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冷却塔手工成型工艺发布时间:2017-01-20

玻璃钢的发展

玻璃纤维的增强塑料俗称玻璃钢(英文缩写为FRP )。它是以玻璃纤维及其制品作增强材料以增强塑料基体的一种复合材料。由于塑料基体(合成树脂)的化学结构及加工性能不同,玻璃钢分为热固性玻璃钢和热塑性玻璃钢两大类。

玻璃钢中玻璃纤维主要是无碱纤维和中碱纤维,此外还有高强纤维、高模量纤维、高介电纤维等。 玻璃钢自1932 年在美国问世后,至今已有七十多年历史。在这段时间里,玻璃钢从原材料、成型工艺、制品种类到性能检验都得到全面而快速的发展。西欧国家和日本20世纪50 年代初开始研究玻璃钢,到60 年代初,产量已达20 多万t,目前已达到400 万t左右。欧美和日本热塑性玻璃钢发展很快,20 世纪60 年代起每年增长率达25 %以上,超过热固性玻璃钢的发展速度。

我国玻璃钢工业在1958 年开始发展,近50 年历史,至今已发展成为较大规模的新材料工业体系。我国FRP 工业的起步与发展,与国防建设的需要密切相关。当时研制“两弹一机”的一个主要障碍是缺少一种特殊性能的新材料。这些新材料属于国防尖端的高新技术,难以从国外引进或得到援助,依靠自力更新、组织攻关,试制成功了玻璃钢导弹头部部件,获得了成功和应用。以后全面地解决了FRP 的原材料、设计、工艺、性能、测试、机械加工等技术问题;解决了不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂等的合成工艺:掌握了玻璃纤维及制品的生产技术,手糊、层压、模压、缠绕、连续成型等工艺技术,专用设备的设计技术等。建立了一批FRP 研究所、设计研究院和生产厂家(公司),使FRP工业不断地向深度和广度发展。

目前在石油、化工、建材、交通运输、船舶、煤炭、纺织、轻工、机械、电器、环保、农林渔业、体育机械等各个领域得到了发展和应用。玻璃钢冷却塔、玻璃钢风机、玻璃钢汽车、游艇、管道、贮罐、浴缸、卫生间、波形瓦、门窗、游乐器材等产品,都是各工业部门不同时期的需要而发展起来的。目前我国有玻璃钢生产单位1300 多家,科研设计单位30 多个,产品1000 多种。

玻璃钢的特点

FRP 集中了玻璃纤维及合成树脂的优点,具有重量轻、强度高、耐化学腐蚀;传热慢;电绝缘性能好、透过电磁波;隔声、减震和耐瞬时高温烧蚀;成型工艺、产品设计和制品加工均较方便等。是冷却塔壳体(含风机)的极好材料,因此FRP 冷却塔在我国及世界各国发展迅速,普及全世界。法国哈蒙公司、美国玛利公司、日本神岗法夫都拉等著名的大公司主要都生产玻璃钢冷却塔。FRP 主要有以下特点:

1. 轻质高强

FRP 的密度在115~210 之间,只有普通碳钢的1/4 , 1/5 ,比金属铝还要轻1/3 左右,而机械强度却能达到或超过普通碳钢水平。如环氧玻璃钢,其拉伸、弯曲和压缩强度均能达到4000kg/cm2。若按强度计算,FRP 不仅超过普通碳钢,而且可以达到和超过某些特殊合金钢。几种FRP 与某些金属的密度、拉伸强度和比强度比较见表11-1。

2. 耐腐蚀性好

FRP 具有良好的耐海水、酸、碱、盐及耐多种油类和有机溶剂的腐蚀,是一种优良的耐腐蚀材料。因此,在一定范围内,FRP 取代了碳钢、不锈钢、木材和有色金属。又因具有防腐、防锈和防虫蛀的性能和作用,延长了设备寿命,减少了维修工作量和费用。FRP冷却塔用于石油、化工系统更为适合,其意义和作用更显突出。

3. 具有良好的电性能

FRP 是一种优良的电气绝缘材料,故常用来制造电器产品和绝缘零部件,不但可以提高电气设备的可靠性,而且能延长使用寿命,在高频作用下仍能保持良好的介电能性。FRP 对微波透过性良好,这是金属材料所不具备的,故普遍采用FRP 制造飞机、舰艇、地面雷达站用的雷达罩等。

4. 具有良好的热性能

FRP 导热系数低,在一般室温状态下为0.3~0.4kcal/(m?h?℃),只有金属的1/100~1/1000 ,是一种优良的绝热材料。FRP 在超高温的作用下,能吸收大量的热量,加之优良的绝热作用,因而在某些特殊情况下,可作为一种理想的热防护和耐烧蚀材料,能有效地;せ鸺、导弹,宇宙飞行器在2000 ℃以上承受高温高速气流的冲刷作用。用FRP 制造冷却塔,其冷却效率(果)要优于其他材料制作的冷却塔,使用寿命也长。

5. 具有较好的可设计性

FRP 产品质量的好与差,不仅与选用材料、成型工艺及条件有关。而且与产品设计的合理性紧密联系。 FRP 的可设计性给产品设计提供了灵活性,以适应多方面的用途需要。如需耐腐蚀可从选择合适的树脂及纤维来满足要求;对于建筑用的波形瓦要求有良好的透光性,则选用树脂固化后的遮光率相接近来达到要求;对耐瞬时高温性的可选择允许烧蚀一部分材料而仍满足使用要求来处理;对受力结构来说,可按照受力情况来合理布置玻璃纤维量;设计FRP 制品尽量避免承受层间剪应力和减少压缩杆件的数量。 玻璃钢的性能是由玻璃纤维的性能、分布与含量,以及它们之间的界面黏结性能所决定。FRP 产品的设计是一个较复杂、综合性很强的技术问题,应从选材、结构形式及成型工艺等全面而综合考虑。

6. 具有优良的工艺性

FRP 工艺性能良好,可从制品的几何形状、尺寸大小、技术要求,用途和数量选择成型方法。FRP 适合整体成型,对于形状复杂,数量少,不易定性的产品效果尤为显著。

7. FRP 的缺点与不足之处为:

(1)弹性模量低 FRP 的弹性模量比木材大两倍,但比一般结构钢小十倍,因此FRP 结构中,刚度常感不足,变形较大。为改善这一弊病,可采用薄壳结构和夹层结构;亦可通过应用高模量纤维或空心纤维等解决。

(2)长期耐温性差 一般的FRP 不能在高温下长期使用。通用型聚酯FRP 在50 ℃以上,机械强度会明显下降;脂环族的环氧FRP ,聚酰亚胺FRP 等,长期工作温度在200~300 ℃左右,远较金属的长期使用温度低。

(3)老化问题 老化是各种塑料的共同缺陷,FRP 也不例外。在自然条件下,由于各种机械应力及化学侵蚀的作用,导致FRP 性能变差。

玻璃钢的原材料

FRP 是玻璃纤维增强塑料的俗称,它主要由玻璃纤维和合成树脂两大类材料组成。玻璃纤维起着骨架作用,又称骨材或增强材料;合成树脂主要是黏结纤维,称为基体或黏结剂。

一般来说,在FRP 中,纤维和树脂各自起着独立的作用,同时又相互依存。纯粹的状态是不能作为工程结构材料的,而树脂的力学性能也是很差的,只有把它们结合起来了,形成一个整体,才能有效地发挥它们自身作用。因此FRP 集中了玻璃纤维和合成树脂两种材料的优点,形成一种新型的复合材料,它既可满足高温高强条件的要求,亦可在一般条件下提高制品的性能,这是单一材料所不能比拟的。

合成树脂种类很多,在FRP 制作中,基本上均为热固性树脂:酚醛、环氧、聚酯、呋喃、有机硅、二苯醚、二甲苯、D A P 、聚酰亚胺树脂等20 种以上。在FRP 冷却塔中,使用的主要是聚酯树脂、环氧树脂和酚醛树脂。

玻璃纤维的含碱量高低、直径粗细、织物的结构形成及表面处理等对FRP 性能都有十分显著的影响。玻璃纤维及其制品品种的不同,应根据FRP 制品的强度、性能、价格以及成型方法等具体要求选用。用于冷却塔制作的基本为无碱、无捻及中碱玻璃纤维。

FRP 的主要成型方法

FRP 的主要成型方法为:手糊成型工艺、层压成型工艺、模压成型工艺、缠绕成型工艺、连续成型工艺、拉挤及注射成型等。在FRP 冷却塔的制造方法中,基本上均采用手糊成型工艺。

当今世界上数百万tFRP 产品中,手糊成型工艺制品占80 %以上,可见占绝对的优势,可以说,没有手工成型,也就没有现代化的FRP 工业,没有复合材料的进步与发展。

FRP 的应用

我国FRP 产品已分布在各工业部门,获得了较快发展,特别是民品应用方面,在节能、节水、“代钢”、“代木”中发挥了重要作用,可以说目前各行各业均有FRP 产品。

1. 建筑方面

FRP 波形瓦,FRP 浴盆、FRP 盒子式卫生间、FRP 窗、椅子及FRP 冷却塔、FRP 活动屋等。特别是FRP 冷却塔基本上取代了钢筋混凝土塔和木质塔,得到了迅速的发展。

2. 石油化工方面

石油化工方面腐蚀强,而FRP 具有耐酸、碱、油、有机溶剂等腐蚀性能、其产品有FRP 各种大小管道、贮罐(槽)、水泵、阀门、塔器及在金属、混凝土制品等作内壁衬里。

3. 交通运输方面

FRP 在船舶方面有各种工作艇、交通艇、救生艇、巡逻艇、扫雷艇以及赛艇、渔船、近海豪华游艇和公园里的游船等。目前深水探测器、大型巡洋舰、潜水艇艇体等用FRP制作。

在汽车制造方面,有FRP 制作的各种轿车、大型客车、三轮车、拖车、载重汽车、油槽车及其他车辆的车身和多种配件(引擎罩、门、窗、仪表盘等)。

铁路车辆制造方面,用FRP 制造机车车身、货车车棚、窗框、油箱、水箱、地板、厕所、机车蓄电池箱、双层客车内的风道、楼梯扶手、座椅等。

还有飞机制造、航天、电气工业、游乐器材等都有FRP 制作的部件,不再论述。


玻璃钢是一种复合材料,在复合材料中,增强材料作为分散相,树脂基体作为分散介质,互相构成一个整体结构。在增强材料和基体树脂之间还存在增强材料-基体界面,即称为第三相。这三个单元的有机组合,使复合材料具有增强材料或基体树脂单独存在时所不具备的优良性能。

增强材料种类很多,总的可分为有机纤维和无机纤维两大类。属有机纤维的有合成纤维、棉、麻、纸等;属无机纤维的有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、聚酯纤维(合成纤维)、陶瓷纤维、石英和高硅氧纤维、金属纤维等。其中又分为长纤维增强材料和短纤维增强材料。

玻璃纤维可分为以下6 种:E 玻璃(是最早用来生产电绝缘用连续玻璃纤维的一种玻璃成分);C 玻璃(是一种钠硼硅酸盐玻璃,具有较好的耐酸性和耐水解性能);A 玻璃(属于膏碱含量的钠钙硅酸玻璃,是窗用平板玻璃);D 玻璃(是一种介电玻璃,用于高效能电子应用);S 玻璃(是一种高强度玻璃,用于火箭发动机壳体、高性能飞机部件等);M 玻璃(是一种含氧化铍的高弹性模量玻璃、相对密度较大,故比强度较低)。其性能特征见表11-1′,我国几类玻璃纤维主要性能见表11-2。

制造冷却塔用的属E 玻璃纤维,主要是无碱玻璃纤维、无捻玻璃纤维及中碱玻璃纤维,故分别作简要论述。


无碱玻璃纤维

无碱玻璃纤维在国外为通用玻璃纤维,占产量的90 %以上,在国内也是应用最多的类型之一。无碱纤维其含碱量在1 %以下,而低碱纤维含碱量在2 %~6 %;有碱(含中碱)纤维含碱量在10 %~16 %之间。

无碱玻璃纤维布的品种、规格、性能见表11-3。 无碱玻璃纤维抗拉强度比钢丝还高,与金属材料比重量较轻,与金属铝相当;抗疲劳强度高,对须经受冲击负荷的结构材料而言也是重要优点;优异的电性能,绝缘强度高,介电常数低;尺寸稳定性好,在最大应力条件下,伸长率仅3 %~4 %;耐温高,在343 ℃时,抗拉强度扔保留50 %;化学稳定性好,耐候性好,除强酸外,不受任何化学物侵蚀;导热系数高,用作电绝缘材料时能迅速散热;几乎不吸水,遇火不燃烧、不冒烟。

无碱玻璃纤维的一系列优异性能和特点使它成为近代工业中应用最广泛的增强材料、电绝缘材料和工业材料。

中碱玻璃纤维

中碱玻璃纤维布的规格及机械性能见表11-4。

中碱玻璃纤维与无碱玻璃纤维相比强度较低,在相同的试验条件下,无碱玻璃纤维抗拉强度为3120MPa(312kgf/mm2),中碱玻璃纤维抗拉强度为2680 MPa(268kgf/mm2)。玻璃纤维的电性能取决于玻璃成分中的碱金属氧化物含量。试验表明在300 ℃时,碱金属氧化物含量为0.5 %的无碱玻璃纤维电阻为12.3×1011Ω,而碱金属氧化物含量为2 %的低碱玻璃纤维电阻为1.06×1011Ω。碱金属氧化物含量的增加会显著降低玻璃纤维的电性能。

我国早期的无碱玻璃纤维标准规定碱金属氧化物含量不大于2 %,以后根据电绝缘材料部门的要求,将标准定为0.8 %以下。碱金属氧化物含量是影响电性能的关键指标,国外一些企业为保证产品质量,内容实际严格控制在0.5 %左右。由此可见,中碱玻璃纤维不宜用于电绝缘方面。中碱玻璃纤维的其他性能与无碱纤维相仿;榷ㄐ粤己,耐酸性优于石碱纤维,而且价格比无碱纤维低,在无有关性能要求的领域中,也是一种良好的工业材料和增强材料,至今在我国连续玻璃纺织制品中仍然是用量最大的玻璃纤维类型之一。

无捻玻璃纤维

无碱、中碱、高碱、高强等连续玻璃纤维原丝,都可以通过纺织加工制作成适应各种用途所需要的无捻粗纱、有捻纱线、织物等纺织制品。在加工过程中,某些特性可能因工艺过程、制品结构形态的改变或表面化学处理的影响而略有变化,但其基本特性仍将保持不变。

无捻纤维是平行排列的,拉伸强度很高,由于纤维不加捻,故较松散,易被树脂浸透。无捻纤维可分为无碱无捻纤维、中碱无捻纤维等。无捻粗纱可直接用于增强塑料,也可短切后使用。冷却塔制作中,强度层采用300g/m2的短切毡和中碱0.4mm布,交替与191 树脂糊制;内衣层的内表层采用300g/m2 无捻短切毡与189 树脂糊制。

