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摘要：本文簡(jiǎn)述了玻璃鋼水處理罐的制造與應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：原材料 內(nèi)襯 成型 應(yīng)用
復(fù)合材料是應(yīng)現(xiàn)代科技發(fā)展涌現(xiàn)出的具有極大生命力的新材料，已廣泛用于石油化工、交通運(yùn)輸、環(huán)境保護(hù)及國(guó)防軍工等各個(gè)領(lǐng)域。玻璃鋼水處理罐以?xún)?yōu)越的特性迅速占領(lǐng)著環(huán)保領(lǐng)域中的水處理用罐的市場(chǎng)。目前許多都已生產(chǎn)并銷(xiāo)售全自動(dòng)軟化水裝置。我國(guó)也引進(jìn)了美國(guó)的產(chǎn)品投人了使用，其配套的關(guān)鍵部件玻璃鋼水處理罐則是國(guó)內(nèi)研制生產(chǎn)的。已投人市場(chǎng)使用的玻璃鋼水處理罐的直徑范圍為150一1800mm，長(zhǎng)度為 1200一2600mmo上述規(guī)格的罐所用原材料及其配方，制造設(shè)備已完全成熟。它的主要技術(shù)指標(biāo)為工作壓力不大于0.6MPa、檢驗(yàn)壓力為0. 8MPa、使用壽命大于15a.它必將在我國(guó)的節(jié)水工程中發(fā)揮重要作用。
1 原材料
玻璃鋼水處理罐用的原材料包括玻璃纖維，玻璃氈，基體樹(shù)脂和輔料（固化劑、促進(jìn)劑、顏料等）。該罐一般由內(nèi)襯層和纏繞層組成。在內(nèi)襯層選材時(shí)，為避免內(nèi)襯層中玻璃纖維與樹(shù)脂間因彈性模量的差異引起的應(yīng)變集中。基體材料應(yīng)選用韌性好、延伸率高、固化收縮率低且具有一定耐腐蝕能力的樹(shù)脂；增強(qiáng)材料應(yīng)選用與樹(shù)脂具有良好浸潤(rùn)性、樹(shù)脂固化后應(yīng)變集中系數(shù)小、能保持較高樹(shù)脂含量的非連續(xù)性短切纖維制品，通常采用45g/m2表面氈和450g/m2短切氈及普通規(guī)格的玻璃布。在纏繞層選材時(shí)，要合理選用樹(shù)脂固化體系，該體系中，催化劑與引發(fā)劑之間均具有一個(gè)適當(dāng)?shù)摹㈦S環(huán)境溫度、罐徑大小而改變的比例關(guān)系。一般地說(shuō)，它們?cè)跇?shù)脂中所占比例需控制在4％以下，樹(shù)脂固化體系的設(shè)計(jì)需以小樣試驗(yàn)為基礎(chǔ)；增強(qiáng)材料應(yīng)選用與樹(shù)脂具有良好浸潤(rùn)性的無(wú)捻連續(xù)纖維粗紗。在生產(chǎn)中常用1％不飽和聚醋樹(shù)脂、2400TEX中堿纏繞紗、無(wú)堿玻璃鋼表面氈g/m2,0.4mm的無(wú)堿方格布及固化劑和促進(jìn)劑。
制造連接接頭的螺紋材料選用環(huán)氧玻璃鋼層壓板，其主要性能為彎曲強(qiáng)度250M Pa，縱向拉伸強(qiáng)度300MPa，橫向拉伸強(qiáng)度200 M Pa，層間拉伸強(qiáng)度26 M Pa，沖剪強(qiáng)度174MPa。用上述要求的材料制造的圓柱管螺紋接頭能保證其安全使用。
2 制作工藝
2.1 內(nèi)襯的制備
內(nèi)襯兼有骨架與氣密作用，是成品的一部分。設(shè)計(jì)內(nèi)襯時(shí)要注意有足夠的強(qiáng)度與剛度。內(nèi)襯層的厚度大于3mm（見(jiàn)表1)，樹(shù)脂含量大于80%，采用耐腐蝕性良好的表面氈、短切氈和布經(jīng)手糊制作即可。其制作工藝流程大體如下：
罐體封頭模具制作
→
模具
→
手糊玻璃纖維制品
↓
膠接封頭
←
膠接管口
←
固化后脫模
↓
空壓試驗(yàn)
→
打磨、修補(bǔ)
→
合格內(nèi)襯
圖1 玻璃鋼水處理罐內(nèi)襯制備流程
對(duì)于內(nèi)襯的成型，作者建議采用兩段式即封尾與筒體一體式和封頭兩段連接。這樣比封尾、筒體、封頭三段組合式更易制出合格內(nèi)襯又能提高生產(chǎn)率。制作合格內(nèi)襯的關(guān)鍵是封頭與筒體的連接。封頭與筒體宜采用承插膠接，因?yàn)槌胁迥z接接頭具有接頭處強(qiáng)度高、承受內(nèi)壓性能好、不易滲漏、裝配方便等優(yōu)點(diǎn)。只要承插結(jié)構(gòu)合理，使用后一般不會(huì)滲漏。承插膠接接頭依賴(lài)于樹(shù)脂膠泥和外包玻璃鋼增強(qiáng)層防滲。其中膠泥涂在承口和插口之間，起著道防線作用。它由樹(shù)脂加填料配制而成，樹(shù)脂起著粘接與防滲作用。要求其具有良好的韌性和較高的粘接力，因此應(yīng)多采用環(huán)氧樹(shù)脂作為膠泥。在道防線破壞后，防滲主要依靠外包玻璃鋼增強(qiáng)層。該層由玻璃纖維制品和樹(shù)脂組成。