Como escolher tubos de fibra de vidro: especificidades de produção e visão geral dos principais fabricantes

Devido à combinação de características positivas do vidro e dos polímeros, os tubos de plástico reforçado com fibra de vidro obtiveram perspectivas de aplicação praticamente ilimitadas – desde a instalação de dutos de ventilação até a construção de vias petroquímicas.

Neste artigo, veremos as principais características dos tubos de plástico reforçado com fibra de vidro, a marcação, as tecnologias de fabricação do compósito polimérico e as composições dos componentes de ligação que determinam a área de aplicação do compósito.

Também apresentaremos critérios importantes de seleção, dando atenção aos melhores fabricantes, pois um papel importante na qualidade do produto é atribuído às capacidades técnicas e à reputação do fabricante.

Características gerais do plástico reforçado com fibra de vidro

O plástico reforçado com fibra de vidro é um material plástico que contém componentes de fibra de vidro e um enchimento ligante (polímeros termoplásticos e termoendurecíveis). Juntamente com a densidade relativamente baixa, os produtos de plástico reforçado com fibra de vidro apresentam boas propriedades de resistência.

Nos últimos 30-40 anos, o plástico reforçado com fibra de vidro tem sido amplamente utilizado para a fabricação de tubulações de diferentes finalidades.

O compósito polimérico é uma alternativa digna ao vidro, cerâmica, metal e concreto na produção de estruturas projetadas para operar em condições extremas (petroquímica, aviação, extração de gás, construção naval, etc.)

As tubulações combinam as qualidades do vidro e dos polímeros:

1. Peso leve. O peso médio do plástico reforçado com fibra de vidro é de 1,1 g/cm³. Para comparação, o mesmo parâmetro para aço e cobre é muito maior – 7,8 e 8,9 respectivamente. Devido à leveza, os trabalhos de montagem e o transporte do material são facilitados.
2. Resistência à corrosão. Os componentes do compósito têm baixa reatividade, portanto não estão sujeitos à corrosão eletroquímica e à decomposição bacteriana. Essa qualidade é um argumento decisivo a favor do plástico reforçado com fibra de vidro para redes de infraestrutura subterrânea.
3. Altas propriedades mecânicas. O limite absoluto de resistência do compósito é inferior ao do aço, mas o parâmetro de resistência específica é significativamente superior aos polímeros termoplásticos (PVC, PND).
4. Resistência às intempéries. Faixa de temperaturas extremas (-60 °C a +80 °C), o tratamento dos tubos com uma camada protetora de gelcoat garante imunidade aos raios UV. Além disso, o material é resistente ao vento (limite de 300 km/h). Alguns fabricantes afirmam a resistência sísmica dos acessórios para tubos.
5. Resistência ao fogo. O vidro não inflamável é o principal componente do fibra de vidro, portanto o material é de difícil ignição. Quando queima, não libera o gás tóxico dioxina.

A fibra de vidro tem baixa condutividade térmica, o que explica suas qualidades de isolamento térmico.

Desvantagens dos tubos compósitos: suscetibilidade ao desgaste abrasivo, formação de poeira cancerígena devido ao processamento mecânico e alto custo em comparação com o plástico

À medida que as paredes internas se desgastam, as fibras ficam expostas e quebram – partículas podem entrar no meio transportado.

Tecnologias de fabricação de tubos de plástico reforçado com fibra de vidro

As características físico-mecânicas do produto acabado dependem da técnica de produção. A armadura compósita é fabricada por quatro métodos diferentes: extrusão, pultrusão, fundição centrífuga e enrolamento.

Tecnologia #1 — extrusão

Extrusão é um processo tecnológico baseado na compressão contínua de um material pastoso ou de alta viscosidade através de uma ferramenta de moldagem. A resina é misturada com fibra de vidro triturada e um endurecedor plástico, e depois alimentada no extrusor.

O produto acabado não possui uma estrutura de reforço contínua, pois o aglutinante é preenchido com fibra de vidro de forma aleatória. A ausência de 'cinta de armadura' resulta na redução da resistência dos tubos.

