Склопластик – це композитний матеріал, який армован скловолокном.
Суть виготовлення склопластику полягає в тому, що в рідку смолу вводять скловолокно, а потім смолу піддають твердінню. Синтетичне зв’язуюче додає монолітність і забезпечує стабільність форми готового склопластику; забезпечує використання високої міцності скловолокна шляхом рівномірного розподілу зусиль між волокнами і забезпечення їхньої стійкості, захист волокон від атмосферних і інших зовнішніх впливів; сприймає частину зусиль, що виникають в експлуатаційних умовах.
Склопластик дешевше та гнучкіше, ніж вуглецеве волокно, він міцніший, ніж багато металів за вагою, немагнен, непровіден, прозор для електромагнітного випромінювання, може формуватися у складні форми та є хімічно інертним за багатьох обставин. Застосовується у виробництві літаків, човнів, автомобілів, ванн та огорож, басейнів, септиків, резервуарів для води, покрівель, труб, облицювання, ортопедичних моделей, скульптур, архітектурних елементів та багато чого іншого.
Методи виробництва склопластика:
1. Намотування нитки
Намотування нитки — це техніка виготовлення, яка в основному використовується для виготовлення відкритих (циліндрів) або закритих конструкцій (посудини під тиском або резервуари). Процес передбачає намотування ниток під натягом на оправку. Оправка обертається, в той час як вітрове вушко на каретці рухається горизонтально, укладаючи волокна в потрібному малюнку. Найпоширенішими нитками є вуглецеві або скляні нитки, які під час намотування покриваються синтетичною смолою. Коли оправка повністю покрита до бажаної товщини, смола затвердіє; часто оправку поміщають у піч, щоб досягти цього, хоча іноді використовують радіаційні нагрівачі, коли оправка все ще обертається в машині. Після того, як смола затверділа, оправку видаляють, залишаючи порожнистий кінцевий продукт. Для деяких продуктів, таких як газові балони, «оправка» є постійною частиною готового продукту, утворюючи вкладиш для запобігання витоку газу або як бар’єр для захисту композиту від рідини, яка буде зберігатися.
Намотування нитки добре підходить для автоматизації, і існує багато застосувань, таких як труби та невеликі резервуари під тиском, які намотуються та затверджуються без втручання людини.
Продукти, які в даний час виробляються за цією технологією, варіюються від труб, ключок для гольфу, корпусів із мембраною зворотного осмосу, весел, велосипедних вилок, велосипедних ободів, стовпів електропередач і трансмісії, посудин під тиском до корпусів ракет, фюзеляжів літаків, ліхтарних стовпів і щогл яхт.
2. Операція ручного укладання
Роздільний агент, як правило, у формі воску або рідини, наноситься на вибрану форму, щоб дозволити готовому виробу бути чисто вилученим із форми. Смола — як правило, двокомпонентний термореактивний поліефір, вініл або епоксид — змішується з затверджувачем і наноситься на поверхню. Листи скловолоконної циновки укладають у форму, потім за допомогою кисті або валика додають ще смоляну суміш. Матеріал повинен відповідати прес-формі, а повітря не повинно утримуватися між скловолокном і формою. Наноситься додаткова смола і, можливо, додаткові листи скловолокна. Ручний тиск, вакуум або валики використовуються, щоб переконатися, що смола насичена та повністю змочує всі шари, і що будь-які повітряні кишені видалені. Роботу слід виконувати швидко, перш ніж смола почне затвердіти, якщо тільки не використовуються високотемпературні смоли, які не затвердіють, поки деталь не нагріється в духовці. У деяких випадках виріб накривають пластиковими листами, а на виробі створюється вакуум, щоб видалити бульбашки повітря та притиснути скловолокно до форми форми.
3. Операція розпилення
Процес укладання скловолокна розпиленням схожий на процес укладання вручну, але відрізняється нанесенням волокна та смоли на форму. Розпилення – це процес виготовлення композитів відкритого формування, коли смола та армуючі елементи розпилюються на форму. Смола та скло можуть бути застосовані окремо або одночасно «подрібнені» в комбінованому потоці з подрібнювача. Працівники розгортають спрей для ущільнення ламінату. Потім можна додати деревину, пінопласт або інший матеріал серцевини, а вторинний шар розпилення запроваджує серцевину між ламінатами. Потім деталь затверджується, охолоджується та виймається з форми для багаторазового використання.
