玻璃钢贮罐的成型工艺研究与制造

      随着缠绕技术的提高、工艺的改进，大型贮罐广泛应用于化工生产中。中复连众复合材料集团有限公司制造了直径21m，容积6000立方的大型玻璃钢盐酸贮罐，是目前全国乃至全球容积最大的玻璃钢贮罐。大型贮罐具有容量大，占地面积少，成本低等优点。玻璃钢贮罐根据所用贮存或运输的介质不同选用不同树脂体系作为粘结剂，通过改变树脂系统或采用不同的纤维增强材料调整玻璃钢贮罐产品的物理化学性能，通过贮罐结构层厚度、缠绕角和壁厚的设计制造出不同压力的纤维缠绕复合材料贮罐。本文主要论述了贮存质量分数为28%的磷酸，使用温度为65℃的玻璃钢贮罐的工艺设计和制造工艺过程。
　　一、玻璃钢贮罐的防腐结构
　　玻璃钢贮罐的耐腐蚀性可根据使用条件设计，因此能满足耐腐蚀介质的使用要求，其防腐结构主要包括四层。
　　1.内衬层。内表层的功能是抵抗介质腐蚀，是防腐蚀结构的主要组成部分。其制造方法是用玻璃纤维表面毡、有机纤维表面毡或其他增强材料增强的富树脂层，要求含胶量达到90%，其厚度为0.25mm～0.5mm。
　　2.过渡层。过渡层的含胶量比内表层低，约70%-80%。采用短切纤维做成的短切毡铺成；其主要功能是防止介质渗漏。过渡层通常含有1200g/﹏的短切原丝毡。
　　3.结构层。结构层是贮罐的主要结构，用来承受外载荷，由连续纤维缠绕成型，含胶量35%-55%。
　　4.外表层。外表层是贮罐结构层的外保护层，主要功能是保护结构层免受外界机械损伤和外界环境引起的老化，同时也是对贮罐外表面的装饰，其含胶量为60%～70%。
　　二、原材料的选用
　　根据制品的使用条件，贮罐中贮存质量分数为28%的磷酸，使用温度65℃，树脂材料选用间苯型不饱和聚酯树脂。不饱和聚酯树脂耐酸，具有高热变形温度，此外还要有一定的力学承载能力。增强材料根据贮罐的使用要求及经济效益综合考虑选择中碱玻璃纤维，中碱玻璃纤维耐酸性好，成本低。根据贮罐的成型工艺，还选择辅助材料包括固化剂（引发剂）、促进剂、催化剂、阻聚剂、触变剂、防静电添加剂、填充剂等。胶液配置过程：首先抽样检验各种原材料是否合格，然后按照合理的配方向树脂基体中加入溶剂、固化剂、促进剂或其他辅助材料，充分搅拌，搅拌时间不低于2小时。配制不饱和聚脂树脂体系前配料应严格按照制定配方进行，配料容器应保持干燥、清洁、无渍物，不饱和聚聚树脂的固化剂和促进剂不能直接混合，以免发生危险。一般一次配制的胶液量不能过多避免浪费。
　　三、贮罐制造工艺设计
　　贮罐采用筒体和封头分开制造，筒体和封头的拐角处理对贮罐设计极为重要。在筒体和封头的结合拐角处设计成一定的圆弧过渡区，并进行有效补强，加强逐层递减，避免截面上突变产生应力集中。
　　1.贮罐封头成型。贮罐封头结构主要包括内衬层和结构层。贮罐封头内衬层成型。①根据工作的环境条件、温度制定合适的的树脂配方，配置内衬层的树脂，要求含胶量达到90%以上，一次配料量要根据制造进度和用量而定。胶液的配置需根据现场的工作条件及时调整配置。②内衬层制作采用喷射成型工艺，模具采用钢制模具，钢制模具应平整并保持干燥，表面均匀涂刷脱模剂。采用进口喷枪喷射玻璃纤维纱，根据铺层设计要求进行内衬层喷射成型。③检验。内衬层树脂含量高，具有很好的防腐防渗作用。如果发现缺陷，应采取补救措施。④内衬深度固化，脱模。贮罐封头结构层成型。封头结构层采用喷枪喷射纱与玻璃布铺设交替进行。
