Section 1 Metric The Basics SEKCJA 1 PODSTAWY. Copyright 2010 Strongwell Corporation All Rights Reserved. Rev

Transkrypt

1 SEKCJA 1 PODSTAWY Rev

2 THE BASICS CZYM SĄ POLIMERY WZMACNIANE WŁÓKNEM SZKLANYM? Section 1 Metric Polimery wzmacniane włóknem szklanym (eng. FRP) potocznie nazywane potocznie włóknem szklanym (zawierające włókna szklane). Jest to stwierdzenie wyjęte z kontekstu, jako, że włókno szklane, to materiał kompozytowy składający się z włókien szklanych oraz formy żywicowej. Wytrzymałość owego kompozytu zależna jest od takich parametrów jak procentowa zawartość włókna szklanego, ich rozmieszczenie, orientacja itp. Żywica łączy ze sobą wzmacniające włókna szklane, razem tworząc sztywny element. Typ użytej żywicy określa stopień odporności na korozje otrzymanego element, jego odporność na palność, temperatury działania oraz ma wpływ na parametry mechaniczne elementu, takie jak wytrzymałość na rozciąganie, zmęczeniowa itp. CZYM JEST PULTRUZJA? Pultruzja jest przemysłowym procesem produkcji ciągłych długości materiałów kompozytowych z włóknem szklanym. Surowce wykorzystane w procesie, to płynna mieszanka żywicowa (zawierająca wypełniacze, żywicę I dodatki specjalne) oraz włókna szklane. Proces polega na przeciąganiu tych surowców (w przeciwieństwie do wypychania przy wytłaczaniu) przez ogrzaną formę przy użyciu specjalnego mechanizmu ciągnącego. Materiały wzmacniające są podawane w ciągłej formie takiej jak włókna czy mata. Materiały te są zanurzane w mieszance żywicowej w impregnatorze i przeciągane przez nagrzana matrycę przez co materiał ulega utwardzeniu podczas nabierania w formie odpowiedniego kształtu. O ile maszyny pultrudujące mogą różnic się od siebie wymiarami i typem mechanizmu pociągowego, generalna zasada działania pokazana została poniżej. MATA PROWADNICA MATERIAŁ POWLEKAJĄCY BLOKI POCIĄGOWE PULL BLOCKS PREFORMER PREFORMER PIŁA WŁÓKNA ROVING CREELS IMPREGNATOR ŻYWICOWY FORMING MATRYCA AND FORMUJĄC CURING DIE MATERIAŁ SURFACING MATERIAL POWLEKAJĄCY NAPĘD POCIĄGOWEY CIĄGŁA PULTRUZJA Podajniki nieustannie zaopatrują maszynę w materiał wzmacniający przez prowadnice. Wzmocnienia muszą być umiejscowione w sposób bardzo dokładny w materiale, co jest regulowane przez prowadnice. Impregnator żywicowy nasyca materiał wzmacniający w mieszance żywicy, wypełniaczy, pigment, katalizatorów i innych dodatków. Wnętrze impregnatora jest tak zaprojektowane by proces nasycania był optymalny. Po opuszczeniu impregnatora, materiał wzmacniający zostaje umiejscowiony wstępnie do miejsca docelowego w sekcji zwanej preformerem. Preforma to zestaw narzędzi, które wyciska nadmiar żywicy w miarę jak materiał porusza się do przodu, jednocześnie delikatnie nadając kształt przechodząc przez matrycę. W matrycy na skutek reakcji termicznej aktywowanej przez ciepło kompozyt jest utwardzany. Rev

3 Po opuszczeniu matrycy, powstały pręt jest przeciągany przez piłę I cięty na odpowiednie fragment. Jest konieczne jednak wstępne ochłodzenie materiału przed jego schwyceniem po opuszczeniu matrycy, aby uniknąć pęknięć i deformacji elementu. Strongwell używa dwóch systemów pociągowych, rotacyjnego, oraz pociągowego poprzedzającego. W niektórych przypadkach konieczne jest użycie specjalnego generator falowego by wstępnie podgrzać materiał kompozytowy przed wprowadzeniem do matrycy. Kiedy generator jest używany, jest on ulokowany pomiędzy impregnatorem a performerem. Rev

