Tuyaux en fibre de verre: avantages, technologie de

Quelle est la production de tuyaux en fibre de verre? Que devraient être les tuyaux en fibre de verre selon GOST? Dans quelle mesure leurs caractéristiques sont-elles attrayantes par rapport aux solutions alternatives? Essayons de répondre à ces questions.

Échantillons de tuyaux avec des connexions de différents types.

C'est quoi

Qu'est-ce que la fibre de verre? Le nom, en général, donne une image complète de la composition du matériau: le liant (résine époxy ou polyester) est renforcé de fibre de verre. Le renforcement offre une résistance aux charges de traction et de flexion; Le liant assure la résistance aux chocs.

Remarque: les résines utilisées sont des thermodurcissables typiques. Lors du durcissement, des changements chimiques irréversibles se produisent en eux; Si tel est le cas, contrairement aux thermoplastiques, le soudage par résistance des produits est impossible. La colle, les brides pour les boulons, les filets, etc. sont utilisées pour connecter les tuyaux.

Raccordement à bride du pipeline en fibre de verre.

Histoire de

La technologie de production est née dans les années cinquante du siècle dernier, lorsque la production industrielle de résines époxy a commencé. Comme toute nouvelle technologie, au début, cela n’était pas très populaire: le manque d’expérience dans l’utilisation de la fibre de verre complétait le bas prix des matériaux traditionnels (acier, cuivre et aluminium).

Vers le milieu des années 60, toutefois, la situation a commencé à changer.

Que s'est-il passé?

  • Les prix de l'acier et des métaux non ferreux ont augmenté.
  • Le développement commercial des champs pétroliers et gaziers en mer a commencé. Les tubes en PRV (tubes) se différencient favorablement du métal par leur faible poids et, ce qui est plus important, par leur résistance à la corrosion: le contact avec l'eau salée ne leur a causé aucun dommage, contrairement aux produits concurrents.
  • Enfin, les technologies de production de fibre de verre elles-mêmes ne sont pas restées inchangées: elles sont devenues moins chères et plus durables.

Le résultat ne s'est pas fait attendre: à la fin des années 60, la société américaine Ameron a introduit ses tuyaux en fibre de verre haute pression d'abord sur le marché nord-américain, puis sur le marché du Moyen-Orient. Dans les années 80, des fabricants européens et, un peu plus tard, soviétiques (plus tard russes) ont été formés.

Les produits Ameron sont toujours en demande sur le marché russe, malgré la présence de fabricants nationaux.

Les avantages

Que la fibre de verre a gagné en popularité?

La liste de ses avantages n’est pas très longue, mais elle a l’air très convaincante.

  1. Très raisonnable dans le contexte des aciers fortement alliés et inoxydables.
  2. Résistance à la corrosion et aux milieux agressifs.

C'est utile: s'il est nécessaire de transporter des liquides particulièrement agressifs, les éléments de la conduite sont revêtus de polyéthylène haute pression.

  1. Faible poids. La résistance spécifique de la fibre de verre (résistance liée à la densité) est 3,5 fois supérieure à celle de l'acier; Ainsi, les structures à résistance égale de ces matériaux auront un poids différent plusieurs fois.
Avec la même épaisseur de paroi que le tube en acier, la fibre de verre lui est très légèrement inférieure en termes de résistance.
  1. La possibilité d'obtenir un matériau aux propriétés mécaniques souhaitées grâce à un schéma de renforcement spécifique. Par exemple, l’enroulement en anneau de spirale de la fibre de verre offre la plus grande résistance à la pression interne.

La production

Quelle est la production de tuyaux en fibre de verre?

À ce jour, il existe quatre technologies principales de fabrication.

Nom Description
Extrusion La résine est mélangée avec un durcisseur et de la fibre de verre hachée, après quoi elle est extrudée à travers un trou annulaire. La production est peu coûteuse sur le plan technologique, mais l'absence d'un cadre de renforcement régulier affecte la résistance finale des produits.
Pultrusion Le tube est formé entre les mandrins interne et externe. Les deux surfaces sont parfaites. Cependant, un certain nombre de limitations technologiques ne permettent pas de produire des tuyaux de grands diamètres et avec une pression de travail élevée.
Moulage centrifuge Le renforcement est un manchon fini en fibre de verre, qui est pressé contre la surface d'une forme en rotation par des forces centrifuges. Ils contribuent également à une distribution uniforme de la résine dans les futurs murs. Le principal avantage de cette technologie est la possibilité d’obtenir une surface extérieure lisse. L'inconvénient principal est l'intensité énergétique et, par conséquent, le coût élevé.
Enroulement La fibre de verre imprégnée de fibres (fil, ruban ou tissu) est enroulée sur un mandrin cylindrique. Les équipements pour la production de tuyaux en fibre de verre par la méthode d'enroulement sont les plus courants en raison de leur simplicité relative et de leurs performances élevées.
Le schéma de production par la méthode de pultrusion.