国产无碱无捻几种主要玻璃纤维纱的规格及物理机械性能见表11-5。

无捻粗纱按玻璃成分可划分为:E 玻璃无捻粗纱和C 玻璃无捻粗纱,生产玻璃粗纱所用的纤维直径为13~23μm 。无捻粗纱的号数从150 号到9600 号。

无捻粗纱表面被覆有各种不同的浸润剂,这些浸润剂系统都是适合不同玻璃钢工艺方法、产品性能、树脂系统而设计和选定的,就与树脂系统相容性而言,必须了解所选用的无捻粗纱与所用树脂系统(环氧、聚酯、酚醛)是否相容。

根据不同用途,无捻粗纱可分为:喷射用无捻粗纱、SMC用无捻粗纱、缠绕用无捻粗纱、拉挤用无捻粗纱、织造用无捻粗砂、预型体用无捻粗纱、管道用无捻粗布、透明波形瓦用无捻粗纱、增强热塑性塑料用无捻纱、混合无捻粗纱等。SMC即片状模塑料,主要用于压制汽车部件、浴缸、水箱板、净化槽、座椅等。

玻璃纤维毡

1. 短切原丝毡

将玻璃原丝(有时也用无捻粗纱)切割成50mm 长的短纤维,将其随机但均匀地铺在网带上,随后施以PVAc 乳液黏结剂或散布上聚酯类粉末黏结剂经加热固化后黏结成短切原丝毡。所用玻璃原丝单丝直径10~12μm ,原丝集束根数为50 根或100 根,对于单位面积质量低的短切毡,为使毡面纤维分布均匀,须降低原丝集束根数(如50 根)。短切毡中黏结剂含量一般为3 %~6 %。短切毡的供货宽度可按使用要求,短切毡机组生产出来的宽度为1.02m、2.04m、3.06m 。短切毡的面积质量范围为150~900g/m2,使用最多的通常为450g/m2。

对于短切原丝毡的质量要求为:沿宽度方向面积质量均匀;短切原丝在毡面中分布均匀,无大孔眼形成和黏结剂分布均匀;具有适中的干毡强度和可以较容易地将其撕开;具有优良的树脂浸润及浸透性,减少气泡数量,有利于辊平制品,驱除气泡。

2. 连续原丝毡

将拉丝过程中形成的玻璃原丝或从原丝筒中退解出来的连续原丝呈8 字形铺敷在连续移动网带上,经粉末黏结剂黏合而成。单丝直径从11~20μm ,原丝集束根数以50 根、100 根为佳,单位面积质量范围为150~650g/m2。

连续玻璃纤维原丝毡中纤维是连续的,故其对复合材料的增强效果比短切毡好。主要用在拉挤法、RTM法、压力袋法及玻璃毡增强热塑料(GMT)等工艺中。

连续原丝毡所用粉末黏结剂一般为两种,一种是在苯乙烯中高溶解度的,这种毡适用于拉挤成型;另一种黏结剂为低溶型的,适用于RTM 工艺,由于黏结剂在苯乙烯中溶解度低,故在树脂压力下纤维不易随树脂被冲刷掉。

还有玻璃纤维薄、针刺毡、短切原丝和磨碎纤维等,因与冷却塔制作关系不大,故不做论述。

玻璃纤维原丝系列及代号

1. 纤维直径及号数

(1)纤维直径

纤维直径是玻璃纤维与矿物棉的主要特性之一。纤维直径对生产工艺、制品性能、价格都有直接影响。纤维直径、根数不同,能组合成众多不同细度的原丝,而原丝又是玻璃纤维制品的基本组成单元,组织的变化会使制品规格繁多。为此各国都实施原丝系列化工作,将纤维划分为不同系列。

在国外玻璃纤维与矿物棉制品介绍时常用各种各类英文字母,实际上这些字母是纤维直径的一种代号,在表11-6 中给出英文字母对应的纤维直径范围。如表中G 纤维,就是直径为9μm (8.89~10.12μm)的纤维。

(2)纤维代号

公制号数也即tex ,是指每1000m 玻璃纤维纱或原纱克重数,用式表示为:

式中 NT——原纱或纱线的线密度(tex );

G——原纱或纱线的质量(g );

L——原纱或纱线的长度(m )。

公制支数为单位质量的纱线或原线长度:

特克斯与支数关系为:

11-6 和表11-7 为玻璃纤维直径代号、纱支号数及英制支数及单丝数目对应表。英制支数是每磅重玻璃纤维纱以码表示的长度的1 %。它与特克斯是玻璃纤维行业中最常用的两种表示玻璃纤维纱、无捻粗纱的两种单位制,两者的换算式为:

CT75 纱为例,75 为英制号数,它代表每磅重的这种玻璃纤维纱长7500 码,故其对应的公制号数即tex 数为496055/7500 =66 。

在生产实践中,纤维直径(in),每根原丝所含单丝根数及纤维密度(g/cm3)都是已知数据,根据这些数据可按下式计算出每磅纤维的长度(码数):

式中 Y——每磅原丝的码长;

n——原丝中单丝根数;

ρ——纤维密度(g/cm3);

d——单丝直径(in)。

计算出Y 值即可按式(11-1)计算出原丝公制号数。如已知原丝中单丝根数为400 ,玻璃纤维密度为2.52g/cm3 ,丝维直径为0.00036in (G )则:

说明该玻璃纤维纱为G75 。

2. 玻璃纤维纱和织物代号

(1)无捻粗纱 按照GB4202《玻璃纤维纱代号》国家标准规定,无捻粗纱的玻璃成分、纤维类别、单丝直径、粗纱线密度都在其代号中表示。例如:

有关无捻粗纱的详细规格要求,E 无捻粗纱可查行业标准JC/T 277 ;C 无捻粗纱可查JC/T 278 。相关的国际标准ISO 2797 纺织玻璃纤维—无捻粗纱—规格基础,日本工业标准为JIS R3412 玻璃纤维无捻粗纱。

(2)无捻粗纱织物

按照GB 4202《玻璃纤维布、带、管代号》国家标准规定,无捻粗纱织物的玻璃纤维类型、织物类别、单位面积质量均在代号中表示,如果上述各项都一样的织物,还有织物结构方面的差异,可在后面再加上结构类别代号。例如:

国外无捻粗纱织物代号仅一点与我国不同,其代号中的数字为布的单位面积质量(g/m2)。我国E 无捻粗纱布查标准JC/T 281 ,C 无捻粗布查标准JC/T 576 。

(3)玻璃纤维纱的代号

按照GB 4202《玻璃纤维纱代号》国家标准规定,其类型、类别、直径、密度、合股数、最终捻向、最终捻度都在代号表示,采用国际单位制(公制)。

1)单纱:

2)股纱:

3)绳:

浸润剂

玻璃钢生产厂家购买玻璃纤维时,必须指定购买使用增强型浸润剂的纤维。在物理学中,浸润名词的定义为:“当液相与固相接触时,液相可以沿着固相表面不断扩展并相互融合,此现象称为浸润,反之液相表面不断缩小,则称之为不浸润!苯蠹琳庖幻示褪谴诱飧龆ㄒ逖苌美。浸润剂是玻璃纤维的重要组成。

在纤维表面涂覆一种有机物涂层既能有效地润滑纤维表面,又可以使数百根乃至数千根单丝集束。过去把这种有机物系(溶液、乳状液或膏状、触变型胶体等)称作玻璃纤维润滑油或胶水,这种名称不能全面地说明问题实质。实际上这种有机物不只是一般地润滑纤维和黏结单丝,还对纤维原丝发生完全润湿和浸透。有些“润滑油”甚至在纤维中还和其他一些被覆的有机物发生相似的浸润过程或物理化学等作用。因此把这些有机物体系称作连续玻璃纤维浸润剂更为恰当。

1. 浸润剂对玻璃纤维的重要性

(1)浸润剂是玻璃纤维生产、加工所必须的涂敷物。在高速拉制极细的玻璃纤维过程中,纤维表面没有涂敷一层润滑剂、黏结性的物质,不仅会因磨损严重致使拉丝作业无法进行,而且若数百根乃至数千根表面光滑又分散的单丝,根本无法加工成某种实用产品。

(2)浸润剂能有效地改变玻璃纤维的某些缺陷和表面性质,使玻璃纤维及其织物更广泛地应用。

(3)对各种不同的玻璃纤维复合材料成型工艺,必须有专用的浸润剂与之配套,浸润剂赋予玻璃纤维制品(无捻粗纱、毡、织物)以各种成型工艺及玻璃钢制品所必需的技术性能,如穿透性、浸透性、硬挺性、切割性、分散性、成带性等?梢运,浸润剂技术的发展是玻璃纤维工业及FRP 工业发展的先决条件之一。 2. 浸润的作用

(1)润滑——;は宋。此作用贯穿于拉丝和纤维加工全过程。

润滑作用包括原丝拉丝过程中的湿润剂和原丝筒后加工过程中所需要的干润滑两种。在拉丝过程中,需由浸润剂中“湿润滑组分”使玻璃纤维原丝与涂油器(单丝涂油器或半轮式涂油器)及集束槽之间保持一定润滑作用,避免两者间摩擦系数过大而引起原丝张力过大。在原丝张大时极易造成飞丝及原丝退解困难的弊病。

在原丝筒干燥后(自然干燥或烘干)络纱、退解、织造或制毡过程,浸润剂中“干润滑组分”必须赋予原丝良好的滑爽性,以防止因机械磨损而产生毛丝。

在某种情况下,一种润滑剂可同时起到湿润剂及干润剂两种作用,但多数情况下,必须有两种润滑剂配合才能达到上述效果。

(2)黏结——集束单丝。使原丝保持其完整性,减少散丝或断丝,便于纺织加工及退解无捻粗纱并短切纱(BMC、SMC、短切纱毡、波形瓦用纱)短切过程中,保持纤维不开纤,保持纤维集束的完整性。

(3)纺织纤维表面静电荷积累。此种性能对SMC用纱、短切毡、连续原丝毡用原丝特别重要。

(4)为纤维提供进一步加工和应用所需的特性。如短切性、成带性、分散性等,特别是可被热固性或热塑性树脂以及橡胶或水泥等基材迅速浸润等性能。

(5)使纤维获得与基材有良好的表面性能,如与基材的相溶性及化学结合或化学吸收等性能。

上述5 个作用的最终结果使纤维能顺利生产和进一步加工,并使玻璃纤维增强制品具有理想的物理、力学、化学、电学及耐老化等应用性能。

3. 浸润剂应有以下方面性能要求

(1)适当的黏结性。其润滑——黏结性能应恰到好处,保持适当的平衡,并易于润湿和浸透原丝。

(2)良好的成膜性。易于润湿纤维表面,涂层均匀。具有足够的耐磨性和机械强度,且与玻璃纤维有足够的黏结强度。

(3)足够的稳定性。贮存过程,在拉丝时的高速剪切作用以及四季温度变化等情况下,都能保持浸润剂体系的一定均一性和黏度范围。

(4)原料来源丰富。价格较低,使用卫生、无毒、安全、贮存及使用过程中稳定性好。 特殊性能的浸润剂,要求组分间相对惰性,并通过特定原料提供与玻璃纤维和其他高分子聚合物都有良好的性能。其各组分的综合作用结果,赋予原丝和粗纱不同的硬挺性,浸透性、短切性和分散性等。

4. 浸润剂组分及分类

浸润剂是一种混合物体系,从外观看可以是溶液、乳状液、解变型胶体或膏体。因其作用和性能多样,故其组分亦相当复杂。主要组分是黏结剂、润滑剂及偶联剂、分为纺织型浸润剂、增强型浸润剂和增强纺织型浸润剂三类。

(1)浸润剂组分

1)浸润剂组分的黏结剂,亦称作成膜剂或集束剂。是实现单丝集束,并保持原丝完整性和提供原丝硬挺或柔软性的主要组分。此组分占浸润剂组分的2 %~15 %,用量最多,故对浸润剂的其他性能和作用有重要影响,是浸润剂关键部分之一。

2)润滑剂,亦有平滑剂之称。这里是指在湿态(拉丝过程中)和干态(原丝退并、纺织等加工时)超润滑表面、减少磨损作用的物质。在浸润剂组分中用量一般为0~5 %,不同用途的浸润剂其润滑剂的类型和用量有较大差别。

3)偶联剂,亦有称中间黏结剂和表面处理剂。偶联剂是通过本身的两种不同性质,把纤维与树脂等高聚物结合起来,使玻璃纤维增强材料获得理想的应用效果。在浸润剂组成中用量较少,仅约0.2 %~0.6 %。这种浸润剂是增加型浸润剂特征之一。

除上述三组组分外,浸润剂的其他组分都可称作辅助成分或添加剂,它们为:

4)润湿剂。是一种具有表面活性的物质,可降低浸润剂体系的表面张力至0.035N/m以下,使浸润剂更易润湿玻璃纤维表面达到均匀浸透原丝的效果。润湿剂的另一个作用是改善高聚物对被覆有浸润剂的玻璃纤维表面的浸润和向原丝内部即单丝间的浸透性。对增强型浸润剂来说,此组分是很重要的,但不是所有的配方中都需要加入此组分。

5)p H 调节剂。一般使用有机酸,多数是用于调节浸润剂体系的稳定性和保证偶联剂的最佳使用效果。一般配方的p H 值在4~7 范围内,个别浸润剂,如保证其稳定性或偶联剂的最佳效果,亦有控制p H 值为11 左右,但较少见。

6)防静电剂?梢杂行У亟档筒A宋诩庸ぜ笆褂霉讨械木驳缱饔,特别是在需要短切加工的玻璃纤维浸润剂中使用。

7)防腐剂或杀虫剂。只在浸润剂其他组分有腐败、发霉等变质时才使用。一般用已萘酚或B 萘酚,用量极微。

8)增强、柔软等改性剂。专门为改变成膜剂原有性能而加入浸润剂体系中的物质。只有在成膜或浸润剂体系提供的性能不能满足需要时才使用。

9)颜料。一般仅在某些玻璃纤维厂的“纺织型浸润剂”中使用,以区别各种不同用途的配方。使用时应根据不影响浸润剂的均一性,合理选用颜料类型。

(2)浸润剂的类型

根据浸润剂的作用和组分性能,可把玻璃纤维浸润剂分为以下三类,简述如下:

1)纺织型浸润剂

是纺织用纱使用的浸润剂,这类浸润剂仅提供拉丝和纤维纺织加工工艺性能。用纺织型浸润剂拉制的纤维及其织物,因耐水性、耐老化性差,不能直接用作增强材料。

2)增强型浸润剂

增强型浸润剂的性能、作用和使用的原料和纺织型浸润剂有较大差别。严格来说只有同时具有以下两种特征的浸润剂才称作增强型浸润剂:一是浸润剂配方中使用偶联剂;二是浸润剂和各组分与被增强的树脂、 橡胶或其他基材有特定的相溶性或反应性,以及不影响或较小影响偶联剂效果。

