Tubos de fibra de vidro: vantagens, tecnologia de produção, padrões. Tubos de fibra de vidro: tecnologias de produção Tipos de tubos dependendo do tipo de resina

É hora de produzir tubos de fibra de vidro

Métodos para produção de tubos de fibra de vidro

Os tubos de fibra de vidro são produzidos das seguintes formas:

· tubos fabricados por moldagem centrífuga;

· tubos fabricados por enrolamento contínuo;

· tubos fabricados pelo método de enrolamento periódico.

O método menos comum no mundo é a corda periódica, adotada pelas empresas da indústria de defesa. Este método é pouco utilizado no mundo e é utilizado principalmente para produzir tubos de fibra de vidro com ligante epóxi.

Método de enrolamento contínuo

A maioria dos tubos de fibra de vidro no mundo são feitos enrolando continuamente fibra de vidro com um aglutinante (como poliéster ou resina epóxi) em um mandril. Após o enrolamento, o tubo é curado, retirado do mandril, testado e enviado ao cliente.

O tubo é fabricado usando um mandril “ambulante” e um processo de resfriamento gradual. Os setores do mandril que se movem no sentido longitudinal movimentam o tubo enrolado através de fornos, nos quais ele é pré-aquecido, o tubo sai do mandril e é finalmente curado nos fornos subsequentes. Cortar o tubo com uma roda abrasiva de “diamante” no comprimento necessário.

O processo tecnológico de fabricação de tubos e produtos moldados em fibra de vidro consiste na aplicação camada por camada (sobre mandril de aço) de materiais de vidro impregnados com resina de cura “a frio”. O tipo de resina é selecionado de acordo com as propriedades do meio transportado pela tubulação. O esquema de reforço é determinado como resultado de cálculos realizados de acordo com as normas internacionais ASTM/AWWA com base nas condições especificadas de instalação e operação da tubulação.

Após a polimerização, uma estrutura monolítica, inerte e de alta resistência é formada com uma parede com a seguinte estrutura:

1. Forro de fibra de vidro (termofurecível reforçado) (parede interna).

Fornece estanqueidade e resistência a meios agressivos e/ou abrasivos transportados pela tubulação. A rugosidade absoluta da parede interna é de 23 mícrons.

2. Camada de fibra de vidro de resistência

Fornece resistência mecânica sob a ação combinada de cargas internas e externas durante a operação da tubulação.

3. Camada externa (gel coat).

Fornece uma superfície externa lisa e resistência à umidade, condições climáticas, raios ultravioleta e produtos químicos.

Os complexos para a produção de tubos de fibra de vidro, recipientes e outros corpos rotativos utilizando tecnologia de enrolamento consistem nos seguintes tipos principais de equipamentos:

  • seção de alimentação itinerante de vidro,
  • instalação para preparação do ligante: mistura de resina de poliéster - catalisador ou outro tipo de ligante,
  • um banho de ligante - resina de poliéster catalisada ou outro tipo de resina, por onde passam e são umedecidos os fios da mecha,
  • seção de enrolamento com eixos de rotação, cujo tamanho determina o diâmetro do produto final de fibra de vidro,
  • controles do equipamento de enrolamento.

Vantagens de usar tubos fabricados com tecnologia de enrolamento contínuo:

  • alta resistência específica;
  • baixo peso: até 4 vezes mais leve que tubos de aço;
  • alta resistência à corrosão;
  • alta confiabilidade e durabilidade;
  • custos mínimos de instalação e manutenção, alta facilidade de manutenção;
  • baixa resistência hidráulica, sem “crescimento excessivo” do diâmetro interno;
  • pureza ecológica dos produtos transportados. Existe certificado higiênico;
  • longa vida útil dos tubos: dependendo das condições específicas - de 20 a 60 anos sem reparos.

Método de moldagem centrífuga

Outro método de produção de tubos de fibra de vidro é a moldagem centrífuga, tecnologia proposta por Hobas. O processo de produção destes tubos ocorre da superfície externa para a interna, por meio de um molde rotativo. O tubo é feito de fios de fibra de vidro picados (mechas), resina de poliéster e areia.

O método de moldagem centrífuga produz tubos de fibra de vidro a partir de resinas de poliéster reforçadas com fibra de vidro picadas e enchimento ativo, alimentando matérias-primas através de uma matriz rotativa, resultando na formação de uma estrutura de tubo a partir da camada externa. Durante o processo de fabricação, materiais sólidos, fibra de vidro e carga são adicionados à resina líquida. O processo de polimerização da resina ocorre sob a influência de um catalisador e é ainda mais acelerado pelo aquecimento. Graças às ligações químicas espaciais tridimensionais, o processo de polimerização da resina é irreversível. Assim, o plástico reforçado com fibra de vidro (GRP) é um material resistente ao calor que mantém a estabilidade espacial em temperaturas ambientes elevadas.

Tubos de fibra de vidro feitos por moldagem centrífuga são utilizados para os seguintes fins:

  • equipamento de esgoto;
  • drenagem;
  • colocação de condutas para distribuição de água potável;
  • tubulações para irrigação e irrigação;
  • equipamentos para usinas hidrelétricas;
  • instalação de sistemas de aquecimento e refrigeração;
  • colocação de dutos industriais.

Os seguintes métodos são usados ​​para colocar tubos de fibra de vidro:

  • colocação aberta.
  • instalação acima do solo.
  • método de arrastar- relinchando.
  • método de equipamento de microtúnel- punção

Como é a produção de tubos de fibra de vidro? Como deveriam ser os tubos de fibra de vidro de acordo com o GOST? Quão atraentes são as suas características em comparação com soluções alternativas? Vamos tentar responder a essas perguntas.

O que é isso

O que é fibra de vidro? O nome, em geral, dá uma ideia abrangente da composição do material: o ligante (resina epóxi ou poliéster) é reforçado com fibra de vidro. O reforço proporciona resistência a cargas de tração e flexão; o ligante garante resistência às cargas de impacto.

Atenção: as resinas utilizadas são termofixas típicas.
Ao endurecer, ocorrem neles alterações químicas irreversíveis; Nesse caso, ao contrário dos termoplásticos, a soldagem por contato dos produtos é impossível.
Para conexões com parafusos, roscas, etc.

História

A tecnologia de produção teve origem na década de cinquenta do século passado, quando teve início a produção industrial de resinas epóxi. Como qualquer nova tecnologia, numa fase inicial esta não era particularmente popular: a falta de experiência na utilização de fibra de vidro foi complementada pelo baixo preço dos materiais tradicionais (aço, cobre e alumínio).

Por volta de meados da década de 60, porém, o quadro começou a mudar.

O que aconteceu?

  • Os preços do aço e dos metais não ferrosos aumentaram.
  • Começou o desenvolvimento comercial de campos offshore de petróleo e gás. Os tubos de fibra de vidro (bomba e compressor) diferiam favoravelmente dos tubos de metal pelo peso leve e, mais importante, pela resistência à corrosão: o contato com água salgada não lhes causava nenhum dano, ao contrário dos produtos concorrentes.
  • Por fim, a própria tecnologia de produção de fibra de vidro também não parou: ficou mais barata e resistente.

O resultado não demorou a chegar: no final da década de 60, a empresa americana Ameron entrou no mercado norte-americano e depois no mercado do Médio Oriente com os seus tubos de fibra de vidro de alta pressão. Na década de 80, os fabricantes europeus e, um pouco mais tarde, os fabricantes soviéticos (mais tarde russos) recuperaram o atraso.

Vantagens

Por que a fibra de vidro ganhou popularidade?

A lista de suas vantagens não é muito longa, mas parece muito convincente.

  1. Custo muito razoável em comparação com aços de alta liga e inoxidáveis.
  2. Resistência à corrosão e ambientes agressivos.

Útil: se for necessário transportar líquidos particularmente agressivos, os elementos da tubulação são revestidos com polietileno de alta pressão.

  1. Peso leve. A resistência específica da fibra de vidro (resistência dividida pela densidade) é 3,5 vezes maior que a do aço; Assim, estruturas igualmente fortes feitas com esses materiais diferirão várias vezes em peso.

  1. A capacidade de obter um material com propriedades mecânicas específicas graças a um esquema de reforço específico. Por exemplo, a fibra de vidro enrolada em espiral oferece a maior resistência à pressão interna.

Produção

Como é a produção de tubos de fibra de vidro?

