Что такое решетка FRP? Руководство по решеткам из формованного и стекловолокна

Стеклопластиковая решетка (Решетка из армированного волокном полимера) представляет собой конструкционную панель, изготовленную путем сочетания армирования из стекловолокна с матрицей из полимерной смолы, образующей жесткую платформу с открытой решеткой, используемую для дорожек, полов и дренажных покрытий. Это идеальная альтернатива стальным, алюминиевым и деревянным решеткам в средах, где критическими требованиями являются устойчивость к коррозии, малый вес и электрическая непроводимость. Решетка FRP широко используется на химических заводах, водоочистных сооружениях, морских платформах, заводах пищевой промышленности и морских сооружениях.

В этой статье объясняется, что такое стеклопластиковая решетка, как она производится, основные различия между формованными и пултрузионными типами, данные о технических характеристиках и как выбрать правильный продукт для вашего применения.

Что такое решетка FRP: определение и основной состав

ФРП означает Армированный волокном полимер — композитный материал, в котором стекловолокна (или иногда углеродные волокна) заключены в термореактивную смолу, такую как полиэфир, виниловый эфир или фенольная смола. Полученный материал сочетает в себе прочность стекловолокна на разрыв с химической стойкостью и способностью к формованию смоляного связующего.

Решетка из стеклопластика конкретно относится к панелям, изготовленным в конфигурации с открытой решеткой или сеткой, обеспечивающей несущую платформу, позволяя при этом жидкостям, воздуху и свету проходить через отверстия. Решетчатая структура состоит из взаимосвязанных или непрерывных несущих стержней и поперечин, образующих повторяющийся узор из квадратных или прямоугольных отверстий.

Ключевые свойства материала, определяющие решетку FRP, включают:

• Коррозионная стойкость — не подвержен влиянию кислот, щелочей, солей и большинства растворителей.
• Малый вес - обычно На 70–80 % легче аналогичной стальной решетки.
• Электрическая непроводимость — критическое преимущество в области безопасности на электрических подстанциях и в высоковольтных средах.
• Термическая непроводимость — низкий уровень тепловых мостиков по сравнению с металлическими альтернативами
• Немагнитные свойства — требуется в учреждениях МРТ, оборонных объектах и чувствительных приборных средах.
• Противоскользящая поверхность — зернистость поверхности обеспечивает коэффициент трения, превышающий 0,8 в большинстве продуктов.

Литая решетка из FRP и пултрузионная решетка: ключевые различия

Решетка из стеклопластика производится с помощью двух принципиально разных производственных процессов — формования и пултрузии, каждый из которых приводит к различным структурным характеристикам, несущей способности и подходящим применениям. Понимание разницы важно перед тем, как указать или купить.

Формованная решетка FRP

Формованная решетка из стеклопластика изготавливается путем укладки непрерывных ровингов из стекловолокна по тканому узору через предварительно сформированную форму, затем пропитывания волокон смолой и отверждения их под воздействием тепла и давления. Поскольку волокна движутся непрерывно как в продольном, так и в поперечном направлениях, литая решетка имеет одинаковую прочность по обеим осям — это двунаправленный продукт.

Типичные характеристики формованной решетки FRP:

• Размеры панелей обычно до 1220 × 3660 мм (4 × 12 футов).
• Доступная глубина от 25 мм до 50 мм, наиболее распространенная конструктивная глубина — 38 мм.
• Размер ячеек сетки 38 × 38 мм или 50 × 50 мм в стандартной комплектации.
• Можно разрезать в любом направлении без структурных потерь — главное преимущество при установке.
• Вес обычно 4,5–7,5 кг/м² в зависимости от глубины и системы смолы

Пултрузионная решетка FRP

Пултрузионная решетка из стеклопластика собирается из индивидуально изготовленных пултрузионных несущих стержней (полученных путем протягивания непрерывных волокон через ванну со смолой и матрицу) и поперечных стержней, вставленных через равные промежутки времени. Поскольку волокна проходят исключительно по длине каждого стержня, пултрузионная решетка анизотропна — значительно прочнее в продольном направлении и должны быть ориентированы с помощью несущих стержней, охватывающих направление нагрузки.