增强型浸润剂品种较多,从其纤维二次加工形式分,有短切和连续纤维浸润剂两种;从浸润剂与被增强基材的相容性快慢来分,有速溶、中溶和难溶型等多种。一般连续法、喷射法以及手糊成型玻璃钢用的浸润剂,都要求具有速溶性特点,其他成型方法因其制造工艺不同,要求浸润剂的溶解性亦各不相同。

3)增强纺织型浸润剂

针对纺织型浸润剂中必须经后处理热清洗除去及一般增强型不能满足细纱薄布纺织性能的要求,研制出增强效果好,同时又可满足纺织性能的增强纺织型浸润剂。目前国内已研制开发N—140 等系列增强纺织型浸润剂,用于玻璃纤维三向织物等领域,现正在进一步推广之中。

树脂及辅助剂

合成树脂与玻璃纤维是组成玻璃钢(FRP )的两个主要原材料。合成树脂的特性和它对玻璃纤维的黏结性能直接影响着玻璃钢制品的性能,而树脂的工艺性能,其中特别是固化性能则直接决定FRP 成型方法和工艺参数的选择。

简要概述

FRP 材料中,树脂的作用为:一是将分散的玻璃纤维黏结在一起,使其成为整体,并使纤维定向定位,不能移动;二是起着传递作用。FRP 的各项主要性能,如电性能、耐湿性、耐腐性等,主要由树脂决定。

1. 树脂分类

树脂通常按受热后不同反应可分为两类:

(1)热固性树脂 这类树脂在催化剂及一定的温度、压力作用下发生不可逆化学反应(固化),使线性有机聚合物链相互交联,形成三维结构体。热固化树脂在固化前一般为液态,可以流动,从而可以加工制作,一旦固化变成坚硬的固体,就不可能再回到固化前的状态,也不能再次定型。

属热固性树脂的有:环氧树脂、酚醛树脂、氨基树脂、有机硅树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂等,在手工成型工艺中主要使用热固性树脂。在冷却塔手糊成型工艺中主要是热固性树脂中的不饱和聚酯树脂、环氧树脂和酚醛树脂,故在后述的树脂介绍中,主要论述这三种树脂。

(2)热塑性树脂 这类树脂在室温状态下通常是固体,加热软化(融化)后可在一定的加压条件下流动,可加工成型,冷却后再次硬化。因此这类树脂可以回收、循环使用,故发展较快。同一类树脂,因生产过程中选用催化剂和原料的比例不同,既可生成热塑性树脂,也可生成热固性树脂,而热塑性树脂有利于环保,应优先发展。

FRP 冷却塔中目前不采用热塑性树脂,故不作进一步论述。

2. 热固化树脂的三个固化阶段

FRP 材料所选用的树脂中,不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚氯乙烯和聚酰胺的用量占95 % 的比例, 其中价廉物美的不饱和聚酯树脂又占其中的60 %~90 %。

热固化树脂其固化过程大致可分以下三个阶段:

1 )第一阶段—凝胶阶段

从黏流态到失去流动性,即从粘手到软而不粘。属液态状态,物理状态为黏流态。

2 )第二阶段—定型阶段

定型阶段也称固化阶段,从凝胶失去流动性到表面有一定硬度,可以脱模。属凝胶状态,物理状态为橡胶态。

3 )第三阶段—熟化阶段

熟化阶段具有一定的硬度,一定的力学性能,直到有稳定物化性能可以使用。属固态状态,物理状态为玻璃态。

常用热固化树脂在通常情况下,都是线型分子,有的略带分技,在固化剂或热作用下,按上述3 个阶段迅速转为不可逆转的网状结构。因热固化树脂固化后是不熔的,故制品一旦不符要求,只能按废品处理,故手工工艺在设计、成型过程中须慎重。

3. 手工工艺对树脂的基本要求

1 )分子质量及其分布范围直接影响树脂性能,要求树脂分子质量大小适中,分布范围尽量集中。

2 )黏度和流动性是树脂工艺性重要指标,直接影响工艺性能,要求树脂黏度小,易于浸渍纤维,并且流动性好。

3 )挥发分含量不仅影响成型工艺,而且直接影响制品质量,要求挥发分小,关键部件空隙率≤ 0.5 %,重要部件≤ 1 %;

4 )固化特性是玻璃钢成型的最重要特性,要求固化温度尽可能低,固化压力尽可能小,固化时间尽可能短。

5 )树脂强度、模量、延伸率、压缩性能对玻璃钢性能有直接影响,要求树脂有良好的力学性能

6 )要求树脂与纤维有良好的相容性,即与纤维的结合性能,包括浸润性和黏结性能;

7 )要求树脂有良好的耐热性能,包括长期工作温度高和在热作用下发生交联、降解、氧化反应较少,性能不易降低;

8 )特殊要求,包括树脂耐化学腐蚀性能、介电性能、阻燃性能、自然性能及抗烧性能等均应良好。

不饱和聚酯树脂

不饱和聚酯树脂(U P )是热固性树脂制造玻璃钢中最常用最普遍的一种。它是由饱和二元酸、不饱和二元酸(或酸酐)和二元醇缩聚而成的线型聚合物,经过交链单体或活性溶剂稀释形成具有一定黏度的树脂溶液,简称U P 。在树脂分子中同时含有重复的不饱和双键和酯键,使用时再加入固化剂,使单体和不饱和聚酯分子中的双键发生自由基共聚反应,最终交联成为体型结构树脂。

1. 不饱和聚酯树脂种类及特性

1 )不饱和聚酯树脂的主要优点:

1 )工艺性能良好。这是不饱和聚酯树脂最突出的优点。它经交联剂苯乙烯稀释后,在室温下具有适宜的黏度,可以在室温下固化,在常压下成型,颜色浅,可以制作浅色或彩色制品。同时,可采用多种措施来改善它的工艺性能。

2 )固化后的树脂综合性能良好。聚酯树脂的力学性能虽不如环氧树脂,但比酚醛树脂好。电性能、耐腐蚀性能、老化性能等均较好,并有多种树脂适应不同用途的需要。从总的情况来看,聚酯树脂的性能是较满意的。

3 )价格低。聚酯树脂的价格比环氧树脂低得多,比酚醛树脂略贵些。

2 )不饱和聚酯树脂的主要缺点:

1 )固化时体积收缩率比较大;

2 )耐热性能比较差;

3 )成型时气味和毒性较大。

3 )聚酯树脂的种类及特性

不饱和聚酯树脂的品种甚多,按性能不同可区分为通用型、耐热型、耐腐蚀型和自熄型等。按化学结构的不同可区分为顺酐型、丙烯酸型、丙烯酸环氧酯型和丙烯酯型等。不同牌号的聚酯树脂目前有百种以上,常用的聚酯树脂种类、特性及用途见表11-8 。

不饱和聚酯树脂与乙烯基本树脂耐腐蚀性能的比较见表11-9 。

聚酯树脂常用的原料有不饱和二元酸、饱和二元酸、二元醇、交联单体等。因原料的特性不同使树脂也各有不同特性。对于FRP 冷却塔的制作工艺来说,主要是对聚酯树脂的性能和应用有所了解和掌握,故对聚酯树脂的原料与特性不作论述。

2. 聚酯树脂的耐气候性

聚酯树脂FRP 制品如冷却塔、各类建筑材料、船艇、槽罐、车辆等在使用过程中都与气象因素有关,故有关各种因素对聚酯树脂的影响应有所了解和掌握。对影响聚酯树脂耐气候性的因素可归纳为表11-10 。 300~500mμm 波长的阳光尤其是300~400mμm 波长的紫外线对树脂分解作用最强,紫外线照射聚酯玻璃钢后,可使聚酯分子活化,聚酯分子活化状态持续时间很短,多吸收的能量或以热和光的形式释放出来,或用于与被吸收的分子及相邻其他分子之间的化学反应。

提高玻璃钢制品耐气候性,生产耐气候性不饱和聚酯树脂的方法有:

1 )添加紫外线、吸收剂,其中苯并噻唑、苯酮效果均好。

2 )控制树脂的固化速度、方式。

3 )选择不饱和醇酸的配比。

4 )使用甲基丙烯酸甲酯单体。

5 )在玻璃钢表面涂覆增加遮蔽效果填充的凝胶层/胶衣。

另一方面如果在树脂中加入能够吸收紫外线的组分,那么在阳光或特制的紫外线灯照射下,这些组分就会吸收能量使树脂固化,从而制成所谓紫外线固化树脂。利用紫外线能的添加剂有二苯乙硫等。

紫外线固化树脂因不需要加入固化剂、促进剂的单液,故节能,利于涂抹、喷射、装饰等,效果很好,同时不受气候、温度影响。但不能大量混入填充剂、颜料,会造成反应不全,也不能重复涂抹。

3. 固化及辅助剂

1 )固化

具有黏性的可流动的不饱和聚酯树脂,在引发剂和促进剂作用下,引发聚酯分子中的双键与可聚合的乙烯类单体(交联剂苯乙烯)进行游离基共聚反应,使线型的聚酯分子交联成具有三向网状体型结构的过程称为不饱和聚酯树脂的固化。引发剂——促进剂体系通称引发系统。

不饱和聚酯树脂的固化过程,也就是它与乙烯类单体的共聚过程,具有链引发、链增长及链终止三个阶段。链引发阶段:一般采用有机过氧化物(如过氧化二苯甲酰)或有机过氧化物—促进剂体系(如过氧化环己酮——萘酸钴)进行引发;链增长阶段:当不饱和聚酯树脂分子中双键及乙烯类单体分子中双键被引发后,就进行链增长反应;链终止阶段:链终止反应主要是双基终止,用苯乙烯作交链剂时,偶合终止是主要倾向。

当共聚反应进行到一定程度时,出现胶凝现象,体系黏度很大,大分子活动链的扩散受到阻碍,这样就减少了链终止反应,而此时单体分子仍可以自由扩散,链增长反应仍可继续进行,因此反应速度加快,出现“自由加速度效应”,体系急剧放热,温度可升到150~ 200 ℃之间。以后由于进一步共聚,使体系形成三向网状结构,黏度更大,限制了单体的扩散速度,使总的聚合速度下降。

为了使树脂加快固化及固化完全,在玻璃钢冷却塔制作中,常采用加热后处理的办法,促使共聚反应尽可能趋于完全。特别是阴雨潮湿天及冬季寒冷天,加热会加速固化,节省时间,故不少FRP 制品生产厂设有加热车间。

2 )辅助剂

不饱和聚酯树脂的辅助剂包括交联剂、引发剂、促进剂、阻聚剂及光敏引发剂等。主要是前三种,简述以下。

1 )交联剂

已固化聚酯树脂的性能不仅与聚酯树脂本身的化学结构有关,而且与所选用的交联剂结构及用量有关。同时,交联剂的选择及其用量还直接影响着树脂的工艺性能。

一般对交联剂的要求为:高沸点、 低黏度,能溶解树脂呈均匀溶液,能溶解引发剂、促进剂及染料等,无毒,能与树脂共聚成均匀组成的共聚物,反应活性大,使共聚反应能在室温或较低温度下进行。

最常用的交联剂为苯乙烯,因苯乙烯与树脂有良好的混溶性,能很好的溶解引发剂和促进剂。此外,甲基丙烯酸甲酯、乙烯基甲苯、邻苯二甲酸二丙烯酯等单体也常用作不饱和聚酯树脂的交联剂。

苯乙烯为一低黏度液体,双键很活泼,易于进行聚合反应。苯乙烯与不饱和聚酯树脂共聚时,竞聚率一般都小于1 ,因而能生成组成均匀的共聚物。苯乙烯的用量一般为20 %~ 50 %,缺点是沸点低(145 ℃),易于挥发,有毒性,对人体有害。 苯乙烯用量过多,使树脂溶液的黏度太稀,不便于应用,同时固化时收缩率太大,是不利的。苯乙烯用量太少,则树脂溶液黏度太大,也不利于应用,同时,苯乙烯太少,使树脂固化不够安全,影响固化后树脂的软化温度。

2 )引发剂

不饱和聚酯树脂的固化服从于自由基反应机理。一般来讲,单独加热也可使不饱和聚酯树脂固化,但存在:一是温度低反应起动慢,温度高,反应难以控制;二是反应起动瞬间速度很快,但最终反应却不容易完全。采用引发剂固化,一是可以有效地控制反应速度,有利于防止由于反应速度太快或太慢造成的制品缺陷;二是最终反应可趋于完全,制品质量稳定。

引发剂种类很多,一般为有机过氧化合物,由于纯粹的过氧化物在贮存时的不安定性,所以通常与惰性稀释剂配混合物,以利于贮存和运输。常用的为国产Ⅰ 号和国产Ⅱ 号引发剂。

Ⅰ 号引发剂为50 %过氧化环己酮糊或过氧化甲乙酮。过氧化环己酮糊是几种化合物的混合物,为白色粉末状,易溶于苯乙烯中得到透明的溶液。有1 !1 过氧化环己酮和邻苯二甲酸二丁酯组成的Ⅰ 号引发剂成糊状。久置易分层,上层为透明溶液,不含悬浮物,使用时无需搅拌。

Ⅱ 号引发剂是50 %的过氧化苯甲酰糊。用等量的邻苯二甲酸二甲酯配制而成。是一种稳定性很好地引发剂。

过氧化物引发剂的选用一般是根据固化温度要求来考虑,临界温度(有机过氧化物引发活性的最低温度)是有直接意义的,所选择的引发剂其临界温度应低于固化温度。

还应指出的是:引发剂用量对固化速度影响很大。在低浓度范围内,引发剂用量增加,反应速度随之增加。但用量过多,既增加成本,且由于活性链向引发剂转移机会多了,降低引发效率,再则固化速度过快,放热过高,也是不希望的,因此,用量也不能过多。通常以纯态计,加入量为树脂重量的0.5 %~2 %。

3 )促进剂

常用的有机过氧化物引发剂的临界温度一般在60 ℃以上,因此单独使用引发剂不能满足不饱和聚酯树脂在室温固化的要求。促进剂就是使引发剂降低引发温度的还原剂(或氧化剂)。促进剂品种较多,各有其适用性。使用时通常用苯乙烯将其配制成较稀的溶液,以便准确计量。

Ⅰ 号促进剂为对氢过氧化物有效的促进剂,如环烷酸钴、钒、锰或亚油酸钴等。

Ⅱ 号促进剂为对过氧化物有效的促进剂,如二甲基苯胺、二乙基苯胺、二甲基甲苯胺等。

绝大多数促进剂都具有还原剂性质,所以引发剂——促进剂体系在化学上称为氧化——还原体系。其作用原理是促进过氧化物形成自由基,并构成反应链。应当说明,有机过氧化物和还原剂相遇时呈现氧化性,而和更强的氧化剂相遇时,呈现还原性,故过氧化物在氧化——还原体系中既可作为氧化剂,也可作为还原剂,视具体条件而定。