Até o momento, podem ser distinguidas quatro tecnologias principais para sua produção.

Nome Descrição
Extrusão A resina é misturada com um endurecedor e fibra de vidro picada e depois prensada através de um orifício anular com uma extrusora. A produção é barata e tecnologicamente avançada, mas a falta de uma estrutura de reforço regular afeta a resistência final dos produtos.
Pultrusão O tubo é formado entre os mandris interno e externo. Ambas as superfícies são perfeitas; no entanto, uma série de limitações tecnológicas não permitem a produção de tubos de grandes diâmetros e altas pressões de operação desta forma.
Moldagem centrífuga O reforço é uma manga de fibra de vidro pronta, que é pressionada contra a superfície do molde rotativo por forças centrífugas. Eles também contribuem para a distribuição uniforme da resina nas futuras paredes. A principal vantagem da tecnologia é a capacidade de obter uma superfície externa lisa; A principal desvantagem é o consumo de energia e, consequentemente, o alto custo.
Enrolamento A fibra de vidro impregnada com um ligante (fio, fita ou tecido) é enrolada em um mandril cilíndrico. Os equipamentos para produção de tubos de fibra de vidro pelo método de enrolamento são os mais comuns devido à sua relativa simplicidade e alta produtividade.

O último método de produção possui várias subespécies, por assim dizer. Vamos conhecê-los.

Enrolamento de anel espiral

O empilhador - um anel com diversos mecanismos para alimentação do fio impregnado - faz movimentos alternativos ao longo de um mandril giratório. A cada passagem, uma camada de fibras é colocada em passo constante; O padrão de assentamento do anel, como lembramos, permite atingir a máxima resistência à tração do tubo.

É interessante: o pré-tensionamento da rosca também tem um efeito benéfico na resistência final do produto, evitando o aparecimento de fissuras sob cargas de flexão.

O método de enrolamento em anel espiral é usado para produzir tubos de bombas e compressores projetados para altas pressões operacionais, elementos estruturais de suporte de carga (incluindo suportes compostos de linhas de energia) e até... carcaças de motores de foguete.

Enrolamento de fita espiral

A única diferença com o método anterior é que em uma passagem o empilhador forma uma fita estreita de uma dúzia ou duas fibras. Consequentemente, são necessárias muito mais passagens para formar uma armadura contínua; O reforço em si é um pouco menos denso. A principal vantagem do método é um equipamento muito mais simples e, consequentemente, mais barato.

Enrolamento longitudinal-transversal

A diferença fundamental dos esquemas anteriores é que o enrolamento é contínuo: o empilhador coloca simultaneamente fios longitudinais e transversais. Parece que isto deveria simplificar e reduzir o custo da tecnologia; no entanto, há um problema puramente mecânico aqui.

O mandril no qual o futuro tubo é enrolado gira; Nesse caso, as bobinas a partir das quais é desenrolado o fio da armadura longitudinal também devem girar. Além disso, quanto maior o diâmetro do tubo, mais bobinas deverá haver.

Enrolamento transversal-longitudinal de camada oblíqua

Esta solução foi desenvolvida durante a vida da União Soviética em Kharkov e foi inicialmente utilizada na produção de carcaças de foguetes. Mais tarde, tornou-se difundido em todo o espaço pós-soviético.

Qual é a essência do método?

  • O empilhador forma uma larga fita de fibras paralelas impregnadas de aglutinante.
  • Antes de ser enrolada no mandril, a fita é pré-enrolada com fio sem impregnação, que posteriormente forma um reforço axial. Os próprios fios reunidos na fita formam, respectivamente, um reforço transversal: a fita é colocada transversalmente ao eixo do mandril.
  • Após o assentamento, cada camada é enrolada com rolos, compactando a armadura e deslocando o excesso de ligante.

Quais são os benefícios de tal esquema?

  • Possibilidade de produção contínua. Em uma passagem, você pode formar paredes arbitrariamente espessas simplesmente alterando a sobreposição da fita.
  • Alta performance.
  • A capacidade de produzir tubos de fibra de vidro de grande diâmetro (em teoria, sem quaisquer restrições de tamanho máximo). As dimensões são limitadas apenas pelo tamanho do mandril.
  • Conteúdo extremamente alto de fibra de vidro no material acabado. Atinge 85% versus 45-65% com métodos alternativos. Isto afeta tanto a resistência final quanto a inflamabilidade do produto.

Camada oblíqua transversal - enrolamento longitudinal.

Padrões

A produção dos produtos que nos interessam é regulamentada por dois documentos regulamentares:

  1. GOST R 53201-2008 contém especificações para a fabricação de tubos com diâmetro de 50-200 mm com conexões roscadas.
  2. Desenvolvido com a participação da NTT LLC (New Pipe Technologies), GOST R 54560-2011 descreve peças de tubulações feitas de “termofixos reforçados com fibra de vidro”.

Estudaremos as principais disposições dos documentos.

GOST R 53201-2008

O modo de operação do tubo especificado pela norma é assim:

  • Temperatura – de -60 a +60С.
  • Umidade relativa – até 100%.
  • A temperatura do líquido transportado é de até +110C.
  • Pressão de trabalho – de 3,5 a 27,6 MPa.

São fornecidas as seguintes opções de utilização dos produtos descritos pela norma:

  1. Transporte de condensado de petróleo e gás.
  2. Transporte de soluções salinas (incluindo água do mar).
  3. Construção de colunas de elevadores.
  4. Fixação de poços para diversos fins.

  1. Manter a pressão do reservatório durante o desenvolvimento de campos subterrâneos.
  2. Abastecimento técnico e de água potável.

A norma distingue três tipos de tubos:

Designação Decodificação
NK Bomba e compressor
SOBRE Invólucro
eu Linear

Quais são os diâmetros dos tubos de fibra de vidro produzidos de acordo com GOST R 53201-2008 e suas demais características?

Bombeamento e compressor, carcaça

Diâmetro interno, mm Pressão nominal, MPa Peso por metro linear, kg
50 6,9 – 27,6 4,3 – 8,4 1,6 – 3,3
63 6,9 – 27,6 4,6 – 10,7 2,2 – 5,5
100 10,3 – 17,2 8,1 – 12,2 5,8 – 8,2
150 10,3 – 17,2 13,5 – 15,0 14,0 – 14,9
200 10,3 13,6 16,5

A foto mostra tubos de fibra de vidro de alta pressão.

Linear

Diâmetro interno, mm Pressão nominal, MPa Espessura mínima da parede, mm Peso por metro linear, kg
50 10,3 – 27,6 2,79 – 8,10 1,2 – 3,1
63 8,6 – 27,6 2,80 – 9,90 1,4 – 5,2
100 5,5 – 27,6 2,80 – 16,00 2,3 – 12,8
150 5,5 – 13,8 4,57 – 11,20 5,1 – 12,2
200 5,5 – 13,8 5,84 – 14,70 8,6 – 22,6

Além dos tamanhos padrão dos tubos, o documento contém instruções detalhadas para a fabricação das conexões, indicando as dimensões básicas, requisitos de aparência, tolerâncias máximas e marcação de todos os produtos.

GOST R 54560-2011

A norma descreve dutos operando sob condições muito mais amenas do que as descritas acima:

  • Pressão de trabalho – até 3,2 MPa;
  • Temperatura ambiente – até 35C;
  • Líquidos transportados – água, soluções aquosas e águas residuais (domésticas e industriais).

Importante: GOST não se aplica a tubulações para sistemas internos de abastecimento de água e esgoto.

No âmbito do documento, os produtos são classificados de acordo com os seguintes critérios:

  • Diâmetro (DN). A faixa de valores é de 300 a 3.000 milímetros.
  • Pressão nominal (PN). Para tubos sem pressão, o próprio conceito de PN é bastante arbitrário e é considerado igual a 0,1 - 0,4 MPa; para os de pressão assume valores de 0,6, 1,0, 1,6, 2,0, 2,5 e 3,2 MPa.
  • Dureza nominal (SN). Também é medido em megapascais e pode ser igual a 1250, 2500, 5000 e 10000.

Atenção: ao colocar você mesmo, vale a pena considerar que os tubos SN 1250 não são recomendados para instalação subterrânea em princípio, enquanto os tubos SN 2500 são recomendados para serem colocados em bandejas.

O documento, à semelhança do anterior, enumera as principais dimensões de todos os tipos de ferragens e os requisitos para o seu aspecto, resistência, marcação e métodos de reforço.