Пултрузионная решетка является предпочтительным выбором там, где требуется более высокая несущая способность или большая глубина панели (до 100 мм).

Как производится формованная решетка FRP

Процесс производства формованных решеток представляет собой непрерывную операцию ручной укладки и машинного формования, которая определяет конечные структурные и химические характеристики продукта. Понимание этого процесса помогает специалистам по спецификации оценивать заявления о качестве продукции и сравнивать предложения разных производителей.

1. Подготовка формы — Стальная форма с желаемым рисунком сетки очищается и обрабатывается разделительным составом для предотвращения прилипания.
2. Нанесение смоляного гелькоута — На поверхность формы наносится насыщенный слой смолы (часто содержащий УФ-стабилизаторы или антипирены). Это становится внешней оболочкой готовой панели.
3. Укладка волоконного ровинга — Ровинги из непрерывного стекловолокна вплетаются в решетку формы поочередно, создавая несколько слоев в обоих направлениях до тех пор, пока не будет достигнута необходимая толщина.
4. Пропитка смолой — Катализированная смола (полиэфирная, винилэфирная или фенольная) заливается и обрабатывается через слой волокна для достижения полного насыщения с минимальным содержанием пустот.
5. Лечение — Форма закрывается, и панель отверждается в условиях контролируемой температуры, обычно в течение 60–120 минут в зависимости от системы смолы и температуры окружающей среды.
6. Демонтаж и отделка — Затвердевшая панель снимается, обрезается до стандартных размеров, а на верхнюю поверхность наносится зернистая или вогнутая противоскользящая поверхность.

Содержание стекловолокна в хорошо изготовленной решетчатой панели из стеклопластика обычно не превышает 35–45% по весу . Более высокое содержание волокна позволяет получить более прочные и жесткие панели, но также увеличивает стоимость материала. Производители качественных материалов предоставляют сертификаты сторонних испытаний, подтверждающие содержание волокна, прочность на изгиб и тип смолы.

FRP решетка против стальной решетки: прямое сравнение производительности

Решение между решеткой из стеклопластика и решеткой из оцинкованной или нержавеющей стали в первую очередь зависит от условий эксплуатации, стоимости жизненного цикла и ограничений по весу. Стеклопластик не является универсальным — в некоторых случаях сталь остается лучшим выбором. В таблице ниже представлено прямое сравнение наиболее важных параметров.

В агрессивных химических или морских средах Решетка из стеклопластика обычно обеспечивает более низкую совокупную стоимость владения в течение 20 лет. несмотря на более высокую первоначальную цену, поскольку исключает затраты на перекраску, повторное цинкование и преждевременную замену, связанные со сталью.

Системы смол, используемые в решетках из стекловолокна, и их химическая стойкость

Матрица смолы является основным фактором, определяющим профиль химической стойкости любого решетчатого изделия из стеклопластика. Выбор неправильной смолы для рабочей химической среды является одной из наиболее распространенных и дорогостоящих ошибок в спецификации. Три основные системы смол:

Изофталевая полиэфирная смола

Наиболее широко используемая и самая дешевая система смол. Изофталевой полиэстер обеспечивает хорошую стойкость к разбавленным кислотам, щелочам и обычным промышленным химикатам. Он подходит для общие промышленные проходы, платформы очистки воды и мягкие химические среды . Не рекомендуется использовать концентрированные кислоты, хлорированные растворители или постоянное погружение в агрессивные химикаты.

Винилэфирная смола

Винилэфирная смола обеспечивает значительно более высокую химическую стойкость, чем полиэфир, особенно против концентрированных кислот (включая серную кислоту до 70%), щелочей, отбеливателей и многих растворителей. Это стандартный выбор для химические перерабатывающие заводы, гальванические предприятия, целлюлозно-бумажные комбинаты и морские нефтегазовые платформы. . Решетка из винилэфира стоит примерно на 20–35% дороже, чем аналоги из полиэстера.