Uma linha de extrusão de alta produtividade permite obter produtos compósitos sem estrutura a um baixo custo, mas a demanda por eles é limitada devido às propriedades mecânicas reduzidas. A base da matriz polimérica é polipropileno e polietileno.

Tecnologia #2 — pultrusão

Pultrusão é uma tecnologia de fabricação de elementos compósitos longos de pequeno diâmetro com seção transversal constante. Ao passar através de uma matriz de moldagem aquecida (+140 °C), as peças de tecido de fibra de vidro impregnadas com resina termofixa são 'esticadas'.

Ao contrário do processo de extrusão, onde o fator determinante é a pressão, na unidade de pultrusão esse papel é desempenhado pela força de tração.

Principais componentes da unidade de pultrusão: conjunto de alimentação de fibra, tanque de polímero, dispositivo de pré-formação, termoprensa, correia de tração e máquina de corte.

Processo tecnológico:

1. Os fios de fibra das bobinas são alimentados no banho de polímero, onde são impregnados com resinas termoplásticas.
2. As fibras tratadas passam pelo dispositivo de pré-formação – os fios são alinhados e adquirem a forma desejada.
3. O polímero não curado entra na matriz. Através de vários aquecedores, é criado o regime ideal para a polimerização e a velocidade de tração é selecionada.

O produto curado é puxado pela máquina de tração e cortado em segmentos.

Características distintivas da tecnologia de pultrusão:

• polímeros permitidos para processamento – resinas epóxi, poliéster, vinílicas;
• velocidade de tração – o uso de polímeros 'pultrusionados' inovadores e otimizados permite acelerar a tração para 4-6 m/min. (padrão – 2-3 m/min.);
• faixa da área de trabalho: mínimo – 3,05*1 m (força de tração até 5,5 t), máximo – 1,27*3,05 m (força – 18 t).

O resultado é um tubo com paredes externas e internas perfeitamente lisas, e também com altos níveis de resistência.

Características do fibra de vidro obtido pelo método de pultrusão: tensão de ruptura na flexão – 700-1240 MPa, condutividade térmica – 0,35 W/m²°C, módulo de elasticidade na tração – 21-41 GPa

As desvantagens do método não se referem à qualidade do produto original, mas à própria tecnologia. Argumentos 'contra': alto custo e longa duração do processo produtivo, impossibilidade de fabricação de tubos de grande diâmetro, projetados para cargas significativas.

Tecnologia #3 — fundição centrífuga

A empresa suíça Hobas desenvolveu e patenteou a técnica de formação centrífuga. Neste caso, a produção é feita da parede externa do tubo para a interna, utilizando um molde rotativo. Os componentes do tubo incluem: fios de vidro moídos, areia e resinas de poliéster.

Os componentes da matéria-prima são alimentados em uma matriz rotativa – a estrutura da superfície externa do tubo é formada. Durante a produção, componentes sólidos, carga e fibra de vidro são misturados à resina líquida – sob a ação do catalisador, a polimerização ocorre mais rapidamente.

Como resultado, formam-se paredes lisas multicamadas. Graças à técnica de 'pulverização' centrífuga, a estrutura do tubo é monolítica, homogênea, sem delaminações ou partículas gasosas.

Vantagens adicionais:

• alta precisão das dimensões do produto original (a seção interna do molde rotativo corresponde ao diâmetro externo do produto acabado);
• possibilidade de fundir uma parede de qualquer espessura;
• alta rigidez anelar do compósito polimérico;
• obtenção de superfície lisa por fora e por dentro dos tubos.

A desvantagem da produção centrífuga de tubos de plástico reforçado com vidro é o alto consumo de energia e o alto custo do produto final.

Tecnologia #4 — enrolamento progressivo

A técnica mais popular é o enrolamento contínuo. O tubo é criado pela alternância variável do mandril com fibra de vidro e polímeros, com processos de resfriamento. O método de produção tem várias subcategorias.