4 PYTANIA CZĘSTO ZADAWANE PRZEZ KLIENTÓW CZYM JEST EXTREN? EXTREN To pultrudowany materiał kompozytowy składający się z włókien szklanych, maty szklanej, syntetycznej powłoki powierzchniowej oraz system żywic. Trzy serie materiału EXTREN są do siebie podobne jeżeli chodzi o materiał wzmacniający, różnią się natomiast systemem żywic. S-500 Izoftalowa żywica poliestrowa Brak dodatków uodparniających na palność, dodany inhibitor UV, kolor standardowy oliwkowy. S-525 Izoftalowa żywica poliestrowa Zawiera dodatki poprawiające odporność na palność, zawiera inhibitor UV, standardowy kolor szary S-625 Winylowo Estrowa żywica Premium Odporna na palność, zawiera inhibitor UV, standardowy kolor - beżowy Powierzchniowy płaszcz ochronny poprawia odporność na działanie warunków atmosferycznych oraz dodatkowo uodparnia materiał na korozję. JAK OPISAC PROCES PULTRUZJI? Jest to proces w którym materiał wzmacniający ułożony jest na końcu maszyny zwanej pultruderem a następnie przeciągane są przez kapie żywicową a następnie przez nagrzaną matryce formującą. Umiejscowienie włókien jest kontrolowane przez system kierujący który zapewnia stała pozycje włókien w materiał. Pultruzja jest procesem ciągłym. O długości decyduje klient I jego potrzeby I możliwości transport. Długości normalnie składowane to 6.096m. Przekroje muszą mieć stały przekrój na całej długości by były brane pod uwagę do produkcji. (Po bardziej szczegółowe informacje odsyłamy do sekcji pierwszej dotyczącej materiału EXTREN ) W JAKI SPOSÓB UZYSKUJE SIĘ KOLOR? Kolor materiałów pultrudowanych jest rezultatem dodania pigmentu dodanego do mieszanki żywicowej. Jest to jednoznaczne z tym iż kolor nadawany jest całemu materiałowi a nie tylko jego powierzchni. Pigment może zostać dobrany do wymogów klienta. Koszt zostanie zwiększony, jeżeli gama standardowych kolorów nie zawiera zadanej barwy. Rev