Conclusão

É claro que em nosso material abordamos apenas uma pequena parte do amplo tópico do uso de fibra de vidro. Não descobrimos se os tubos de fibra de vidro podem ser usados ​​​​para aquecimento ou esgoto doméstico, ou quão bons eles são em comparação com produtos de metal-polímero ou totalmente plásticos. Algumas dessas questões são abordadas no vídeo deste artigo. Boa sorte!

São utilizados tanto para o transporte de diversos meios através deles, quanto como elementos estruturais (suportes, colunas, travessas, cascas).

História

O surgimento e a produção de tubos de fibra de vidro tornaram-se possíveis em meados da década de 1950, quando a produção industrial de ligantes termofixos (principalmente resinas epóxi) e fibras de vidro foi dominada. Mesmo assim, as vantagens destes tubos tornaram-se óbvias: baixo peso e alta resistência à corrosão. No entanto, durante este período ainda não conseguiram ganhar qualquer quota de mercado de produtos de tubos devido ao baixo preço dos materiais de tubos “tradicionais”: aço (incluindo aço inoxidável), cobre e alumínio. Em meados da década de 1960, a situação começou a mudar. Em primeiro lugar, os preços das ligas de aço e do alumínio aumentaram acentuadamente. Em segundo lugar, o início da produção de petróleo nas plataformas marítimas e em áreas terrestres de difícil acesso exigiu a utilização de tubos leves e resistentes à corrosão. Em terceiro lugar, a tecnologia de produção de tubos de fibra de vidro foi melhorada e as características do produto foram melhoradas. Durante esses anos, a Ameron (EUA) dominou a produção em larga escala de tubos de fibra de vidro de alta pressão (até 30 MPa) para campos de petróleo. Os tubos foram um sucesso comercial e muitos fabricantes de produtos de fibra de vidro surgiram nos Estados Unidos. Na década de 1970, os tubos de fibra de vidro fabricados nos EUA tornaram-se difundidos nos campos de petróleo da América do Norte e do Oriente Médio.

Na década de 1980, surgiu o interesse pelos tubos de fibra de vidro em todos os países industrializados. A sua produção e utilização foram dominadas na Europa, Japão e Taiwan. As experiências com o uso de tubos de fibra de vidro começaram na URSS.

Tecnologias de produção

A partir de 2013, são conhecidas quatro tecnologias fundamentalmente diferentes para a produção de tubos de fibra de vidro:

  • Enrolar reforço de vidro impregnado com ligante na superfície externa de um mandril tecnológico (mandril);
  • Fundição centrífuga;
  • Moldagem centrífuga de pré-impregnado na superfície interna do mandril tecnológico (molde);
  • Pultrusão no vão entre os mandris externo e interno;
  • Extrusão de um ligante preenchido em volume com fibra de vidro picada.

Enrolamento

A tecnologia de enrolamento é a mais simples de implementar e proporciona alta produtividade. O enrolamento pode ser periódico ou contínuo. A tecnologia de enrolamento garante alta qualidade da superfície interna do tubo devido à sua moldagem na superfície externa do mandril, mas a qualidade da superfície externa é baixa devido à falta de elementos formadores na parte externa. Para tubulações utilizadas para transporte de líquidos e gases, esta última circunstância não é importante.

O enrolamento é conhecido usando ligantes de polímeros termoendurecíveis (poliéster, epóxi, fenol-formaldeído e outras resinas) e termoplásticos (polipropileno, polietileno, poliamida, tereftalato de polietileno, etc.). Ao usar ligantes termoplásticos, são possíveis tecnologias de enrolamento de um e dois estágios. Na tecnologia de estágio único, o processo de combinação (impregnação) da carga fibrosa com um ligante termoplástico e enrolamento em mandril ocorre sequencialmente na mesma instalação tecnológica. Ao usar uma tecnologia de dois estágios, primeiro, como resultado de uma operação de combinação, obtém-se um material pré-impregnado (pré-impregnado) na forma de fio, fita, cordão. Em seguida, o pré-impregnado resultante é aquecido novamente e aplicado ao mandril.

Existem muitos métodos conhecidos para colocar fibras de vidro de reforço, mas os métodos de anel espiral, fita espiral, longitudinal-transversal e oblíquo longitudinal-transversal encontraram aplicação industrial.

Enrolamento de anel espiral

O método foi proposto e implementado pela primeira vez pela Ameron (EUA) na década de 1960 para a produção de tubos de fibra de vidro. Com enrolamento de anel espiral (SCW), o empilhador, que é um anel com matrizes espaçadas uniformemente em torno da circunferência, move-se para frente e para trás ao longo do eixo do mandril rotativo. Esse movimento garante a colocação de fibras contínuas em todo o comprimento com espaçamentos iguais ao longo das linhas helicoidais. Variando a relação entre a velocidade de rotação do mandril e o movimento de translação do empilhador, você pode alterar o ângulo de posicionamento das fibras. Nas seções finais do tubo na zona de reversão do empilhador, o ângulo de assentamento das fibras é reduzido para que sejam mantidas na superfície do mandril por forças de atrito. Com isso, as fibras retêm a tensão que lhes é dada pela camada e após a cura do ligante, o reforço do tubo fica tenso, o que melhora as propriedades físicas e mecânicas do produto.

As vantagens do enrolamento em anel espiral incluem:

  • alta produtividade devido à colocação de um grande número de fibras em uma passagem;
  • alta resistência dos tubos resultantes;
  • a possibilidade de obter resistências iguais nas direções anular e axial;
  • alto valor do módulo de elasticidade axial;
  • devido ao pré-tensionamento da armadura, o ligante tolera bem as cargas de tração sem fissuras;
  • a possibilidade de formar uma seção geratriz de formato complexo, bem como tubos de diâmetro variável;
  • possibilidade de colocação de mechas de vidro constituídas por um grande número de fibras elementares (mais de 2400 tex);
  • ao utilizar mandril dobrável ou destrutível, possibilidade de formação de carcaças fechadas (cilindros, carcaças de motores de foguete).

Devido a essas vantagens, o enrolamento de anel espiral tornou-se difundido na fabricação de tubos de alta pressão (em particular, tubos de bombas e compressores), tubos estruturais, suportes compostos de linhas de energia e carcaças de motores de foguetes de combustível sólido.

No entanto, esta tecnologia tem suas desvantagens:

  • alta complexidade de equipamentos;
  • a grande massa da pavimentadora, combinada com seu rápido movimento alternativo, leva ao aumento de cargas nos acionamentos e mecanismos de guia;
  • a dificuldade de carregar fibra de vidro no caminho condutor do fio;
  • um aumento significativo no número (até várias centenas e até milhares) de fibras colocadas no enrolamento de tubos de grande diâmetro, o que exige o uso de um grande número de matrizes e outros elementos do trato condutor da rosca;
  • Devido à necessidade de movimento reverso do empilhador em relação ao mandril, o método espiral não é muito adequado para enrolamento contínuo.

Devido a essas desvantagens, o enrolamento em anel espiral raramente é usado para a produção de tubos de grande diâmetro.

Enrolamento de fita espiral

De acordo com o princípio, o enrolamento de fita espiral (SLW) não difere do enrolamento de anel espiral; no entanto, o empilhador forma apenas uma fita estreita composta por várias dezenas de fibras. A continuidade do reforço é garantida por múltiplas passagens da pavimentadora. Esta tecnologia é mais simples que a tecnologia de anel espiral e permite a formação de tubos de grandes diâmetros, mas apresenta uma série de desvantagens:

  • a produtividade do método é significativamente menor devido à necessidade de um grande número de passagens do empilhador;
  • a colocação das fibras é irregular e solta, o que prejudica as características físicas e mecânicas dos tubos.

No entanto, o enrolamento de fita espiral é amplamente utilizado na produção de tubos de uso geral de baixa e média pressão.

Enrolamento longitudinal-transversal

Com o enrolamento longitudinal-transversal (LPW), as fibras que reforçam o tubo nas direções longitudinal e transversal são colocadas independentemente umas das outras. Neste caso, não há necessidade de movimento reverso do empilhador e este método é adequado para implementar o enrolamento contínuo. As vantagens do PPN incluem:

  • alta produtividade;
  • a capacidade de alterar a proporção de armadura anelar e axial em uma faixa mais ampla do que com métodos espirais;
  • possibilidade de implementação de enrolamento contínuo;
  • continuidade das fibras axiais e possibilidade de sua tensão, pelo que as características físicas e mecânicas dos tubos não são piores do que nos métodos espirais.

