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    玻璃鋼容器FRP設備材料設計原則及規范

    作者:玻璃鋼管道 來源:www.in-pulkau.com 發表時間:2019-4-18 瀏覽:次  百度一下
    玻璃鋼容器FRP設備的主要原材料包括:樹脂體系、增強材料及輔材,合理地對材料進行選擇、組合又稱為玻璃鋼材料設計。
        選用原材料時應考慮腐蝕介質的組成及濃度、使用壓力、使用溫度等工藝條件,以及玻璃鋼容器FRP設備外界環境和現場施工條件等諸多因素。同時各項技術指標應符合有關標準或規定。驗收時應具有質量合格證或相應的檢驗指標資料,必要時應予復驗或抽驗。
        玻璃鋼容器FRP設備的材料設計的原則如下:
      (1)工藝性   所選材料體系應適合擬采用的玻璃鋼容器FRP設備工藝成型方法;
      (2)可靠性  對所選材料體系有把握,盡可能選用已定型的、成批量生產的、質量穩定的產品;
      (3)適用性  材料的機械性能滿足結構的強度和剛度要求,材料的耐環境性能要保證結構在使用環境下能正常工作;
      (4)經濟性  在滿足結構使用性能要求的前提下,盡可能地降低玻璃鋼容器FRP設備成本。
     
         第一節、基體樹脂選擇
          樹脂是玻璃鋼容器FRP設備的基體材料,其作用是傳遞載荷,并使載荷平衡,基體材料的性能,如耐腐蝕、耐熱性等,直接決定玻璃鋼的性能。常用的樹脂包括:不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂三大類,其中以不飽和聚酯樹脂使用最為廣泛。由于FRP制品的耐化性、耐溫性、抗老化性主要取決于樹脂基體,所以樹脂體系在選擇時應特別注意;w樹脂的選擇可分為內襯層樹脂的選擇以及結構層樹脂的選擇兩大類。
        1、內襯樹脂的選擇
        總體上說,內襯樹脂的選擇主要取決于玻璃鋼容器FRP設備的壓力等級、介質腐蝕情況、介質的使用溫度這幾方面的因素。
        首先,內襯樹脂直接與介質接觸,容器的設計壽命長短很大程度上取決于內襯樹脂的耐腐蝕性。
        其次,玻璃鋼容器FRP設備的壓力等級越高,要求內襯樹脂的斷裂延伸率越高。
        信瑞復材設計中心已將以前的成功使用的經驗及各樹脂生產廠提供的數據建成數據庫,可供借鑒。
        2.結構層樹脂的選擇
        結構層樹脂的選擇主要考慮其機械性能、耐溫性能,因為結構層樹脂主要承擔玻璃鋼容器FRP設備結構增強的功能,不與介質直接接觸,但介質溫度的影響必須考慮。所以主要考慮其機械性能、耐溫性能。
    結構層樹脂的選擇可參考各樹脂廠家提供的數據。
     
        第二節、纖維增強材料的選擇
        作為增強材料的纖維及其織物是玻璃鋼容器FRP設備主要的承載組分材料,對玻璃鋼的強度和剛度有著直接的影響。常用的纏繞用增強材料包括:玻璃纖維,主要是各種無捻粗紗、表面氈、針織氈、方格布帶、高強纖維紗等。
         為適應工藝的要求,玻璃纖維無捻粗紗應具有以下特點:
    (1)耐化學腐蝕性
    (2)工藝性  與所用樹脂有良好的相容性;
    (3)可靠性  線密度要有保證,懸垂性要小等。
        無堿玻纖與中堿玻纖: 無堿玻纖對水、弱堿介質的化學穩定性較高,電性能好,老化性能好,適用于接觸水的制品與電器絕緣制品,它的缺點是易被稀無機酸侵蝕。中堿玻纖耐酸性能非常好,價格比無堿玻纖便宜。
    有捻纖維與無捻纖維:無捻纖維各股紗之間張力均勻,不起毛、不斷頭、成帶性好,對樹脂浸潤性好,所制玻璃鋼制品強度也比有捻纖維要高。
        表面氈與針織氈:表面氈應用最早,使表面產生富樹脂層而光滑有彈性,減少摩擦阻力,提高耐磨性、耐腐蝕性、耐水性、耐老化性和抗沖擊性,是制作玻璃鋼內襯耐腐蝕層的首選材料。針織氈不含粘結劑,浸透速度快,工藝過程簡單,在給定方向上提供強度,提高了耐腐蝕層厚度和較好的表面光滑度。
         玻璃纖維氈常用于纏繞成型玻璃鋼容器FRP設備的富樹脂層,包括內襯層和外表層,其多用于干法纏繞,即將未浸漬樹脂的干氈直接纏到涂有樹脂的芯模上,再用滾刷一類的工具將樹脂涂覆在氈片上,一般采用短切氈和連續氈,纏繞工藝對玻璃纖維氈的要求為:
      (1)氈片浸透性要好
      (2)消泡性要好。
        有機纖維和滌綸布:有機纖維和滌綸布工藝性比玻璃纖維要差,但在含氟介質尤其是氫氟酸介質中玻璃纖維不適用,必須選用有機纖維和滌綸布。
        纖維的選擇可參考纖維數據表。
     
