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拉挤玻璃钢型材在冷却塔的应用

1  前 言

冷却塔填料支架是循环水系统中关键承力支架,通用使用铸铁、钢筋混凝土、铁合金等,而上述材料在不同程度上存在着不耐腐蚀、易生锈、导电、加工尺寸限制、接头多、自身重、运输安装不便、性能不稳定、维护费用高等缺陷,而拉挤玻璃钢轻质高强、比强度高、耐腐蚀、抗潮湿性能好,是一种理想的替代材料。自1948年拉挤成型工艺问世以来,拉挤产品的生产量每年都以10%以上的速度增长,成为近期复合材料发展较快的工艺之一,且随着科技的发展,拉挤玻璃钢制品的市场需求量越来越大,用途也越来越广泛。

2  研制过程

2.1  产品结构设计

由于冷却塔填料支架是一种承力支架,因此须从整体结构、自重、承载能力等各方面考虑,选择最合量、最经济的横截面结构,达到一定的抗弯、抗冲强度,以满足冷却塔填料支架的要求。支架截面形状一般有L型、I型、T型等,根据资料报道及笔者工作经验,选择I型材作为支架。

2.2  模具的设计

模具材料为40Cr,内表面镀铬,可降低牵引力,减少摩擦,延长模具使用寿命。按结构形式一般分为整体型模具和组合型模具两类。根据产品技术要求,采用组合型模具,同时模具的分型线设计在制品的隐蔽部位,从而赋予制品较好的外观,并保证模腔的表面粗糙度≤0.2,模腔直线度≤0.3mm。由于模具在拉挤成型工艺中是一个非常关键的部分,它的好坏直接影响工艺的成功和制品的质量。

2.3  原材料选择

(1)树脂选择

拉挤工艺常用热固性树脂主要是不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂4大类,而拉挤制品中不饱和聚酯树脂应用最多,约占总用量的90%。不饱和聚酯树脂的主要优点有①工艺性能良好。可常温下固化,色泽低,可制成各种彩色的制品;②固化后树脂性能良好。不饱和聚酯树脂固化后的力学性能介于酚醛树脂和环氧树脂之间,电性能、耐化学腐蚀性能、耐盐性能均有可贵之处,并具有各种不同性能的树脂牌号,以满足不同要求的需要;③价格低。其价格比环氧树脂低的多,只比酚醛树脂略贵一点。本文选用的树脂为不饱和聚酯树脂。具体要求:80℃凝胶时间为5~9min;放热峰150~190℃。

(2)玻璃纤维纱的选择

选用的浸润剂是增强型的。无捻玻纤粗纱分为合股原丝和直接无捻粗纱,合股原丝由于张力不均匀,易产生悬垂现象,使得拉挤设备进料端形成松驰和圈结,影响生产顺利进行、制品机械性能优良等特点,因此选用直接无捻粗纱。玻璃纤维纱要标是浸润性好,浸透速度20s、张力均匀,断头少,不易起毛,断裂强度≥0.35N/Tex,含水率≤0.2%,含油率为1%左右。

(3)玻璃纤维毡的选择

玻璃纤维毡有短切原丝毡、连续原丝毡、表面毡、针刺毡、缝编毡等。为了使拉挤成型玻璃钢制品具有足够的横向强度,同时降低成本,选用缝编毡来增强制品的横向强度。玻璃纤维毡的要求为毡卷边缘平直,卷绕紧密均匀;具有较好的机械强度;浸润性好;起毛少、断头少。

(4)填料的选择   加入填料的目的在于改善树脂工艺性及制品的性能和降低成本。在本项目研究中,为了提高制品的机械强度和硬度,减少体积收缩率,增加耐热性、自熄性,增加树脂的粘度和降低流动性。选择钙粉和铝粉为主要填料,细度约为200~300目。使用前填料须在烘箱中烤干水分。

2.4  配方的研究

拉挤玻璃钢型材对于不同的要求、不同的形状、不同的厚度需要不同的配方。既要选择好的原辅材料,也要选择好它们的用量比例,因此用最经济、最适用的原料配方拉挤出符合技术要求的产品显得尤为关键。在以往生产型材配方的基础上,针对玻璃钢填料支架的特点,进行配方研究,通过试验和产品性能检测,确定了二种最佳配方A和B。

2.3  原材料选择

(1)树脂选择

拉挤工艺常用热固性树脂主要是不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂4大类,而拉挤制品中不饱和聚酯树脂应用最多,约占总用量的90%。不饱和聚酯树脂的主要优点有①工艺性能良好。可常温下固化,色泽低,可制成各种彩色的制品;②固化后树脂性能良好。不饱和聚酯树脂固化后的力学性能介于酚醛树脂和环氧树脂之间,电性能、耐化学腐蚀性能、耐盐性能均有可贵之处,并具有各种不同性能的树脂牌号,以满足不同要求的需要;③价格低。其价格比环氧树脂低的多,只比酚醛树脂略贵一点。本文选用的树脂为不饱和聚酯树脂。具体要求:80℃凝胶时间为5~9min;放热峰150~190℃。