Técnica de anel espiral

O aplicador de fibras é um anel especial, ao redor do qual estão localizadas as fieiras com fios.

O elemento de trabalho se move continuamente ao longo do eixo do mandril em movimento e distribui as fibras ao longo das linhas helicoidais.

Ao alterar a velocidade de rotação do mandril e o deslocamento do aplicador, o ângulo de disposição das fibras de vidro muda. Nas extremidades do tubo, o anel funciona em modo 'reverso' e coloca os fios com inclinação mínima.

Principais vantagens do método:

• resistência uniforme em toda a superfície da tubulação;
• excelente suporte a cargas de tração – trincas são excluídas;
• criação de produtos de diâmetro variável e seções de configuração complexa.

Esta técnica permite obter tubos de alta resistência, projetados para operação sob alta pressão (redes de engenharia de bombeamento e compressão).

Enrolamento em fita espiral

A técnica é semelhante à anterior, a diferença é que o aplicador alimenta uma fita estreita de fibras. Uma camada de reforço densa é alcançada aumentando o número de passagens.

Na produção, são utilizados equipamentos mais baratos do que no método espiral-anelar, mas a enrolação em fita apresenta algumas desvantagens significativas:

• produtividade limitada;
• a disposição solta das fibras reduz a resistência do tubo.

O método espiral-fita é relevante na fabricação de conexões de tubos para baixa e média pressão.

Método longitudinal-transversal

É realizada uma enrolação contínua – o aplicador coloca as fibras longitudinais e transversais simultaneamente. Não há movimento reverso.

Para o mandril rotativo, são utilizados carretéis móveis que alimentam as fibras de reforço longitudinais. Na fabricação de tubos de grande volume, é necessário utilizar uma grande quantidade de bobinas.

Características do método:

• utilizado principalmente na criação de tubos com diâmetro de até 75 mm;
• há a possibilidade de tensionamento dos fios axiais, obtendo-se resistência semelhante ao método espiral.

A tecnologia longitudinal-transversal é de alta produtividade. As máquinas permitem alterar a proporção de reforço axial e circular em uma ampla faixa.

Tecnologia de camada oblíqua transversal-longitudinal

O desenvolvimento dos engenheiros de Kharkiv tem demanda entre os fabricantes nacionais. Na enrolação em camada oblíqua, o aplicador produz uma 'cortina' composta por um feixe de fios aglutinantes. A fita é alimentada no mandril em um ângulo pequeno, sobrepondo-se à volta anterior – formando um reforço circular.

Ao final do processamento de todo o mandril, as fibras são laminadas com rolos – os resíduos de polímeros aglutinantes são removidos e o revestimento de reforço é compactado.

A laminação permite atingir o teor mínimo necessário de plástico. A proporção de vidro no compósito curado é de cerca de 80% – um resultado ideal, proporcionando alta resistência e baixa inflamabilidade.

Características da laminação oblíqua:

• densidade de aderência das fibras de vidro;
• diâmetro ilimitado dos tubos produzidos;
• altas propriedades dielétricas devido à ausência de reforço contínuo ao longo do eixo.

O módulo de elasticidade do fibra de vidro de camada oblíqua é inferior ao parâmetro análogo de outras técnicas. Devido ao risco de formação de fissuras entre camadas, o método não é viável na criação de tubulações de alta pressão.

Parâmetros de seleção de tubos de plástico reforçado com fibra de vidro

A seleção de tubos compósitos de vidro baseia-se nos seguintes critérios: rigidez e pressão nominal, tipo de componente aglutinante, características construtivas das paredes e método de conexão. Os parâmetros significativos são indicados nos documentos de acompanhamento e em cada tubo – marcação abreviada.

Rigidez e pressão nominal

A rigidez do fibra de vidro determina a capacidade do material de resistir a cargas externas (peso do solo, movimento de veículos) e à pressão nas paredes internas. De acordo com a padronização ISO, os tubos são classificados em várias classes de rigidez (SN).

