Klaaskiud (GRP): omadused, tootmine ja rakendused

Klaaskiud (GRP): tutvu omaduste, tootmisprotsessi ja rakendustega — kerge, tugev ja kuluefektiivne alternatiiv süsinikkiulele ning metallidele, sobib keerukateks vormideks.

Klaaskiud (inglise keeles: fiberglass) on komposiitmaterjal. See on kiududega tugevdatud polümeer, mis koosneb tavaliselt plastmaatriksist, mida on tugevdatud klaasist valmistatud peente kiududega. Komposiitmaterjalina tuntakse seda ka klaasiga tugevdatud plastikuna (GRP).

Klaaskiud on sageli odavam ja paindlikum kui süsinikkiud. See pakub kõrget tugevuse ja massi suhet (st on tugevam kui paljud metallid kaalule nähtuna) ning seda saab vormida keerukateks geomeetriateks. Plastmaatriks on tavaliselt termokõvastuv polümeer — näiteks epoksü-- või polüestervaik — kuid kasutatakse ka termoplaste.

Klaaskiu eelised on järgmised:

• Hea tugevuse ja kaalu suhe — klaaskiud on tugeva konstruktsioonimaterjalina kergem kui paljud metallid sama tugevuse juures.
• Korrosioonikindlus — GRP ei roosteta ja talub hästi keemilist korrosiooni paljudes keskkondades.
• Paindlik vormitavus — lubab toota keerukaid vorme ja pindu ilma keeruka metallvaluta.
• Elektriisolatsioon — klaaskiud ja selle komposiidid on head dielektrikud, seetõttu kasutatakse neid elektri- ja elektroonikarakendustes.
• Soome- ja heliisolatsioon — sobib heli- ja soojusisolatsiooniks sõltuvalt maatriksist ja kiudude paigutusest.
• Kuluefektiivsus — tavaliselt odavam kui kõrgema klassi kiudmaterjalid (nt süsinikkiud) ning tootmiskulud võivad olla madalamad suuremahulise tootmise puhul.

Peamised omadused

• Meehaanilised omadused: hea tõmbe- ja paindetugevus, aga suhteliselt madalam survetugevus võrreldes metallidega — omadused sõltuvad kiudude suunatusest ja maatriksi tüübist.
• Tihedus: madalam kui terasel, mistõttu komposiidid pakuvad head tugevus/kaal suhet.
• Termilised omadused: klaaskiudu iseloomustab madal soojusjuhtivus; termokõvastuvad maatriksid määravad töötemperatuuri piirid.
• Keemiline vastupidavus: hea paljude korrosiivsete ainete vastu, kuid teatavad happed või alused võivad kahjustada maatriksit.
• Väsimiskindlus: komposiitide väsimiskäitumine erineb metallidest ja sõltub kiudude paigutusest, kihiarvust ja liidete kvaliteedist.

Tootmisprotsessid ja tüübid

Klaaskiudu toodetakse ja töödeldakse mitmel viisil sõltuvalt lõpptootest:

• Klaasi sulatamine ja kiudude tõmbamine: klaas sulatatakse spetsiaalses ahjus ja tõmmatakse peeneks kiuks. Kiud kaetakse sageli spetsiaalse pahtliga (sizing), mis parandab adhesiooni maatriksiga.
• Roving, napad ja lõikekiud: kokku kootakse kiudude kimbud (roving), millest valmistatakse kangad, vahed (mat) või purustatud kiud (chopped strand), mida kasutatakse erinevates tehnoloogiates.
• Kangad ja vahed: vilt-, rõnga- ja punutud kangad annavad suunatud tugevuse; chopped strand mat kasutatakse vaakuminfusiooni ja survevalutoodetes.
• Pultrusioon: pidevprotsess profiilide tootmiseks (torud, profiilid), kus roving tõmmatakse vaiguga immutatud läbi kuumutatud vormi.
• Filament winding (niidikeerd): kasutatakse torude, veetankide ja komposiitmuhvide tootmiseks — kiud pealekeeratakse vormile soovitud nurga all.
• Hand lay-up ja spray-up: käsitsi lamineerimine või klaasfiibri ja vaigu pihustamine vormile — lihtsamad ja odavamad meetodid väiksema mahuga toodangus.
• RTM ja infusioon: vaigu sissepritsimine kinnisse vormi (Resin Transfer Molding) või vaakuminfusioon suuremate ja kvaliteetsemate osade jaoks.

