Как производятся маты из стекловолокна: процессы, материалы и стандарты?

В качестве основного армирующего материала в промышленности композитных материалов мат из стекловолокна играет решающую роль в автомобильных компонентах, строительных материалах, трубах из стеклопластика, изоляционных системах, фильтрующих материалах и различных конструкционных композитах. Поскольку глобальный спрос смещается в сторону легких, устойчивых к коррозии и высокоэффективных материалов, производственные процессы, рецептуры материалов и стандарты качества матов из стекловолокна продолжают развиваться.

Сырье, используемое при производстве матов из стекловолокна

Характеристики мата из стекловолокна во многом определяются составом стекла, диаметром волокна и типом связующего, используемого для формирования структуры мата. Эти три фактора влияют на прочность, совместимость со смолами, постоянство толщины и долговечность.

Стеклянная композиция

Большинство матов из стекловолокна производятся с использованием смесей стекла на основе силиката, при этом SiO₂ образует первичную сетчатую структуру. Состав регулируется с использованием оксидов, таких как Al₂O₃, CaO, MgO и Na₂O, для оптимизации химической стабильности, вязкости расплава и свойств формирования волокон. Общие типы включают:

• E-стекло : Прочный, электроизолирующий, широко используется в композитных материалах общего назначения.
• C-стекло : Превосходная стойкость к химической коррозии; подходит для сред, подверженных воздействию кислот или щелочей.
• AR-стекло : Разработан для повышения устойчивости к щелочам, часто используется в системах армирования на основе цемента.

Диаметр волокна

Стеклянные волокна, используемые для изготовления матов, обычно имеют диаметр 7–16 мкм. Более тонкие волокна улучшают дисперсию, смачивание смолы и качество поверхности, тогда как более грубые волокна используются там, где требуется более высокая прочность на разрыв и жесткость. Окончательный выбор зависит от целевого применения и механических требований конечного продукта.

Связующая система

Связующее действует как структурный клей мата из стекловолокна, скрепляя волокна вместе и определяя гибкость, внутреннее сцепление и стабильность размеров.

Типичные типы связующих включают в себя:

• Порошковые связующие: Быстро затвердевает и подходит для крупносерийного производства.
• Эмульсионные связующие: Отличная однородность, улучшенная мягкость и стабильные механические свойства.
• Термопластические связующие: Низкий уровень выбросов, экологически чистый и все чаще используется там, где устойчивое развитие является приоритетом.

Состав связующего напрямую влияет на эффективность обработки и совместимость с последующими процессами производства композитов.

Процессы производства матов из стекловолокна

Маты из стекловолокна в основном производятся двумя методами: методом мокрой укладки и методом сухой укладки. Каждый процесс предлагает явные преимущества в контроле толщины, структурной однородности и механических характеристиках.

Процесс мокрой укладки

Метод мокрой укладки широко используется для производства матов исключительной однородности и точности тонкого слоя. В этом процессе волокна диспергируются в воде, а затем укладываются в контролируемое полотно посредством фильтрации и обезвоживания.

Измельчение волокна

Непрерывное стекловолокно нарезают на длину, обычно 6–50 мм. Выбранная длина обеспечивает правильное рассеивание и эффективность мата.

Дисперсия воды

Измельченные волокна равномерно перемешивают в воде. Иногда добавляют диспергирующие агенты, чтобы предотвратить агломерацию волокон и обеспечить стабильную суспензию.

Веб-формирование

Суспензия волокон течет через формующее сито, где вода стекает, а волокна оседают в однородный переплетенный слой. Это создает первоначальную структуру мата.

Приложение для переплета

Мат проходит этапы нанесения связующего вещества — распыления или пропитки — для введения связующего вещества, которое стабилизирует волокнистую сеть.

Сушка и отверждение

Мат высушивается и термически отверждается для закрепления связующего, установления окончательной структурной целостности и обеспечения постоянства размеров.

Маты из стекловолокна мокрой укладки предпочтительны для изделий, требующих изысканного внешнего вида, тонких профилей и точного распределения смолы.

Процесс сухой укладки

Процесс сухой укладки подходит для матов, требующих более высокой прочности на разрыв, более толстого поперечного сечения и непрерывного производства в больших объемах. Он не основан на диспергировании воды, вместо этого для формирования полотна используется воздушная укладка или механическое растягивание.