Nível máximo de pressão de trabalho permitido para cada classe: SN 2500 – 0,4 MPa, SN 5000 – 1 MPa, SN 10000 – 2,5 MPa

O grau de rigidez aumenta à medida que a espessura da parede do tubo de fibra de vidro aumenta.

A classificação por pressão nominal (PN) mostra a gradação dos produtos em relação à pressão segura do fluido a +20 °C durante toda a vida útil (cerca de 50 anos). A unidade de medida para PN é MPa.

Alguns fabricantes, como Hobas, indicam características combinadas dos dois parâmetros (pressão e rigidez) através de uma fração. Tubos com pressão de trabalho de 0,4 MPa (classe PN – 4) e grau de rigidez (SN) de 2500 Pa serão marcados como 4/2500.

Tipo de material de ligação

As propriedades operacionais do tubo dependem em grande parte do tipo de aglutinante. Na maioria dos casos, são utilizados aditivos de poliéster ou epóxi.

Características dos aglutinantes de poliéster (PEF)

As paredes são formadas por resinas de poliéster termofixas, reforçadas com fibra de vidro e aditivos de areia.

Os polímeros utilizados possuem qualidades importantes:

• baixa toxicidade;
• cura em temperatura ambiente;
• adesão confiável às fibras de vidro;
• inércia química.

Tubos compostos com polímeros de poliéster não estão sujeitos à corrosão e à ação de meios agressivos.

Campo de aplicação: habitação e serviços comunitários, captação de água, tubulações de estações de tratamento, esgoto industrial e doméstico. Limitações operacionais: temperatura acima de +90 °C, pressão superior a 32 atmosferas.

Características da resina epóxi

O aglutinante confere ao material maior resistência. O limite de temperatura dos compósitos com epóxi é de até +130 °C, pressão máxima – 240 atmosferas.

Vantagem adicional – condutividade térmica praticamente zero, portanto as tubulações montadas não necessitam de isolamento térmico adicional.

Os tubos desta classe serão mais caros que os produtos de poliéster. Geralmente, as tubulações de fibra de vidro com aglutinante epóxi são utilizadas nas indústrias de petróleo e gás, petroquímica e na infraestrutura de portos marítimos.

Estrutura das paredes dos tubos compósitos

Quanto à construção, distinguem-se: tubos de fibra de vidro de uma, duas e três camadas.

Características dos produtos de camada única

Os tubos não possuem revestimento protetor, por isso se destacam pelo baixo custo. Características das tubulações: impossibilidade de uso em regiões com relevo complexo e clima severo.

Além disso, esses produtos exigem uma instalação cuidadosa – escavação de uma vala de grande volume, preparação de um 'colchão' de areia. Mas o orçamento dos trabalhos de instalação aumenta por causa disso.

Características dos tubos de dupla camada

Os produtos são revestidos internamente com uma película de polietileno de alta pressão. A proteção aumenta a resistência química e melhora a estanqueidade da tubulação sob cargas externas.

No entanto, a operação das tubulações em dutos da indústria petrolífera revelou pontos fracos das modificações de dupla camada:

• aderência insuficiente entre a camada estrutural e o revestimento – quebra da monoliticidade das paredes;
• deterioração da elasticidade da película protetora em temperaturas negativas.

Durante o transporte de meio gasoso, pode ocorrer descolamento do revestimento.

A finalidade da tubulação de dupla camada é o transporte de massas desgaseificadas. Os tubos compósitos são adequados para o bombeamento de águas residuais, instalação de redes de esgoto e abastecimento de água.

Parâmetros do tubo de três camadas

Estrutura do tubo de fibra de vidro:

1. Camada externa de polímero (espessura 1-3 mm) – aumento da resistência mecânica e química.
2. Camada estrutural – camada de construção responsável pela resistência do produto.
3. Liner (espessura 3-6 mm) – revestimento interno de fibra de vidro.

A camada interna proporciona suavidade, estanqueidade e suaviza as flutuações cíclicas da pressão interna.

As características físico-mecânicas dos tubos de fibra de vidro de três camadas permitem sua utilização em diversos setores para o transporte de meios gasosos e líquidos.

