Композитные профили — это легкий и прочный материал, который широко используются в современной архитектуре. Углепластик и стеклокомпозиты легче, но прочнее и тверже (в расчёте на единицу веса) в сравнении с алюминием и сталью. По этой причине их широко применяют в инфраструктурном и гражданском строительстве.
Что это такое
Полимерные композиционные материалы — результат смешения двух веществ:
- полимерной основы;
- армирующего наполнителя.
Это делают для получения продукта с качеством, превосходящим свойства оригинальных компонентов по отдельности. Другими словами, идея состоит в том, чтобы создать продукт, обладающий характеристиками, которых нет у чистых полимеров.
Классический полимерный композит делают из термопластичных или термореактивных полимеров. Профили сначала формуются на станке. Потом под воздействием высоких температур активируются химические реакции отвержения. В результате получается продукт с оригинальными свойствами.
Какие материалы используют в современных полимерных композитах
Полимерную матрицу чаще всего отливают из таких полимеров.
- полиэфирная смола;
- винилэфирная смола;
- эпоксидная смола;
- полиэфирамид;
- полиэтилен;
- полипропилен.
Химические добавки:
- мел (СаСО₃);
- тальк;
- УФ-поглотители;
- антипирены.
Армирующие материал:
- стекловолокно;
- углеродное волокно;
- арамидное волокно.
Полипропилен и полиэтилен — два лидера композитного производства
И полипропилен, и полиэтилен очень похожи, но отличаются по некоторым уникальным характеристикам.
Полиэтилен. Самый распространённый и широкоиспользуемый. Занимает до 70% рынка. Популярен за счёт универсальности и доступной цены. Используется повсеместно — от пищевого производства до строительства.
Полипропилен. Второй по востребованности пластик после полиэтилена. Выигрывает у PE в прочности, более устойчив к усталости, ударам, нагреву и температурным перепадам.
В целом, полиэтилен более легкий, эластичный, с хорошей устойчивостью к истиранию. Полипропилен более твердый и может использоваться в конструкционных целях.
Чем ПП отличается от ПЭ?
Оба материала очень податливы, эластичны, с относительно одинаковой ударопрочностью. Ключевой фактор, отличающий полиэтилен от полипропилена — стабильность полимерной матрицы. Плотность полипропилена фиксирована и не зависит от типа наполнителя. С другой стороны, разные марки полиэтилена очень сильно отличаются в зависимости от вида армирующего наполнителя и добавок.
Вот краткий обзор других отличий:
Полипропилен | Полиэтилен |
Изначально прозрачный. Легко окрашивается в любой цвет. | Изначально полупрозрачный или молочного цвета. Трудно колеровать. |
Легче, обладает большей прочностью на единице веса. | Эластичнее. Прочность и плотность сильно зависят от армирующего наполнителя и добавок. |
Повышенная стойкость к растрескиванию, кислотам, органическим растворителям и электролитам. | Не обладает повышенной химической устойчивостью, но лучше выдерживать низкие температуры. |
Имеет высокую температуру плавления. | Не желательно нагревать выше 100 градусов. |
Более жесткий и устойчивый к механическому давлению. | Прочнее на изгиб, более устойчив к истиранию |
Как добавки помогают улучшить свойства полипропилена? Виды полипропилена
В производстве композитов, полипропилен не используют в чистом виде. Этому мешают некоторые объективные недостатки материала, как то:
- слабая устойчивость к ультрафиолету;
- хрупкость при температуре ниже -20°C;
- уязвимость к сильным щелочам и окислителями.
Добавление сополимеров, осветлителей, антипиренов, минералов и других веществ добавки дополнительно улучшает физические и механические свойства полипропилена, устраняя перечисленные выше недостатки.
В зависимости от типа добавок и применяемых наполнителей, получают разные разновидности полипропилена:
- РРН – простейший вид, применяется для внутренних работ
- РРВ – конструкционный полипропилен, из которого делать композитные профили и армирование для бетона
- PPR – полимер, обладающий повышенной термостойкостью. Применяется для труб отопления, тёплых полов и других похожих изделий.
- PРs – огнестойкий композит для помещений с повышенными требованиями к пожарной безопасности.
Есть и менее распространённые виды PP, с уникальными электропроводящими, шумоизоляционными и другими свойствами.
Преимущества
Полимер, армированный стекловолокном или углеродом, надёжный и безопасный для человека материал. Но на этом его преимущества не исчерпываются. Среди других заметных достоинств:
Соотношение малого веса и высокой прочности. По соотношению прочности на единицу веса в 4 раза прочнее алюминия. Почти в два раза превосходит по прочности мягкие марки стали и в 7,5-8,5 раз легче. Монтаж композитных конструкций выполняется быстро и легко по сравнению с другими материалами аналогичного назначения.
Лёгкость механической обработки. Материал обрабатывается вручную. Специальный инструмент не нужен.
Стабильность. Композит сохранять первоначальную форму и прочность даже при воздействии влаги, химических веществ и многих других агрессивных факторов окружающей среды.
Дизайн. Легко колеруется. Имитирует дерево, натуральный камень и другие материалы. Не теряет в эстетике с течением времени.
Коррозионная стойкость. Все композиты по своей природе устойчивы к коррозии. Полипропилен за счёт большей плотности и стабильности полимерной матрицы сохраняет устойчивость к растрескиванию и коррозии на протяжении десятилетий. Это делает его особенно пригодным для наружных работ.
Ещё один важный плюс — долговечность. Композит не «устаёт» от многократного изгибания под механическим воздействием. В отличие от алюминия и стали.
Сферы применения
Здесь лишь несколько примеров отраслей, которые успешно используют композитные материалы вместо более традиционных:
- аэрокосмическая;
- железнодорожная;
- автомобильная промышленность;
- сельское хозяйство;
- пищевая промышленность;
- судостроение;
- медицина;
- горнодобывающая промышленность, нефть и газ;
- строительство.
Композиты используются во всех отраслей промышленности. В широком потребительском секторе их применят для производства металлопрофилей разного назначения, в мебельном производстве, монтаже оросительных систем в фермерских и тепличных хозяйствах.
На мировом рынке полимеров полипропилен занимает второе место (30%), уступая только полиэтилену. В России этот разрыв ещё выше. Потребление изделий из PP в РФ ниже европейского в три раза. При этом спрос на его активное внедрение есть практически во всех. Особенно в быстро развивающейся строительной отрасли.