5 Im bardziej wygórowane są wymagania od nośnie żądanego koloru tym cena jest automatycznie wyższa niż w przypadku kolorów ogólnie oferowanych. Dokładne dopasowanie barwy może nie być możliwe, jako, że proces łączenia surowców potrafi w delikatny sposób zmieniać kolor (przyciemniać, rozjaśniać). Duże przybliżenie żądanej barwy można osiągnąć przez regulacje parametrów procesu I odpowiedni dobór pigmentów. Należy pamiętać iż z racji złożoności procesu możliwe są zmiany odcienia wybranego koloru, który może różnić się z serii na serie z produktu na produkt, nie mniej jednak jest możliwe ograniczanie tego procesu w pewnych granicach. JAKA JEST RÓŻNICA POMIĘDZY ŻYWICAMI TERMOPLASTYCZNYMI I TERMOUTWARDZALNYMI? TERMOPLASTYCZNE Żywice termoplastyczne maja zdefiniowany punkt topnienia po wcześniejszym ochłodzeniu, co oznacza, że mogą zostać ponownie ogrzane a ich kształt ponownie zmieniony, aczkolwiek materiały z żywić termoplastycznych mają tendencje do pełzania w średnich temperaturach. TERMOUTWARDZALNE Żywice nie posiadające definitywnego punktu topnienia, przez co nie mogą zostać ponownie nagrzane I przekształtowane. Żywice te po przetworzeniu przez wiązania międzycząsteczkowe przybierają na stałe kształt matrycy po ochłodzeniu. Po przekroczeniu pewnych temperatur granicznych właściwości materiałów EXTREN, ulegają pogorszeniu (maksymalne temperatury graniczne dla poszczególnych serii to 65 o dla serii 500 i 525 oraz 93 o dla serii 625). Poddane ekstremalnym temperaturom materiały mogą tracić swoje wyjściowe parametry. CZY DOSTĘPNE SĄ SYSTEMY ŻYWIC FENOLOWYCH? Fenolowe systemy żywic są obecnie dostępne dla materiałów typu EXTREN. Żywice z formaldehydów fenolowych są najstarszym typem tworzyw sztucznych, aczkolwiek są stosunkowo nowe w technologii kompozytowej I pultruzji. Kompozyty fenolowe są dobrym rozwiązaniem w sytuacjach gdy potrzebna jest zwiększona odporność na ogień i ograniczenie wydzielania substancji szkodliwych spalania. Kształtowniki fenolowe mogą być też dodatkowo wzmacniane włóknami węglowymi, aczkolwiek wiąże się to z analogicznym wzrostem kosztów. Możliwości barwienia i estetyka są minimalnie obniżone w stosunku do tradycyjnych mieszanek. JAKIE INNE MATERIAŁY WZMACNIAJACE SĄ DOSTĘPNE? WŁÓKNA WĘGLOWE (GRAFIT) Włókna węglowe wykorzystuje się, by zwiększyć moduł sprężystości (sztywność) kompozytu. Jednocześnie, czyni to materiał przewodzącym. Strongwell regularnie produkuje kompozyty z włóknem węglowym w żywicy zarówno poliestrowej jak I winyl estrowej Włókna węglowe potrafią być od 10 do 100 razy droższe od szklanych, w zależności od typu. Rev

6 WŁÓKNA POLIESTROWE Niski moduł sprężystości włókien syntetycznych to elastyczny materiał kompozytowy. Przydatny w rozwiązaniach nie wymagających sztywności czy zwiększonej wytrzymałości. KEVLAR Włókna aramidowe oferują wysoką wytrzymałość, która jest w stanie chronić przed pociskami. Te wzmocnienia zostały skutecznie wykorzystane w produktach Strongwell, aczkolwiek są ciężko obrabialne i nadzwyczaj drogie. CO JEŻELI KLIENT POTRZEBUJE WYŻSZYCH PARAMETRÓW NIŻ OFEROWANE? Dostępne są zmiany w kwestii właściwości mechanicznych I fizycznych za pośrednictwem zmiany składu kompozytu. Zmiana materiału wzmacniającego może zaowocować wyższymi bądź niższymi parametrami. Zmiana żywicy może również wpływać na wytrzymałość I podatność elementów bądź produktów (żywice winyloestrowe posiadają wyższe parametry gięcia). Dodatki d o żywi c p o t r a f i ą r ó wnież wpływać na param e t r y ele m e n t ó w. JAK PREZENTUJE SIĘ EXTREN W POROWNANIU Z TRADYCYJNYMI MATERIALAMI? W przypadku gdy EXTREN brany jest pod uwagę jako alternatywa dla materiałów tradycyjnych, najistotniejszymi cechami stają się: niska waga, odporność na korozje, nie przewodność elektryczna I termiczna. Porównując EXTREN z drewnem konstrukcyjnym, aluminium czy stalą, należy być ostrożnym przy generalizowaniu. Projekty z poszczególnych materiałów posiadają bowiem swoje unikalne i charakterystyczne cechy oraz zbiory parametrów. Mając to na uwadze, można wystosować poniższe wnioski. Kształtowniki EXTREN musiałyby być trzykrotnie grubsze niż stal aby zapewnić te same parametry wytrzymałości wzdłużnej oraz sztywności które posiadają elementy stalowe. Te same kształtowniki w porównaniu do aluminium wymagałyby zwiększonego przekroju do maksymalnie 1,5 przekroju aluminium. EXTREN jest wytrzymalszy I sztywniejszy niż drewno konstrukcyjne EXTREN waży 80% mniej niż stal. Rev