Método de junção da tubulação de plástico reforçado com fibra de vidro

De acordo com o método de conexão, a variedade de tubulações de compósito é dividida em 4 grupos.

Grupo nº1 – junção de encaixe e espiga

Juntas elásticas de borracha são montadas nas ranhuras correspondentes nos pinos das extremidades dos tubos. Os anéis de vedação são formados em equipamentos controlados eletronicamente, garantindo precisão na sua localização e dimensões.

Dependendo da localização da rede de engenharia e do tipo de meio transportado, é selecionado o tipo de vedante de borracha. As tubulações são fornecidas com os anéis necessários.

Grupo nº2 – junção de encaixe e espiga com vedação e trava

Ao construir uma linha terrestre, é necessário compensar a ação das forças axiais na tubulação. Para isso, além do selante, é colocado um trava. O elemento é fabricado em cabo de metal, cloreto de polivinila ou poliamida.

O trava é instalado nas ranhuras anulares através do orifício do encaixe na extremidade de espiga. O limitador impede o deslocamento axial dos elementos da linha.

Grupo nº 3 – conexão flangeada

Junção de tubulação composta com acessórios ou tubos metálicos. As dimensões de conexão dos flanges de fibra de vidro são regulamentadas pela GOST 12815-80.

Para fixação flangeada, na base do tubo há um 'pé' especial com orifícios para elementos de fixação. A largura das bordas de junção depende dos parâmetros da tubulação.

Grupo nº 4 – fixação com adesivo

Método de conexão não desmontável – nas extremidades é aplicado um composto de materiais de vidro reforçado com adição de componente poliéster de cura 'a frio'. O método garante resistência e estanqueidade da linha.

Marcação da camada interna de proteção

O método de produção de tubos permite fabricar produtos com diferentes composições da camada interna, que determina a resistência da linha ao meio transportado.

A variedade de produtos é dividida em 4 grupos. Os tubos de fibra de vidro da categoria HP suportam tranquilamente o bombeamento regular de líquido até +90 °C, e o valor limite de pH não deve exceder 14.

Os fabricantes nacionais utilizam a seguinte marcação para revestimentos de proteção.

A designação por letras indica a área de uso permitida:

• A – transporte de líquido com abrasivos;
• P – fornecimento e drenagem de água fria, inclusive potável;
• Kh – uso permitido em ambiente gasoso e líquido quimicamente agressivo;
• G – sistemas de abastecimento de água quente (limite de 75 °C);
• S – outros líquidos, inclusive com acidez elevada.

O revestimento de proteção é aplicado em camada de até 3 mm.

Análise dos produtos dos principais fabricantes

Dentre a variedade de produtos apresentados, existem marcas conceituadas com reputação positiva de longa data. Entre elas estão os produtos das empresas: Hobas (Suíça), Steklokompozit (Rússia), Amiantit (grupo da Arábia Saudita com instalações de produção na Alemanha, Espanha, Polônia), Ameron International (EUA).

Fabricantes jovens e promissores de tubos compostos de fibra de vidro: Poliek (Rússia), Arpipe (Rússia) e Zavod Stekloplastikovyh Trub (Rússia).

Fabricante #1 — marca HOBAS

As fábricas da marca estão localizadas nos EUA e em muitos países da Europa. Os produtos do grupo Hobas conquistaram reconhecimento mundial pela excelente qualidade. Os tubos GRT com ligante de poliéster são fabricados pela técnica de fundição centrífuga de fibra de vidro e resinas de poliéster insaturado.

Os sistemas de tubos Hobas são amplamente utilizados em redes de esgoto, drenagem e abastecimento de água, tubulações industriais e usinas hidrelétricas. É permitida a instalação subterrânea, colocação por microtúnel e arrasto.

Características dos tubos compostos Hobas:

• diâmetro – 150-2900 mm;
• classe de rigidez SN – 630-10.000;
• nível de pressão PN – 1-25 (PN1 – tubulação sem pressão);
• presença de revestimento interno anticorrosivo;
• resistência a ambientes ácidos em ampla faixa de pH.