Desvantagens do PPN:

  • A necessidade de utilização de empilhador longitudinal rotativo de fibras, o que dificulta o equipamento;
  • No caso de tubos de grandes diâmetros, é necessário colocar um grande número de bobinas de fibra em um empilhador rotativo.

O enrolamento transversal longitudinal tem ampla aplicação na produção contínua de tubos de fibra de vidro de pequenos diâmetros (até 75 mm).

Enrolamento longitudinal-transversal de camada oblíqua

A tecnologia foi desenvolvida na URSS para a produção em massa de carcaças de foguetes de fibra de vidro. Pouco conhecido fora da Rússia e da Ucrânia. Na Rússia, pelo contrário, foi difundido até meados dos anos 2000. Com o enrolamento longitudinal-transversal de camada oblíqua (CLW), a camada forma uma pseudo-fita composta por um feixe paralelo de fibras impregnadas com um ligante, enrolado em um leve ângulo na superfície do mandril (formando um reforço de anel), que é pré-envolto com fibras não impregnadas, formando um reforço axial após o assentamento. A pseudo-teia é colocada no mandril com uma sobreposição na volta anterior. Após a colocação no mandril, as camadas de pseudofita são enroladas com rolos, cuja superfície externa apresenta linhas helicoidais. A laminação com rolos compacta a camada de reforço, removendo o excesso de ligante. Como resultado, a colocação das fibras é muito densa e a camada de ligante entre elas tem uma espessura mínima, o que tem um efeito positivo na resistência da fibra de vidro e reduz a sua inflamabilidade. Graças à laminação, é possível obter um teor de vidro na fibra de vidro curada de 75%-85% em peso - resultado inatingível por outros métodos (SKN dá um teor de vidro de cerca de 65%, e SKL e PPN - 45%-60 %). Ao variar a sobreposição, você pode alterar a espessura da parede do tubo colocada em uma passagem. Este método permite realizar o enrolamento contínuo, bem como o enrolamento de tubos de grande diâmetro com um pequeno número de fibras colocadas simultaneamente.

As vantagens do CPP incluem:

  • produtividade muito elevada, principalmente no enrolamento de tubos de grande diâmetro (acima de 150 mm);
  • a capacidade de enrolar tubos de diâmetros arbitrariamente grandes (teoricamente - até o infinito);
  • possibilidade de enrolamento contínuo;
  • densidade de empacotamento de fibra muito alta;
  • baixa inflamabilidade da fibra de vidro resultante;
  • a possibilidade de variar a relação de armadura anular e axial em uma ampla faixa;
  • ausência de reforço axial contínuo, o que melhora as propriedades dielétricas da fibra de vidro.

As desvantagens do CPP incluem:

  • a possibilidade de fissuração intercamadas, o que não permite a confecção de tubos de alta pressão com esta tecnologia;
  • o uso de rolos de costura dificulta o uso de ligantes de endurecimento rápido;
  • a ausência de pré-tensionamento da armadura axial reduz o módulo de elasticidade da fibra de vidro.

Enrolamento de fibra de vidro

O enrolamento com fibra de vidro é usado relativamente raramente, devido ao custo mais elevado da fibra de vidro em comparação com as fibras não tecidas. Em termos de propriedades tecnológicas, o enrolamento de fibra de vidro se aproxima do KPPN e às vezes é utilizado para a produção em pequena escala de tubos de grande porte.

Moldagem centrífuga

Em 1957, na cidade suíça de Basileia, nasceu a ideia de utilizar a fundição centrífuga para produzir tubos de fibra de vidro (CC-GRP - Centrifugaly Cast Glassfiber Reinforced Plastic). Esta tecnologia foi desenvolvida, aplicada e patenteada pela primeira vez pela HOBAS

Neste método, os materiais que compõem a parede do tubo são alimentados por um alimentador controlado por um controlador digital para o interior de um molde de aço que gira rapidamente.

A composição dos materiais é resina de poliéster, mecha de fibra de vidro picada, areia de quartzo e farinha de mármore.

O diâmetro interno do molde rotativo é o diâmetro externo do tubo de fibra de vidro acabado. Isso permite obter um tubo com precisão de diâmetro externo de 0,1 mm.

Este método também permite tornar a parede do tubo mais uniforme e monolítica e evitar inclusões e delaminações gasosas.

Como a parede de um tubo pode ser fundida em praticamente qualquer espessura, os produtos compostos com maior rigidez do anel

(mais de SN 12.000 n/m² e tubos de microtúneis que podem suportar altas cargas axiais são fabricados predominantemente usando este método.

Pultrusão

A pultrusão é um método de alto desempenho para a produção de tubos de fibra de vidro e proporciona superfícies externas e internas de alta qualidade. Ao mesmo tempo, a pultrusão tem uma série de limitações:

  • a complexidade da implementação do reforço de anéis;
  • dificuldade na obtenção de tubos de grandes diâmetros;
  • complexidade de implementação tecnológica em relação ao enrolamento;
  • a necessidade de utilização de ligantes especiais com tempo de cura inicial curto.

A pultrusão é utilizada para a produção em massa de tubos de fibra de vidro de pequenos diâmetros e baixas pressões operacionais para fins de encanamento e aquecimento, bem como na produção de varas de pesca de fibra de vidro.

Extrusão

Os tubos de fibra de vidro extrudado não possuem uma estrutura de reforço regular contínua. O fichário é preenchido com fibra de vidro picada orientada aleatoriamente. Esta tecnologia é simples e altamente produtiva, mas a falta de reforço contínuo prejudica significativamente as características físicas e mecânicas dos tubos. Os termoplásticos (polietileno, polipropileno) são usados ​​principalmente como matriz polimérica para tubos extrudados de fibra de vidro.

Recursos de aplicativos e operacionais

A relevância e viabilidade econômica do uso de tubos de fibra de vidro são determinadas por uma série de suas características operacionais em comparação com outros tipos de tubos.

  • Os plásticos de fibra de vidro são caracterizados por uma densidade de 1750-2100 kg/m 3, enquanto a sua resistência à tração está na faixa de 150-350 MPa. Assim, em termos de resistência específica, a fibra de vidro é comparável ao aço de alta qualidade e supera significativamente os polímeros termoplásticos (HDPE, PVC) neste indicador.
  • A fibra de vidro possui alta resistência à corrosão, pois o vidro e as resinas termofixas endurecidas (poliéster, epóxi) incluídas em sua composição apresentam baixa reatividade. Neste indicador, a fibra de vidro é significativamente superior aos metais ferrosos e não ferrosos e é comparável ao aço inoxidável.
  • A fibra de vidro é um material de baixa inflamabilidade, baixa inflamabilidade, autoextinguível e com alto índice de oxigênio, uma vez que o vidro incombustível constitui uma proporção significativa da massa da fibra de vidro. Neste indicador, a fibra de vidro é superior aos polímeros termoplásticos homogêneos e preenchidos.
  • A fibra de vidro é um material anisotrópico e suas propriedades em determinadas direções podem ser facilmente controladas variando o padrão de posicionamento da fibra. Assim, os tubos de fibra de vidro podem ser fabricados com igual margem de segurança nas direções axial e circunferencial. Em materiais isotrópicos, quando os tubos são carregados sob pressão interna, o fator de segurança na direção anular é sempre 2 vezes menor que na direção axial.
  • O ponto de escoamento da fibra de vidro está próximo da resistência à tração; por esta razão, os tubos de fibra de vidro são muito menos elásticos que os tubos de aço ou termoplásticos.
  • A fibra de vidro não pode ser soldada. As conexões de tubos são feitas usando flanges, acoplamentos, conexões de bocal e cola.

Com base nessas características, várias áreas de aplicação de tubos de fibra de vidro foram formadas:

Produção de óleo

Na indústria do petróleo, os tubos de fibra de vidro são utilizados devido à sua alta resistência à corrosão em ambientes agressivos (água de formação, petróleo bruto, fluidos de perfuração e de processo) em comparação ao aço e alta resistência específica em comparação aos polímeros termoplásticos.