常用的引发系统,即引发剂——促进剂体系为过氧化苯甲!灏诽逑岛凸趸芳和吠樗犷芴逑。

4 )引发系统使用注意事项

a. 引发剂和促进剂必须配合使用,即Ⅰ 号引发剂配用Ⅰ 号促进剂,Ⅱ 号引发剂配用Ⅱ号促进剂,否则无效;

b. 引发剂和促进剂绝对不能直接混合,使用时应分别加入树脂中,否则将引起剧烈反应甚至爆炸,贮存时也应分开放置;

c. 在调节固化性能和凝胶时间时,主要采用改变促进剂的用量,而不变动引发剂的用量,否则将导致制品固化不良。

不饱和聚酯树脂的凝胶时间、固化时间以及放热峰温等工艺参数可以根据使用要求进行调整,由此产生同一种树脂的不同变型。

环氧树脂和酚醛树脂

1. 环氧树脂(EP )

环氧树脂是分子中含有两个或两个以上环氧的基因的线型有机高分子化合物,具有优良的黏结性能,较好的耐热和耐化学腐蚀性能,固化收缩率低以及工艺性能良好等优点,可以与多种类型的固化剂发生交联反应而形成具有不溶、 不熔性质的三维网状聚合物。

1 )环氧树脂的特性及型号

1 )机械强度高。树脂固化后机械强度高于聚酯树脂和酚醛树脂。

2 )黏结性能好、黏合力大。因环氧树脂分子中具有多种极性基团(羟基、醚基和环氧基),同时环氧基又可与玻璃纤维表面生成化学键,因此具有良好的浸润性和黏结性,其黏合力称之“万能胶”。

3 )固化收缩低;费跏髦诠袒泵挥行》肿由,密度大,因此在固化过程中体积收缩率很低(< 2 %),在常用的聚酯、环氧、酚醛三大类热固性树脂中收缩最小。

4 )良好的耐化学腐蚀性能。热固性树脂中聚酯、酚醛树脂都不耐碱侵蚀,而环氧树脂对碱有较好的耐腐蚀能力。对有机溶剂的抗蚀性能也良好。

5 )优良的耐热性能和电绝缘性能。热变形温度比聚酯树脂高,同时,通过固化剂的改变可大幅度提高其热变形温度。

6 )固化成型工艺性能良好;费跏髦稍谑椅、 接触压力下固化成型。也可在加热、加压下固化成型。其固化自由度大,选用不同固化剂可在-10~180 ℃范围内固化。

7 )缺点:树脂流动性差黏度大,手糊、 喷射成型困难,使用时需加稀释剂;胶凝时间、固化速度调节幅度没有聚酯方面,故固化时间比聚酯树脂长;价格相对较贵。

已固化环氧树脂的性质可随固化剂的不同而有很大差异;费跏髦袒疗分侄,使环氧树脂几乎可以适应各种不同性能制品对树脂提出的要求。

工业上环氧树脂应用于玻璃钢的品种大致为以下四类:二酚基丙烷型环氧树脂;酚醛环氧树脂;脂环族环氧树脂;其他型号环氧树脂(聚丁二烯环氧树脂,三聚氰酸环氧树脂)。最常用的为二酚基丙烷型环氧树脂,称为通用型环氧树脂。而该型环氧树脂应用于玻璃钢的E 型树脂主要有三种,即E-51、E-44、E-42 ,约占总用量的80 %~90 %。三种差别仅在于分子量的不同,前者分子量小,流动性较好;后者分子量大,流动性较差。表现在已固化树脂性能上则差别不大。

2 )常用的环氧树脂固化剂

1 )伯胺类固化剂

属这类固化剂的有乙二胺(ED A )、二乙烯三胺(DE T A )、三乙烯四胺(T E T A )多乙烯多胺(PED A )、二乙撑三胺(DEFT) 四乙烯五胺(T D A )及聚酰胺、改性多元胺等。特性是在室温下多为低黏度液体,易与树脂混合;挥发性大,气味大,有毒性。

固化物特性为:在固化过程中放热量大,固化较快,可在室内固化;耐腐蚀性和机械性能一般,性脆且耐热不高。

2 )叔胺类固化剂

属这类固化剂的有间苯二铵(M PD A )、间苯二甲胺(M X D A )、己二胺(H D A )及4,4 二氨基二苯甲烷。其特性为:除间苯二甲胺是液体外,其余室温下均为固体,不易与树脂黏合,需加热熔融。其固化物特性为:固化速度较慢,室温下固化不完全,需加热;固化物耐腐蚀性和耐热性较好,适用于层压、模压制品。

改性叔胺固化剂有代号590、593、120、591 等固化剂。其特性为:挥发性小,毒性低;常温下多为黏稠液体?筛纳乒袒锬腿刃、 耐腐蚀,可使树脂在低温、潮湿条件下固化。

3 )酸酐类固化剂

这类固化剂分为邻苯二甲酐(M A )、均苯四甲酸二酐、甲基纳狄克酸酐三种。邻苯二甲酐为白色结晶体,需加热固化。固化后树脂的机械强度高,耐酸性强,耐碱性差,温变形温度在100 ℃以上;均苯四甲酸二酐为白色结晶体,需加热固化,与环氧树脂反应活性强。固化物交联密度大,抗压强度、 耐化学药品及热稳定性优良,热变形温度可达280 ℃;甲基纳狄克酸酐为淡黄色液体,易与树脂混合。固化物耐热老化性能优良,热变形温度在160 ℃以上,收缩率小。

4 )高分子类固化剂

这类固化剂有酚醛、呋喃、聚酰胺、脲醛及三聚氰胺甲醛等树脂。这些本身是一种良好的防腐材料,固化速度慢,使用期长,仅用于热固化。固化物兼具有环氧树脂的性能又具有固化剂树脂的性能。具有较高的抗冲强度和尺寸稳定性。

3 )稀释剂

为降低环氧树脂的黏度,提高流动性,用加入稀释剂的办法来达到。 稀释剂分为以下两类:

1 )活性稀释剂 属活性稀释剂的有环氧丙烷丙烯醚、环氧丙烷丁基醚、环氧丙烷苯基醚、二缩水甘油醚、脂环族环氧、乙二醇二缩水甘油醚、甘油环氧、环氧丙烷、环氧氯丙烷等。这类稀释剂的分子结构中含有活性环氧基团,在与树脂固化过程中参与固化反应,因此它直接影响已固化树脂的性能,除降低树脂黏度,起到改善树脂工艺性能的作用外,有时还对已固化树脂起到内增塑作用;钚韵∈图恋募尤,固化剂的用量也要相应地调整。此类稀释剂一般有毒,使用时要注意防护,沸点在150~300 ℃。

2 )非活性稀释剂 属非活性稀释剂的有丙酮、酒精、甲乙酮、环乙酮、苯、甲苯、二甲苯、正丁醇、 苯 乙烯等。这类稀释剂在树脂固化过程中不参与反应,仅起降低黏度作用,用量一般为树脂 重量的5 %, 15 %。在固化过程中大部分逸出,从而增加了树脂收缩率,降低了制品性能。

表观密度在016 , 019 ,沸点在50 , 150 ℃,玻璃钢工艺中尽可能少用。

4 )增塑剂

增塑剂也称增韧剂,是改善玻璃钢韧性的添加物,也分为活性和非活性两类。

1 )活性增塑剂

这类增逆剂有聚酰胺树脂、聚硫橡胶、聚丁二烯环氧树脂、聚环氧氯丙烷橡胶、不饱和聚酯树脂、液态聚胺脂与芳族二元胺配合、丁腈橡胶与顺酐、丁苯橡胶与聚丁二烯环氧树脂等。主要为单功能团的环氧化植物油,因含有活性基团,参与固化反应,改善环氧脆性,提高树脂的冲击强度和延伸率。

2 )非活性增塑剂

主要是邻苯类和磷酸类。属邻苯类的为邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二戍酯、邻苯二甲酸二辛酯等;属磷酸类的为磷酸三乙酯、磷酸三丁酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲酯、亚磷酸三苯指。不参与固化反应,主要作用是降低黏度,改善树脂固化体系脆性,基本上均为无色液体,仅磷酸三苯酯为白色液体,沸点在200 ℃以上,表观密度基本均大于1 ,用量为树脂重量的10 %~15 %。 2. 酚醛树脂

酚醛树脂是由酚类化合物(苯酚、甲酚、二甲酚)和醛类化合物(甲醛、糠醛)按一定比例在酸性或碱催化剂作用下相互经缩聚反应而合成。分热塑性和热固性两类。制造玻璃钢采用的是热固性酚醛树脂,具有线型或支链型分子结构,由于分子中含有羟甲基,在加热条件下会进一步相互缩合,形成不溶不熔的三向网状体型结构状态。

1 )酚醛树脂的性能特点

1 )良好的工艺性能?筛菪枰瞥筛髦植煌ざ鹊氖髦允视酶髦植煌挠τ贸『,一般分为高黏度、中黏度和低黏度三种。高黏度树脂适用于制备挤压石墨制品、制造石棉酚醛塑料和酚醛清漆;中黏度适用于制作酚醛胶泥和酚醛玻璃钢;低黏度适用于浸渍石墨,也可制作玻璃钢。

2 )良好的耐腐蚀性能。除强氧化性酸之外,酚醛树脂几乎能耐一切酸腐蚀,如任何浓度的盐酸、稀硫酸、大部分的有机酸及酸性气体和p H < 7 的酸性盐溶液等。但耐碱性较差。

3 )已固化树脂具有良好的抗压强度,良好的介电性能,优良的耐水及耐烧蚀性能,可在120 ℃下长期使用,耐热性好。

4 )缺点是:树脂固化时,体积收缩率较大,树脂与玻璃纤维黏结性较差,固化后产物较脆,延伸率低等。 (2 )普通酚醛树脂性能

普通酚醛树脂黏度小,凝胶时间短,耐热性好,固化时体积收缩大,黏结性差,性脆,常用来制作预浸料。 3 )几种改性酚醛树脂性能

1 )镁酚醛树脂

镁酚醛树脂即聚乙烯醇缩醛改性酚醛树脂。具有良好的流动性,固化物具有较高的机械强度,良好的电绝缘性和耐热性,提高了玻璃钢制品的机械强度和耐热性。适用于压模成型。

2 )硼酚醛树脂

改善了普通酚醛树脂的脆性和吸水性,提高了玻璃钢制品的机械强度和耐热性。

3 )环氧树脂改性酚醛树脂

提高了黏结性能,降低了树脂固化收缩,提高了固化物的韧性和耐碱性。

4 )二甲苯改性酚醛树脂

具有较低的吸水率和较好的耐碱性,提高韧性和机械强度。

3 )和4 )主要应用于层压和模压制品,如玻璃钢管道、阀门和各种配件及玻璃钢层压板。

填料和色料

填料是用以改善树脂某种性能或降低成本的材料,一般是某种相对惰性的固体物质。有专家认为:填料并非是玻璃钢生产制品的必须材料,是否使用,使用多少可根据产品性能决定;也有专家认为:填料无凝在玻璃钢制品中有着自身的用途,降低成本是重要一环,材料成本减少10 %。填料对于玻璃钢制品的某些性能是必不可少的因素,但会影响树脂凝胶时间,用量过高,玻璃钢弯曲强度会下降。

从广义上说,色料应属填料一种,人造大理石也可视为填料,填料比例较大,故填料也应是玻璃钢制品材料的一种。

1. 填料对玻璃钢制品的影响

1 )减少玻璃钢体积收缩,防止翅曲、龟裂、内部裂纹,增加耐热性、自熄性、抗渗性(某些无机填料)等;

2 )改善冲击和抗拉强度(纤维状填料);

3 )阻燃消烟(含水氧化铝、三氧化二锑、氯化石蜡等);

4 )增稠,可用于SMC (氧化镁、氧化钙);

5 )有触变性,在玻璃钢垂直面上施工可防止流胶,还可作为补强剂,润滑剂(活性二氧化硅,白炭黑即轻质二氧化硅、膨润土、乳液法生产的P V C 粉末);

6 )导电(石墨粉、炭黑、铝等金属粉);

7 )导热(金属粉、氢氧化铝、氢氧化镁);

8 )增加硬度、耐腐性(辉缘岩粉);

9 )耐紫外线,防老化(银粉、铝粉);

10 )增加耐磨性(金刚砂SiC 即氧化铝、铁粉、铝粉、二硫化钼、石英粉、石墨、硫酸钡、聚四氟乙烯粉);

11 )提高电绝缘性能(云母、氧化铝、黏土、二氧化硅);

12 )提高抗寒及冲击韧性(石棉纤维、 铝粉、玻璃纤维);

13 )提高硬度、抗压、及起始模量(石英粉、氧化铝、瓷粉、铁粉、水混);

14 )增加黏结力(氧化铝、钛白粉、瓷粉);

15 )提高耐热性(石棉、云母、硅胶粉、酚醛树脂);

16 )降低成本,减少固化收缩(滑石粉、氧化铝、陶土、碳酸钙、玻璃粉、石墨、石膏粉);

17 )有利着色(碳酸钙、滑石粉);

18 )提高耐腐蚀性(滑石粉、二氧化硅、硫酸钡、玻璃粉);

几类常用填料性能见表11-11 。

2. 对填料的要求

1 )粒度(细度)大小要适中,用于FRP 的填料粒子细度一般要求达到120~160 目;

2 )使用前要干燥,分散性要好;

3 )玻璃钢中填料用量一般为20 %~40 %,有的资料介绍,无机填料用量一般不超过30 %,腻子中可达到100 %~300 %;

4 )密度尽量小,不含金属等杂质,否则金属离子要消耗酸性固化剂;

5 )在聚酯玻璃钢中,炭黑有阻聚作用,固化剂应适当多加;

6 )树脂中加入填料后,树脂被吸收,黏度增大,见表11-12 。

各种填料的特性见表11-13 。

三氧化锑、氯化石蜡、氯化二苯基化合物等可与氯化铵和各类硼(磷)酸盐配合使用,加入树脂后玻璃钢制品具有阻火功能,氢氧化铝无毒、价廉,是较理想的阻火添加剂,加入量可达树脂质量40 %~75 %。

紫外光吸收剂,如取代乙羟基二苯甲酮、苯并噻唑,能将吸收光能并转换为振动或热能;含镍复合物或瓜啶类化合物等熄灭剂,能减弱日光对树脂的破坏作用;能吸收紫外光的炭黑、反射光的二氧化钛或氧化锌等光屏蔽剂,统称光稳定剂(紫外线稳定剂),它对防树脂降解、色泽变化、表面开裂硬化、物理性能下降方面有一定作用,户外玻璃钢制品也应添加一定数量紫外光吸收剂。

3. 色料(着色剂)

色料也称着色剂,用量虽然不多,但作用明显。有了颜色,使玻璃钢制品五彩缤纷、争艳斗娇。色料可按是否溶于树脂或者溶剂(含增塑剂)来进行划分,可溶者被称为染料,不溶者(不论有机还是无机)则称颜料。