        第三節 輔料
        為使樹脂按工藝要求固化,以及改進樹脂的理化性能或固化后玻璃鋼容器FRP設備的某些性能,如阻燃抗靜電、耐磨等性能,通常在樹脂配方中加入某些助劑如固化劑、引發劑、促進劑、阻燃劑、脫模劑、低收縮劑等。
        固化劑   固化劑也稱引發劑,它能使樹脂固化,是樹脂配方中不可缺少的組成部分,并且對樹脂性能有極大影響,不同樹脂的固化體系不一,即使同一種樹脂,使用環境不同,固化劑加入的量也不盡相同,需要在使用前充分試驗,確定配方后方可正式使用。
        在玻璃鋼容器FRP設備中使用的不飽和聚酯樹脂、乙烯基酯樹脂等溶解在乙烯基單體中,它們進行共聚反應,是要由引發劑分解產生的游離基來引發,常用的引發劑有兩種,有機過氧化物和偶氮化合物。
        固化劑的特性可用四個指標來衡量,
      (1).活性氧含量
    指過氧化物中活性-O-O-的百分含量,含量越高,在相同條件下分解產生的游離基越多。
     (2).臨界溫度 指過氧化物受熱分解形成具有引發活性的游離基所需要的最低溫度。
      (3). 引發劑    在一定溫度下分解一半所需的時間,常用來評價過氧化物的活性大小。
      (4).活化能  指過氧化物產生游離基所需的能量。
        固化劑的選用要考慮以下幾個因素
       (1).樹脂活性
        所選固化劑與樹脂的反應性相匹配,樹脂反應性強,選用的引發劑活性要高,樹脂反應性弱,選用的引發劑的活性要較低以免游離基產生較快,到固化后期缺乏引發劑。
        (2).適用期
        配制好的膠液,必須保證有效地浸漬增強材料,其膠液的存放時間為適用期,不同配方的適用期是不同的。
        (3)成型溫度
        按成型產物溫度可分為低溫、中溫、高溫三種固化類型,必須選擇適合于該溫度范圍的有氧化物,玻璃鋼容器FRP設備纏繞成型法在中溫固化范圍內,固化周期:30-60min,適用期2-3d以上。
        (4)固化速度
        樹脂的固化速度與引發劑的活性、加入量和成型溫度有關,引發劑的用量一般為1%-2%,成型溫度確定,就可了解引發劑的活性與固化時間的關系,以達到防熱峰溫度來計算固化時間。
        (5)其他助劑的影響
        在選用引發劑時必須考慮到填料、顏料及其他添加劑對固化工藝的影響,有的填料起促進作用,會減少貯存期,也有的起阻滯作用會延緩貯存期。特別是顏料對引發劑影響很大,如碳黑對過氧化苯甲酸叔丁酯引發的樹脂,存放期只有3h,減少到不能使用的程度。
        促進劑  促進劑目前固化不飽和聚酯樹脂用的有機過氧化物的臨界溫度都在60度以上,對于固化溫度要求在室溫時,這些有機過氧化物就不能滿足要求,必須設法使過氧化物的臨界溫度降低,當有機過氧化物在叔胺作用下,就可在較低溫度下產生游離基。
        選擇促進劑是應注意選擇活性好,用量少,膠凝時間快。放熱峰適當、毒性小的促進劑。
        復合材料玻璃鋼容器FRP設備,最顯著的特點是其可設計性,玻璃鋼的物理、化學性能均可通過組成材料的選擇和匹配,以及界面控制等材料設計手段來實現,以滿足或優化設備的性能,因此玻璃鋼容器FRP設備的材料設計至關重要。


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