Перевод с английского.

Стоимость конструкций на основе высококачественной хлорсодержащей и бисфенольной полиэфирной смол примерно одинакова. Стоимость изофталевых полиэфирных смол равна примерно двум третям стоимости бисфенолъных смол, а полиэфиры общего назначения приблизительно вдвое дешевле высококачественных бисфенольных смол. Из этого следует, что при изготовлении конструкции из комбинированных материалов можно использовать сочетание бисфенольной и изофталевой смол, хлорсодержащего и изофталевого полиэфиров или бисфенольного полиэфира и полиэфира общего назначения и т. д. Например, был изготовлен резервуар следующей конструкции: внутренний слой толщиной от 1,5 до 3 мм на основе бисфенольной смолы; на него методом намотки нанесен слой из непрерывного стеклянного волокна, пропитанного изофталевой полиэфирной смолой; наружный слой резервуара - стекломат, пропитанный бисфенольной смолой. Стоимость такого резервуара на 10-20% дешевле, чем резервуара, изготовленного на основе одного бисфенольного или хлорсодержащего полиэфира. Резервуары такой конструкции из комбинированных материалов изготавливаются многими фирмами.

При изготовлении конструкций из стеклопластиков чаще применяют изофталевые полиэфирные смолы, чем комбинации полиэфиров общего назначения с высококачественными химически стойкими смолами. Химическая стойкость изофталевых смол значительно выше, чем у полиэфиров общего назначения; использование этих смол экономично благодаря более низкой их стоимости. Так, резервуар двухслойной конструкции, изготовленный на основе только качественной бисфенольной смолы, стоил бы 5000 долларов, между тем стоимость резервуара, изготовленного из комбинированных материалов способом контактного формования, составляет 4000 - 4500 долларов. Однако следует помнить, что при разрушении антикоррозионного внутреннего слоя вся конструкция может оказаться в опасности, если не произвести ремонт с использованием высококачественной смолы.

Трубы, изготовленные центробежным формованием из полиэфирных смол, часто содержат сажу. Такие трубы обладают высокими антикоррозионными свойствами и могут применяться в тех же областях, в которых используют эпоксидные смолы. Однако не армированные полиэфиры имеют низкую ударную прочность и легко разрушаются. Для работы в условиях воздействия ударных нагрузок и вибраций на эти трубы методом намотки наносят полиэфирный или эпоксидный стеклопластик, который обеспечивает необходимую прочность изделий. Для повышения ударной прочности труб, полученных из комбинированных материалов способом контактного формования, можно наружный слой толщиной 3,2 мм армировать сеткой из нержавеющей стали.

Комбинирование фурановых смол и полиэфирных стеклопластиков открывает новые возможности решения проблем, связанных с выбором коррозионно-стойкого материала. Фурановые смоли по степени возгораемости относятся к трудновозгораемым материалам. Фасонные детали из фурановых смол примерно в 5 раз легче чугунных и стальных. Теплопроводность фурановых смол несколько выше, чем полиэфирных. Большой ассортимент труб, емкостей и других конструкций производят из стеклопластиков, футерованных фурановыми смолами. Важным достоинством фурановых смол является их стойкость к таким растворителям, как ацетон, этиловый спирт, четыреххлористый углерод, сероуглерод, хлороформ, жирные кислоты, метилэтилкетон, бензол, толуол, ксилол; многие из этих растворителей быстро вызывают повреждение полиэфирных и эпоксидных смол.

Хотя по стойкости к действию растворителей фурановые смолы превосходят другие смолы, имеются среды, в которых по стойкости они уступают химически стойким полиэфирным смолам. К ним относятся влажный и сухой газообразный хлор; гальванические растворы, содержащие хромовую кислоту; соляная кислота; растворы нитратов (например, нитраты свинца, никеля, цинка); рассолы, насыщенные хлором; растворы гипохлорита натрия; трихлоруксусная кислота и др. Однако большинство конструкций из стеклопластиков, футерованных фурановыми смолами, обладает очень широким диапазоном коррозионной стойкости как в кислотах, так и в щелочах.

Прочность фурановых смол ниже, чем прочность стеклопластиков, тем не менее в продаже имеются коррозионно-стойкие трубы, изготовленные только из фурановых смол и предназначенные для эксплуатации при низких давлениях, а также для дренажных работ. Из фурановых смол изготавливают также емкости и другие изделия. Применение фурановых смол в качестве футеровки в конструкциях из комбинированного материала с наружным слоем из полиэфирного стеклопластика, полученного намоткой непрерывного волокна или контактным формованием, позволяет сочетать лучшие свойства обоих материалов и использовать их во многих областях.