染料对透明树脂着色后色泽鲜明,但易迁移,对热、光、化学药品敏感;有机颜料耐热性能优于染料,无机颜料色泽鲜明,遮盖力、耐热、耐光性能更好,但透明性、着色力不如有机颜料。为制造各种颜色的玻璃钢冷却塔,满足用户的需要,在聚酯树脂中常加不同颜料,用量一般为树脂重量的0.5 %~5 %,如加染料,则用量为0.05 %~0.1 %。因用量很少,对固化树脂和玻璃钢制品(含冷却塔)性能没有明显影响,但都在一定程度上有阻聚剂或促进剂作用,对树脂固化速度产生影响,某些色料还会降低树脂老化性能。

1 )投加方法

染料和颜料均先加入树脂中,再与增强材料复合。染料先将其溶于苯乙烯单体中(必要时加以过滤),再混入树脂。颜料先经粉碎,与少量树脂调制成均匀糊状(颜料糊),最好磨碾细散,消除颗粒状物,再混入树脂。

2 )聚酯树脂的常用颜料

白色:钛白(氧化钛)、锌白(氧化锌); 黄色:镉黄、赭黄; 红色:氧化铁红; 绿色:酞菁绿; 蓝色:酞菁蓝、钴蓝、铁蓝、群青蓝;

3 )树脂色料要求

1 )颜色鲜明、耐热、耐光;

2 )在树脂中分散性好,阻聚作用小,不影响树脂固化;

3 )对玻璃钢制品性能无不利影响;

4 )货源充沛,价格较低。

制作工具材料设备

制作工具、材料和设备

过去手工玻璃钢制作工艺主要是凭经验和手工技术操作,随着科学技术的进步和发展。生产用的工具、材料和设备数量增加,质量提高,日趋小型、轻便和先进。因玻璃钢制品性能与木材、金属有所不同,故某些场合有特殊要求,并趋专业化。本节论述的玻璃钢制品制作工具、材料和设备,在玻璃钢冷却塔的制作中均是适用的。主要施工机具见图11-1~ 图11-3 。




工具

1. 称量工具

用于称量各种原料配比和制品重量,通常需要以下几种:称重5kg 的台秤;称量500kg 的磅秤;称量100g 的天平和与其配套的100m L、250m L 等玻璃量杯若干只。各种称量工具在使用时与在其他场合下使用的不同之处是,铺纸张或采取其他措施避免沾渍树脂,否则既对工具造成损害,又影响精度。在玻璃钢性能测定和成分测定的试验室中,应选用分析天平,感量0.001kg 。

2. 钻孔工具

电钻在玻璃钢上钻孔普遍采用,并较容易,孔径通常在1~5cm 。大型孔径可从2~8cm 。在钻孔前先在玻璃钢上定位,定位在孔中心作为标志,但要避免损伤表层胶衣,因玻璃钢背面凹凸不平,钻孔一般是从玻璃钢表面有胶衣层这面开始。钻孔完毕应仔细清除钻孔周围树脂碎屑。

在玻璃钢冷却塔及其他制品中使用电钻,使工作操作容易和提高速度。常用的是麻衣钻和套孔钻,近几年开发使用的金刚石套孔使用方便,效率很高。1/4 (in )(6mm)变速电钻用途很广,与金属螺旋锥配合,容易在已固化的玻璃钢上钻孔,磨锥也常使用。直径5~6in (15~18cm )的圆盘砂轮也可安在电钻头部高速旋转,用于玻璃钢修补。电钻头部还可带一种孔据,它可开较大孔径。

3. 切锯工具

锯子可以使用弓形锯、有5 齿刀片的圆锥形锯,或者使用带有5 齿金属切刀的手提刀型锯,不论使用哪种锯,都要从有表面胶衣一面开始加工,锯前在玻璃钢上应划线。一般从划线外侧0.5mm 处切断,最好是采用装有导轨的固定式切断装置。

如需要加工较大的孔,就需将锯和电钻配合使用,先用电钻钻孔后,再用刀型锯把孔扩大到需要尺寸,孔的边缘还需要锉刀锉平整。钻孔是应从胶衣面开孔,使用垫板,减慢速度,尤其是在开始钻孔和即将钻穿时速度要减慢。为避免制品烧焦和变色,还可使用空气或冷却润滑液。

1 )圆锯机

圆锯机是加工各类板材和模具制造的工具?稍谀静模>撸┥峡担ú郏,槽深可达15m m 。圆锯机锯片直径(m m )有100、125、150、160、180、203、235、320、380等不同规格。 圆锯机可锯切各类塑料板、装饰板、方石板、石膏板、水泥刨花板、木材、铝材等,根据不同材料配用各自锯片,切割合成树脂(玻璃钢)制品和新型建材的,则配用这方面的专用锯片。选用一台直径150~200m m 主机,配备各种锯片,则可一机多用。

2 )片锯机

片锯机配上不同长度、厚度锯片后,通过高速上下振动可切割木材和各种金属材料,合成树脂制品及泡沫塑料等疏松材质。 片锯机的主要机型有:

① 弯锯机。其特点是锯弧形孔、圆孔,最小切割半径为25mm ,锯片厚度0.9~1.3mm ,宽度6.5~9.0mm ,柄长14mm 。

② 用于直线切割的刀割,所用锯片稍厚。也可加工各类材质。

每个企业可配两台片锯机,分别用于锯弧形孔和直切割。在大型产品上开洞用弯锯机较妥当。

4. 打磨工具

1 )锉刀

锉刀用于加工玻璃钢的外缘,操作者应站在胶衣层的同一方向,如果加工的凹口被碎屑塞满,应用刷子或溶剂清除干净后再加工。使玻璃钢外缘、胶衣边缘光洁、平滑。 除锉刀外,切削量大的玻璃钢还可采用车削加工,加工时全部切削力及热量集中在刀具与玻璃钢接触的很小范围,故一般采用湿法加工,喷水式加工时用锭子油、油酸、松香等组成的乳化剂,刀具用钨钴(Y G )、钨钴钛(Y T )等硬质合金刀具或复合聚晶金刚石刀具。刀具几何尺寸及车削速度依玻璃钢制品工艺不同而有所区别。

2 )袖珍电刨

袖珍电刨用来修整玻璃钢粗糙表面和边缘,通常用快速旋转的刀片,这些刀片在变钝或损坏时需要更新,一般不再磨光重新使用,常用于砂轮难以加工的部位。 刨刀宽度一般有82m m、 92m m、122m m、155m m 等规格,刨削深度在1.3m m ,槽深度一般小于12m m 。

3 )砂轮机及砂纸

用氧化铝和碳化硅颗粒制成的砂轮和砂纸可制成条状、块状,用于玻璃钢的打光和细小部位的修整。

使用砂轮和砂纸可手工操作,也可安置在砂轮机上,以大约5000r/min 的速度在玻璃钢表面打光。砂带打磨机用于表面打磨、 除锈、 抛光,规格有矩形和环带形两种。选用的金刚砂粒号可从30 !400 # ,砂粒号小粗磨,砂粒号大细磨。圆磨机配用不同粒径的金刚砂轮片,规格、砂粒号多种,配以抛光膏可对模具抛光。

一般选择较粗或中等颗粒的砂纸作“干法”加工,而较细的砂纸可根据工作需要作“干法”或加润滑油的“湿法”加工,比较精确的部位和特殊部位应用手工加工。

4 )打磨抛光机

用于表面的精细打磨抛光,主要规格以磨盘直径计为125m m、165m m、180m m 等。备用配件有:平头橡胶轮,一般分通用轮、细磨轮、粗磨轮;橡胶轮罩羊毛抛光套;36、60、80、100、120、150、 600 等型号的打磨纸;瞬间黏合剂,供黏结打磨纸与平头橡胶之用。一般生产可选用型号为125m m 和180m m 各一台。用一块木块周围包上砂纸的砂纸砖,也常用于玻璃钢光面的打光。

5 )圆磨机

配用不同粒径砂轮片,可作玻璃钢表面及连接处的粗、细打磨及初步抛光。主要规格以磨盘直径计为100m m、115m m、125m m、150m m、180m m、230m m 等。将磨盘(轮)直径125m m 以下称为轻型,以上称为重型。备选附件有16#、30#、50#、60#、80#、120#砂轮片。设备转速一般为4000~6000r/min ,电机功率400~2000 W ,机体重量2~7kg。对于一般手工成型工艺,应选用一台重力型(直径180~230mm)、两台轻力型设备,重力型圆磨机打磨效果较好,而轻力型圆磨机不但可以打磨,而且可以用于玻璃纤维和塑料的切割。

5. 混合容器

混合容器是指罐、杯、桶、盆等,主要用途混合树脂及固化剂、引发剂等,使用前必须保持清洁,杯子可用无蜡纸杯、除聚苯乙烯泡沫塑料之外的各类塑料杯、贮存化工原料时可用纸筒、塑料桶或金属桶、小盆,通常在制造玻璃钢层时用于盛放修补树脂。

但多数场合中不需要,因修补时树脂中加入的引发剂等数量甚微,使用底面积大,盆高低的容器利于缩短混合反应时间。

避免使用蜡质容器是因为蜡会部分溶于树脂受到污染,有些场合树脂会使蜡变松软并且脱落而沉积在容器底部。

与各类容器配套使用的为混合棒(即搅拌棒)、搅拌器;旌习艨捎媚静、塑料、金属制成,主要用于树脂和引发剂等混合之用。一般需两根以上不同长度的棒,应分别使用,不应混用。另一种为带有叶片的手动或电动搅拌器,转速在450~750r/min ,柄长30cm 左右,直径6m m、12m m、18m m 等。

6. 刷抹滚压工具

1 )平刷

平刷用于涂敷树脂,当平刷上已沾有未固化树脂时,不应再涂固化树脂,一旦树脂在刷子毛上变硬,则刷子就必须更新。刷柄不要涂漆,树脂、丙酮都易使油漆脱落。刷子尺寸取决于用途,一般为12m m、25m m、140m m 。

2 )滚压轮

滚压轮用于去除树脂中的气泡,一般用铝或钢制成,尤其适用于短切玻璃毡等材料。如果树脂在滚筒上变硬结块,可用火焰喷灯将其烧去。图11-2 中列出一些不同规格的滚压轮,常用钢制的滚压轮规格为:18m m ×75m m ,18m m ×150m m ,12m m ×75m m ,25m m ×150m m 。

3 )涂擦滚筒和托盘

用于玻璃钢生产树脂和固化剂置于金属或塑料托盘上,用适当尺寸的涂擦滚筒操作。橡皮刮刀有软硬两种,根据需要选用。刮刀宽度在75~150m m 之间,形式有带柄和不带柄两种,带柄主要用于较硬的部位。

4 )滚轮

涂擦滚轮可在树脂尚未干燥时,在表面上覆盖一层玻璃纸或塑料薄膜包覆材料。滚轮直径有60m m、100m m、200m m 等不同规格,配木制或塑手柄。羊毛滚轮有长毛和短毛两种,长度从100 , 225m m ,毛厚分3m m、12m m 、 18m m 等规格,滚轮刷在较大体积玻璃钢中更能发挥作用,如图11-4 (c),一些柄长1~2m 以上的滚轮用于手臂难以伸到的地方。

材料

1. 油灰刮刀

准备2.5cm 和6.25cm 油灰刮刀各一把,在树脂制取油灰和填充时使用。

2. 橡皮刮刀

橡皮或塑料刮刀用于刮玻璃布、粗纱和缝编毡上多余的树脂,这对提高玻璃钢强度很重要。橡皮刮刀也用于使树脂迅速分散,驱散空气泡沫。

3. 剪刀

主要用于剪裁增强材料(玻璃布、纱、毡等),在加工前不接触树脂,使它不在剪割时固化。如果必须接触时,需准备丙酮以溶解树脂。

4. 防护口罩、手套

这是必须具备的防护用具,在玻璃钢手糊成型及修补时,必须戴防护口罩和手套。

5. 纸张

建筑用纸用来;ず头阑な髦,也可用塑料布,但必须使用不溶于树脂的建筑用纸和塑料布。在施工场地应铺建筑用纸,避免树脂掉落,因树脂掉落或溅出后容易固化,地面很难清洗干净。

6. 废布

玻璃钢制作时,废布或废纱用量很大。废布或废纱中白色最佳,树脂等会使有颜色的布或纱掉色,当然有些聚合物如合成纤维是不掉色的。也可在废布中添加些细条状纸张。

7. 玻璃纸

在玻璃钢修补过程中,作为一种隔离材料使树脂隔离空气,;け砻。

8. 剃刀、割刀

一般为单锋剃刀,用于玻璃钢修补工作。裁剪玻璃纤维布、毡等选用按材料层数及厚度能调节刀片长度的伸缩割刀。

9. 钉机和快速气钉机

钉机有手动、电动、风动几种类型,主要用途为制造模具时固定薄板之类材料?焖倨せ糜谀>吡喊宓炔牧习沧。钉的面宽10 m m 左右,钉的脚长有24 m m、18 m m 等。

设备

1. 气动设备

1 )真空泵

真空泵是用于清除黏性较大的树脂中的气体和挥发物。使用真空袋压从外部产生气压,使铺层紧贴在复合材料部件上,并使其固化。

2 )空气压缩机

空气压缩机的作用为有效压紧修补铺层,固化时至少需要维持65~70kPa 的压力(真空泵只有10~20k W )。虽然作用方向与真空泵相反,但实际上两者配合使用。将手工制品放入橡胶袋中通过压缩空气或蒸汽加压时,压力一般在0.25~0.15MPa 。

2. 加热设备

1 )热压罐

是一种卧式金属器,一般为圆筒形式,体积较大。容器内有轨道,装有手工FRP 制品(如冷却塔分?塔体)的金属小车可直接经罐口推入热压罐,一般在200 ℃温度范围内操作罐内有空气循环系统,保证FRP 固化区域温度变化在±1 ℃之内。具有真空系统和高压设施,以及相应的自控系统,热压罐的大小视FRP 尺寸大小而定。

2 )烘窑(固化窑)

烘窑用途同热压罐,用于固化,造价较低,尺寸较大,温度控制范围更宽。烘窑砌筑要求密封,不留缝隙,窑壁衬有绝热材料,绝热性好,温度控制可从室温到300 ℃;灸芙芯埘ナ髦、 环氧树脂和酚醛树脂的预固化和后固化。窑内功能和控制同热压罐,可用于尺寸较大、数量较多的FRP 制品。

3 )电热毯

电热毯是一种可以弯曲覆盖在制品表面上的热设备,应用渐广。要求电热毯面积至少超出维修(或制品)边缘50m m 。烘箱、 热压罐、 电热毯均要求有从0.5~15 ℃/min 的控制加热速率的能力,在环境温度-12 ℃时仍能维持180 ℃的固化温度,推荐的电热毯容量0.8 W /mm2 。

3. 冷藏设备

FRP 生产和维修用的树脂胶膜、 黏结剂、 预浸料需在低温下保存,以延长有限存贮寿命。这些材料一般应在-12 ℃以下存储,胶膜在-18 ℃条件下可存贮150d 。冷藏设备的长期制冷能力应在-20 ℃左右,使用体积按需要购置。

