но усложняет композиты.Знание свойств материалов является предпосылкой для удовлетворительного дизайна продукта, но стоимость также является важным фактором. Излишне разработанные композиты не могут конкурировать с более дешевыми, устоявшимися системами материалов. Хорошо спроектированная деталь, в которой используется анизотропия композитов, не только использует правильные материалы и процессы для удовлетворения требований приложения, но во многих случаях может быть коммерчески конкурентоспособной с продуктом, изготовленным из конкурирующих материалов, которые менее дороги с точки зрения стоимости сырья (сталь , алюминий и др.), когда учитываются затраты на установку и жизненный цикл (обслуживание, ремонт, влияние более длительного срока полезного использования).

В любой конструкции армирующие волокна обеспечивают большую часть механических свойств композита, таких как жесткость и прочность, в то время как матрица - полимерная смола или альтернатива, такая как керамика - обеспечивает физические характеристики, которые могут включать в себя ударную вязкость и сопротивление удары, погодные условия, огонь, ультрафиолетовое (УФ) излучение и / или коррозионные материалы.

При проектировании волокна необходимо учитывать три дополнительных фактора: тип волокна, его форма и ориентация или архитектура волокна.

Существенным фактором при проектировании является соотношение волокна и смолы, которое является определяющим фактором конечного веса и стоимости компонента и определяет степень, в которой эксплуатационные свойства, присущие армированию волокном, могут быть оптимизированы в детали. Отношение волокна к смоле может варьироваться от 20:80 для недорогих, неструктурных компонентов до 70:30 в некоторых конструктивных деталях высокого класса. Отношение 60:40 или выше является обычным для современных композитов.

При проектировании волокна необходимо учитывать три дополнительных фактора: тип волокна, его форма и ориентация или архитектура волокна.Ориентация относится к направлению волокна по отношению к самому длинному размеру детали. Как правило, волокнистая архитектура адаптируется к направлению основных нагрузок, прикладываемых к конструкции, - принцип проектирования, сопоставимый с тем, что инженеры-строители используют для ориентации стальных арматурных стержней в бетонной конструкции. Обычными ориентациями являются однонаправленные (продольные или 0 °), поперечные (90 °) и угловые или внеосевые слои (обычно от ± 33 ° до ± 45 °). Однако ориентация волокон также может отличаться от этих более распространенных ориентаций в зависимости от конкретных приложений.Угловые слои несут поперечные нагрузки и необходимы для усиления однонаправленных продольных слоев. Угловые различия между слоями должны быть минимизированы, то есть последовательность укладки должна быть [0 ° / 45 ° / 90 ° / -45 °], а не [0 ° / 90 ° / 45 ° / -45 °], чтобы минимизировать межслойный сдвиг. напряжения, вызванные анизотропными слоями.

Например, при намотке нитей угол намотки 54 ° удовлетворяет требованиям к прочности как по окружности (кольцевая), так и по продольной (осевой) прочности большинства труб и сосудов под давлением.Однако, если больше упор делается на трубе в осевом направлении, как это имеет место в случае с неподдерживаемым диапазоном, ориентация ° / ± 70 ° волокна а ± 20 будет обеспечивать более жесткий модуль изгиба для увеличения осевой силы.

Композиты

по своей природе позволяют проектировщикам адаптировать архитектуру волокна в соответствии с требованиями к производительности для конкретной детали. Ламинат может быть изотропным (со сбалансированным набором ламинатов для имитации характеристик унаследованных материалов) или анизотропным , сбалансированным или несбалансированным, симметричным или асимметричным - в зависимости от действующих сил, которые компонент должен выдерживать (термины, выделенные курсивом, определено в нашем «Глоссарии терминов»).

На этом графике показаны традиционные пирамиды прочности и пирамиды испытаний на основе трассировки. По имеющимся сведениям, за счет применения модели материалов с прослеживанием и эталонным слоем стоимость испытаний углепластиковых материалов и структурных компонентов может быть значительно снижена. Можно протестировать значительно уменьшенное количество купонов. Для определения характеристик любого углепластика с использованием инвариантов жесткости и прочности требуется только базовое одноосное испытание, что делает программу испытаний намного более доступной и очень похожей на испытания металлов.Кроме того, трассировка может помочь в процессах обеспечения качества, позволяя тестирующему персоналу количественно определять отклонения, связанные с качеством материала или производственным процессом, путем тестирования компонентов. Источник | КомпоСайд, ООО