Фенольная смола

Решетка из фенольного стеклопластика обеспечивает самые высокие противопожарные характеристики среди всех систем из стеклопластика, достигая Класс распространения пожара 0/1 класс и очень низкое выделение дыма — важнейшее требование в морских, железнодорожных и туннельных применениях, где должны соблюдаться стандарты пожарной безопасности (например, Кодекс IMO FTP для морского использования). Фенольная решетка более хрупкая и дорогая, чем винилэфирная, но незаменима там, где обязательна сертификация пожарной безопасности.

Стандартные размеры, таблицы нагрузок и номинальные пролеты для формованной решетки из стеклопластика

Формованная решетка из стеклопластика производится со стандартными размерами и глубиной панелей. Наиболее распространенной стандартной панелью является 1220 мм × 3660 мм (4 фута × 12 футов) , хотя панели размером 1000 × 4000 мм также широко доступны на европейских рынках. Разработчикам спецификаций следует подтвердить доступный размер панели у своего поставщика, прежде чем окончательно определить расстояние между структурными сетками, поскольку расстояние между балками должно соответствовать размерам панелей, чтобы минимизировать отходы от резки.

Глубина и грузоподъемность

Глубина панели является основной переменной, определяющей грузоподъемность и максимально допустимый пролет. Ниже приведены типичные значения нагрузки для формованной решетки из изофталевого полиэстера с размером отверстий 38 мм, основанные на критерии максимального отклонения пролет/200 (наиболее часто применяемый предел работоспособности):

Всегда получайте таблицы нагрузок, специфичные для продукта, у производителя. Несущая способность зависит от системы смолы, содержания волокон и апертуры сетки — общие данные не следует использовать для проектирования конструкций без проверки.

Основные отрасли промышленности и применение решеток из стеклопластика и решеток из стекловолокна

Решетка из стеклопластика используется во многих отраслях промышленности, но наиболее широкое ее применение наблюдается в тех секторах, где устойчивость к коррозии, безопасность и экономия веса обеспечивают измеримую эксплуатационную ценность.

Химическая и нефтехимическая переработка

Химические заводы используют решетки из винилэфирного стеклопластика для платформ доступа, дорожек, мостов для труб и резервуаров, где брызги кислоты, пары растворителей и агрессивные чистящие химикаты быстро разрушают сталь. Было показано, что типичный проект замены химического завода, заменяющий стальную решетку на FRP на площади платформы площадью 2000 м², снижает расходы на техническое обслуживание на более 60% за 10-летний период .

Очистка воды и сточных вод

Формованная решетка из стеклопластика является стандартным материалом для проходов над аэротенками, фильтрующими слоями и мостами отстойников на водоочистных сооружениях. Сочетание высокой влажности, сероводорода (побочного продукта очистки сточных вод) и хлорированной воды создает среду, разрушающую оцинкованную сталь в течение 5–8 лет. Решетка из стеклопластика остается структурно неизмененной и не требует покраски или защитного покрытия на протяжении всего срока службы.

Оффшор и морской флот

На морских нефтегазовых платформах используются решетки из фенольного стеклопластика в зонах, требующих сертификации противопожарных характеристик IMO, и решетки из винилэфира в менее критических зонах. Снижение веса FRP-решетки по сравнению со сталью особенно ценно для верхних строений, где уменьшенная нагрузка на палубу напрямую снижает требования к конструкционной стали для корпуса и кожуха. Экономия веса решетки на 15–20 тонн на платформе среднего размера означает экономию конструкционной стали на 40–60 тонн.

Производство продуктов питания и напитков

Решетки из стекловолокна широко используются на мясоперерабатывающих, рыбоперерабатывающих заводах, пивоваренных и молочных заводах, где полы и проходы постоянно промываются горячей водой и едкими чистящими средствами. Решетка из стеклопластика не ржавеет, не содержит бактерий в поверхностных ямках (в отличие от корродированной стали) и одобрена для использования в зонах контакта с пищевыми продуктами в соответствии с соответствующими гигиеническими нормами. Белое или светло-серое гелевое покрытие также позволяет визуально обнаружить загрязнение.