4. 喷涂设备

喷涂设备俗称喷枪,是手糊成型工艺中重要的工具,但又只能算一个小工具(见图11-4 中d ),喷枪是将固化剂“促进剂”树脂等通过不同管道在内部混合后直接喷糊上去,可连同无捻粗纱一同喷出,也可单独喷出树脂到人工贴涂的玻璃纤维上,再用滚动驱赶气泡。树脂在固化剂的混合分为内混式和外混式两种。内混式喷枪是将树脂与固化剂在喷涂设备内部混合后喷出,因树脂固化时间很短,此方法易引起树脂迅速固化,造成喷嘴阻塞,故现在喷枪大多采用将树脂、固化剂分别形成雾粒喷出,以求完全、均匀混合,并与短切纤维混合后共同散落在模具上。

喷枪结构见图11-5 所示。



模具

要把黏稠而可流动的树脂与玻璃纤维结合加工成为产品所设计的形状,需经过在模具中加工成型阶段,因此模具是手糊成型工艺的主要工具,合理地设计制作模具是保证产品质量和降低成本的保证。

模具的结构和选材

1. 模具结构

手糊成型的模具分为单模和对模两类,单模又分为阴模和阳模两种。不论是单;蚨阅6伎梢愿莨ひ找笊杓瞥烧迨胶推醋笆。 常用的模具结构形式有下列几种:

1 )阴模

阴模的工作面是向内凹陷,如图11-6 (a )所示,用阴模生产的产品外表面光滑,尺寸准确。但凹陷深的阴模操作不便,排气困难,也不易控制质量。阴模常用于生产圆形逆流式玻璃钢冷却塔、船壳、机头罩等。

2 )阳模

阳模的工作面是凸出的,如图11-6 (b )所示。用阳模生产的产品内表面光滑、尺寸准确,操作方便,质量容易控制,便于通风处理。在手糊成型工艺中除特殊要求外,一般均采用阳模成型。在圆形逆流式玻璃钢冷却塔制作中,先用水泥或木材等制作拼装用的单?阳模,再用阳模制作玻璃钢阴模,用阴模来制作冷却塔单?壳体,再由数?壳体拼装成冷却塔塔体。

3 )对模

对模由阳模和阴模两部分组成,并通过定位销装配,如图11-6 (c )所示。用对模生产的产品内外表面均很光滑,厚度精确。在玻璃钢冷却塔制作中不用对模。

4 )拼装模

拼装模一般指产品结构复杂或为了脱模方便,把模具分成几块拼装,如大型缠绕容器的模具就采用此形式。圆形逆流式机械通风冷却塔也是拼装而成的,如100t/h 塔由四?壳体拼装成360 ℃的塔体,但模具仅为圆心角为90°的一块阴模,因此不属拼装模。

5 )逆流式冷却塔模具

横流式、方塔组合式FRP 冷却塔,除风筒外均为平板模,只要平板光洁、光滑就易制作,故不论述。逆流式FRP 冷却塔,根据冷却塔的大小,塔体由相同结构的单体2 块(圆心角180°)、4 块(圆心角90°)、6 块(圆心角60°)、8 块(圆心角45°)、12 块(圆心角30°)等组(拼)装而成。先制阳模,再翻制FRP 阴模,用阴模制作单块塔体。

1 )水泥阳模

冷却塔拼装的单块阳?捎媚静、石膏、水泥等制作,常用的是水泥制作。制作时先用砖砌筑一平台,然后按设计图纸的尺寸和要求,用高标号水泥制作成阳模,如图11-7 所示。在阳模中长条半圆形的加强筋是向上凸的,翻边是拼装时连接之用。要求水泥阳模光洁度好,不能有任何损失,要多次修整,直到满意为止。

2 )玻璃钢阴模

水泥阳模完全干固后,用手糊成型工艺制作玻璃钢阴模,阴模凹面的光洁度取决于水泥阳模凸面的光洁度,而阴模凹面的光洁度又直接关系到玻璃钢冷却塔塔体表面的光洁度。因此阳模和阴模的光洁度都要很好。这里的玻璃钢阴模本身就是玻璃钢制品,用它再来制作玻璃钢冷却塔塔体。大型钢筋混凝土冷却塔配用的玻璃钢风筒,根据塔的大小也有数块拼装成360°的风筒,也先制水泥阳模,再用阳模制作玻璃钢阴模,再用玻璃钢阴模制作拼装风筒。

2. 模具材料

1 )对模具材料的要求与原则

1 )满足制品尺寸、精度、外观和数量的要求;

2 )所选用材料必须保证模具有足够的刚度和强度,不易变形,不易损坏;

3 )不受树脂和辅助材料的侵蚀,不影响树脂固化,能经受固化温度的影响;

4 )脱模容易,使用周期长;

5 )材料易得,价格相对便宜。

2 )模具材料及比较

现用模具材料及比较见表11-14。


脱模剂

在玻璃钢成型中,为防止制品黏着模具,便于脱模而在模具成型而上涂的物质叫脱模剂。因此,凡是与树脂黏结力小的非极性或极性微弱的都可作为脱模剂。使用脱模剂的目的是不使模具与制品之间发生黏接,造成脱模时的损伤,而降低表面光洁度。

1. 对脱模剂的要求

1 )使用方便,成膜时间短;

2 )不腐蚀模具,不影响树脂固化;

3 )成膜均匀、光滑,对树脂的黏附力;

4 )操作安全,对人体无害;

5 )价格便宜,货源广泛,配制简单。

2. 脱模剂

1 )薄膜型脱模剂

属这类脱模剂有:玻璃纸、聚酯薄膜、聚氯乙烯、聚乙烯、聚乙烯醇及醋酸纤维素薄膜等。薄膜脱模剂使用方便,只要用凡士林油粘贴到模具上后,便可使用。铺膜时要防止起皱和空白。这类脱模剂来源广泛,脱模效果好,但因变形小,不适合用于造型复杂的产品。

聚氯乙烯薄膜易被苯乙烯溶胀,故不宜用于聚酯玻璃钢生产。

2 )溶液型脱模剂

此类脱模剂种类甚多,应用最广。主要有以下几种。

1 )过氧乙烯溶液脱模剂:配方为,过氧乙烯粉5~10 份;甲苯和丙酮(1:1 )90~95 份。按配方称料混合放置一天,然后搅拌均匀,当物料完全溶解时便可使用。

这种脱模剂渗透性好,适用于木材、石膏等多孔性材料的封孔,但不宜与制品直接接触,常与其他脱模剂复合使用。使用温度在120 ℃以下,贮存时要密封。

2 )聚乙烯醇脱模剂:由聚乙烯醇5~8 份,乙醇35~60 份,水60~35 份配制而成。

聚乙烯醇脱模剂价格便宜,无毒,来源广,适用性好,可直接与制品接触。但干燥慢,湿度大时尤甚,而且必须在干燥后才能使用。使用温度在120~150 ℃时效果最好。

3 )聚苯乙烯脱模剂:由聚苯乙烯5 份,甲苯95 份配制而成。这种脱模剂的脱模效果好,对环氧树脂更为突出,成膜时间短,成膜光亮平滑。使用温度为100 ℃。甲苯有毒,应要注意通风。

聚苯乙烯脱模剂不适用聚酯玻璃钢生产,因聚酯树脂能溶解聚苯乙烯,使其失去脱模效果。

4 )醋酸纤维素脱模剂:由二醋酸纤维素5 份、乙醇4 份、乙酸乙酯20 份、双丙酮醇5 份、甲乙酮24 份、丙酮48 份配制而成。这种脱模剂成膜光洁、平整,使用方便,毒性小。但某些溶剂来源不便,价格较贵。

与环氧玻璃钢有一定黏附力,脱模后不易清洗。常与聚乙烯醇脱模剂复合使用,使它不直接接触玻璃钢。使用温度为150~200 ℃。

5 )硅橡胶脱模剂:有两种配方,一种是甲基硅橡胶(101 号或201 号)10 份,甲苯90 份;另一种为甲基硅油(5 号)5 份,甲苯90 份。这种脱模剂称量混均即可使用。适合于高温固化的金属模具,成膜效果好,耐高温,可在200 ℃以上使用。涂膜后在150~200 ℃烘2h ,能提高脱模效果。

3 )油膏、石蜡类脱模剂

这类脱模剂有石蜡、汽车蜡、地板蜡、耐热油膏、石蜡汽油乳液、凡士林等。使用温度在80 ℃以下,缺点是污染制品。

模具的保养和维护

对于模具保养与修补,在冷却塔制作中必会遇到,总原则是保养重于修补,修补难以得到好模具。如逆流式单块玻璃钢模具,如果该塔由8 块拼装组成,则这单块模具要制作8 块(使用8 次)才能拼装一台塔,如果保养不好,仅制作2~3 台塔(16~24 次)模具就坏了,不能使用,如保养得好,则可制作10 台(80 次)以上。以后再不断地修补,又可制作数10 台以上。

1. 模具保养

保养的方法主要是重新打磨、抛光,保持光洁度。当使用了脱模蜡,并发现脱模越来越困难或者发现制作的冷却塔光洁度不如以前,模具表面有一层蜡渣时,必须停止生产,用洁模水清洁模具。用棉布湿擦有蜡渣的地方,直到把蜡渣擦干净,再封孔2 次,打2~3遍蜡后可继续生产。如发现蜡渣擦不掉,则应用抛光机进行抛光,再洁模,封孔打蜡,直到光亮,可轻松脱模为止。

2. 模具修补

在生产使用过程中,难免模具会有所损坏,则应及时修补,否则影响制品质量及美观。如果纤维已显露,凹陷较深,可以填入树脂和短切纤维的胶泥,必要时先打入铁钉,再用树脂和纤维的胶泥填平,再涂上胶衣,盖上薄膜。如果仅是局部胶衣层损坏,则用砂纸将该部位打磨,用丙酮在该部位洗后再用胶纸贴在该部位的周围,只露出需补部分,然后涂上胶衣并覆上薄膜?捎没费跏髦又亟鹗籼盍,如铝、铁、SiC 等修补,可使硬度提高且耐磨。

3. 模具保管

冷却塔系列和规格很多,因此各系列不同规格的模具很多,经;嵊龅侥承┕娓竦睦淙此谝欢问奔淠谖尴鄱ǘ,不进行生产,则模具必须保管妥当,以日后继续使用。对于模具的保管应注意以下几点:

1 )不准放在露天,否则会胶衣老化、龟裂;

2 )如果无室内可放,只能放在室外,表面要覆盖,不能日晒雨淋、防止碰伤、老化、金属支架锈蚀;

3 )也可在模具表面涂上脱模剂,并糊上1~2 层玻璃材料,既防老化又防碰伤。

冷却塔的装配、连接、修补和增强

无论是逆流式、横流式还是逆横流组合式,整塔均由数块玻璃钢制品的左右、上下组合(拼装)而成,均存在着大量的连接工作,分为机械连接和胶接两种,实践中均要用到。

两种连接的优缺点

机械连接是使用螺栓或铆钉连接;胶接是通过各类黏结剂或黏结剂与玻璃纤维复合的一部分与另一部胶接在一起。在实际加工中可以采用胶接和机械连接的复合连接形式。

1. 机械连接的优缺点

1 )优点

1 )连接强度和可靠性高,抗剥离能力大,分散性;

2 )不需要对制件表面进行处理;

3 )连接制件适应环境能力强,工作温度宽;

4 )操作简单,对连接质量影响因素少;

5 )抗高温、抗蠕变能力强;

6 )易于拆卸、组合、检查。

2 )缺点

1 )制件表面连接处易凹凸不平,影响外观;

2 )连接制件层合板开孔受力不均,易应力集中;

3 )金属与FRP 之间易产生腐蚀,影响长期连接强度;

4 )劳动强度较大。接头重量大;

5 )承载能力低,一般为无开口时极限强度的20 %~50 %;

6 )总的结构连接效率低。

2. 胶接

1 )优点

1 )整体结构重量比机械连接少10 %~20 %;

2 )塔体表面平整光滑、美观;

3 )胶接的胶层具有优良的抗电化学腐蚀性和电绝缘性,绝热、隔声、透无线电波,密封性好;

4 )宜连接薄壁结构、夹芯结构;

5 )无论同种或异种材料均可固定与连接;

6 )不会因钻孔引起应力集中,纤维切断,不会成为承载横剖面;

7 )连接元件上裂纹不易扩展,密封性好,成本较低。

2 )缺点

1 )工作温度范围较窄;

2 )胶层易被剥离;

3 )产品性能分散性大,连接性能随温度变化逐渐降低,难以检验;

4 )表面处理及胶接过程控制要求较严;

5 )接触表面需仔细处理;

6 )无损探伤困难,不可拆卸。

机械连接

1. 机械连接塔遇到的几种破坏形式

机械连接常用的是螺、铆、钉等紧固件,会使冷却塔塔体遭到以下几种破坏形式。

1 )拉劈破坏,玻璃钢塔体及配件在连接处因拉劈而遭破坏;

2 )拉挤破坏,因螺钉等装配连接过紧而将连接处玻璃钢压坏;

3 )剪力破坏,玻璃钢连接处因装配不平,受剪力作用而断裂破坏;

4 )拉件破坏,玻璃钢连接处在拉伸力作用下破坏;

5 )螺栓拔出时,造成连接部分破坏。

为此必须要注意以下两点:

1 )连接件的挤压强度,与其他材料的机械连接性能类似,FRP 强度与机械构件的直径d 与连接件厚度h 有密切关系,d 与h 比例过大,挤压强度会有较大下降,如d =4h ,销钉连接的玻璃钢强度下降30 %。 (2 )连接件的拉伸强度和剪切破坏强度,要注意边距、端距、钉距之间的合理比例。钉距一般采用5d ,即为开口直径的5 倍,至少也要取4d 。端距、边距(上下为边,左右为端,即开孔与边缘距离)与连接件厚度h 有关,h 较小,开口应与边缘较远。推荐值见表11-15 ,并见图11-9 。

2. 机械连接的形式

机械连接形式见表11-16 。

玻璃钢冷却塔一般均以单块拼装成整塔,块与块之间基本上均采用机械连接,常用的机械连接及螺栓连接见图11-8、图11-10 。螺栓连接可能对玻璃钢造成破坏的几种形式见图11-11 。

机械连接时,有时还可配合木块、金属等材料调节d /h 增加强度。图11-12~图11.15是木块、金属三角构件与玻璃钢连接直角示意图。


胶接

胶接在玻璃钢冷却塔中会经常使用,是连接的重要方法之一。如逆流塔收缩段,因受风筒上风机、电机荷载的影响,该处(收缩段起点弯曲处)最易断裂,就用胶接予以加强。胶接实际上是真实含义的玻璃制作,从图11-16 的手工成型胶接过程可见,操作不似机械连接简单易行,也无常规准则,根据经验操作运用。

胶接的总原则是胶层受力均匀,尽量增大胶接面积,提高接头承载能力,减少应力集中、劈裂、剥离、冲击荷载、层间剥离,以求较理想的效果。

1. 表面处理

表面凹凸不平、粘有油污、尘埃、水分或者表面虽平整却已形成各类胶黏物质膜层材料等,都会影响胶接强度和效果。在胶接前需要进行表面加工或表面处理,针对不同方法主要是机械处理和化学处理两种。

