Что такое решетка из стекловолокна (FRP)?

По мере того как условия промышленной эксплуатации становятся все более требовательными — использование более агрессивных химикатов, ужесточение стандартов безопасности, увеличение срока службы оборудования — ограничения традиционных стальных решеток становится все труднее игнорировать. Коррозия, электропроводность и огромный вес стали создают постоянные издержки, которые накапливаются со временем. Решетка из стекловолокна Он был разработан именно для решения этих проблем.

Сегодня он применяется в химической промышленности, морской нефтегазовой отрасли, очистке сточных вод, энергетике, морском строительстве и пищевой промышленности — в любой области, где сочетание несущей способности конструкции и долговечности материала определяет долгосрочные эксплуатационные расходы.

Что такое решетка из стекловолокна (FRP)?

Решетка из стекловолокна — сокращение от Fiberglass Reinforced Plastic grating (решетка из стекловолокна, армированного пластиком), также известная в Великобритании и Австралии как GRP grating (Glass Reinforced Plastic) — это несущая композитная панель, изготавливаемая путем соединения непрерывных стекловолокон с термореактивной смолой. Материал формируется в виде сетки и используется в качестве несущих конструкций для полов, пешеходных дорожек, ступеней лестниц, крышек траншей, дренажных решеток и приподнятых платформ.

Исключительность материала обусловлена ​​его композитным подходом. Стекловолокно само по себе хрупкое и с ним трудно работать. Одна только смола не обладает достаточной прочностью на растяжение для конструкционных применений. Правильное сочетание этих двух компонентов — внедрение пучков волокон в отвержденную смоляную матрицу — позволяет получить панель, которая одновременно является легкой, жесткой, химически инертной, электронепроводящей и устойчивой к УФ-излучению и влаге.

Геометрия сетки панели не случайна. Она спроектирована таким образом, чтобы распределять нагрузку по пролету между опорными балками, обеспечивать дренаж, пропускать воздух и снижать ветровую нагрузку — та же самая конструктивная логика, которая делает эффективными стальные решетки, теперь в материале, не подверженном коррозии.

Как изготавливаются решетки из стекловолокна (FRP)

Все решетки из стекловолокна изготавливаются из двух одинаковых сырьевых материалов: стекловолоконного армирования и жидкой термореактивной смолы. Способ их сочетания определяет структурные характеристики готового изделия, его прочностные характеристики и область применения. Существует два основных производственных процесса.

Смола

Состав смолы определяет химическую стойкость, огнестойкость и долговременную стабильность. Полиэфирная смола Это наиболее экономичный вариант, хорошо зарекомендовавший себя в умеренно агрессивных средах. Винилэфирная смола Обладает значительно лучшей устойчивостью к сильным кислотам, щелочам, хлорированным растворителям и соленой воде — это стандартная спецификация для химических перерабатывающих предприятий и морских платформ. Фенольная смола Этот материал выбирается в тех случаях, когда требуется сертификация огнестойкости (например, сертификация IMO Marine), поскольку он обеспечивает минимальное распространение дыма и пламени при пожаре.

Армирование стекловолокном

Стекловолокно E-класса (боросиликатное стекло электротехнического качества) является стандартным армирующим волокном, используемым в промышленных решетках из армированного волокном полимера. Волокно обеспечивает прочность на растяжение и жесткость, недостижимые только за счет смоляной матрицы. Содержание стекловолокна — обычно 25–35% по весу в формованных панелях и выше в пултрузионных стержнях — напрямую контролирует несущую способность панели и ее прогиб под нагрузкой.

Решетка из формованного и пултрудированного стекловолокна

Данный метод производства позволяет получить два структурно различных типа продукции. Выбор между ними — одно из первых решений, которое должен принять проектировщик или инженер.

Формованная решетка из стекловолокна

Формованные панели изготавливаются путем укладки чередующихся направленных слоев непрерывного стекловолокна в открытую форму, насыщения слоев смолой и отверждения при контролируемой температуре. Поскольку волокна проходят в нескольких направлениях по всей толщине панели, готовое изделие имеет двунаправленная структурная прочность — Она равномерно распределяет нагрузку со всех сторон. Вырезы для прохода труб или доступа к оборудованию могут быть сделаны без необходимости дополнительной рамы вокруг отверстия, поскольку оставшиеся волокна продолжают обеспечивать прочность во всех направлениях. Формованная решетка также обладает самой высокой ударопрочностью и химической стойкостью среди всех типов панелей из стекловолокна.