Одно из усовершенствований дизайна ламината было предложено доктором Стивеном Цай из Стэнфордского университета в сотрудничестве с другими исследователями, которые показали, что ламинат «под двумя углами», состоящий из чередующихся слоев однонаправленных волокон и угловых слоев на небольшой глубине. угол менее 45 °.Цай говорит, что когда угол уменьшается по отношению к направлению 0 °, оптимально примерно на 20 °, полученный ламинат выдерживает значительно большее напряжение до разрушения первого и последнего слоев и, как правило, лучше работает во многих приложениях нагрузки благодаря уменьшение межслойных сил. Обеспокоенность тем, что очень малоугловые поперечные слои могут привести к «короблению из-под картофельных чипсов» ламината, снимается, говорит Цай, если достаточно тонких слоев уложить вместе. (Подробнее об этом читайте в разделе «Ткани с двумя углами находят первое коммерческое применение».Эта концепция дизайна является результатом работы Цая над проектированием и испытанием углепластика на основе trace . След, по сути, является простым инвариантом тензорного преобразования в матричной алгебре и является фундаментальным параметром для композитных материалов. Исследование показало, что данные по жесткости и прочности для всех современных композитных ламинатов из углеродного волокна / полимера сходятся к почти идентичным значениям, если их нормировать по их соответствующей кривой жесткости. Эта универсальная жесткость означает, что мастер-слой и простое масштабирование с помощью трассировки материала можно использовать для измерения деталей из ламината, как и для однородных материалов.(Основной слой - это нормализованный по следам материал, который используется в материалах из углепластика, и следы этого материала равны 1. См. «Возможности ночного проектирования? Метод на основе инвариантов для ускорения аэрокосмических сертификационных испытаний». Дополнительные сведения о том, как это исследование помогло Разработанный для практического применения в дизайне, был обсужден в CW Радеком Михаликом (CompoSIDE Ltd., Коус, остров Уайт, Великобритания) в его статье «CompoSIDE и Trace: революция в разработке составных деталей.")

Понимание поведения слоистой или многослойной конструкции жизненно важно для эффективного проектирования композитных компонентов. Адгезия между слоями ламината (называемыми слоями), создаваемая смачиванием смолой, имеет решающее значение; плохая адгезия может привести к расслоению в условиях напряжения, деформации, удара и / или других нагрузок.

Разработчики укладки слоев

должны учитывать механические напряжения / нагрузки, адгезию, вес, жесткость, рабочую температуру и требования к прочности, а также такие переменные, как электромагнитная прозрачность и радиационная стойкость.Используя композиты, разработчик может свободно изменять ориентацию волокон и регулировать количество слоев в любой точке ламината в соответствии с местными требованиями к характеристикам. Толщина стенок, например, может быть различной: толще, если напряжения или нагрузки высокие, вызванные крепежом или металлическим креплением, и тоньше, если они низкие. Это позволяет снизить вес, реализовать сложные формы и изготавливать крупные детали с цельным армированием.

Кроме того, при проектировании композитных компонентов необходимо учитывать желаемую отделку поверхности (например, косметическое гелевое покрытие), усталостную долговечность, общую конфигурацию детали, а также возможность брака или переделки, и это лишь некоторые из многих применимых факторов.

Предполагаемый метод изготовления также влияет на дизайн. Например, производители намотанных волокном или намотанных лентой структур используют другие формы армирования и рисунки наростов, чем те, которые используются для ламинатных панелей, уложенных вручную, или для деталей из автоклавированного препрега. Формование с переносом смолы (RTM), которое является одним из нескольких процессов, в которых используется состоящая из двух частей, полностью закрытая форма, требует трехмерных преформ по сравнению с другими методами производства. Преформы должны быть спроектированы так, чтобы готовые детали имели соответствующую структуру волокна, без движения во время стадии впрыска смолы.Фактически, RTM может изготавливать детали с предсказуемой отделкой на 100% открытой внешней поверхности. Он также способен изготавливать сложные 3D-детали. Например, полые детали, по меньшей мере, с одним отверстием, могут быть выполнены как одно целое с обработанной поверхностью как снаружи, так и внутри, за счет использования съемных (складных или надувных) внутренних инструментов, называемых оправками. Выбор метода производства и типа инструмента должен производиться с учетом желаемой геометрии детали, эстетики, требований к характеристикам детали и продолжительности производственного цикла (см. «Методы изготовления» и «Композиты 101: Инструменты»).