1 )机械处理

用砂纸打磨除去表面有机物,使表面粗糙度控制在0.8~3μm ,用毛刷除去表面粉末,用丙酮或四氯化碳脱脂除尘后吹干。

2 )化学处理

用四氯化碳、丙酮、汽油等有机溶剂擦洗,然后在被胶接表面敷盖含蜡玻璃布,胶接前再将其剥离。 2. 胶黏剂 胶黏剂通常由如下几种组分组成。

1 )黏料

主要是合成树脂和合成橡胶,如酚醛、环氧、聚酯、有机硅等热固性树脂;聚丙烯酸脂、聚乙烯醇缩醛等热塑性树脂。合成橡胶主要为丁晴橡胶、氯丁橡胶等。热固性树脂可反应的官能团越多,交联密度越大,内聚力越强,黏接强度越大,弹性模量也较大,抗蠕变、耐溶剂、耐化学腐蚀等特性也较好。热塑性树脂是线形分子,只能与热固性树脂配合使用,利用它的黏附性、柔韧性进行改性。橡胶是用来提高冲击、弯曲、剥离强度。

2 )固化剂

使用的固化剂及固化机理与前述的本章第3 节论述相同,不再讨论。

3 )填料

胶黏剂常加填料,作用是提高内聚力和胶接强度。原则为有适宜的黏度,能被胶润湿,有较理想的胶接强度及胶接性能。

基本要求为:表面活性大;不含结晶水,并且干燥;呈中性或弱碱性;与其他组分不起化学反应,不腐蚀被胶物;粉状填料粒度要小。

常用的填料有:石英粉、滑石粉、石棉粉、氧化铝粉、瓷粉、金属粉及其他金属氧化物粉。

4 )溶剂

用于调节胶黏剂的黏度,以便加工。胶黏剂若挥发速度太快,因内部溶剂来不及挥发而容易产生气泡;若挥发太慢,会有溶剂残留,影响强度。常用的溶剂是活性稀释剂,环氧胶黏剂中可用环氧苯基醚、环氧氯丙烷等。含溶剂的胶黏剂,涂后应晾干一些时间,使黏度增加再胶接。

3. 热塑性塑料连接

热塑性塑料因自身优势,具有使溶剂将玻璃钢接触微溶,使其胶接或通过加热使接触面熔解,再加压使其胶接,是新型的胶接方式,如通过微波对两个压闭很紧的材料加热,使它们合二而一。这种方法一般用于相同塑料的胶接,不同塑料或塑料与其他材料的胶接,还是要用胶黏剂胶接。热固性塑料固化后因不溶不熔只能用胶黏剂胶接。

用溶剂胶接时,要使溶剂挥发掉,叠合后应施加一定压力。

4. 胶接形式

胶接形式见表11-17 。

在实际中,可根据需要选用机械连接或胶接,更可以同时采用两种连接,发挥两种连接的优点。图11-16′是胶接过程中纤维正确取向示意图。图11-17、图11-18 是板、管、棒连接形式。



修补

1. 修补 玻璃钢在加工过程或使用维护过程中会出现缺陷和损伤。如手糊铺贴与固化成型中产生的孔隙、分层、脱胶、夹杂、贫胶、富胶、树脂固化不全、纤维弯曲、铺贴顺序错误、纤维空隙;机械加工和装配时产生的刻痕、擦伤、撞击、碰撞、脱胶、纤维断裂、钻孔不直、拧紧过力等引起的结构异常不符合设计要求等,均应进行修补。

可修复存在的缺陷是玻璃钢和玻璃纤维胶凝复合材料的突出特点,这些修复,几乎全部采用手工,而玻璃钢的连接,不论是机械连接还是胶接连接,在很大程度上也是对玻璃钢修补、增强的措施。

玻璃钢的修补可分为表面损伤修补和结构损伤修补。表面损伤的修补多于结构损伤的修补。其修补过程与玻璃钢模具及其他制品的修补方式相同,其修补流程如图11-19所示。

用锯条或砂轮仔细剖刮表面皱纹,在胶衣破裂处铲成V 型缺口;用压缩空气吹掉灰尘,用丙酮清晰;用毛笔蘸胶衣树脂等仔细填补,尽可能使其平整或稍高于原表面;涂敷表面,覆盖塑料薄膜;待树脂完全固化后用砂纸按细度顺序依次打磨。

对于较小缺陷或损伤可用非补强板修补,对于较大损伤应用补强板修补,但实际上采用混合形式。对于大的裂缝和断裂,应采用树脂压注和补强相结合。先用丙酮将裂缝清洗干净,除去凸出毛刺,风干,注入树脂胶液,贴补玻璃钢。对于断裂部位,还应对玻璃钢加固板用螺栓铆补强。

2. 腻子

腻子和胶接剂是玻璃钢成型和维修中不可缺少的材料。腻子又名胶泥,本身也是一种胶接剂,而胶接剂的主要成分之一又是填料。腻子主要用途是做填充材料、胶接剂、补强式隔热材料、装饰材料。

腻子作为玻璃钢修补的主要材料,包括聚酯树脂腻子、环氧树脂腻子和一些树脂涂料腻子。

1 )对填补用腻子的要求

1 )具有良好的涂刮性、干燥固化性和打磨性。

2 )具有良好的填平性,收缩率小。

3 )对底材(修补的FRP 材料)的附着力要好,腻子层应具有一定的机械强度。

4 )对需涂刷的修补件,要求对漆的吸收性小,并与涂漆层有良好附着性。

2 )腻子配制

1 )将未加引发剂已混匀的腻子放在一平板上按规定使用量添加引发剂。

2 )用刮板充分搅拌,使其充分均匀混合。

3 )因腻子是快速固化材料。应准确估计用量和作业时间,以免混料过多,造成浪费。

4 )混合腻子的平板可为贴面板、金属板或玻璃钢板,可用丙酮或喷漆稀料清洗。

3 )腻子涂刮

1 )因树脂腻子固化后有收缩,故需多刮一些。

2 )刮刀应倾斜45°左右。

3 )腻子软硬要适中,过硬易产生拉孔,过软易流挂。

4 )当中途腻子用完而追加腻子时,应稍从前面重新拉刮板。

5 )在圆角处涂刮腻子要缓慢,以免形成空洞。

4 )打磨腻子

1 )干磨砂布(纸)应在充分去除水分后使用。不应使用砂粒散落的砂布(纸),因这种砂布(纸)会划伤其他部位,反而使打磨效果变差。

2 )水砂纸必须用水打磨。打磨时不应有明显发热。

3 )宜用水片或橡胶作垫块,以利提高打磨效率和质量,圆角处宜用管状物作垫补进行打磨。

4 )打磨时要认真仔细,利用手感和光线的反射进行光洁度观察。

冷却塔生产工艺及制作

工艺概述

1. 工艺流程

玻璃钢冷却塔手工(糊)成型的工艺流程如图11-20 所示。虽然工艺形式有多种,但生产过程基本相同,大致都可归结为定型、浸渍、固化三个方面。

1 )定型

定型的关键是按设计制作的模具,将增强材料均匀地配置。把增强材料预先定型的过程称为预定型。预定型应做到与最终定型形状一致。

2 )浸渍

浸渍是把增强材料周围的空气用树脂基体置换的过程,浸渍过程分脱泡和浸透两个步骤;屦ざ、基体和增强材料的组成比例、增强材料的形态是支配浸渍好与差、易与难的主要因素。

3 )固化

固化是化学反应的过程,是分子结构由一维变为三维的过程。通;逦榷ㄔ诓环涟视τ玫淖刺,为使固化表现出来而采用反应引发剂进行化学激发,用促进剂或加热来促进反应。

成型过程中三个方面之间存在着相互影响、相互制约的关系,可用图11-21 表示。

2. 准备工作

1 )模具处理

冷却塔质量的好与否,表面是否光洁美观,主要决定于模具,因此不仅仅是用清洁剂和清水冲洗(忌用有溶解作用的丙酮),而应对模具进行表面处理,去除模面上的一切尘埃、微粒、油迹等,使模面和冷却塔表面达到镜面效果。

表面处理流程如图11-22 所示,所用的工具、材料以及操作,在前面已进行过论述,这里不再重复。

2 )制作工具

在制作之前,应把图11-1,图11-4 的有关施工制作工具准备妥当。工具应设专人管理和清理,用后工具上的树脂、物件应及时清理干净,避免操作时工具上的灰尘、生产中的碎杂物粘在湿树脂上,影响冷却塔质量。

1 )为配料工和糊制工提供清洁的工具,并做好工作使用情况及损坏情况记录。

2 )工具上的残存树脂清除后,工具放在封闭的容器内,聚丙酮浸泡(玻璃钢制的工具除外)备用。

3 )交付使用的任何工具,都应是清洁及干燥。

4 )打蜡用的毛巾、羊毛垫子(毡),要用热的肥皂水或清洁剂清洗,再经清水过净,干燥后才能使用。清洁剂也有用热的纯碱水溶液代用,要改变价格较贵又危险的丙酮作为清洁剂。

5 )盛胶衣的专用容器,每次用完都应清洗,不允许有结皮及颗粒存在,也不允许为了方便清洗而在器具内壁涂蜡。

3. 铺层计算

玻璃钢冷却塔的大小不同。风筒上部设置风机、电机、支架、传动装置等的荷载不同,故塔体铺设的玻璃纤维布层数和厚度也不同,应通过计算确定。大致有以下几种计算方法。

1 )手糊玻璃钢塔体厚度与层数计算

① 厚度测算

手糊玻璃钢塔体厚度计算式为: t =m ×k (11-6)

式中 t ———塔体厚度(mm );

m ———材料单位面积重量(kg/m2);

k ———厚度常数(mm/(kg ?m-2))即每1kg/m2材料的厚度,k值见表11-18。

② 铺层层数计算

手糊玻璃钢冷却塔铺层层数计算式为:

2 )玻璃钢塔体的重量计算法

1 )按塔的形状尺寸和纤维含量计算法

玻璃钢塔体是由几种不同材料组合而成,其配合比不同,重量也不同。最大的不同往往是由玻璃纤维含量的差异引起。胶衣树脂与铺层树脂虽然有差别,但差别并不大,所以可按照铺层树脂的密度来处理。

设玻璃纤维和树脂的混合密度为ρ,则: ρ=ρg ?α+ρr(1 -α) (11-8)

式中 ρg ———玻璃纤维密度,一般为2.5~2.7g/cm3 ;

α———玻璃纤维含量(%);

ρr ———树脂密度,一般为1.1~1.2g/cm3 。

重量为:

式中 A ———成品表面积(cm2 );

ρ———玻璃纤维密度(g/cm3 );

t ———成品(塔体)厚度(m m );

t r ———胶衣层厚度(m m );

ρr ———同式(11-8 )。

2 )按塔铺层结构计算

在上述计算中,没有考虑实际操作中铺层重叠,计算结果有一定误差。实际中常采用玻璃纤维含量与使用树脂品种来计算重量。

根据工艺及结构设计确定玻璃纤维含量,充分考虑增强材料的重叠部分,然后根据图11-23 查出对应树脂与玻璃纤维的比值(倍率)B 。

式中 B ———树脂与玻璃纤维的重量比;

α———玻璃纤维含量(%);

W r ———树脂重量(kg );

W f ———玻璃纤维重量(kg )。

4. 基本要求

1 )成型工艺环境条件

成型时要求室温≥ 15 ℃,相对温度≤ 80 ℃。

2 )外观质量

冷却塔塔体外表面胶衣层应均匀,平均厚度不大于0.5mm ,表面光滑无裂纹,色调均匀。玻璃钢塔体外表面的气泡和缺损允许修补,但应保持色调一致。修补后塔体外表面上直径3~5m m 气泡在1m2 内不允许超过3 个。塔体内表面为富树脂层。塔体边缘整齐,厚度均匀,无分层,加工断面应加封树脂。

3 )树脂含量

塔体的树脂量(不计胶衣层和富树脂层)控制在45 %~55 %,富树脂层的树脂含量在70 %以上;喷射成型部分在65 %以上;阴模对压成型玻璃钢风机叶片的树脂含量控制在43 %~50 %。

4 )固化度

不饱和聚酯树脂玻璃钢的固化度要求不小于80 %,环氧树脂玻璃钢的固化度要求不小于90 %。

5 )玻璃钢弯曲强度

不饱和聚酯树脂玻璃钢的弯曲强度不低于147 M Pa (1500kgf/cm2 ),环氧树脂玻璃钢的弯曲强度不低于196 M Pa (2000kgf/cm2 )

制作工艺

1. 配方

这里讲的是树脂配方,在FRP 冷却塔中常用的为不饱和聚酯树脂和环氧树脂,故这里只叙述这两种树脂的配方。

1 )环氧树脂

1 )常用配方(重量分数,见表11-19 )

2 )参考配方(重量分数)

● 环氧树脂100 ,间苯二胺15 ,二丁酯15 ,短切玻璃纤维10 ,冷固化,用于修补。

● 环氧树脂100 ,多乙烯多胺8~10 ,苯乙烯10~25 ,通用,冷固化。

● 环氧树脂100 ,HHPA102 ,吡啶6 ,23 ℃/168h 。

● 环氧树脂100 ,PMDA24 ,热固化,耐热(200 ℃)玻璃钢。

● 环氧树脂100 ,NA40 ,Al2O320 ,玻璃钢成型及胶接耐热,150 ℃/30h 。

● 环氧树脂100 ,118#30 ,180 ℃/40h 。

● 环氧树脂618#100 ,β2羟乙基乙二胺20 ,501 稀释剂10 ,室温固化,玻璃用沃蓝处理,含胶量50 %。

● 环氧树脂618#100 ,200#聚酰胺45 ,三乙烯四胺5 ,501 稀释剂10 ,玻璃布用沃蓝处理,含胶量50 %。

2 )聚酯树脂

1 )聚酯树脂配方I(重量分数)

● 189# 聚酯树脂100 ,过氧化环己酮二丁酯糊(50 %)1~4 ,萘酸酤苯乙烯溶液(10 %)1~4 ,邻苯二甲酸二丁酯5~10 。

● 191# 聚酯树脂100 ,过氧化苯甲酰糊(50 %)2~3 ,二甲基苯胺苯乙烯溶液(10 %)0.1~0.3 。

● 聚酯树脂100 ,过氧化甲乙酮2 ,环烷酸钴(或辛酸钴)2 。

● 聚酯树脂100 ,过氧化二苯甲酰2 。

热固化:室温+60 ℃/1h +80 ℃/4h +100 ℃/4h +120 ℃/4h 。

2 )聚酯树脂配方Ⅱ (重量分数)

191#聚酯树脂100 ,过氧化苯甲酰糊(50 %)2~3 ,二甲基苯胺乙烯溶液(10 %)0.1~0.3 。 上述各配方中固化剂等用量可在一定范围内变动,可根据糊制时的温度、湿度、塔体大小等加以调整。