Резервуар из полиэфирного стеклопластика, футерованного фурановыми смолами, вполне удовлетворительно работает в течение пяти лет при 93 ° C в растворе 50%-ной серной кислоты. Для повышения прочности днище усилено металлическими опорами. Успехи, достигнутые в настоящее время в области конструирования резервуаров подобного типа, позволяют исключить применение металлических опор, что способствует снижению стоимости резервуаров.

Основным преимуществом комбинированных конструкций из стекла и полиэфирного стеклопластика является сочетание очень высокой коррозионной стойкости боросиликатного стекла с прочностью намотанного полиэфирного стеклопластика. Полиэфирный стеклопластик, изготовленный намоткой непрерывного волокна, значительно повышает сопротивление удару; допускаемое рабочее давление возрастает втрое и достигает 10,5 кгс/см², а предельная рабочая температура повышается до 177 ° C . Наличие наружного слоя стеклопластика, полученного намоткой, позволяет даже при сильном ударе сохранить целостность системы и предупредить катастрофическое разрушение конструкции. Труба может дать течь, но такие случаи на практике редки; поврежденную секцию всегда можно заменить обычным способом. Применение наружного армирования позволило значительно расширить использование уникальных антикоррозионных свойств стекла.

Анализ стоимости труб, изготовленных из комбинированных материалов, показывает, что она сравнима (в пределах ±10%) со стоимостью труб из сплавов алюминия, из некоторых марок нержавеющей стали, а также стальных труб, футерованных сараном и резиной. Значительная экономия получается по сравнению со стоимостью труб из высоколегированных сталей, а также из стали, футерованной тефлоном или стеклом.

В Японии для химических производств изготавливают резервуары открытого типа из стеклопластика, футерованные фторопластом (толщина футеровки 0,2-0,5 мм). Такую футеровку наносят на деревянную форму, а затем укладывают полиэфирный стеклопластик слоем толщиной 3-4 мм, который обеспечивает прочность и жесткость конструкции. Для дополнительного упрочения корпуса применяют кольца и стержни из нержавеющей стали. Такие резервуары используют для проведения в них процесса гальванического хромирования; при этом они удовлетворительно работают в интервале температур от -118 до +200 °С. Резервуары могут применяться в условиях, при которых футеровка из фторопласта обладает удовлетворительной химической стойкостью.

Для обеспечения прочного соединения полипропилена с полиэфирным стеклопластиком листы полипропилена подвергают специальной обработке, после которой минимальная прочность соединения на сдвиг достигает 35 кгс/см². Теплостойкость комбинированного материала выше, чем у полипропилена. Такой комбинированный материал пригоден для использования в пищевой промышленности при транспортировке пищевых продуктов. Толщина полипропилена составляет обычно 2-3 мм. В высоконапряженных участках конструкции, если нужно, увеличивают содержание стекловолокнистого армирующего материала.

Разработана аппаратура для соединения полипропиленовой футеровки на стыках труб и электроискровой метод испытания качества соединения. Желательно соединять футеровку на стыках труб сваркой, поскольку при этом достигается наибольшая прочность соединения. Полипропилен обычно сваривают струей горячего газа. Таким способом легко достигнуть прочности сварного соединения, равной 90% прочности полимера. Склеивание полипропилена малоэффективно, и его следует избегать. Однако для ремонта комбинированного материала можно использовать эпоксидные и полиэфирные клеи. Такой ремонт следует проводить только при наличии дефектов сварки или при механическом разрушении конструкции. Для ремонта механических повреждений вырезают поврежденные участки и удаляют весь расслоившийся материал; затем сваривают вставки полипропилена с основным футеровочным слоем. Далее, пропитанный связующим армирующий материал, укладывают внахлестку на поврежденный участок и соединяют с исходным верхним слоем стеклопластика.

Испытания показали, что использование полипропилена в качестве армирующего материала приводит к повышению ударной прочности армированного пластика. Поэтому желательно разработать комбинированный материал, в котором полипропиленовые волокна использовались бы для армирования на участках, воспринимающих ударные нагрузки (в остальной части конструкции армирующим материалом может служить стеклянное волокно). Например, труба, внутренний слой которой упрочнен полипропиленовым волокном, а наружный – стеклянным волокном, должна обладать высокими химической стойкостью и механической прочностью.

Оборудование из комбинированных материалов под торговой маркой селмар применяют в Англии с 1961 г. и под торговой маркой пролайт сравнительно недавно в США. Действительно, одна из самых больших вентиляционных систем, созданных в Англии, изготовлена из комбинированного материала - полипропилена и полиэфирного стеклопластика; диаметр газохода 300 мм, длина - 610 м.