Типичные этапы сухой укладки включают в себя:

• Открытие волокна: Волокна ослабляются и индивидуализируются для подготовки к равномерному распределению.
• Веб-формирование: Воздушный поток или механическое перемешивание распределяет волокна в слоистую структуру.
• Приложение для переплета: Полотно склеивается с помощью нанесения связующих веществ распылением или погружением.
• Термическое отверждение: Контролируемый нагрев затвердевает связующее и стабилизирует мат.

Маты сухой укладки широко используются в композитных панелях, намотке стеклопластиковых труб, изоляционных компонентах и ​​конструкционных ламинатах, где требуются прочность и жесткость.

Ключевые показатели эффективности матов из стекловолокна

При отраслевой оценке матов из стекловолокна особое внимание уделяется механическим, физическим, термическим и химическим показателям. Эти показатели определяют пригодность для различных составных систем, производственных сред и условий конечного использования.

Общие показатели эффективности матов из стекловолокна

Эти тесты производительности помогают обеспечить стабильное качество и предсказуемое поведение на последующих этапах производства.

Отраслевые стандарты для изделий из стекловолоконных матов

Международные стандарты на маты из стекловолокна немного различаются в зависимости от региона, но в целом основываются на консистенции материала, механической надежности и соблюдении экологических требований.

Стандарты соответствия материалов

Эти стандарты регулируют:

• Однородность толщины
• Изменения массы на единицу площади
• Равномерность распределения связующего

Последовательность важна для автоматизированных производственных линий и конструкций из ламината, требующих точных соотношений армирования.

Требования к механическим характеристикам

Стандарты механических характеристик гарантируют, что маты сохранят свою целостность во время транспортировки и обработки. Требования включают в себя:

• Минимальные значения прочности на разрыв
• Установленные пороги сопротивления разрыву
• Критерии сохранения изгиба и гибкости

Такие показатели обеспечивают надежную работу при растяжении, давлении или повторяющихся нагрузках во время изготовления композита.

Стандарты тепловых свойств

Тепловые стандарты оценивают:

• Высокотемпературная стабильность размеров
• Остаточная прочность после теплового старения
• Размягчение при термических нагрузках

Эти требования особенно важны для применений, связанных с горячим отверждением, термореактивными смолами и конструкционными ламинатами.

Экологическое соответствие

Экологические стандарты охватывают:

• Требования к низкому уровню выбросов
• Ограничения на опасные добавки
• Рекомендации по устойчивому использованию материалов

По мере того, как мировая промышленность переходит к более экологичному производству, связующие с низким содержанием летучих органических соединений и выбор экологически ответственных материалов становятся все более распространенными.

Заключение

Производство матов из стекловолокна включает в себя точную рецептуру, контролируемую обработку волокна и строгие методы термического склеивания. От состава стекла до выбора связующего и условий отверждения — каждый шаг важен для обеспечения функциональности и долгосрочной надежности продукта.

Часто задаваемые вопросы

1. Для чего используется мат из стекловолокна?

Он обычно используется для армирования композитных материалов в таких областях, как строительные панели, трубы из стеклопластика, автомобильные компоненты, изоляционные слои и фильтрующие материалы.

2. Каковы преимущества использования стекломата в композитных конструкциях?

Он обеспечивает легкое армирование, устойчивость к коррозии, высокие механические свойства, термическую стабильность и хорошую совместимость со смолами.

3. Чем отличаются стекловолоконные маты мокрой и сухой укладки?

Маты мокрой укладки обеспечивают однородность и точность тонкого слоя, тогда как маты сухой укладки обеспечивают более высокую прочность, больший диапазон толщины и пригодность для непрерывного производства.

4. Как оценивается качество стекломата?

Качество оценивается по таким показателям, как прочность на разрыв, масса на единицу площади, отклонение толщины, химическая стойкость, термическая стабильность и однородность поверхности.

5. Какие системы связующих обычно используются в матах из стекловолокна?

Порошковые связующие, эмульсионные связующие и термопластичные связующие широко используются в зависимости от гибкости, стоимости, потребностей в обработке и экологических требований.