A fibra de vidro é utilizada na fabricação de tubos bomba-compressores e lineares (sistemas PPD) com diâmetro de até 130 mm para pressões de operação de até 30 MPa, tubos para tubulações de coleta de óleo com diâmetro de até 300 mm para pressões de operação de até 5 MPa, tubos principais com diâmetro de até 1200 mm para pressões de operação de até 2,5 MPa.

Indústria de carvão

Na indústria do carvão, existem restrições aos materiais utilizados nas minas fechadas. Assim, as normas de segurança em minas de carvão estabelecem que os produtos feitos de materiais não metálicos localizados em minas fechadas devem ter índice de oxigênio de pelo menos 28%, ser pouco combustíveis, pouco inflamáveis ​​​​(conforme GOST 12.1.044), e seus produtos de combustão não devem ser altamente tóxicos. Por estas razões, a utilização de tubos de polietileno e polipropileno em minas de carvão é impossível. Ao mesmo tempo, os tubos de fibra de vidro atendem a esses requisitos. O uso de tubos de fibra de vidro em minas é aconselhável por vários motivos:

  • baixo peso, o que é muito importante, pois os dutos das minas têm grandes diâmetros (150 - 1200 mm) e geralmente são instalados manualmente;
  • resistência à corrosão em atmosfera de mina;
  • superfície interna lisa, reduzindo a formação de depósitos de pó de carvão e outras poeiras inevitavelmente presentes nos meios transportados;
  • segurança durante explosões de metano, pois a destruição da fibra de vidro ocorre sem a formação de fragmentos traumáticos.

Departamento de Habitação e Serviços Públicos

Os tubos de fibra de vidro têm aplicação em habitação e serviços comunitários, principalmente como tubos de esgoto. Isso se deve ao fato de as tubulações de esgoto terem diâmetros da ordem de 600 a 2.500 mm e operarem sem pressão interna sob condições de cargas externas do solo e da pressão das águas subterrâneas. A alta rigidez do anel da fibra de vidro permite criar tubos para as condições especificadas.

Outro uso dos tubos de fibra de vidro em habitação e serviços comunitários são as rampas de lixo. Nos últimos 10-15 anos, os tubos de fibra de vidro também têm sido utilizados como condutas de combustão em caldeiras a gás e centrais térmicas.

Atualmente, o mercado russo está pouco familiarizado com tubos de fibra de vidro. Entretanto, a procura potencial por estes produtos é enorme. Até 2010, o volume de consumo de tubos de fibra de vidro aumentará 30% ao ano. Então a demanda crescerá ainda mais rápido. Todos os fabricantes de fibra de vidro podem ser considerados fabricantes potenciais.

Principais características dos tubos de fibra de vidro

Em todo o mundo, as comunicações subterrâneas estão envelhecendo. Milhões de tubulações de água e esgoto necessitam de reconstrução. O problema é de natureza global. Onde não há nenhuma, normalmente não há comunicações propriamente ditas, ou estas só precisam de ser construídas (é o que acontece actualmente em muitos países em desenvolvimento), mas isto não torna o problema que estes países enfrentam menos difícil: eles precisam de escolher o que materiais utilizados para evitar a situação que se desenvolveu nos países desenvolvidos.

Na maioria dos casos, o problema é causado pela corrosão. A superfície interna desprotegida dos coletores de esgoto de concreto é rapidamente destruída pela ação do ácido sulfúrico formado durante a oxidação do sulfeto de hidrogênio. A destruição da superfície externa das tubulações metálicas é facilitada pelo impacto do solo e de correntes parasitas. Os tubos metálicos podem sofrer corrosão se forem colocados em solos instáveis, mal drenados e mal arejados. Na presença de bactérias redutoras de sulfato, o processo de corrosão é acelerado.

Os processos destrutivos descritos acima podem ser reduzidos significativamente ou completamente eliminados com a seleção correta de materiais resistentes à corrosão. E esta escolha é muito simples - tubos de fibra de vidro.

Resistentes à corrosão galvânica e eletrolítica, os tubos de fibra de vidro são a escolha ideal para sistemas de abastecimento de água, e a comprovada resistência ao ambiente ácido dos esgotos sanitários permite que este tipo de tubo seja utilizado em sistemas de águas residuais. Nos últimos 20 anos, estes tubos têm sido a escolha para muitos sistemas de esgoto na região do Médio Oriente, conhecida por algumas das águas residuais mais corrosivas do mundo.

Por mais de 35 anos, os tubos de fibra de vidro têm sido amplamente utilizados no mundo como a solução mais eficaz e econômica para o problema de aumentar a vida útil, confiabilidade e segurança dos sistemas de dutos e atualizar o estoque obsoleto de dutos.

A fibra de vidro é um material estrutural composto que combina alta resistência com densidade relativamente baixa. Em diversas indústrias, competem com sucesso com materiais tradicionais, como metais e suas ligas, concreto, vidro, cerâmica e madeira. Em alguns casos, estruturas que atendam a requisitos técnicos especiais só podem ser criadas em fibra de vidro. Os produtos feitos com esse material são especialmente difundidos em dispositivos projetados para operar em condições extremas - na construção naval, aviação e tecnologia espacial, equipamentos nas indústrias petroquímica e de gás.

O líder mundial na produção e consumo de produtos feitos de materiais compósitos são os Estados Unidos, onde sua produção industrial foi estabelecida em 1944.

Os tubos de fibra de vidro foram usados ​​pela primeira vez no final dos anos 50. Na década de 70, no Ocidente, eles se tornaram uma solução comum para o problema da corrosão de tubulações.

Tubos feitos de materiais compósitos poliméricos (PCM) significam fibra de vidro, plástico basáltico, organoplástico ou outros tubos (dependendo do tipo de enchimento de reforço) com um ligante polimérico feito de material termoendurecível. Para tubos compostos, geralmente são usados ​​​​ligantes de epóxi ou poliéster.

Para a fabricação de tubos, dependendo da finalidade, localização e método de instalação, diversos materiais podem ser utilizados:

  • Fibras de basalto, vidro ou carbono;
  • Fibras sintéticas de diversos materiais;
  • Borrachas, plásticos de borracha e fluoroplásticos de diversas marcas;
  • Materiais de ligação à base de diversas resinas e composições adesivas.

A alta resistência específica e rigidez dos materiais compósitos fibrosos, juntamente com a resistência química, peso relativamente baixo e outras propriedades, tornaram esses materiais atraentes para a fabricação de dutos para diversos fins. O uso de tubos de fibra de vidro em vez de tubos de metal aumenta a vida útil das tubulações em 5 a 8 vezes, elimina o uso de agentes de proteção anticorrosiva, reduz o peso da tubulação em 4 a 8 vezes e elimina o uso de trabalhos de soldagem . Ao mesmo tempo, a questão da utilização de tubos de fibra de vidro operando em temperaturas elevadas (até 120°C) permanece em aberto.

Os tubos de fibra de vidro são classificados por rigidez e classificação de pressão e por diâmetro.

Rigidez do tuboé determinado pela sua capacidade de resistir às cargas do solo circundante e ao tráfego, bem como às pressões internas negativas.

Quanto mais espessa for a parede, maior será a rigidez e a capacidade de resistir às cargas. De acordo com a rigidez, em diferentes sistemas de padronização, os tubos são divididos nas seguintes classes.

Indicadores de rigidez de tubos em vários sistemas de padronização

Fonte: dados da American Composites Manufacturers Association (EUA).

Por pressão os tubos são classificados de acordo com a pressão nominal (PN), o que significa o valor da pressão segura da água em MPa a +20 °C durante uma vida útil nominal (geralmente 50 anos).

Por exemplo, os tubos de fibra de vidro Hobas padrão têm as características combinadas de pressão operacional e rigidez mostradas na Tabela. 1.2.

Os processos tecnológicos para a produção de tubos de fibra de vidro permitem a produção de tubos com uma camada de revestimento interno resistente a diversos ambientes (Tabela 1.3).

Na Rússia, tubos e peças de fibra de vidro, dependendo da temperatura, do conteúdo de componentes sólidos e da composição química da substância transportada, são fabricados com diversos revestimentos internos protetores. Eles são divididos nos seguintes tipos:

a – para líquidos com componentes abrasivos,
x – para ambientes quimicamente agressivos,
p – para beber água fria,
g – para água quente (até 75 °C) proveniente de abastecimento doméstico e potável,
s – para outros ambientes.

A espessura da camada interna de revestimento protetor varia de 0,5 a 3 mm, dependendo do tipo de revestimento e do meio transportado.