7 JAK PREZENTUJE SIE CENA EXTRENU W STOSUNKU DO STALI Ogólnie, cena materiałów EXTREN to od 2 do 3 razy ceny stali. Aczkolwiek EXTREN oferuje szereg charakterystycznych właściwości pozytywnych, takich jak: Odporność na korozję Nie przewodzi prądu ani ciepła Lekkość 80% lżejszy niż stal Wysoka wytrzymałość Stabilność wymiarowa Niskie koszty utrzymania Szeroki zakres kolorów Cena produktów EXTREN jest średnio o połowę niższa niż cena stali nierdzewnej. NA CO NALEZY ZWRÓCIĆ UWAGĘ STOSUJĄC EXTREN W ELEKTRYCE? Materiał nie przewodzi prądu, dzięki czemu może konkurować na rynku elektrycznym. Mieszanka żywicowa oraz włókno szklane zapewniają odporność elektryczna taka jaka przewiduje nasza literatura. Istnieje jednak kwestia absorbcji wody przy niezabezpieczonych końcach, która może spowodować miejsca podatne na awarię. Zaleca się wiec, aby wszystkie miejsca cięcia oraz wiercenia były następnie zabezpieczane. JAKIE DANE NALEŻY WZIĄĆ PODD UWAGĘ W PRZYPADKU ŚRODOWISK KOROZYJNYCH Mówiąc o korozji należy skupić się na typie chemikaliów oraz ich stężeniu w miejscach styku z elementami, obciążenie oraz temperaturę pracy. Przewodnik korozyjny Strongwella jest w stanie odpowiedzieć na większość pytań w tym zakresie. W sytuacji gdy dane środowisko nie znajduje się w przewodniku, należy się skontaktować z nami. Wówczas zadymy serię pytań która umożliwi dopasowanie elementów do danych warunków pracy. JAK DŁUGO EXTREN JEST W STANIE WYTRZYMAĆ BEZ ZABEZPIECZEŃ DODATKOWYCH Ciężko jest zdefiniować jednoznaczna odpowiedź, jako ze różne regiony charakteryzują różne warunki atmosferyczne. Rev

8 Wszystkie elementy EXTREN posiadają syntetyczna powłokę ochronną, co zapobiega tzw. Kwitnięciu włókien, czyli ich przebici przez strukturę żywicową. U W A G A : Pręty I belki to element zawierający tylko włókna I posiadające inne właściwości niż EXTREN. Elementy te nie posiadają płaszcza ochronnego. Ekspozycja elementów na promienie ultrafioletowe może wywołać z czasem blaknięcie koloru. Nie jest to jednak związane z utratą przez element własności mechanicznych. Zaleca się, aby wszystkie element które będą narażone na długotrwała ekspozycje na promienie słoneczne zostały pokryte dodatkowa warstwą poliuretanową lub farba epoksydową. JAKIE AGENCJE ZATWIERDZIŁY MATERIAŁY EXTREN? Uzyskaliśmy akceptację USDA (USA) oraz PZH (Polska) przy zastosowaniu elementów w styczności z żywnością oraz woda bez jednoczesnego ubytku we właściwościach mechanicznych. Nie ubiegaliśmy się o aprobaty gotowych wyrobów przez FDA a tylko o aprobatę dla poszczególnych elementów, co umożliwia w niektórych przypadkach dostosowanie gotowego wyrobu do surowych wymagań stawianych przez klientów oraz przepisy. EXTREN Serii 500 spełnił również wymagania NSF oraz PZH do stosowania w zbiornikach z woda pitną. W przypadku NSF (Ntional Sanitation Foundation) materiałowi dopuszcza się kontakt z wodą w stosunku 250 in 2 /l co umożliwia stosowanie tej serii w przenośnych konstrukcjach dostarczających wodę pitną. EXTREN posiada aprobatę techniczną Instytutu Techniki Budowlanej w Warszawie. Rev

