玻璃纖維纏繞是玻璃鈳結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中的一種重要的成型工藝,由于這種工藝易于實現(xiàn)機(jī)械眈,自動化,與其它成型工藝相比,勞衛(wèi)條件好,勞動強(qiáng)度低,且產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定,成本低,因此得到了廣泛的應(yīng)用。纖維纏繞工藝一般可分為干法纏繞和濕法纏繞兩類.
所謂干法纏繞,是將干纖維束纏繞在芯模上,然后噴涂樹脂,并用壓輥滾壓浸透的工藝方法,采用這種方法纏繞,設(shè)備清潔,可改善勞衛(wèi)條件,但對連續(xù)纖維的無捻性、浸透性要求較嚴(yán),并需要充分滾壓,否則容易發(fā)生干裂現(xiàn)象。
濕法纏繞是將浸膠后的玻璃纖維集束,在一定的張力控制下直接纏繞在芯膜上的工藝方法,采用這種方法可使不同規(guī)格纖維有較強(qiáng)的適應(yīng)性,無需滾壓即可使纖維充分浸透。使用這種方法生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,氣密性能好,但對纏繞過程的各個環(huán)節(jié)需要嚴(yán)格的人工維護(hù),從而增加了勞動強(qiáng)度。例如,導(dǎo)絲頭,浸膠槽等裝置在每次纏繞結(jié)束必須認(rèn)真刷洗,使其保持良好的清潔狀態(tài)。盡管如此,每次成型結(jié)束后,在浸膠槽內(nèi)以及纏繞機(jī)周圍的工怍區(qū)域內(nèi)不可避免地剩留或滴落一部分村脂,造成浪費和不衛(wèi)生。
在上述干法和濕法的基礎(chǔ)上又出現(xiàn)了改進(jìn)的工藝方法,即干預(yù)浸法和濕預(yù)浸法,干預(yù)浸法對于難于直接以液體狀態(tài)使用的樹脂,是比較適宜的.例如酚醛樹脂、苯基硅烷樹臘、有機(jī)硅樹脂、鄰苯二甲酸二丙稀酯樹脂和間苯二甲酸酯樹脂。濕預(yù)浸法是在纖維浸過榭脂,井使樹脂部分固化后再供纏繞使用,這種方法的主要優(yōu)點是生產(chǎn)效率高,而且浸漬效果更好。
無論采用上述哪一種纏繞工藝,選擇纖維纏繞方向是十分重要的,因為,纖維纏繞方向可以決定其結(jié)構(gòu)在不同方向的強(qiáng)度比,而這種強(qiáng)度比可根據(jù)結(jié)構(gòu)實際受力狀態(tài)進(jìn)行選擇,從而有可能設(shè)計一種能充分發(fā)揮材料效率的結(jié)構(gòu),也就是說,在纖維纏繞結(jié)構(gòu)的任何方向上,載荷所要求的強(qiáng)度能與材料提供的實際強(qiáng)度基本相適應(yīng),而金屬就做不到這一點。內(nèi)壓圓筒是一個典型的例子,采用纏繞角θ=55°,就可使結(jié)構(gòu)在環(huán)向與軸向的強(qiáng)度比(2:1),恰好與實際受力狀態(tài)一致,并且纖維纏繞工藝可使玻璃鋼結(jié)構(gòu)獲得合理的強(qiáng)度分配。
由此可見,為了提高制品強(qiáng)度,必須嚴(yán)格控制纖維纏繞方向,而要做到這點,自動纏繞機(jī)必須按設(shè)計參數(shù)進(jìn)行制品的纏繞,浸膠系統(tǒng)必須處于完全穩(wěn)定的狀態(tài),自動纏繞機(jī)主要是參考紡織技術(shù)而設(shè)計和發(fā)展的。根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)型式,可使用不同類型的纏繞機(jī)進(jìn)行纏繞,盡管已經(jīng)有了各種各樣纏繞機(jī),但目前國內(nèi)能進(jìn)行批量生產(chǎn)的產(chǎn)品僅限于具有迴轉(zhuǎn)曲面的迴轉(zhuǎn)曲產(chǎn)品,如管、貯罐、運輸罐等。因此,本章主要討論這幾種產(chǎn)品纖維纏繞工藝。