Решетка из пултрудированного стекловолокна

Пултрузия — это непрерывный производственный процесс: стекловолоконные ровинги протягиваются через ванну со смолой, затем через нагретую матрицу, которая придает материалу форму и отверждает его, формируя несущие балки точного поперечного сечения — I-образные, Т-образные или прямоугольные. Затем эти несущие балки собираются в решетчатые панели с помощью поперечных балок и конструкционного клея или механического сцепления. Поскольку все волокна проходят в одном направлении вдоль длины балки, пултрузионные решетки обладают однонаправленная прочность — Она значительно жестче и может перекрывать большие расстояния между опорными балками, чем формованная решетка аналогичной глубины. Для пешеходных дорожек и надземных платформ с большими пролетами и высокими нагрузками стандартным вариантом являются системы, изготовленные методом пултрузии.

Основные свойства решеток из стекловолокна

Коррозионная стойкость

Затвердевшая смоляная матрица по своей природе инертна к широкому спектру промышленных химикатов, включая кислоты, щелочи, хлорированные соединения и соленую воду. Решетки из стекловолокна не ржавеют, не покрываются пятнами и не требуют защитных покрытий для сохранения структурной целостности во влажных или химически агрессивных средах. В коррозионных средах стальные решетки могут значительно деградировать за 2–5 лет без регулярного обслуживания. Панели из стекловолокна в тех же условиях обычно сохраняют свою структурную целостность в течение 20–25 лет.

Легкая конструкция

Приблизительно 1,8 г/см³, решетка из стекловолокна весит примерно на 75% меньше стали и примерно на треть меньше алюминия. Эта разница ощущается сразу же во время транспортировки и монтажа. Панели, для установки которых в стальные конструкции потребовались бы два человека и механическое оборудование, могут быть перемещены и установлены одним рабочим. На крупных проектах это приводит к ощутимому сокращению трудозатрат и исключению расходов на аренду тяжелой техники.

Электрическая непроводность

Как стекловолоконное армирование, так и отвержденная смола являются электрическими изоляторами. Решетчатые перекрытия из стекловолокна обычно используются для полов в помещениях электрораспределительных устройств, трансформаторных отсеках подстанций, аккумуляторных помещениях и вокруг высоковольтного технологического оборудования — в любом месте, где заземление через поверхность пола создает угрозу безопасности или производственный риск.

Встроенная противоскользящая поверхность

На той же стадии производства, что и сама панель, наносится шероховатая поверхность — обычно это кремнеземный заполнитель, прикрепленный к верхней поверхности панели в процессе отверждения. В результате получается текстурированная поверхность, обеспечивающая надежное сцепление во влажных, маслянистых и загрязненных условиях без какой-либо дополнительной обработки или поверхностной подготовки. Шероховатость является неотъемлемой частью панели, а не покрытием, которое может изнашиваться.

Низкие требования к техническому обслуживанию

Отсутствует график покраски, гальванизация и программа антикоррозионной обработки. Цвет является неотъемлемой частью состава смолы и не выцветает, не отслаивается и не шелушится. В большинстве случаев техническое обслуживание заключается в периодической промывке водой. Уже одно это свойство обеспечивает значительную экономию эксплуатационных расходов в течение 20-летнего срока службы актива по сравнению с окрашенной или гальванизированной сталью.

Возможность выполнения работ на месте

Решетки из стекловолокна можно нарезать по размеру на месте с помощью стандартной циркулярной пилы с твердосплавным или алмазным диском. Сварка, шлифовка, разрешения на проведение огневых работ или процедуры пожарного надзора не требуются. На действующих промышленных объектах — нефтеперерабатывающих заводах, морских платформах, химических заводах — возможность проведения полевых модификаций без создания источников возгорания имеет критически важное значение для эксплуатации и безопасности.