2. 配料

1 )大配料。在大的容器中每次放入几十公斤树脂,加入需要的颜料糊、填料、稀释剂等。采用机械搅拌,搅拌器叶片最好为双层,搅拌时应使物料上下翻动,搅拌时间由搅拌效果决定,一般在2h 以上,搅拌速度为450~750r/min 。若工艺上需要,可在大配料中预先加入促进剂,但不宜加入固化剂,否则不宜多配,因加固化剂后用不完不宜贮存。

配制黏度大的环氧树脂,一般先将树脂用水加热到40 ℃左右,加入稀释剂,搅拌均匀后再加固化剂,立即使用。

2 )配小料。小料是指现场制作时每次所用的料。应是用多少配多少,每次以5kg 左右为宜。在夏季,若需要可将配好的小料,连桶浸在水中,同时搅拌,以散热延缓凝胶时间到来。

3 )小样试验。因材料变更或气候变化,应进行小样实验——小块玻璃钢试验。以此来确定大致配方,并做记录。对于聚酯树脂的常规配方,其他因素不变的情况下,适合操作的凝胶时间为40~60min ,环境温度与促进剂E 的用量关系,可参考表11-20 ,促进剂E 用量与凝胶的关系见表11-21 。

从表11-21 可见:促进剂用量在0.5 %~2 %之间对凝胶时间影响很大。2 %以上凝胶时间减少不多,说明引发所需要的促进剂E 的用量,并非越多越好。

4 )配料工与糊制工要合作配合。未经工艺员批准不得更改配方。配料工要及时向糊制工提供配好的树脂,督促糊制工按工艺要求使用材料和掌握糊制进度。

5 )聚酯树脂配料原则:

1 )加料顺序一般先钴化物后酮化物,先酮化物后钴化物也可以,但不能同时加入,应搅拌均匀后再加另一种。

2 )搅拌时速度要慢,特别是小配料或配胶衣时,否则空气混入会给产品造成气泡。

3 )有关工具、容器要严格分开,不应共用。

4 )不论聚酯树脂还是环氧树脂,凡是冷固化配方加入固化剂和促进剂后,要在规定时间内用完。

6 )所用颜料,为了分散均匀,建议使用颜料糊,而且必须充分搅拌?捎蒙倭勘揭蚁┑认∈图两樟虾∈,浸泡一定时间再投入大料中搅拌。

7 )配置带色胶衣时,为使同批冷却塔有同样深浅的颜色,应大配料。配好的胶衣应静置2h 后再加入固化剂、促进剂,稍加搅拌再使用,以免空气混入。

8 )要加入足够量的固化剂以固化,并利用固化反应热来加速树脂固化。故当气温低时可适当多用促进剂,还可采取适当保暖措施。

9 )配料时对固化剂、促进剂等各种添加剂精确称量,严禁不称量凭经验的做法。

3. 胶衣制备

胶衣是冷却塔表面的既起;ぷ饔,使塔面光洁明亮,又有装饰作用的树脂层。上胶衣时的有关问题如下。 1 )必须待脱模剂完全干燥后才上胶衣。

2 )涂刷或喷涂要均匀,不宜过厚或过薄,用量宜300~500g/m2 ,厚度为0.25~0.4mm 。最好涂两层,待第一层初凝后再涂第二层,每次间隔时间约40~60min 。

3 )胶衣层可用表面毡为增强;胶衣黏度可用3 %~5 %的丙酮调节;环境湿度过大时,可用风机送热风或用红外线灯加热降湿。

4 )在紧靠胶衣的1~2 层布或毡中用与胶衣相同颜色的树脂,使胶衣用量减少,又可避免下面的纤维或其他颜色显露。

5 )胶衣中不应混入机械杂质,可用旧的薄尼龙袜过滤;胶衣涂后如要加快固化,可用阳光直照,也可用红外线灯照射,但要保持湿度平衡。

6 )冬季低温时,为降低胶衣或树脂的黏度,应在使用前2~3h 将胶衣或树脂转入到暖室内。

胶衣颜色由冷却塔的颜色需要而定,一般来说淡色比深色美观,色彩的调配见表11-22 。

胶衣中间色的调配见表11-23 。

4. 糊制

糊制是手工(糊)工艺中主要环节,需多次训练,以求熟练。

1 )待胶衣初凝,手感软而不黏时,立即铺层糊制。

2 )冷却塔表面层的主要功能是美观、;つ诓,对强度并无过高要求。因树脂固化收缩,易使布纹凸起,造成表面不平滑,故表层除用胶衣外还可用0.06~0.1m m 厚的薄布、表面毡等。

3 )紧贴胶衣的增强材料,最好用1~2 层断切纤维毡,或用0.2 方格布,要注意排除气泡。树脂也要饱和,以利浸透和排除气泡。

4 )大塔厚度超过7m m ,可分两次成型,待放热缓慢时再继续。如果使用有蜡树脂糊制厚壁塔体时,为防止固化时发热量过大,却需途中停下来时,只有将前次已固化的含蜡表面磨去才能继续。

5 )玻璃布之间的接缝应互相错开,搭缝宽度不小于50m m ,有的是采用搭接布的1/2 ,糊完一层后再于第二层补上1/2 。转弯受力处等可增加布层。棱角处尽量不搭接。

6 )如玻璃布正交铺覆,则玻璃钢两个方向上的力学性能相同,要想玻璃钢各向同性,则需用毡作增强材料,多角度缝合毡为理想,或将布做0°、45°、90°、135°、0°依次铺覆即可。

7 )用方格布时,含胶量控制在50 %~55 %;用毡时,控制在70 %~75 %。最好逐层计量,树脂定量使用。

8 )为提高冷却塔收缩段的强度和刚度,在设计的间距中需埋入一定厚度的弯曲钢板(弯曲角度与收缩一致)。应在铺层达到60 %以上后再埋入,这样不影响表层质量。

9 )糊制时用力沿布的经向和纬向,朝一个方向赶气泡,或从中间向两头赶气泡。使布层贴紧,含胶量均匀。

10 )糊制时应打开窗户自然通风,用电风扇或吊扇通风,特别是要及时排除苯乙烯气体,否则会影响人体健康,也会影响树脂固化。 糊制完毕后待固化,最后脱模。

5. 喷射

喷射也是手工成型工艺的主要内容。喷射速度高于糊制,在拐角、弯边等处制作更显优势,使用喷射机(喷枪)应注意以下几方面。

1 )调整切割,使玻璃纤维切割长度在25m m 以上。

2 )通过泵或压缩机的压力和调整喷头,使之能生成适当的雾状。

3 )树脂喷射器和玻璃纤维切割量要适当;树脂和玻璃纤维喷射方向相一致。

4 )一次的喷射量由厚度、脱泡作业性决定。

5 )对成型面的喷射角度只能是直角,角度大喷出的树脂和玻璃纤维飞散,损耗多。

6 )在作业现场要有充分的照明度,必须使用防爆照明器材。

采用全部喷射的玻璃钢壁厚不易控制,强度偏低,作为手工工艺的一个组成需要与布、毡的糊制相配合使用。

6. 固化

在模具中糊制的玻璃纤维增强塑料需要一定时间进行固化成型,这是不可缺少的阶段。塔体的巴氏硬度随固化时间的延长而增加,吸水量随固化时间的延长而减少。硬度象征着固化度,固化8h 硬度为8 ;固化24h 后硬度可增加到40 。冷却塔手糊不饱和聚酯树

脂玻璃钢塔体脱模时间不应小于24h ,否则会因脱模而造成变形。为缩短脱模时间,条件许可时,可在60~80 ℃下处理2~3h 。

塔体脱模后仍需一定时间继续自然固化。不同树脂的玻璃钢自然固化时间也不同,一般环氧树脂,聚酯树脂需要15d 左右,酚醛树脂需要20d ,环氧呋喃树脂需要30d 。

塔体不应放在室外(除短时间加工之外),否则因太阳的不均匀照射,会使有些颜色(特别是果绿色)褪色,而且易变形;塔体较大玻璃钢单块,存放时要有合理支撑点,否则极易变形、翘曲。

因聚酯树脂固化度需要7d 时间才趋于稳定,而加热固化既可缩短室温固化时间又能提高玻璃钢固化度,所以玻璃钢成型塔体在室温固化24h ,硬度迅速上升的趋势已结束,应进行加热固化,或称热处理。

7. 脱模

脱模是指成型的玻璃钢单块塔体与模具分离的过程。脱模对手工工艺至关重要,如不慎,有可能单块玻璃钢塔体被损坏而报废。

脱模的方法及原则为以下方面。

1 )脱模前先将超过模具边缘的玻璃钢毛边、纱头剪出或凿掉,便于顺利脱模。

2 )脱模时不能硬打硬敲,根据模具形状结构,因势利导以智脱模。若确需槌打,应用木槌或橡皮槌。

3 )脱模工具最好用木制,以防止表面划伤。脱模过程为:

1 )用硬铜或硬塑料制成的锲子轻轻锲入成型体与模具之间恰当部位。

2 )在上述基础上,从模具上没有气孔处吹入压缩空气或注入高水,使之逐渐分离,如图11-24 所示。

3 )在模具的适当位置,装上用尼龙等材料制成的顶块从模具下方用镙杆顶出,辅助脱模,如图11-25 所示。顶时用力要恰当,;ず媒阂,尽量在顶块处不留下痕迹。

4 )脱模后如有分层,可用注射器从针孔中注入树脂。

脱模好与差,关系到塔体质量和模具;,应设计者与操作人员共同研究和配合。

最后是塔体拼装,把脱模的单块塔体,按前述的连接方法拼装成完整的塔体。抽风式逆流式玻璃钢冷却塔如第3 章中图3-6 所示;横流式玻璃钢冷却塔如图3-7 所示。

生产车间

1 )玻璃钢车间平面设计考虑因素

玻璃钢冷却塔生产车间平面设计,一般要考虑的因素为:制品种类;制品等级;制品构造和成型方法;成型条件及产品;技术水准和作业环境;周围条件及安全、卫生、保;原材料贮存场所;树脂的配制;增强材料的裁剪;成品、 模具的制作保管;成型设备的配置;起吊设备及冷却塔的组装;产品的发货运输;试验室及附属设施(工具、机械、动力、锅炉、办公等);废物处理及环境;さ。

2 )平面布置

通常采用集中式布置和分散式布置两种,集中式布置是将主要生产工段放在一个联合车间内;分散式布置是将各主要生产工段分别设计成独立车间,用输送设备将各主要工段连接起来。复合材料手糊成型工艺采用集中式布置为妥。

1 )面积组成主要为以下方面:生产操作需要面积;设备安装与检修面积;变配电室、控制操作室、隔音室、采暖通风等面积。

2 )布置的原则和要求:首先应符合总平面布置和要求;合理规划出入口、通道、楼梯、过桥等,最低高度不得小于3m ;排水沟管、电缆沟、工艺设备管道的地沟、坑等地下构筑物统一合理考虑;要有足够的贮存、堆放面积。按生产顺序及流程布置,使操作连接畅通。

2. 设备布置原则及要求

1 )设备布置基本原则 设备布置要把车间的设备按照工艺流程(如图11-47 所示)要求定位,确定各自的相对位置。设备的布置应根据工艺流程顺序,符合流水作业的要求确定相互之间满足操作要求和规定的距离。要求做到既流程顺畅又整齐美观,既便于安装、操作、维修又便于管理和运输。

2 )设备布置的工艺要求 设备布置力求工艺流程线畅通、紧凑;设备、车间、人员、运输等通道和检修场地;废料处理;对于噪声大、灰尘多、潮湿的设备要实施隔音、除尘、防潮措施,尽量防止污染;要有良好的采光和通风设施;尽可能节省面积,提高车间利用率。

3 )玻璃钢生产车间

玻璃钢冷却塔成型车间位置不宜建在水边,以减少湿空气的影响。周围不堆放易燃物,要留有消防车通道及消防设施。

对玻璃钢塔体生产车间的设置要求为:车间电器灯具最好是防爆的;车间入口处备有灭火器、砂箱、灭火设备;车间创造调温、调湿措施,尽力做到冬天≥ 15 ℃,夏天≤ 30 ℃,湿度在≤ 75 %,暂时做不到调温、调湿的,应做到机械通风;车间内有一定的有毒气体,必须排除,要有排风换气设备,要求每小时换气5 次,风速≤ 0.7m/s ;要设置吊装设备,并满足吊装高度;车间地面应采用混凝土,树脂运输定线,糊制定点,点线相连;车间以自然采光为主,人工照明应采用日光灯;配料室要防火、耐火,容器、量具、工具必须清洁、准确;纤维裁剪间要有除尘、吸尘措施,不得将尘埃排到空气中造成公害,并室内要防火;模具保养间光线充足,备有模具维修保养工具、材料等;褂卸圆挚、脱模剂,胶衣等方面要求,这里不作论述。

3. 人员培训

对于玻璃钢手糊成型操作人员应进行培训,培训内容和要求参考表11-26 。

可以说玻璃钢制品是一种手工艺品,不仅需要反复实践、精益求精,还应掌握一定的复合材料力学、有机化学理论及掌握结构设计、工艺美术的方法。手糊成型看起来方法简单及单调,也不需要过多的设备和工具,但手糊成型恰是工艺要求严格,需要熟练操作技术的操作工进行制作,所以必须对有关人员进行严格有序的培训。

4. 安全生产及防护

常用于玻璃钢冷却塔的不饱和聚酯树脂对人体无多大不良影响。而苯乙烯、强氧化剂(如过氧化环己酮、过氧化二异丙苯)等有一定的毒性和危害。

高浓度的苯乙烯对人的表现有麻醉作用,对皮肤黏膜等的刺激作用。浓度达到3400mg/m3 时,立即会引起黏膜刺激症状,眼部刺痛、流泪、结膜充血、流涕、喷嚏、易疲劳、眩晕等。在一般条件下通常不至于发生严重的急性中毒情况,但在无专用抽风机的情况下,调配聚酯树脂糊及搅拌时苯乙烯浓度可达1800mg/m3 ,平均为1016mg/m3 (停止搅拌30min 降到66mg/m3)。长期受苯乙烯的影响,可能会出现神经系统、消化系统、皮肤黏膜等方面的变化。

过氧化环己酮、过氧化二异丙苯等强氧化剂对皮肤黏膜有刺激作用,直接与皮肤接触会引起腐蚀,眼睛所受威胁最大。但在使用已配制好的树脂糊时,上述两种氧化剂含量较少,无明显的损害作用;丙酮易燃、易挥发,沸点56.1 ℃,毒性较低,主要是麻醉作用和对皮肤黏膜有刺激作用;褂蟹尤┦髦、环氧树脂等对皮炎有一定影响。

为此,操作人员应穿戴;ぱ劬、口罩、工作裤、风帽、胶皮手套等进行防护。对于会产生大量的带状、块状切屑及细小粉尘的车间及工场,必须通风除尘,一般采用高压离心通风机,进行上送下排式通风措施。总之要实行必要劳动防护和安全措施。


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