Na tabela 1.4 mostra as propriedades físicas e mecânicas dos tubos de fibra de vidro.

Tubos e peças de conexão feitos de fibra de vidro são projetados e fabricados para os seguintes tipos de juntas de topo:

F – flangeado,
B – reboque por corda,
M – acoplamento,
MK – adesivo de acoplamento,
R – em forma de sino,
C – especial (por exemplo, rosqueado).

A gama de tubos de fibra de vidro é bastante extensa. Por exemplo, tubos de acordo com TU 2296 250-24046478 95 com ligante epóxi são fabricados com um diâmetro de 60 a 400 mm para uma pressão nominal de 0,6 a 4,0 MPa. De acordo com TU 2296011-26598466 96, os tubos de fibra de vidro são fabricados com ligante de poliéster com conexão tipo sino e espigão com diâmetro de 50 a 1000 mm para pressão nominal de 0,6, 1,0 e 1,6 MPa.

Características combinadas de pressão de trabalho e rigidez de tubos de fibra de vidro

Pressão de trabalho (MPa) Classe de pressão (PN) Classe de dureza (SN) Designação
0,4 4 2500 4/2500
0,6 6 5000 6/5000
1,0 10 5000 10/5000
1,0 10 10000 10/10000
1,6 16 10000 16/10000
2,0 20 10000 20/10000
2,5 25 10000 25/10000

Dependência da temperatura operacional e do limite de pH da camada interna de um tubo de fibra de vidro

Fonte: dados Hobas.

Propriedades físico-mecânicas de tubos de fibra de vidro com ligante epóxi, conforme Progress JSC, TU 2296-250-24046478-95

Nome do indicador Tubos enrolados em espiral com ângulo de enrolamento de 55 Reforço de tubos enrolados continuamente 2 1
Resistência à tração na direção tangencial MPa não inferior 240 180
Resistência à tração na direção axial MPa, não inferior a 120 80
Módulo de elasticidade na direção tangencial, MPa, não inferior 25000 19000
Módulo de elasticidade na direção axial MPa, não inferior a 12000 8000
Coeficiente de expansão térmica linear (axial) 1/°С, não mais 18x105 2 1x10"
Densidade kg/m3 1800 – 1900 1600 - 1700
Relação em peso de enchimento de vidro para aglutinante 65 - 72/35 - 28 50 – 55 / 50 – 40
Não há mais tensões de tração tangencial MPa 50 35
Tensão de tração axial MPa não mais 24 16
Tensão de tração mm/m não mais 0002 0002

Fonte: dados do Progress JSC

Tipos de tubos de fibra de vidro produzidos no mundo

Tipos de tubos de fibra de vidro de diversos fabricantes podem ser divididos em três grupos de acordo com as seguintes características:

  1. Tipo de ligante (matriz): epóxi ou poliéster;
  2. Tipo de conexão do tubo: adesiva ou mecânica;
  3. Construção da parede do tubo: fibra de vidro pura (sem forro), fibra de vidro com camada de filme (tubos revestidos), estruturas multicamadas.

Uma diferença significativa entre tubos de fibra de vidro de diferentes fabricantes é o design da parede.

Um tubo de fibra de vidro de camada única feito sem revestimento é um exemplo clássico do uso de tubos de fibra de vidro no mundo. No entanto, o uso de tal projeto em condições climáticas adversas e terrenos difíceis (por exemplo, na Sibéria Ocidental) é complicado por baixas temperaturas ambientes e influências mecânicas externas na tubulação decorrentes de movimentos do solo. Para reduzir a influência destes fatores, é necessário prestar especial atenção ao desenvolvimento da vala durante os trabalhos de construção e instalação: desenvolver uma grande vala, criar um leito de areia para a tubulação, etc. O custo dos tubos de camada única pode ser ligeiramente inferior ao custo dos tubos revestidos com materiais de filme e tubos multicamadas, mas o custo dos trabalhos de construção e instalação é muito maior. Além disso, tubulações feitas de tubos de camada única são menos confiáveis ​​na operação. Estas circunstâncias reduzem significativamente o efeito técnico e económico da utilização de tubos de fibra de vidro de camada única.

Tubos com estrutura de duas camadas, revestidos internamente com materiais de filme, são menos suscetíveis à perda de estanqueidade quando os dutos passam em solos instáveis ​​​​na Sibéria Ocidental.

No entanto, durante a operação de tubos de camada dupla em oleodutos de campos petrolíferos, foram identificadas uma série de deficiências graves que exigiram mudanças no projeto e na tecnologia de fabricação do tubo:

  • adesão insuficiente entre o revestimento e a camada de fibra de vidro, o que não garante a integridade da parede do tubo;
  • violação da elasticidade do material de revestimento em baixas temperaturas ambientes;
  • separação do revestimento do revestimento de fibra de vidro do tubo durante o transporte de meios contendo gás através dos tubos (efeito caixão).

Garantir adesão suficiente à fibra de vidro e elasticidade da camada interna são problemas mutuamente opostos. A melhor adesão à camada de fibra de vidro é garantida pela reticulação química dos dois materiais, sendo para isso aconselhável utilizar como forro um material de natureza termoendurecível. No entanto, tal material perde a sua elasticidade a baixas temperaturas e as vantagens do desenho do tubo de duas camadas são perdidas. Pelo contrário, o material termoplástico – polietileno – tem melhor elasticidade a baixas temperaturas, mas a sua reticulação química com o invólucro de fibra de vidro é problemática. Quando um meio contendo gás é transportado através de um gasoduto a partir de tubos de duas camadas, ocorre o chamado efeito caixão, que consiste no descascamento da camada interna do filme da fibra de vidro. Quando o gás é desgaseificado ou dissolvido do meio transportado, são criadas condições quando o gás passa pela camada interna do filme, se acumula entre a fibra de vidro e a camada de revestimento e cria pressão externa no revestimento.

Sob a influência da pressão do gás entre as camadas, a camada de filme se desprende da fibra de vidro, causando danos à estrutura do tubo. Este fenômeno não ocorre se não houver gás no meio importado pelo gasoduto.

Os tubos de fibra de vidro de camada dupla destinam-se ao uso em tubulações que transportam meios desgaseificados: tubulações para bombeamento de formação e águas residuais, abastecimento de água, esgoto, etc. A camada interna dos tubos pode ser feita de polietileno de alta densidade (PEAD), material considerado o mais resistente quimicamente em ambientes de oleodutos de campos petrolíferos. A adesão do polietileno à fibra de vidro é garantida através da utilização de um polietileno de grau especial, reticulado durante o processo de cura do tubo, da formulação do ligante epóxi e do modo de tratamento térmico dos tubos. O processo de tratamento térmico garante a reticulação simultânea do polietileno e a cura do ligante epóxi. Como resultado, é quase impossível retirar a camada interna de polietileno do tubo da fibra de vidro sem destruir esta.

O projeto dos tubos de três camadas difere dos tubos de duas camadas pela presença de um invólucro interno de fibra de vidro, estruturalmente conectado à camada de revestimento. O invólucro interno não suporta cargas ao longo do eixo do tubo e seu design é otimizado para proporcionar maior resistência na direção circunferencial. O invólucro interno é projetado para suavizar a pressão interna que muda ciclicamente no tubo, que ocorre quando o gás contido no produto transportado é dissolvido ou desgaseificado. O meio transportado penetra na área entre o invólucro interno e a camada de filme, criando assim uma área de pressão constante próxima ao revestimento, que é igual à pressão de operação na tubulação. Devido ao fato de a pressão próxima à camada do filme não mudar, não há condições para a penetração do gás através dela e o efeito caixão não ocorre. Ao mesmo tempo, o invólucro interno aumenta ainda mais a rigidez dos tubos e reduz o efeito da temperatura do ambiente na fibra de vidro de suporte, o que também aumenta a durabilidade de seu uso.