A produção de peças moldadas está estabelecida: cotovelos, adaptadores, flanges e tês.

Fabricante #2 — empresa Steklokompozit

A empresa «Steklokompozit» estabeleceu uma linha de produção de tubos de fibra de vidro Flowtech, a técnica de produção é o enrolamento contínuo.

São utilizados equipamentos com alimentação dupla de substâncias resinosas. As resinas de alta tecnologia são alimentadas na camada interna, enquanto a composição mais barata é destinada à camada estrutural. A metodologia permite racionalizar o consumo de material e reduzir o custo dos produtos.

Nomenclatura dos tubos Flowtech – 300-3000 mm, classe PN – 1-32. Comprimento padrão – 6, 12 m. Sob encomenda, é possível a produção entre 0,3-21 m.

Fabricante #3 — marca Amiantit

Os principais componentes dos tubos Flowtite da Amiantit: fibra de vidro, resina de poliéster, areia. A técnica utilizada é o enrolamento contínuo, que permite a criação de tubulações multicamadas.

A estrutura do fibra de vidro inclui seis camadas:

• enrolamento externo de fita não tecida;
• camada de potência – fibra de vidro picada + resina;
• camada intermediária – fibra de vidro + areia + resina de poliéster;
• camada de potência repetida;
• revestimento de fios de vidro e resina;
• revestimento protetor de fibra de vidro não tecida.

Pesquisas realizadas mostraram alta resistência abrasiva – após 100 mil ciclos de processamento com cascalho, a perda do revestimento protetor foi de 0,34 mm.

Classe de resistência dos produtos Flowtite – 2500 – 10000, sob encomenda é possível fabricar tubo SN-30000. Pressão de trabalho – 1-32 atmosferas, velocidade máxima de fluxo – 3 m/s (para água limpa – 4 m/s)

Fabricante #4 — empresa Poliek

A LLC «Poliek» produz diversas modificações de produtos de tubos Fpipes em fibra de vidro. A técnica de fabricação (enrolamento contínuo oblíquo longitudinal-transversal) permite criar tubos de três camadas com até 130 cm de diâmetro.

Materiais compósitos poliméricos são utilizados na criação de tubos de revestimento, seções de colunas de elevação de água, tubulações de abastecimento de água e sistemas de aquecimento.

Faixa de tamanhos de tubos de fibra de vidro para esgoto – 62,5-300 mm, produtos de alta pressão – 62,5-200 mm, dutos de ventilação – 200-300 mm, revestimentos de poços – 70-200 mm

Além dos tubos de fibra de vidro, existem muitos produtos feitos de outros materiais no mercado – aço, cobre, polipropileno, metal-plástico, polietileno, etc. Que, devido ao seu preço mais acessível, são amplamente utilizados em várias aplicações domésticas – instalação de sistemas de aquecimento, abastecimento de água, esgoto, ventilação e outros.

Você pode conhecer as características dos tubos de diferentes materiais nos seguintes artigos nossos:

• Tubos metaloplásticos: tipos, características técnicas, particularidades da instalação
• Tubos e conexões de polipropileno: tipos de produtos PP para montagem de tubulações e métodos de conexão
• Tubos de ventilação plásticos para exaustão: tipos, características e aplicação
• Tubos e conexões de cobre: tipos, marcação, características da instalação de tubulações de cobre
• Tubos de aço: tipos, sortimento, revisão das características técnicas e nuances de instalação

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Tecnologia de fabricação e viabilidade do uso de tubos de fibra de vidro:

Comparação das técnicas de enrolamento contínuo e descontínuo de fibra:

Na construção residencial, os tubos de fibra de vidro são usados com pouca frequência. O principal motivo é o alto custo, em comparação com os equivalentes plásticos. No entanto, no setor industrial, as qualidades do compósito foram devidamente apreciadas, e as tubulações metálicas desgastadas estão sendo amplamente substituídas por tubos de fibra de vidro.

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