Электрогенерация и электрические подстанции

Электрическая непроводимость стеклопластиковой решетки делает ее обязательным выбором для кабельных траншей, полов подстанций и проходов под трансформаторными насыпями. Работа на высоковольтном оборудовании или вблизи него на непроводящей платформе устраняет критический путь поражения электрическим током. Решетка FRP, используемая в этих приложениях, должна соответствовать IEC 61111 или эквивалентные диэлектрические стандарты. и регулярно тестируется при напряжении, превышающем 30 кВ.

Как определить и выбрать подходящий продукт для решетки из стеклопластика

Выбор решетки FRP требует принятия решений по пяти взаимосвязанным параметрам. Оптимизация только одного аспекта (например, стоимости) без учета остальных часто приводит к преждевременному выходу продукта из строя или несоблюдению требований безопасности.

• Метод изготовления — Отформован для двунаправленной загрузки и удобства резки; пултрузионный для высоких нагрузок и длинных пролетов.
• Система смолы — Полиэстер общего назначения; виниловый эфир для химической стойкости; фенольный для огнестойкости.
• Глубина панели — Определяется пролетом конструкции и приложенной нагрузкой. Используйте таблицы нагрузок производителя и применяйте минимальный коэффициент запаса прочности 2,0 к предельным значениям нагрузки для пешеходов.
• Сетчатая апертура — Меньшие проемы (25×25 мм) обеспечивают большую поддержку стопы и предотвращают выпадение мелких предметов; отверстия большего размера (50 × 50 мм) обеспечивают лучший дренаж и легче.
• Чистота поверхности — Верх из песка (наивысшее сопротивление скольжению, CoF > 0,8), вогнутый верх (хороший дренаж, умеренное сопротивление скольжению) или закрытый верх (твердая поверхность для особых требований к локализации).

Для проектов в Великобритании решетка из стеклопластика, установленная в качестве пола или прохода на рабочем месте, должна соответствовать Положения о рабочих местах (здоровье, безопасность и благополучие) 1992 г. требования к поверхностям пола и требования к структурным нагрузкам BS EN 1991-1-1 (Еврокод 1) для приложенных нагрузок на полы и проходы.

Установка, крепление и резка стеклопластиковой решетки на месте

Решетку из стеклопластика можно установить с помощью простых инструментов и без тяжелого подъемного оборудования, что является одним из ее практических преимуществ перед стальной решеткой в отдаленных или возвышенных местах. Следующие пункты охватывают ключевые аспекты установки:

Резка

Формованную решетку из стеклопластика можно разрезать с помощью циркулярной пилы с алмазным напылением или абразивного диска. 3500–4500 об/мин . При резке образуется мелкая пыль из стекловолокна — рабочие должны носить пылезащитные маски FFP3, защитные очки и одежду с длинными рукавами. После резки все открытые кромки следует загерметизировать с помощью герметика для кромок, совместимого с производителем, или катализированной смолы, чтобы предотвратить попадание влаги в концы обрезанных волокон.

Крепления и крепежи

Решетка из стеклопластика крепится к опорным конструкциям с помощью запатентованных систем зажимов из стеклопластика или нержавеющей стали, которые зацепляются за несущие стержни. Стандартные болты из нержавеющей стали M8 или M10 с шайбами ​​большого диаметра используются для сквозного крепления там, где зажимы не подходят. Никогда не используйте крепеж из мягкой стали или оцинкованной стали. с решеткой из стеклопластика в агрессивных средах — коррозия крепежа приведет к появлению пятен, смещению панели и возможному ослаблению конструкции задолго до того, как сама панель из стеклопластика испортится.

Тепловое расширение

FRP имеет коэффициент теплового расширения примерно 20–25 × 10⁻⁶ /°С — примерно вдвое больше, чем у стали. Для длинных пролетов панелей при открытой установке на открытом воздухе следует предусмотреть компенсационные зазоры размером 3–5 мм на метр длины панели, чтобы предотвратить коробление панели при высоких летних температурах.