Ce dernier mode de production comprend plusieurs sous-espèces, pour ainsi dire. Apprenons à les connaître.

Anneau en spirale

L’empileur - une bague avec plusieurs mécanismes d’alimentation en fil imprégnés - se déplace le long d’un mandrin rotatif. A chaque passage, une couche de fibres à pas constant est déposée; Comme nous nous en souvenons, le schéma de pose en anneau vous permet d’obtenir une résistance maximale de la conduite à la rupture.

Curieusement, la pré-tension du fil influence également favorablement la résistance finale du produit, empêchant ainsi l'apparition de fissures sous des charges de flexion.

La méthode de l'enroulement à anneau en spirale est utilisée pour fabriquer des tubes conçus pour des pressions de fonctionnement élevées, des composants structurels (y compris des supports de tours de transmission en composite) et même les coques de moteurs de fusées.

Fabrication de tubes à enroulement en spirale.

Enroulement de bande en spirale

La différence avec la méthode précédente réside uniquement dans le fait que l’empileur forme en un seul passage un ruban étroit de douze ou deux fibres. En conséquence, la formation d'un renforcement continu nécessite beaucoup plus de passages; le renfort lui-même est un peu moins dense. Le principal avantage de la méthode est beaucoup plus simple et, par conséquent, un équipement bon marché.

Enroulement transversal longitudinal

La principale différence par rapport aux schémas précédents est que le bobinage est rendu continu: l'empileur établit simultanément les filets longitudinal et transversal. Il semblerait que cela devrait simplifier et réduire les coûts de la technologie; Cependant, il y a un problème purement mécanique.

Le mandrin sur lequel le futur tube est enroulé tourne; dans ce cas, les bobines à partir desquelles le fil de ferraillage longitudinal est déroulé doivent également tourner. En outre, plus le diamètre du tuyau est grand, plus les bobines doivent être grandes.

Enrouleur longitudinal-transversal.

Enroulement longitudinal transversal oblique

Cette solution a été développée pendant la vie de l'Union soviétique à Kharkov et était initialement utilisée dans la production d'obus de roquettes. Plus tard, il s'est répandu dans tout l'espace post-soviétique.

Quelle est l'essence de la méthode?

  • L'empileur forme un large ruban de fibres parallèles imprégnées de liant.
  • La bande avant enroulement sur le mandrin est pré-enroulée avec un fil sans imprégnation, formant ensuite un renfort axial. Les fils rassemblés dans le ruban eux-mêmes forment respectivement un renfort transversal: le ruban est posé sur l'axe du mandrin.
  • Après la pose, chaque couche est enroulée sur des rouleaux, scellant le renfort et déplaçant le liant en excès.

Quel est l'avantage d'un tel schéma?

  • La possibilité de production continue. En un seul passage, vous pouvez former des murs arbitrairement épais, changeant simplement le chevauchement de la bande.
  • Haute performance.
  • La capacité de produire des tuyaux en fibre de verre de grand diamètre (en théorie - sans restrictions de la taille maximale). Les dimensions ne sont limitées que par la taille du mandrin.
  • Teneur extrêmement élevée en fibre de verre dans le matériau fini. Il vient à 85% contre 45-65% avec les méthodes alternatives. Cela affecte à la fois la résistance finale et l'inflammabilité du produit.
Coupe transversale - enroulement longitudinal.

Les normes

La production de produits qui nous intéressent est régie par deux documents réglementaires:

  1. GOST R 53201-2008 contient les conditions techniques pour la fabrication de tuyaux d’un diamètre de 50 à 200 mm sur des raccords filetés.
  2. Développé avec la participation de NTT LLC (New Pipe Technologies), le document GOST R 54560-2011 décrit en détail les plastiques thermodurcissables renforcés de fibres de verre.

Nous étudions les dispositions de base des documents.