Assim, na construção de três camadas de um tubo de fibra de vidro, a maioria dos problemas para garantir confiabilidade e durabilidade são resolvidos:

  • a resistência mecânica e a durabilidade dos tubos são obtidas usando um material compósito - fibra de vidro com ligante epóxi;
  • a união confiável de tubos na tubulação é garantida pelo uso de uma conexão mecânica de encaixe-nipple que atende aos requisitos dos padrões internacionais deste setor;
  • a estanqueidade das tubulações em caso de cargas externas durante a operação e construção das tubulações é garantida pela utilização de uma camada de filme de revestimento elástico, cuja resistência química é padrão em ambientes petrolíferos;
  • foi resolvida a questão de manter a elasticidade do forro em baixas temperaturas e ao mesmo tempo garantir sua adesão à fibra de vidro;
  • Para o transporte de meios com alto teor de gás, foi desenvolvido e patenteado um design exclusivo de tubo de três camadas, que não possui análogos no mundo.

1. Tubos de fibra de vidro de camada única (1C)

Os tubos de fibra de vidro de camada única são feitos de fibra de vidro de alta qualidade produzida pelo método de enrolamento “úmido”. Para aumentar a resistência química e reduzir o coeficiente de resistência hidráulica, é feito um revestimento na superfície interna dos tubos.

O liner é um compósito de dois componentes que consiste em material de vidro de baixa densidade impregnado com um ligante epóxi, cujo conteúdo atinge 60-70% em peso. A espessura do liner pode ser de 0,2 a 0,8 mm. A camada principal do tubo (camada estrutural) consiste em fios de vidro (mechas) impregnados com um ligante epóxi. A camada estrutural fornece uma determinada proporção de características físicas e mecânicas ao longo do eixo e na direção circunferencial do tubo.

2. Tubos de fibra de vidro de camada dupla (2C)

Os tubos de fibra de vidro de camada dupla são uma estrutura de duas camadas que consiste em uma camada protetora e uma camada estrutural.

A camada protetora é feita de polietileno de alta densidade (HDPE). A espessura da camada protetora pode ser de 1 a 3 mm. A camada protetora foi projetada para aumentar a resistência química do tubo e manter sua estanqueidade sob a influência de cargas externas significativas. A camada estrutural é feita de fibra de vidro de alta qualidade, obtida pelo método de enrolamento “úmido” de fios de vidro (mechas) impregnados com ligante epóxi.

A camada estrutural fornece uma determinada proporção de características físicas e mecânicas ao longo do eixo e na direção circunferencial do tubo. De acordo com a tecnologia de fabricação, a camada estrutural é colocada sobre a protetora, e o blank do tubo passa por um modo de tratamento térmico (polimerização), durante o qual ambas as camadas são costuradas, formando uma estrutura monolítica. As conexões dos tubos são mecânicas, fabricadas como uma unidade única com o tubo.

3. Tubos de fibra de vidro de três camadas (3C)

Os tubos de fibra de vidro de três camadas são uma estrutura de três camadas que consiste em um invólucro interno de fibra de vidro de uma camada protetora e estrutural. Estruturalmente, o invólucro interno é independente das camadas protetoras e estruturais reticuladas.

O invólucro interno é feito de fibra de vidro pelo método de enrolamento “úmido” de fios de vidro (mechas) impregnados com um ligante epóxi. A espessura do revestimento interno pode ser de 3 a 6 mm dependendo do diâmetro interno do tubo. O invólucro interno não suporta cargas ao longo do eixo do tubo e seu design é otimizado para maior resistência na direção circunferencial. O invólucro interno é projetado para suavizar a pressão interna que muda ciclicamente no tubo, que ocorre durante a dissolução ou desgaseificação do gás contido no produto transportado.

A camada protetora é feita de polietileno de alta densidade (HDPE). A espessura da camada protetora pode ser de 1 a 3 mm. A camada protetora foi projetada para aumentar a resistência química do tubo e manter sua estanqueidade sob a influência de cargas externas significativas.

A camada estrutural é feita de fibra de vidro de alta qualidade, obtida pelo método de enrolamento “úmido” de fios de vidro (mechas), impregnados com ligante epóxi na espessura necessária. A camada estrutural fornece uma determinada proporção de características físicas e mecânicas ao longo do eixo e na direção circunferencial do tubo. De acordo com a tecnologia de fabricação, camadas separadoras, protetoras e estruturais são colocadas sobre uma casca interna pré-enrolada e endurecida. Em seguida, o blank do tubo passa por um modo de tratamento térmico (polimerização), durante o qual as camadas protetora e estrutural são costuradas para formar uma estrutura monolítica, e o movimento do invólucro interno ao longo do eixo do tubo é estruturalmente limitado. As conexões dos tubos são mecânicas, fabricadas integralmente com o tubo.

Os produtos em formato de fibra de vidro incluem flanges, tês, cotovelos, adaptadores e podem ser fabricados padrão ou sob encomenda.

As características distintivas desses pipelines são:

  • alta resistência a ambientes agressivos;
  • resistência a microrganismos, raios ultravioleta e fatores ambientais adversos;
  • altas características mecânicas;
  • eliminando a necessidade de proteção contra corrosão eletroquímica;
  • operação em uma ampla faixa de temperatura (de -50°С a +100°С).

Os dutos de fibra de vidro possuem quatro tipos de conexões.

1. Junta de encaixe com vedação de anel de vedação duplo.

Garante a montagem rápida e confiável de tubos e conexões. Dois anéis de vedação elásticos de seção transversal circular, instalados em ranhuras circunferenciais paralelas na extremidade da espiga, garantem a estanqueidade da junta em tubulações sob pressão e sem pressão. As ranhuras de vedação na extremidade da espiga são usinadas eletronicamente para garantir superfícies de assentamento precisas. Dependendo das características do meio transportado pela tubulação, são utilizados anéis de vedação de diversas marcas de compostos de borracha. Os anéis de vedação de borracha são fornecidos com os componentes da tubulação.

2. Junta de encaixe e espiga com vedação dupla de anel de vedação e elemento de travamento.

Para compensar o efeito das forças axiais na tubulação (por exemplo, em tubulações acima do solo), um elemento de travamento é usado em uma conexão encaixe-espiga, que é instalado através de um orifício no encaixe nas ranhuras anulares da espiga e extremidades de soquete e evita o movimento axial dos elementos de tubulação em relação uns aos outros. Dependendo do nível de forças axiais, o elemento de travamento pode ser redondo ou retangular em seção transversal e feito de diversos materiais (poliamida, PVC, cabo metálico). Os elementos de travamento, bem como os O-rings de borracha, são fornecidos completos com os elementos da tubulação.

3. Conexão de flange.

Usado para conectar elementos de tubulação de fibra de vidro com tubulações e acessórios de metal. As dimensões de conexão dos flanges de fibra de vidro são feitas de acordo com GOST 12815-80.

4. Junta de topo adesiva.

É realizado pela aplicação camada por camada de materiais de reforço de vidro impregnados com um ligante de poliéster de cura a frio nas extremidades lisas dos tubos. A conexão garante a estanqueidade e resistência da estrutura na direção axial e circunferencial. Ao contrário de outros tipos de conexões, é indissociável.

A parede de uma tubulação de fibra de vidro é uma estrutura multicamadas, incluindo três camadas. A camada interna (reforçada, termoativa) garante total estanqueidade da estrutura e sua resistência aos efeitos dos ambientes agressivos transportados pela tubulação. A rugosidade absoluta da parede interna é de 23 mícrons, o que reduz o custo de bombeamento de água e esgoto transportado por dutos.

A camada intermediária é portadora de energia e garante a resistência mecânica da estrutura sob a ação combinada de cargas internas e externas durante a operação da tubulação. A camada externa garante a suavidade da superfície externa da tubulação e sua resistência aos raios ultravioleta e fatores ambientais adversos.

O ponto fundamental na produção de tubos de fibra de vidro é o tipo de material de ligação. Dois tipos de elementos de conexão são mais difundidos no mundo:

  • Ligante de poliéster;
  • Aglutinante epóxi.

Características distintivas dos tubos de fibra de vidro em ambos os tipos de ligantes de tubos de aço:

  • suavidade ideal do canal interno, proporcionando elevadas características hidráulicas, reduzindo custos de energia para bombeamento do meio transportado e evitando a formação de depósitos;
  • alta resistência à corrosão química e eletroquímica, que dispensa agentes especiais de proteção anticorrosiva, garantindo características hidráulicas constantes e longa vida útil (50 anos ou mais);
  • baixo peso em comparação com metal, concreto armado e alguns outros tubos, o que simplifica as operações de transporte, carga e descarga e instalação do gasoduto e, em última análise, reduz significativamente os custos de mão de obra durante sua construção;
  • resistência a influências de forças internas e externas, proporcionando resistência a choques hidráulicos, possibilidade de instalação subaquática e subterrânea com profundidade de até 12–16 m, confiabilidade na movimentação devido ao encolhimento do solo;
  • alta resistência à abrasão, que evita diminuição das características de resistência do tubo no transporte de líquidos contendo impurezas mecânicas; resistência da superfície externa à radiação ultravioleta e fatores biológicos;
  • capacidade de fabricar tubos de vários comprimentos (de 6 a 18 m), conexões de alta qualidade sem qualquer pré-tratamento de juntas, simplicidade e facilidade de processamento do material do tubo, eliminação de soldagem no local de instalação.

