4 设备要求
4.1 拉挤机
因产品系薄壁,宜采用履带式拉挤机。其牵引履带上应采用聚氨酯橡胶块。橡胶块与所牵引管接触处应有相应的弧形,(弧形直径略大于管外径)。
4.2 编织机
根据工艺要求,选择立式或卧式编织机。编织机生产企业颇多,如非自行特殊订货,须将原机上的卷取部分――摇柄、蜗轮、卷取盘等取下。原卷取轴改换为相应直径的芯模,此芯模伸入模具内,其外径即为管材内径,故对其须有尺寸精度与光洁度的要求;此轴应牢固固定,不得有抖动。其根部直径可较伸入模具部分段直径略大。
4.3 浸渍部件
图7示 芯模自缝编机尾端直穿入模具,故无传统浸胶槽。树脂通过泵,在压力下注入模具前端的腔内。
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4.4 模具
除前端为浸渍区外,无特殊要求。
5 增强材料
我们采用的是800、1200Tex的无碱玻璃纤维直接无捻粗纱,其浸润剂需与所用树脂基体相适应,并符合编织与拉挤工艺的要求。按浸润剂分,属W类。
玻纤纱的原始的宽度与厚度及其浸胶后的宽度与厚度无统一标准,各厂迥异。须根据实物测量,取平均值,作为实际的设计参数。
据了解,有的玻纤企业的无捻粗纱较扁平,有的企业的纱则相反。如某1200tex的无捻纱的纱片宽2.27mm,浸胶后厚0.4mm。
6 基体树脂
6.1 选用环氧树脂,盖因其黏结力强、与玻纤复合界面剪切强度高、力学性能好之故;其次其固化时无低分子放出,体积收缩率一般为1%-2%,国外已有万分之一收缩率的环氧树脂。(不饱和聚酯树脂体积收缩率为7%-9%)【2】 ,拉挤产品尺寸稳定性好。
采用酸酐固化体系,配比为:
环氧树脂 100
引发剂 甲基四氢邻苯二甲酸酐 80
促进剂 季胺盐(苄基三乙基氯化胺) 2
实践中亦有以咪唑取代季胺盐者,效果较好。
模具长900mm,温度控制分为三段:
第一段 120℃
第二段 140℃
第三段 170℃
6.2 为改善工艺性,建议采用武汉理工大学材料学院复合材料系研发的高性能低黏度环氧树脂。其已开发的树脂玻璃化温度(Tg)达190℃,黏度可低到80mPa•s,浸渍性大为提高。下面是武汉理工大学与美国某公司环氧树脂实物的测试结果,可资比较参考。
树脂浇铸体及玻璃钢(无碱1:1布)力学性能比较
(固化制度:室温/24h+80℃/4h)
|
测试项目
|
浇铸体
|
玻璃钢
|
|
|
美国某公司
|
武汉理工大学
|
美国某公司
|
武汉理工大学
|
|
拉伸强度/Mpa
|
64.56
|
71.48
|
349.55
|
388.43
|
|
拉伸模量/Gpa
|
2.55
|
2.90
|
17.02
|
16.89
|
|
断裂伸长率/%
|
2.55
|
4.36
|
2.46
|
2.20
|
|
弯曲强度/MPa
|
102.59
|
88.44
|
335.72
|
436.04
|
|
弯曲模量/Gpa
|
2.89
|
3.02
|
13.41
|
14.77
|
|
压缩强度/Mpa
|
55.74
|
103.40
|
242.85
|
252.22
|
|
冲击韧性/kJ/m2
|
16.12
|
23.08
|
267.60
|
339.50
|
|
热变形温度/℃
|
77.8
|
78.2
|
|
|
|
25℃黏度/Pa·s
|
0.126
|
0.149
|
|
25℃凝胶时间/min
|
140
|
150
|
|
50℃温度下最高放热温度/℃
|
60
|
72
|
|
80℃温度下最高放热温度/℃
|
150
|
140
|
6.3 液体双马来酰亚胺树脂
625所已故资深研究员赵渠森先生几年前研发的液体双马来酰亚胺树脂价格远低于通常双马来酰亚胺树脂;可采用不饱和聚酯树脂的固化体系,加入固化剂后使用寿命在24h内,其年度为120mPa•s,固体含量67%的树脂力学性能为:拉伸强度 > 72Mpa
弯曲强度 >136Mpa
拉伸延伸率 >2.5%
热变形温度 >121℃
巴氏硬度 55
说明其工艺性较一般双马佳。此种树脂在高温环境下耐酸、碱、韧性好,亦可考虑选用。
7 结语
据了解,编织工艺在19世纪下半叶已出现,迄今已100多年,而FRP拉挤工艺则出现在上世纪40年代末,迄今也已逾半个多世纪,都是十分传统的工艺了。笔者提出将两种工艺结合起来,在线编织拉挤成型FREPR薄壁管材,也算推陈出新吧。而树脂注射到模腔内,亦可纳入CRTM范畴。本工艺由河南鹏翔科技有限公司历经三年艰辛已投入生产,产品经检验,各项技术指标均合格,并已在2009年获得国家发明专利。
参考文献:
[1] 张耀明,李巨白,姜肇中。 玻璃纤维与矿物棉全书
北京:化学工业出版社,2000
[2] 詹英荣 玻璃钢/复合材料 原材料性能与应用
北京:中国国际广播出版社1995
[3] 中国玻璃钢工业协会 玻璃钢简明技术手册
北京:化学工业出版社 2005 第2版
[4] 北京251厂,北京玻璃钢研究所 玻璃钢工艺和性能
北京:中国建筑工业出版社 1974
[5] 翁祖祺,陈博,张长发 玻璃钢工业大全
北京:国防工业出版社 1992