(2)玻璃纤维纱的选择

选用的浸润剂是增强型的。无捻玻纤粗纱分为合股原丝和直接无捻粗纱,合股原丝由于张力不均匀,易产生悬垂现象,使得拉挤设备进料端形成松驰和圈结,影响生产顺利进行、制品机械性能优良等特点,因此选用直接无捻粗纱。玻璃纤维纱要标是浸润性好,浸透速度20s、张力均匀,断头少,不易起毛,断裂强度≥0.35N/Tex,含水率≤0.2%,含油率为1%左右。

(3)玻璃纤维毡的选择

玻璃纤维毡有短切原丝毡、连续原丝毡、表面毡、针刺毡、缝编毡等。为了使拉挤成型玻璃钢制品具有足够的横向强度,同时降低成本,选用缝编毡来增强制品的横向强度。玻璃纤维毡的要求为毡卷边缘平直,卷绕紧密均匀;具有较好的机械强度;浸润性好;起毛少、断头少。

(4)填料的选择   加入填料的目的在于改善树脂工艺性及制品的性能和降低成本。在本项目研究中,为了提高制品的机械强度和硬度,减少体积收缩率,增加耐热性、自熄性,增加树脂的粘度和降低流动性。选择钙粉和铝粉为主要填料,细度约为200~300目。使用前填料须在烘箱中烤干水分。

2.4  配方的研究

拉挤玻璃钢型材对于不同的要求、不同的形状、不同的厚度需要不同的配方。既要选择好的原辅材料,也要选择好它们的用量比例,因此用最经济、最适用的原料配方拉挤出符合技术要求的产品显得尤为关键。在以往生产型材配方的基础上,针对玻璃钢填料支架的特点,进行配方研究,通过试验和产品性能检测,确定了二种最佳配方A和B。

2.5  拉挤工艺参数的确定

挤拉工艺参数也是技术关键,主要包括成型温度、拉挤速度、牵引力等。

(1)成型温度

在拉挤成型过程,材料在穿越模具时发生的变化是最关键的。玻璃纤维浸胶后通过加热的金属模具,按其在模具中不同状态,把模具分成三部分,如图1所示。

树脂在加热过程中,温度逐渐升高,粘度降低;通过预热区后,树脂体系开始凝胶、固化。模具温度略大于树脂的放热峰值,预热区温度较低,胶凝区和固化区温度相近。温度分布使产品固化放热峰出现在模具中部靠后,三区温度相差20~30℃左右。

(2)拉挤速度

在一定的的温度条件下,树脂体系的凝胶时间对工艺参数拉挤速度的确定是非常重要的,拉挤速度的确定使产品在模具中部凝胶固化。如果拉挤速度过快,制品固化不好或者不能固化,直接影响产品质量,产品表层会有稠状、未固化树脂层。如果拉挤速度较慢,型材在模具中停留时间过长,制品固化过度,甚至表面开裂,并且降低生产效率。根据产品特点,确定拉挤速度为40~60cm/min

(3)牵引力

牵引力是保证制品顺利出模的关键,牵引力的大小由产品模具界面里的剪切力来确定。

成型中若想制品表面光洁,要求产品在胶凝固化脱离点的剪切应力较小,并尽快脱离模具。因此,在型材拉挤过程中,应调整工艺参数,直到拉挤出合格的玻璃钢产品。

2.6  拉挤成型工艺

拉挤成型工艺流程由图2所示。

在一定的的温度条件下,树脂体系的凝胶时间对工艺参数拉挤速度的确定是非常重要的,拉挤速度的确定使产品在模具中部凝胶固化。如果拉挤速度过快,制品固化不好或者不能固化,直接影响产品质量,产品表层会有稠状、未固化树脂层。如果拉挤速度较慢,型材在模具中停留时间过长,制品固化过度,甚至表面开裂,并且降低生产效率。根据产品特点,确定拉挤速度为40~60cm/min

(3)牵引力

牵引力是保证制品顺利出模的关键,牵引力的大小由产品模具界面里的剪切力来确定。

成型中若想制品表面光洁,要求产品在胶凝固化脱离点的剪切应力较小,并尽快脱离模具。因此,在型材拉挤过程中,应调整工艺参数,直到拉挤出合格的玻璃钢产品。

2.6  拉挤成型工艺

拉挤成型工艺流程由图2所示。

产品性能测试

试制的产品经玻纤院质检中心测试,其结果由表2所示。

4  结 论

(1)由于配方的合理性,拉挤玻璃钢支架在冷却塔循环水系统中耐腐蚀,抗潮湿性能明显。

(2)由于合理的产品结构设计及模具设计,拉挤玻璃钢支架的拉伸强度和抗弯曲强度有了明显的提高。

(3)本文试制的产品经实际应用,其性能优异,质量稳定。