Распространенный тип композитной структуры - сэндвич-конструкция - сочетает в себе легкий основной материал с тонкими ламинированными композитными оболочками (лицевыми панелями), аналогично конструкции из гофрированного картона. Эти панели с сердечником обладают самыми высокими показателями жесткости по отношению к весу и прочности по отношению к весу среди всех композитных конструкций и чрезвычайно устойчивы к изгибу и короблению, что определяется толщиной сердечника и структурой оболочки. Подходящие сердцевинные материалы включают пенопласт с закрытыми порами, пробковое дерево и сотовые соты в различных формах (алюминий, бумага или пластик).Некоторые сердцевины из пенопласта являются синтаксическими, то есть содержат полые микросферы для уменьшения веса. Сэндвич-конструкция широко используется в современных самолетах и ​​лодках, а также в грузовых контейнерах и модульных зданиях.

Некоторые поставщики материалов предлагают арматуру со встроенным сердечником, например, сердцевинный материал (например, стержни из пенопласта), сшитый вместе со стеклянными или углеродными волокнами. Эта комбинация - тканая или однонаправленная волокнистая форма, интегрированная с материалом сердцевины - обеспечивает унифицированную композитную структуру, которая поддается как инфузии, так и обработке в закрытых формах.

.

Композитные конструкции

Композитные конструкции

Компоненты композиционных материалов

Фаза матрицы: сыпучие материалы, такие как:

Армирование: волокна и частицы, такие как:
Стекло Углерод Кевлар
Карбид кремния Бор Керамика
Керамика Металлик Агрегат
Интерфейс: участок механики

Композитный материал в основном представляет собой комбинацию двух или более материалов, каждый из которых сохраняет свои отличительные свойства.Многофазные металлы представляют собой композиционные материалы в микромасштабе, но обычно термин композит применяется к материалам, которые создаются путем механического соединения двух или более различных материалов вместе. Полученный материал имеет характеристики, не характерные для отдельных компонентов. Концепция композитных материалов древняя. Примером может служить добавление соломы в грязь для создания более прочных стен из глины. Чаще всего композитные материалы имеют объемную фазу, которая является непрерывной, называемой матрицей; и дисперсная, прерывистая фаза, называемая усилением.Некоторые другие примеры базовых композитов включают бетон (цемент, смешанный с песком и заполнителем), железобетон (стальная арматура в бетоне) и стекловолокно (стеклянные нити в матрице из смолы).

Примерно в середине 1960-х годов начала появляться новая группа композитных материалов, которые назывались усовершенствованными инженерно-техническими композитными материалами (также известными как усовершенствованные композиты). В современных композитах используется комбинация смол и волокон, обычно углерод / графит, кевлар или стекловолокно с эпоксидной смолой. Волокна обеспечивают высокую жесткость, а окружающая матрица полимерной смолы удерживает структуру вместе.Основная концепция конструкции композитов заключается в том, что объемная фаза принимает нагрузку на большой площади поверхности и передает ее армирующему материалу, который может нести большую нагрузку. Значение здесь заключается в том, что существует множество матричных материалов и столько же типов волокон, которые можно комбинировать бесчисленными способами для получения только желаемых свойств. Эти материалы были впервые разработаны для использования в аэрокосмической промышленности, потому что для определенных применений они имеют более высокое соотношение жесткости к весу или прочности к весу, чем металлы.Это означает, что металлические детали можно заменить более легкими деталями, изготовленными из современных композитов. Как правило, углерод-эпоксидные композиты на две трети легче алюминия и в два с половиной раза жестче. Композиты устойчивы к усталостным повреждениям и суровым условиям окружающей среды и подлежат ремонту.

Композиты, отвечающие критериям механического связывания, также могут производиться в микромасштабе. Например, когда порошок карбида вольфрама смешивают с порошком кобальта, а затем прессуют и спекают вместе, карбид вольфрама сохраняет свою идентичность.Полученный материал имеет мягкую кобальтовую матрицу с твердыми частицами карбида вольфрама внутри. Этот материал используется для изготовления твердосплавных сверл и называется композитом с металлической матрицей. Композит с металлической матрицей - это тип металла, который армирован другим материалом для повышения прочности, износостойкости или некоторых других характеристик.

.

Смотрите также