Klaaskiudude tüübid

Erinevad klaasitüübid annavad erinevaid omadusi:

• E-glass: elektrooniliselt puhastatud klaas – laialdaselt kasutusel tavarakendustes (hea dielektriline ja mehaaniline jõudlus).
• S-glass: kõrgema tugevusega klaas, kasutusel kõrgemate nõudmistega konstruktsioonides.
• C-glass ja AR-glass: spetsiaalsed klassid korrosioonikindluse või aluskindluse parandamiseks.

Rakendused

Klaaskiudu kasutatakse paljudes valdkondades tänu selle mitmekülgsusele:

• Merendus: paadid, pardavarustus, tekid ja jahid (kuna klaaskiud ei roosteta ja on veekindel).
• Autotööstus: kereosad, kerepaneelid, isolatsioon ja täiteosad.
• Ehitus: fassaadipaneelid, komposiitaknad, torud ja kanalisatsioonitooted, isolatsioonipaneelid.
• Energeetika: tuuleturbiinide labad (suurte laminaatsete struktuuride tootmiseks), torud ja mahutid.
• Sport ja tarbeehted: jalgrattaraamid, suusavarustus, surfilaudade tuumad, kaitsevahendid ning muud spordiseadmed.
• Elektri- ja elektroonikatööstus: isoleerivad komponendid, trükkplaatide tugiraamid.

Puudused ja piirangud

• UV- ja ilmastikutundlikkus: paljud polümeermaatriksid degradeeruvad UV-kiirguse mõjul, mistõttu on sageli vaja UV-kaitset (värv, kate).
• Recycling ja ringlus: klaaskiudi komposiitide taaskasutus on keerulisem kui puhtalt termoplastide puhul; traditsioonilised termokõvastuvad komposiidid on raskemini ümbertöödeldavad.
• Isotroopsuse puudumine: mehaanilised omadused sõltuvad kiudude suunast — vale kiudupaigutus võib vähendada konstruktsiooni kandevõimet.
• Terviserisk lõikamisel ja lihvimisel: klaasikiudude tolm võib ärritada nahka ja limaskestasid ning nõuab sobivaid kaitsemeetmeid.

Ohutus ja hooldus

• Kasutamisel ja töötlemisel tuleks järgida isikukaitsevahendite nõudeid: kindad, kaitseprillid, tolmumaskid/respiraatorid ning sobiv ventilatsioon.
• Kiudude lõikamisel kasuta märglõikust või tolmuimurit, et vähendada õhku sattuvat kiudtolmu.
• Välise pinna kaitseks ja UV-kindluse parandamiseks kasutatakse laki- või värvikatteid.

Keskkond ja ringlussevõtt

Kuigi klaaskiudu ei ole biolagunev, on mitmeid võimalusi selle jäätmevoogude haldamiseks: mehaaniline purustamine ja täitematerjalina kasutamine betoonis/teistes komposiitides, pürolüütiline või keemiline töötlemine kiudude eraldamiseks (sõltuvad tehnoloogiliselt ja majanduslikult), ning energia taaskasutus põletamise kaudu sobivates seadmetes. Tööstuses on käimas uuringud ja arendused, et parandada klaaskiudude ringlussevõttu ja vähendada keskkonnamõju.

Testimine ja standardid

Klaaskiudusid ja GRP-tooteid kontrollitakse erinevate mehaaniliste, termiliste ja keemiliste katsetega vastavalt rahvusvahelistele ja riiklikele standarditele (nt ISO, ASTM ja teised tööstusharu standardid) tagamaks usaldusväärsust, ohutust ja pikaealisust.

Kokkuvõtvalt on klaaskiud (GRP) mitmekülgne ja laialdaselt kasutatav komposiitmaterjal, mida eelistatakse madalama hinnaklassi ja heade vormimisvõimaluste tõttu. Valik konkreetse rakenduse jaoks sõltub nõutavast mehaanilisest jõudlusest, keskkonnatingimustest, töötemperatuurist ning tootmisprotsesside ja ringluse nõuetest.

Küsimused ja vastused

Küsimus: Mis on Fibroconci?

K: Mis on USAs tuntud ka kui klaaskiud?

K: Kuidas nimetatakse komposiitmaterjali, kui see on valmistatud klaasiga tugevdatud plastist?

K: Kuidas on klaaskiud võrreldav süsinikkiuga hinna ja paindlikkuse poolest?

K: Kuidas on klaaskiud tugevuse poolest võrreldav metallidega?

K: Kas klaaskiust saab vormida keerulisi kujundeid?

K: Millised on klaaskiu kasutamise eelised?

Otsing