　　2.贮罐筒体成型。贮罐筒体结构主要包括内衬层、过渡层和结构层。贮罐筒体内衬层和过渡层主要起防腐防渗作用。筒体内衬成型与封头内衬成型工艺及原材料相同，采用喷枪喷射成型，铺设完毕后检验、深度固化。内衬层树脂含量要求达到90%以上。贮罐筒体过渡层也采用喷枪喷射成型，但含胶量要求比内衬层低，达到70%即可。贮罐筒体结构层。贮罐筒体结构层采用连续纤维缠绕成型，通过设计合理的缠绕工艺和缠绕线型采用计算机控制缠绕成型设备缠绕成型。
　　3.贮罐整体加强。贮罐整体加强采用喷射纱、环向与交叉缠绕交替进行，在缠绕过程中不断调整缠绕设备及缠绕参数，通过调整内衬转速及纤维张力，达到贮罐壁的树脂含量要求。纤维缠绕成型工艺是将浸过树脂胶液的连续纤维（或布带、预浸纱）按一定规律缠绕到指定的芯模上，然后经固化、脱模，获得制品。将组装好的贮罐筒体和封头接入计算机控制缠绕成型设备，缠绕成型设备选择计算机控制缠绕成型设备，在使用设备前需完成一些准备工作包括缠绕设备的检验、调试和线型相关程序的输入。认真检查缠绕成型设备运转及工作部位是否正常，特别细心检查浸胶系统是否有堵塞现象，确保缠绕过程的运行稳定和工作精度。缠绕成型。①调节纤维的张力，用张力器测量纤维张力，并调节张力控制机构。②将预先配好的胶液倒入胶槽中，进行纤维的浸胶和挤压过程，将浸胶后的纤维分组，通过分纱装置后集束，引入绕丝嘴。③按设计要求进行设定线型的缠绕，缠绕时通过调节浸胶装置控制纤维含胶量。注意观察纤维的排纱状况，避免出现纱片滑移、重叠或出现缝隙等情况，缠绕过程中还需将贮罐产品表面多余的胶液刮掉。在缠绕封底与筒体拐角应力集中区时，需用短切纤维毡局部加强，注意调整缠绕角及封头包角，减少应力集中。④生产过程中保持整个生产现场清洁卫生。缠绕中应不断调节张力，及时添加新胶液，清除胶辊上的纱毛和滴落在缠绕设备上的胶液。⑤当缠绕贮罐的厚度达到设计要求的厚度时停止缠绕，卸下产品，准备固化。产品的固化。采用远红外线烤板加热固化，因为加热固化可以提高化学反应速度，缩短固化时间，缩短生产周期，提高生产率。本设计选用1℃，既可以提高生产周期，提高生产率，又不至于影响玻璃钢制品的质量。保温时间由树脂发生聚合反应所需的时间和传热时间决定，冷却阶段降温速度要恒定，防止使制品产生内应力，并且要尽量缩短生产周期。
　　4.外保护层制作。外保护层作为贮罐防止外界环境侵蚀及抗老化作用的关键层，严格使用设计树脂配方，保证树脂含量及设计厚度，不允许有气泡、干斑等直观缺陷；本次设计外表层用树脂腻子修补后进行喷漆处理。外表层制作完成后，严格按照设计尺寸对整个玻璃钢贮罐进行修整、后处理，然后再常温固化。
　　玻璃钢贮罐具有轻质高强、耐腐蚀、抗老化、使用寿命长等特点，用于储存各种腐蚀性介质可以耐多种酸、碱、盐和有机溶剂，主要应用于石油、化工、制药、运输等行业。采用缠绕成型工艺制作玻璃钢贮罐具有可设计性，设计灵活性大，结合先进的施工工艺可使玻璃钢贮罐罐壁结构性能优异，而且玻璃钢贮罐的检修费用低。