Tubos de fibra de vidro com ligante PEF

A estrutura da parede do tubo é formada com base em resinas de poliéster termoendurecíveis reforçadas com fibra de vidro e enchimento de areia. A tecnologia utilizada permite criar uma estrutura de parede tubular utilizando as propriedades características das principais matérias-primas:

  • fio contínuo de fibra de vidro e fibra de vidro picada são introduzidos para criar força de tração e resistência axial;
  • filler (areia de quartzo) é utilizado na parte central da parede do tubo para criar a rigidez necessária;
  • tecidos de fibra de vidro são usados ​​para conferir as propriedades necessárias à camada externa do tubo.

Assim, a parede do tubo é formada por componentes de ligação e reforço, enchimento, reforços de superfície e componentes adicionais. Polímeros - resinas de poliéster termoendurecíveis insaturadas - são usados ​​como componentes de ligação para criar a matriz composta. As resinas utilizadas possuem propriedades importantes para os tubos produzidos:

  • cura à temperatura ambiente;
  • baixo grau de toxicidade;
  • inércia química;
  • ligação forte com fibra de vidro.

Os tubos são polimerizados (curados) usando catalisadores à base de peróxidos orgânicos (peróxido de metiletilcetona) e aceleradores à base de saponificantes de cobalto (octoato de cobalto). Dependendo do âmbito de aplicação dos tubos, são utilizados diferentes tipos de poliéster (isoftálico, ortoftálico, bisfenol, éster vinílico) e outras resinas.

Os componentes de reforço são vários tipos de fibra de vidro, que proporcionam a resistência necessária e também a resistência à corrosão do tubo. São utilizadas combinações de fibra de vidro contínua (fios ou fios) e picada. A orientação e a quantidade de fibra de vidro proporcionam diferentes características mecânicas dos tubos. Para melhorar as características de desempenho da fibra de vidro, as fibras são “coladas”, o que aumenta a molhabilidade da resina e das fibras.

Revestimentos leves de fibra de vidro são usados ​​como reforços de superfície para fortalecer camadas com alto teor de resina. Os revestimentos superficiais feitos de mantas de vidro proporcionam alta resistência das superfícies dos tubos à influência de ambientes internos e externos.

Estrutura de parede de tubo de fibra de vidro



Os tubos fabricados são divididos em diversas classes de acordo com a pressão e resistência específica, classes intermediárias de tubos e tubos projetados para características superiores são fornecidos mediante solicitação.

A espessura da parede do tubo é determinada pela sua estrutura, que inclui várias camadas.

A camada interna é um liner (0,8–1,2 mm de espessura), garante estanqueidade, máxima resistência à corrosão química e abrasão, suavidade da superfície interna e elimina depósitos nas paredes do tubo. O forro é feito de resina especial.

A camada estrutural (de suporte), que define as propriedades mecânicas, garante a resistência de todo o tubo às pressões internas e/ou externas, às cargas externas resultantes do transporte e instalação, às cargas do solo, às cargas de fluxo, às cargas térmicas, etc. . A camada de estrutura é formada pela aplicação e enrolamento em uma camada inferior (liner) parcialmente curada:

  • polímero termoendurecível (resina de poliéster);
  • enrolamento contínuo de fibra de vidro;
  • fibra de vidro picada;
  • areia de quartzo.

A espessura da camada estrutural é calculada com base nos parâmetros especificados do tubo. A camada externa tem espessura de 0,2–0,3 mm ou mais e serve para proteger o tubo da exposição à luz solar, solo agressivo ou ambientes corrosivos. Geralmente consiste em um polímero puro com a adição (se a tubulação for colocada acima do solo) de um inibidor ultravioleta para proteger a tubulação da exposição à luz solar.

Os tubos à base de PEF são resistentes à corrosão e a substâncias quimicamente agressivas e, portanto, possuem uma ampla gama de aplicações.

Áreas de aplicação de tubos de fibra de vidro com ligante de poliéster.

O fator limitante no uso generalizado de tubos de polietileno resistentes à corrosão em campos de petróleo é sua capacidade de carga relativamente baixa (as pressões de trabalho do meio transportado não excedem 1,0 MPa). Para ampliar as áreas de aplicação de tubos de polietileno em pressões mais altas e para operação no Extremo Norte, foram desenvolvidos e utilizados com sucesso tubos combinados de nova geração com pressões de operação de até 20,0 MPa e conexões iguais à resistência do corpo do tubo. em campos de petróleo e gás. A força da casca de polietileno é garantida pela formação de casco de fibra de vidro - tubos biplásticos (BPT).


Atualmente, há experiência na utilização de tubos de fibra de vidro utilizados para transporte de polpas, meios abrasivos, quimicamente ativos, petróleo e gás, bem como casos isolados de utilização de tubos de fibra de vidro e tubos de revestimento em poços artesianos e de petróleo e gás de até 2.600 estou profundo.

A utilização generalizada de plásticos de fibra de vidro é actualmente dificultada pela falta de disposições com base científica que permitam, mesmo na fase de projecto, formular requisitos para as características de tais tubos e métodos de cálculo comprovados que tenham em conta tanto as propriedades específicas do o próprio material do tubo e as condições específicas de sua operação.

Assim, o desenvolvimento de novos métodos e a adaptação de métodos existentes para o projeto e cálculo de tubos de revestimento, a criação de cascas multicamadas a partir de materiais compósitos de fibra de vidro, bem como o estudo do comportamento do material de fibra de vidro sob carga em condições próximas às operacionais, está actualmente a tornar-se um factor relevante e moderno no desenvolvimento da indústria do petróleo e do gás.

TUBOS BIPLÁSTICOS

Em 2000, com base no JSC "Composite-neft" (Perm), foram selecionados materiais e foi proposto um novo design de tubos biplásticos, cujo invólucro externo de suporte consiste em várias camadas de fibra de vidro unidirecional, a camada de vedação interna é feito de polietileno de baixa densidade (PEAD), para Para garantir a adesão entre essas camadas, foi desenvolvida uma composição especial à base de Sevilen.

Novos projetos de juntas destacáveis ​​e permanentes e peças de conexão de tubos biplásticos foram propostos, garantindo resistência e estanqueidade iguais aos oleodutos de alta pressão em campo (até 20 MPa).

Foram desenvolvidos tecnologia e equipamentos para produção automatizada em série de tubos biplásticos e peças de conexão.

A tecnologia para fabricação de tubos biplásticos foi introduzida na produção em massa. Na cidade de Chernushka, região de Perm, foi lançada a produção de tubos biplásticos e peças de conexão com volume de 180 km por ano. Foram desenvolvidas instruções para a instalação, operação e reparo de dutos, segundo as quais mais de 1.000 km de dutos feitos de tubos biplásticos foram instalados e estão atualmente sendo operados com sucesso a um custo 25-30% menor que os análogos estrangeiros no OJSC PC LUKOIL, LLC LUKOIL-Permneft, OJSC "Udmurtneft", OJSC "Stavropol-neftegaz" nos campos das regiões de Perm e Tyumen, Território de Stavropol, Udmurtia. Uma avaliação da eficiência econômica da substituição de dutos metálicos por dutos feitos de tubos biplásticos desenvolvidos mostrou que, devido aos baixos custos de construção e operação destes últimos, os custos de aquisição de tubos biplásticos mais caros compensam em cinco anos.

TUBOS DE AÇO COM COBERTURA DE PLÁSTICO DE FIBRA DE VIDRO

Em 2015, a Fábrica de Aquisição de Tubos de Moscou (www.mostzk.ru) introduziu o revestimento epóxi para gasodutos de aço.

Em março de 2015, foram produzidos dezenas de quilômetros de tubos com diâmetro de 426 mm. Este revestimento de tubos será de interesse para os consumidores que instalam gasodutos de aço em terra.