GOST R 53201-2008

Le mode de fonctionnement standard du tuyau est le suivant:

  • Température - de -60 à + 60 ° C.
  • Humidité relative - jusqu'à 100%.
  • La température du liquide transporté va jusqu'à + 110 ° C.
  • Pression de travail - de 3,5 à 27,6 MPa.

Les utilisations suivantes sont fournies pour les produits décrits par la norme:

  1. Transport de condensats de pétrole et de gaz.
  2. Transport de solutions salées (y compris eau de mer).
  3. La construction de colonnes d'ascenseur.
  4. Fixation des puits à des fins diverses.
Boîtier démonté.
  1. Maintien de la pression du réservoir dans la mise en valeur des gisements souterrains.
  2. Alimentation en eau technique et potable.

La norme distingue trois types de tuyaux:

Désignation Décryptage
NK Pompe-compresseur
Oh Dérangeant
L Linéaire

Quels peuvent être les diamètres des tuyaux en fibre de verre produits conformément à GOST R 53201-2008 et leurs autres caractéristiques?

Le pompage et le tubage

Diamètre interne, mm Pression nominale, en MPa Épaisseur minimale de la paroi, mm Poids au mètre, kg
50 6,9 - 27,6 4.3 - 8.4 1,6 - 3,3
63 6,9 - 27,6 4,6 - 10,7 2,2 - 5,5
100 10.3 - 17.2 8.1 - 12.2 5,8 - 8,2
150 10.3 - 17.2 13,5 - 15,0 14,0 - 14,9
200 10.3 13.6 16,5
Dans le tube photo - fibre de verre de haute pression.

Linéaire

Diamètre interne, mm Pression nominale, en MPa Épaisseur minimale de la paroi, mm Poids au mètre, kg
50 10,3 - 27,6 2,79 - 8,10 1.2 - 3.1
63 8,6 - 27,6 2,80 - 9,90 1,4 - 5,2
100 5,5 - 27,6 2,80 - 16,00 2,3 - 12,8
150 5,5 - 13,8 4,57 - 11,20 5.1 - 12.2
200 5,5 - 13,8 5,84 - 14,70 8,6 - 22,6

Outre les dimensions des tuyaux, le document contient des instructions détaillées pour la fabrication de raccords avec l'indication des dimensions de base, les exigences en matière d'apparence, les tolérances maximales et l'étiquetage de tous les produits.

GOST R 54560-2011

La norme décrit les pipelines exploités dans des conditions beaucoup moins sévères que celles décrites ci-dessus:

  • Pression de fonctionnement - jusqu'à 3,2 MPa;
  • Température moyenne - jusqu'à 35 ° C;
  • Liquides transportés - eau, solutions d'eau et drains (domestiques et industriels).
Les exigences douces en matière de résistance permettent de gérer les murs de faible épaisseur.

Important: l’action de GOST ne s’applique pas aux conduites d’alimentation en eau domestique et d’égouts.

Dans le cadre du document, les produits sont classés selon les critères suivants:

  • Diamètre (DN). La plage de valeurs est comprise entre 300 et 3000 millimètres.
  • Pression nominale (PN). Pour les tuyaux sans pression, le concept de PN lui-même est plutôt arbitraire et est pris pour être de 0,1 à 0,4 MPa; pour la pression, il faut des valeurs de 0,6, 1,0, 1,6, 2,0, 2,5 et 3,2 MPa.
  • Rigidité nominale (SN). Il est également mesuré en mégapascals et peut être égal à 1250, 2500, 5000 et 10 000.

Remarque: lors de la pose d'un système d'égout en fibre de verre avec vos propres mains, il convient de garder à l'esprit que les conduites SN 1250 ne sont en principe pas recommandées pour une installation souterraine et que SN 2500 est recommandé pour être posé dans des plateaux.

Pour les installations souterraines, utilisez des tuyaux à paroi épaisse et de grande rigidité.

Le document, comme le précédent, énumère les dimensions principales de tous les types de raccords et les exigences relatives à leur apparence, leur résistance, leur marquage et leurs méthodes de renforcement.

Conclusion

Bien entendu, dans notre document, nous n’avons abordé qu’une petite partie d’un très vaste sujet sur l’utilisation de la fibre de verre. Nous n'avons pas encore déterminé s'il était possible d'utiliser des tuyaux en fibre de verre pour le chauffage ou les eaux usées domestiques, mais sur leur qualité sur le fond de produits en métal-polymère ou tout en plastique. Certaines de ces questions affectent la vidéo dans cet article. Des succès!

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