9 JAKIE SPECYFIKACJE MILITARNE ODNOSZĄ SIE DO PRODUKTÓW EXTREN? Nie ma jednoznacznej specyfikacji wojskowej odnoszącej się tylko do włókien szklanych i żywic oraz produktów pultrudowanych. Aczkolwiek istnieje kilka specyfikacji do których EXTREN może się odnieść. MIL R 7575 Żywice serii 500 oraz 525 mogą odnosić się do tej specyfikacji jako że dotyczy ona żywic poliestrowych. MIL P Specyfikacja ta odnosi się do mat rur wzmacnianych matą szklaną. Pewne wymogi tej specyfikacji mogą zostać spełnione przez nasze produkty i zostały one zastosowane w kilku portach wojskowych. Należy jednak pamiętać że te elementy zostały wykonane na specjalne życzenie klienta. NAVSEA Dwg , Rev. C - Specyfikacja dotycząca specjalnie wzmacnianych rur ze zwiększonymi właściwościami poprzecznymi I wyższym modułem sprężystości niż tradycyjny EXTREN. Spełnienie wymogów dla wymiarów 38.1 mm, mm, 50.8 mm and 63.5 mm o grubości ścianki 6.35 mm. Po więcej informacji prosimy o kontakt z działem obsługi klienta. MIL P 17549C, GRADE 3 Specyfikacja dotycząca paneli płaskich, której EXTREN nie spełnia w całości. EXTREN spełnia wymagania zamieszczone w Tabeli 1 dla parametrów wzdłużnych aczkolwiek nie dla poprzecznych, dlatego tez nie zostały oficjalnie za certyfikowane. GDZIE NAJCZĘŚCIEJ STOSUJE SIĘ EXTREN? Platformy, schody, przejścia w środowiskach z obecnością chemikaliów Oczyszczalnie ścieków I stacje uzdatniania wody Jako materiał strukturalnych w halach produkcyjnych I magazynowych chemikaliów Zakłady przetwórstwa odpadów Elementy strukturalne budynków z funkcjami telekomunikacyjno/radiowymi Szklarnie I środowiska o wysokiej wilgotności Fabryki komputerowe Wielopoziomowe budki reklamowe Przełączniki elektryczne Wieże chłodnicze elektrowni Platformy morskie jako element strukturalne Elementy infrastruktury portów lotniczych Elementy strukturalne w środowiskach bliskich słonej wody Konstrukcje pracującej w otoczeniu wody, zarówno słodkiej jak słonej Elementy szynobusów i tramwajów Rev

10 JAK OBRABIANY JEST EXTREN? Obróbka elementów typu EXTREN przypomina obróbkę drewna. Standardowe piły czy wiertła mogą zostać użyte. Zaleca się stosowanie pił, wierteł I szlifierek z ostrzami z węglików spiekanych lub diamentowych. Łączenia można dokonywać przy pomocy łączników lub klamr za pomocą śrub ze stali nierdzewnej bądź elementów typu FIBREBOLT. Połączenie tych mocowań z klejami strukturalnymi zapewni optymalne połączenie. Możliwe jest zastosowanie samych łączników jeżeli będzie potrzebny późniejszy demontaż. Po więcej informacji zapraszamy do rozdziału poświęconego obróbce i naprawie elementów. DLACZEGO EXTREN A NIE INNE KSZTAŁTOWNIKI? Strongwell I jego dystrybutorzy konkurują na rynku z licznymi firmami wytwarzającymi swoje kształtowniki. Niektóre z tych firm próbuje wykorzystywać markę EXTREN używając podobnych oznaczeń liczbowych. Kluczowymi zaletami na których należy się skupić są: JAKOŚĆ Strongwell jest szeroko znaną z doskonałej jakości firmą. Firma gwarantuje najwyższą jakość, która jest zapewniona przez statystyczny program kontroli jakości który odnosi się do całego asortymentu elementów. Dodatkowo dla każdego nowego produktu przeprowadzane są dodatkowe testy palności oraz w właściwości mechanicznych. OBSŁUGA Strongwell zapewnia doskonała obsługę. Zapewniają ją trzy zakłady produkcyjne oraz magazyny przechowujące materiały o wartości ponad $, z których dostawa może zostać zorganizowana w czasie od 24 do 48 godzin. Rev