采用纖維纏繞工藝制造的管,貯罐和運輸罐等結(jié)構(gòu),具有重量輕、強(qiáng)度高的特點,纖維纏繞玻璃鋼的密度在1.5-1.9g/cm3之間,只有普通碳鋼的1/4-1/5,比輕金屬鋁還要輕l/3左右,而靜態(tài)機(jī)械強(qiáng)度能接近或超過普通碳鋼的水平.例如:一般螺旋纏繞管的環(huán)向強(qiáng)度均在1500kgf/cm3以上,而環(huán)向纏繞管的環(huán)向強(qiáng)度可達(dá)到4000kgf/cm2.若按比強(qiáng)度(強(qiáng)度值/密度值)計算,玻璃鋼大大超過普通碳鋼。
纖維纏繞玻璃鋼的另一個主要特點是能耐化學(xué)腐蝕,選用不同類型防腐蝕的纏繞玻璃鋼內(nèi)襯,可耐一般不同濃度不同類型的酸、堿、鹽及多種油類、海水和有機(jī)溶劑等,因此,玻璃鋼管、罐可廣泛用于石油化工,市政排污等工程,此外,纖維纏繞玻璃鋼還具有傳熱慢、電絕緣性能和電磁波透過性能好等特點,而且,還具有成型工藝,運輸安裝,以及維修均比較方便的特點。
但是,纖維纏繞玻璃鋼也有其局限性,由于纖維增強(qiáng)塑料的樹脂基體是對溫度依賴性很強(qiáng)的高分子材料,因此與一般工業(yè)材料相比,其最高使用溫度要低得多.不同的樹脂類型具有不同的耐溫性,一般而言,玻璃鋼宜于在小于70℃的溫度下長期工作,某些耐溫性較好的玻璃鋼,如脂環(huán)族環(huán)氧玻璃鋼,聚酰亞胺玻璃鋼等,其長期工作溫度也只能在200℃左古,遠(yuǎn)較金屬的使用溫度低。
老化現(xiàn)象是纖維纏繞玻璃鋼的一個重要缺陷,由于各種環(huán)境及化學(xué)侵蝕的長期作用,導(dǎo)致玻璃鋼的力學(xué)性能降低,從而在結(jié)構(gòu)設(shè)計時,不得不采用較高的安全系數(shù)以確保產(chǎn)品結(jié)構(gòu)能夠長期正常的工作。
此外,纖維纏繞玻璃鋼另一個缺陷是:剛度較低,大約是普通碳鋼的十分之。,即使是按剛度比(彈性模量值/密度值)計算也要比普通碳鋼低,因此,某些產(chǎn)品采取夾層結(jié)構(gòu)或加筋結(jié)構(gòu)的方法來克服變形過大的問題。
綜上所述,纖維纏繞工藝仍需繼續(xù)進(jìn)行研究和改進(jìn),充分發(fā)揮纖維纏繞玻璃鋼的優(yōu)點,克服其不足,目前,尚須進(jìn)一步研究和解決的問題有:
(1)提高和改善原材料的技術(shù)性能,要對增強(qiáng)材料的強(qiáng)度和彈性性能、樹脂延伸率、耐高溫、耐腐蝕性能及其工藝性(粘結(jié)性、流動性、浸潤性及固化性能等)進(jìn)行研究.
(2)纏繞工藝必須緊密和結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)合起來,通過結(jié)構(gòu)設(shè)計所確定韻合理結(jié)構(gòu)型式和設(shè)計參數(shù),確定合理的工藝制度,以提高產(chǎn)品質(zhì)量,生產(chǎn)效率和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo).
(3)建立健全嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗和管理制度,要對從原材料到產(chǎn)品的整個工藝中的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行檢驗和管理