4. Пультрузійна операція
Пултрузія — це метод виготовлення міцних, легких композитних матеріалів. У пултрузії матеріал протягується через формувальне обладнання за допомогою методу «рука над рукою» або методу безперервного ролика (на відміну від екструзії, коли матеріал проштовхується через матриці). У пултрузії скловолокна волокна (скломатеріал) витягуються з котушок через пристрій, який покриває їх смолою. Потім вони, як правило, піддаються термічній обробці та розрізаються по довжині. Склопластик, вироблений таким чином, може мати різні форми та поперечні перерізи.
Викривлення:
Однією з особливостей скловолокна є те, що використовувані смоли стискаються під час процесу затвердіння. Для поліестеру це скорочення часто становить 5–6%; для епоксидної смоли близько 2%. Оскільки волокна не стискаються, ця різниця може призвести до зміни форми деталі під час затвердіння. Викривлення можуть з’явитися через години, дні або тижні після схоплювання смоли.
Хоча це викривлення можна мінімізувати шляхом симетричного використання волокон у конструкції, створюється певна внутрішня напруга; і якщо віна стає занадто великою, утворюються тріщини.
Безпека для здоров’я:
Склопластик у вигляді виготовлених застиглих виробів є беспечним, а переважна більшість досліджень вивчаює вплив на здоров’я людини парів смол та скловолокно під час роботи з ними – до затвердіння, або окремих складових, що не можна назвати склопластиком.
У червні 2011 року Національна токсикологічна програма США (NTP) вилучила зі свого звіту про канцерогени всю біорозчинну скловату, яка використовується в ізоляції будинків і будівель, а також для неізоляційних виробів. Проте NTP вважає волокнистий скляний пил «розумно передбачуваним [як] канцерогеном для людини (деякі волокна скловати (вдихані))». Подібним чином Каліфорнійський офіс оцінки небезпеки для здоров’я навколишнього середовища (OEHHA) опублікував у листопаді 2011 року зміни до свого списку Пропозиції 65, щоб включити лише «Скловатні волокна (вдихані та біостійкі)». Дії NTP США та OEHHA Каліфорнії означає, що етикетка із застереженням про рак для ізоляції будинків і будівель з біорозчинного скловолокна більше не потрібна відповідно до федерального законодавства чи законодавства Каліфорнії. У жовтні 2001 року Міжнародне агентство з дослідження раку (IARC) перекласифікувало всю скловату, яка зазвичай використовується для тепло- та звукоізоляції, як некласифіковану щодо канцерогенності для людини (група 3).
Європейський Союз і Німеччина класифікують синтетичні скловолокна як можливо або ймовірно канцерогенні, але волокна можуть бути звільнені від цієї класифікації, якщо вони пройдуть спеціальні тести. Докази для цих класифікацій насамперед отримані з досліджень на експериментальних тваринах і механізмів канцерогенезу. Епідеміологічні дослідження скловати були розглянуті групою міжнародних експертів, скликаною IARC. Ці експерти дійшли висновку: «Епідеміологічні дослідження, опубліковані протягом 15 років з моменту попереднього огляду монографій IARC щодо цих волокон у 1988 році, не надають жодних доказів підвищеного ризику раку легенів або мезотеліоми (рак внутрішньої оболонки порожнин тіла) через професійний вплив під час виробництва. цих матеріалів та недостатні загальні докази будь-якого ризику раку».
Наукові дані показують, що склопластик є безпечним для виробництва, встановлення та використання, якщо дотримуються рекомендованих методів роботи для зменшення тимчасового механічного подразнення.
Під час затвердіння смол виділяються пари стиролу. Вони подразнюють слизові оболонки та дихальні шляхи. Таким чином, Указ про небезпечні речовини в Німеччині диктує максимальну межу професійного впливу 86 мг/м³. У певних концентраціях може виникнути потенційно вибухонебезпечна суміш. Подальше виробництво компонентів GRP (шліфування, різання, пиляння) утворює дрібний пил і стружку, що містить скляні нитки, а також липкий пил у кількостях, достатньо високих, щоб вплинути на здоров’я та функціональність машин і обладнання. Для забезпечення безпеки та ефективності необхідна установка ефективного обладнання для відведення та фільтрації.