Решетка из стекловолокна против стальной решетки

Сталь остается доминирующим материалом для решеток в мире. Она прочна, широко доступна и имеет более низкую первоначальную стоимость, чем стекловолокно. Однако прямое сравнение стоимости материалов не отражает полной картины. Соответствующим сравнением является общая стоимость владения на протяжении всего срока службы установки.

Переход от стали к стекловолокну к более легким панелям обычно происходит в течение нескольких лет в агрессивных или влажных средах. Затраты на монтажные работы также снижаются до 30% при переходе от стали к стекловолокну, поскольку более легкие панели могут быть установлены и разрезаны одним рабочим без подъемного оборудования или разрешений на проведение огневых работ.

Где используются решетки из стекловолокна

Наибольшую операционную ценность решетки из стекловолокна получили в отраслях, где ее применение обеспечивается коррозионной стойкостью, электроизоляцией и низкими затратами на техническое обслуживание в течение всего срока службы.

Химическая и нефтехимическая переработка

Пешеходные дорожки, платформы для оборудования, основания насосов и ступени лестниц на предприятиях, работающих с кислотами, щелочами и растворителями, представляют собой классическое применение стекловолокна. Разбрызгивание химических веществ, коррозионные пары и постоянное воздействие влаги делают окрашенную сталь проблемной в плане технического обслуживания уже через несколько лет эксплуатации.

Очистка сточных вод и водоподготовка

Постоянная влажность, дозирование хлора и воздействие биологических соединений делают стальные решетки часто заменяемым элементом на очистных сооружениях. Решетки из стекловолокна (FRP) — как правило, из винилэфирной смолы — в настоящее время используются в качестве стандартного напольного покрытия в большинстве новых проектов водопроводной и канализационной инфраструктуры.

Морская и шельфовая добыча

Погружение в соленую воду и воздействие соленых брызг относятся к числу наиболее агрессивных сред, с которыми сталкивается сталь. Решетки из стекловолокна стандартно используются на морских нефтегазовых платформах, морских пешеходных дорожках, палубах судов, причалах, лодочных пандусах и вокруг бассейнов — везде, где регулярно бывает влажно и подвергается воздействию соли.

Электрогенерация и электротехнические сооружения

Непроводящая способность является определяющим критерием спецификации. Стекловолокнистый композит (FRP) является предпочтительным материалом для напольных покрытий в помещениях распределительных устройств подстанций, трансформаторных отсеках, аккумуляторных помещениях и платформах, прилегающих к высоковольтному оборудованию, где необходимо исключить случайное заземление через конструкцию пола.

Переработка пищевых продуктов и напитков

Поверхность из смолы гладкая, непористая, устойчива к прилипанию бактерий и совместима с процедурами мойки с использованием коммерческих дезинфицирующих средств. Решетка из стекловолокна соответствует требованиям гигиены и химической стойкости, предъявляемым к производственным помещениям, предназначенным для пищевой промышленности.

Когда решетка из стекловолокна — не лучший выбор

Точность в описании ограничений так же важна, как и перечисление преимуществ. В некоторых случаях решетка из стекловолокна не является подходящим вариантом.

Экстремальные механические нагрузки. При движении погрузчиков, тяжелых транспортных средств или при сосредоточенных точечных нагрузках, превышающих расчетную несущую способность композитных панелей, стальная решетка, благодаря своей более высокой абсолютной несущей способности, является оптимальным выбором. Решетка из стекловолокна, полученная методом пултрузии, выдерживает впечатляющие нагрузки при использовании пешеходами и легким оборудованием, но не может конкурировать с высокопрочной сталью в конструкциях, доступных для транспортных средств.

Высокотемпературные среды. Большинство коммерческих полимерных смол для армирования стекловолокном начинают размягчаться при температуре выше примерно 120–150 °C (в зависимости от марки смолы и используемых огнезащитных добавок). В литейных цехах, печах и местах с прямым воздействием пламени или лучистого тепла требуются сталь или специализированные высокотемпературные композиты.

Краткосрочные проекты в некоррозионных средах. Если конструкция будет эксплуатироваться всего несколько лет в сухой, некоррозионной среде, более низкая первоначальная стоимость стальных решеток может оказаться более выгодной с точки зрения общей стоимости владения, чем успеет накопиться экономия за счет использования стекловолокнистых композитных материалов на протяжении всего жизненного цикла.