其中玻璃纖維制品如氈和布的纖維間有空隙，不能防滲，只能起增強(qiáng)作用。樹(shù)脂則充滿(mǎn)纖維間空隙，粘接纖維并使其成為一整體，因而防滲作用主要由樹(shù)脂承擔(dān)。為了形成能夠防滲的致密性玻璃鋼內(nèi)襯，本文采用與筒體內(nèi)襯相同的樹(shù)脂作為接頭處的防滲層，增強(qiáng)層則采用與罐體纏繞層同樣的樹(shù)脂。在采用環(huán)氧類(lèi)樹(shù)脂中加人適量的增韌劑和溶劑，以降低其粘度和提高玻璃鋼韌性。此外，在封頭與罐體接合前，應(yīng)清洗干凈接頭處，包括承口、插口及包覆玻璃鋼處，擦干后進(jìn)行打磨至毛糙。在刮涂膠泥和包覆前，應(yīng)先用棉紗頭沾丙酮擦洗作業(yè)表面。一方面是清除玻璃鋼內(nèi)襯表面的油脂和石蠟等，另一方面可活化玻璃鋼表面，以利于提高粘接強(qiáng)度。打磨時(shí)要注意不可遺漏。表面處理的好壞關(guān)系到玻璃鋼層與罐體的粘接效果。處理不善往往會(huì)產(chǎn)生分層開(kāi)裂，從而引起滲漏，因此一定要多加研究此處的工藝。
在制作內(nèi)襯時(shí)，樹(shù)脂應(yīng)均勻噴涂且將表面氈和短切氈浸透，并不斷趕壓氣泡，在工藝上確保內(nèi)襯無(wú)纖維外露、干斑、裂紋等表面麻點(diǎn)。如果不慎，鋪設(shè)的氈或布易出現(xiàn)打皺，因此鋪設(shè)時(shí)應(yīng)注意保持其平整性。
2.2 罐的成型
為增加罐的強(qiáng)度及剛度和提高罐的表面性能，必須在合格的內(nèi)襯表面纏繞縱環(huán)向纖維。纏繞層的厚度以?xún)?nèi)壓設(shè)計(jì)為基準(zhǔn)，由直徑、壓力和安全系數(shù)等計(jì)算確定，具體數(shù)值見(jiàn)表1
表1 罐的小厚度
直徑/㎜ 內(nèi)襯厚/㎜ 纏繞層厚/㎜
150 3 3
300 3 3
400 3 3
450 4 6
500 4 6
600 5 8
750 6 9
900 7 11
1000 8 12
1200 9 15
1500 10 18
使用計(jì)算機(jī)控制的纏繞機(jī)完成此工序必會(huì)增大中小企業(yè)對(duì)該項(xiàng)目的投資額，從而限制了該項(xiàng)目的推廣。為此，本文專(zhuān)門(mén)研制了纏繞此類(lèi)產(chǎn)品的機(jī)械式纖維纏繞機(jī)，成功地解決了普通纖維纏繞機(jī)纏繞此類(lèi)產(chǎn)品時(shí)纏不到罐口根部的問(wèn)題，滿(mǎn)足了用戶(hù)對(duì)設(shè)備的質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的要求。在纏繞時(shí)，要施加張力并予以控制，目的是控制含膠量，使紗束均勻排列，排出紗束中的空氣，以減少空隙。纏繞結(jié)束后，刮去罐體表面的多余浮膠，進(jìn)行固化。固化工藝直接影響制品強(qiáng)度。固化溫度根據(jù)所用樹(shù)脂系統(tǒng)而定。固化過(guò)程中宜使制品緩慢旋轉(zhuǎn)。
2.3 底座的粘接
底座采用玻璃鋼材料制造。其材質(zhì)使用與內(nèi)襯材質(zhì)完全相同的樹(shù)脂體系和增強(qiáng)材料及固化體系。底座一般為圓柱形。其壁厚要求是圓柱形整體壓縮強(qiáng)度應(yīng)為罐體質(zhì)量及盛裝液體質(zhì)量的總和除以底座截面積所得值的5倍以上，即：
W/3.14Dδ≥ P/5
式中W為罐的總質(zhì)量;P為底座材料的壓縮強(qiáng)度；D為底座內(nèi)徑；δ為底座壁厚。
底座高度根據(jù)用戶(hù)要求確定。用粘接劑把底座與固化好的罐體粘接在一起，注意底座與罐體的連接處要用玻璃布手糊加固。粘接完畢后，對(duì)罐體的外表面進(jìn)行打磨，后涂以醇酸清漆即可。
3 應(yīng)用
玻璃鋼水處理罐是由纖維纏繞玻璃鋼和具有氣密作用的內(nèi)襯組成。兩者可分別進(jìn)行選材和設(shè)計(jì)，以滿(mǎn)足不同水質(zhì)的要求。玻璃鋼水處理罐與常用的金屬罐相比，其優(yōu)點(diǎn)是①重量輕，比同體積同承壓能力的金屬罐輕40一60%;②罐采用合適的內(nèi)襯材料，其耐腐蝕性好，不污染水質(zhì)；③罐在爆破時(shí)或由于疲勞原因引起滲漏時(shí)，均不產(chǎn)生殺傷性碎片，因而可保證安全使用；④玻璃鋼水處理罐的成型工藝簡(jiǎn)單，工藝裝備少，便于進(jìn)行多品種，小批量生產(chǎn)。
由于有上述明顯優(yōu)點(diǎn)，玻璃鋼罐在眾多領(lǐng)域特別是水處理行業(yè)成為金屬罐的替代產(chǎn)品，正在得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。另外，玻璃鋼罐還可用于污水、泳池水處理中的過(guò)濾罐，除鐵、除氧設(shè)備用罐等。
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