Максимальные напряжения, возникающие в результате теплового расширения в таком комбинированном материале, наблюдаются в интервале температур от 60 до 70 °С. Для увеличения жесткости конструкции применяют те же элементы жесткости, которые используют в других емкостях, изготовленных из армированных пластмасс. Жесткость конструкции увеличивают наформовкой стеклопластика на подкладки из стальных полос, стеклянных жгутов, фасонного пенопласта или фасонных деревянных деталей обычно квадратной, треугольной или полукруглой формы.

Такие детали, как крышки емкостей, щиты или крылья вентиляторов рекомендуется изготовлять в виде комбинированных конструкций, состоящих из двух слоев полипропилена, между которыми находится слой стеклопластика. В такой конструкции обеспечена наибольшая коррозионная стойкость обеих поверхностей.

Поливинилхлорид является одним из лучших коррозионно-стойких материалов. К сожалению, прочностные показатели его невысоки. Однако его можно с успехом использовать в сочетании с полиэфирным стеклопластиком. Рядом фирм разработаны методы химической сварки армированного полиэфира и ПВХ с образованием прочного непрерывного комбинированного материала, обладающего высокой химической стойкостью ПВХ и одновременно достаточно высокой механической прочностью стеклопластика.

Толщина слоев ПВХ и полиэфирного стеклопластика должна соответствовать условиям эксплуатации. При изготовлении элементов трубопроводов применяют обычно трубы из ПВХ марки 40 или 80, упрочненные слоем полиэфирного стеклопластика толщиной не менее 6,3 мм. При изготовлении трубы или любой другой конструкции типа тела вращения нет необходимости в образовании химических связей между двумя слоями, так как образуются вполне достаточные напряжения сжатия в результате усадки полиэфирной смолы при отверждении. Такие комбинированные материалы широко применяют для абсорберов хлора и смесителей, в которых 93%-ная серная кислота разбавляется до 5-20%-иой концентрации. Для удовлетворительной работы оборудования максимальная рабочая температура должна быть не выше 82 ° С. При высоких температурах и напряжениях ПВХ становится хрупким. Стенки резервуара могут быть сильно повреждены при смешивании в нем некоторых жидкостей, если же смешивание производить до поступления жидкости в резервуар, такого явления не наблюдается. Примером может служить разбавление 93%-ной серной кислоты. Разбавление кислоты должно осуществляться до поступления раствора в резервуар в специально сконструированном смесителе; такой смеситель показан на рис. 5.1.

Раствор 93%-ной серной кислоты быстро разрушает любую полиэфирную и эпоксидную смолу в результате их окисления и дегидратации, но кислота концентрации ниже 40% не опасна для этих полимеров. В смесителе должно быть не менее четырех перегородок, а его диаметр должен быть вдвое больше диаметра самого большого входного отверстия. Если конструкция смесителя не соответствует этим требованиям, то часто разрушается труба из стеклопластика, расположенная низке смесителя. Поэтому правильная конструкция смесителя имеет существенное значение.

Другим примером является добавление бензола в резервуар с кислым раствором. Как известно, бензол оказывает воздействие на полиэфирную смолу. Однако при правильном смешении обеих жидкостей материал не разрушается.

Для повышения прочности соединения ПВХ со стеклопластиком поверхности ПВХ предварительно придают шероховатость механическим путем. Увеличения прочности соединения обоих материалов можно достичь также обработкой ПВХ растворителем со средней растворяющей способностью, благодаря чему слой полиэфирного стеклопластика будет химически связан с ПВХ. Разработаны различные методы и технология получения очень прочного соединения ПВХ со стеклопластиком.

В комбинированных трубах из ПВХ и стеклопластика обычно используют фланцы из ПВХ, причем наружный слой стеклопластика доходит до основания фланца. Торцы фланца делают рифлеными; обязательно применяют прокладки.

Для транспортировки многих окислителей трубы из эпоксидных стеклопластиков непригодны, поэтому иногда специально конструируют трубопроводы из комбинированных пластмасс. Внутреннюю стенку такого трубопровода изготавливают из полиэфирного, а наружную - из эпоксидного стеклопластика. Методом намотки непрерывного стеклянного волокна получают конструкцию, обладающую высокой прочностью, малым весом и химической стойкостью ко многим химическим реагентам. Для изготовления клеевых соединений можно использовать полиэфирные или эпоксидные клеи. Таким же образом изготавливают фасонные детали и фланцы. Стоимость трубы, изготовленной из комбинированного полиэфирного и эпоксидного стеклопластиков, такая же, как и стоимость трубы из эпоксидного стеклопластика, полученного намоткой непрерывного стеклянного волокна.