11 ROZMIARY I DOSTĘPNOŚĆ EXTREN jest obecnie dostępny w ponad 150 standardowych rozmiarach I kształtach, z czego wiele dostępnych jest na stanie magazynowym I możliwe do wysłania od ręki. Strongwell oferuje nadzwyczaj szeroki asortyment elementów w dużym rozmiarze. Jednocześnie, Strongwell ciągle poszerza swoja ofertę profile serii EXTREN by nadążać za potrzebami rynku.. WYTWARZANIE ELEMENTÓW Strongwell jest znany na całym świecie jako lider rynku pultruzji, znany z tego że ciągle szuka nowych rozwiązań oraz inwestycji I ulepszeń. Wszystkie ulepszenia są natychmiast przekładane na jakość produktów EXTREN. EXTREN DESIGN MANUAL Strongwell oferuje ciągle aktualizowany oraz ulepszany poszerzany podręcznik projektanta Design Manual do zastosowania elementów EXTREN. Design Manual, jest szeroko rozpoznawalny oraz traktowany jako podstawa do konstruowania z użyciem elementów pultrudowanych z włókna szklanego. Podręcznik został opracowany przez grono doświadczonych inżynierów oraz na podstawie długoletnich badan I obserwacji. Należy pamiętać, iż Design Manual powinien być stosowany tylko w odniesieniu do elementów EXTREN. SŁOWNIK POSPOLITE OKREŚLENIA W PRZEMYŚLE KOMPOZYTOWYM STRUP Zaokrąglone wzniesienie na powierzchni politurowanej o mniej lub bardziej wyrazistych granicach. ŁUK Stan określający zakrzywienie wzdłużne element pultrudowanego. PĘKNIĘCIE Widoczne rozdzielenie w materiał, które wychodzi z wnętrza materiału powodując widoczne pęknięcie na powierzchni. PĘKNIĘCIA WŁOSOWATE Liczne pęknięcia na powierzchni pultrudowanej, które przekraczają ¼ na długości I nie wchodzą w głąb materiału. PĘKNIECIE ŻYWICOWE Liczne pęknięcia I rozwarstwienia na powierzchni pultrudowanej nie wchodzące w głąb materiału. Rev

12 DELAMINACJA Rozdzielenie jednej lub więcej warstw element wzmacniającego wewnątrz konstrukcji pultrudowanej. WZGÓRZE WŁÓKNOWE Widzialne I mierzalne wybrzuszenie materiału wzmacniającego nap o wierzchni pultrudowanej. KWITNIĘCIE WŁÓKIEN Zjawisko powstające na powierzchni elementów pultrudowanych na skutek łamania włókien i ich przebijania się na powierzchnie element pultrudowanego. Jest to zwykle wynikiem działania promieni słonecznych przez długi okres czasu użytkowania FRP - Fiberglass Reinforced Plastic (Tworzywo Wzmacniane Włóknem szklanym) DOLIUNY Pojawienie się długich wąskich wgłębień widocznych na powierzchni.. INKLUZJA Pojawienie się w masie pultrudowanej ciał obcych różnego typu. NIEWYSTARCZAJĄCE FORMOWANIE Zjawisko w pultruzji powodowane przez zły dobór parametrów produkcji. POROWATOŚĆ Obecność w materiał niewielkich wgłębień pod lub na powierzchni materiału. ŻYWICA Polimer, zazwyczaj rozpuszczony w sterynie, stosowany jako materiał wiążący. Rev