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环氧树脂玻璃纤维缠绕制品

时间:2014-01-23 09:15来源:未知 作者:admin 点击:
环氧树脂玻璃纤维制品是将浸过树脂胶液的连续纤维,按照一定的规律缠绕到芯模上,然后经固化、脱模而获得一定形状的制品。 应用于化工管道,用来输送石油、水、天然气和其他化

环氧树脂玻璃纤维制品是将浸过树脂胶液的连续纤维,按照一定的规律缠绕到芯模上,然后经固化、脱模而获得一定形状的制品。应用于化工管道,用来输送石油、水、天然气和其他化工液体,具有防腐蚀、质轻、强度高、耐用、安装维修方便等特点。可以部分取代不锈钢,用作大型贮罐和槽车、压力容器,如高压气瓶,制成玻璃钢管,抹茶阻力小,可以降低能耗30%左右,质量轻,为同口径钢管质量的1/3~1/5,施工安装费用比钢管低15%~50%。作为军工产品要求精密可靠,质量轻及经济,可作固化火箭发动机壳体、货架发射筒、飞机机头雷达罩、告诉分离器转筒、鱼雷仪器舱、直升机的旋翼、波导管等。而作为绝缘材料在电工产品上应用,国外用作高压电器的结构性零部件、变压器的绝缘筒和压圈,电机上的护环和绑扎环等,国内则很少报道。

干法缠绕  纤维浸胶后制成预浸带(树脂处于B阶段),加热软化后绕制在芯模上经固化而成。特点是:含胶量控制严格,制品质量均匀、稳定;工艺过程中可提高缠绕速度至100~200m/min;成型过程中设备和场地胶清洁;易实现自动化、机械化;劳动卫生条件好,产品质量高;要求所用的固化剂在预浸料烘干时不升华,不挥发,中间贮存时不变质。缠绕设备较复杂,学增加预浸纱制造设备,故投资较大,且制品层向剪切强度较低。湿法缠绕  纤维浸胶后直接缠绕在芯模上,经固化而成。其特点是设备简单,成本比干法缠绕低40%;产品气密性好,因为缠绕时张力使多余的胶液将气泡挤出;缠绕时纤维上的胶液可以减少纤维磨损;生产效率高(可达200m/min)。但树脂胶液浪费大,工作场地环境差,含胶量不易控制,因此影响成品质量。由于投资少,成本低(约为干法生产的60%),所以国内应用较多,主要用于民品生产机电工产品。半干法缠绕  它比湿法增加了烘干工序,即纤维浸胶后缠绕至模芯之间增加烘干设施,便于出去浸渍胶中的挥发性低分子物,减少成品的气隙,提高产品质量,也减少了预浸料的收卷和加热软化工序及相应的设备,既提高生产效率又提高产品质量。

纤维缠绕成型制品也像其他玻璃钢材料一样具有质轻、比强度高、耐腐蚀、膨胀系数小等优点。除此之外,纤维缠绕成型制品还具有以下优点。纤维含量高达80%,所以比强度比其他玻璃钢高。质量稳定,可靠性高,纤维缠绕成型 制品易实现机械化和自动化生产,生产效率高,便于大规模生产。大量采用无捻粗纱,可在筒以产品上合理选配材料,故成本低。各向异性显著,可按产品的受力状况设计,充分发挥纤维的强度,一般纵向强度高,横向及层间强度低。但有缺点,即缠绕成型适应性小,不能缠绕任意结构形状的制品,需要缠绕机,芯模、固化烘箱、脱模剂及熟练的技术工人,所以投资大,技术要求高。因此只有大批量生产时才能降低成本,获得经济效益。

环氧树脂玻璃纤维缠绕制品所用原材料有环氧树脂胶合纤维及其织物。通常应用最多的是无碱无捻玻璃纤维粗纱如Tex1200Tex2400Tex4800.这种纱强度高、浸润性好,与树脂黏结性好,价格低,但缠绕时易起毛、断头、张力控制较难。对强度要求高的也可用玻璃布条带或无纬带,但一定要用硅烷类偶联剂处理,以增加与环氧树脂胶的浸润性和黏结性,至于特殊军工用高质量制品可选用S玻璃纤维、芳纶纤维。初期采用不饱和聚酯,而作恶日电工产品用均采用环氧树脂胶。低黏度环氧树脂E-51E-44E-42,或脂环族环氧树脂TDE-85711等均匀选用。液体固化剂有甲基四氢苯酐、甲基纳狄克酸酐等,胺类固化剂选用时一般要考虑使用期。填料有的是为了降低成本,有的是为了特种需要而添加的。

要根据产品技术要求而合理地选用材料、结构形式、缠绕线型和芯模。环氧树脂胶液  它由环氧树脂、固化剂、促进剂、添加剂所构成。环氧树脂胶的组分即要考虑更换后产品技术要求(因为缠绕制品的耐热性、耐化学腐蚀性、机电性能取决于环氧树脂胶液的构成),也要考虑缠绕成型工艺的需要,否则就不能缠绕成型。为此对环氧树脂胶液的基本要求如下。树脂胶液的流动性要好,能保证纤维被浸透,含胶量均匀,纱片中的气泡能排出。因此其黏度应控制在0.35~1Pa·s。黏度太小则不易渗透到纤维间隙中去,导致大量气泡在制品中存在,也影响制品质量,况且黏度大引起张力大,会对缠绕工艺带来不便。使用期要长,为了保证能能顺利地进行缠绕,胶液的凝胶时间应大于4h树脂胶液固化物的伸长率和增强材料相匹配,可以防止固化时产生内应力。树脂胶液最好是无溶剂的,这样挥发物少,避免在固化过程中的溶剂挥发影响产品的整体密实性。这一点对电工产品用的缠绕成型绝缘件更为重要。固化时间要短,固化放热反应要小,固化后收缩率要小,这样可以提高生产效率、减少由于反应放热引起的内应力而导致的产品开裂、起层。树脂胶液在缠绕过程中毒性要小,保证生产者安全和环境少受污染。根据产品性能要求的特点来选择环氧树脂胶液的构成。如耐热性要求高的可选用TDE-85F-51环氧树脂,因其固化物交联密度高,所以Tg高,耐热性也高;要求阻燃的则可选用溴化环氧树脂‘要求户外使用的产品可选用脂环族环氧树脂。而固化剂常用的是甲基六氢苯酐等。促进剂则根据环氧树脂胶液的使用期,固化时间和温度来选用,常用的有DMP-30BDMA2MI等。

增强材料  要满足缠绕成型的要求增强材料应具备以下条件。良好浸透性和粘接性。用于缠绕成型的各种纤维纱、织物都应进行表面处理,常用硅烷类的偶联剂KH-550KH0560,使之与胶液很好地浸透,固化时能很好地黏结。能承受缠绕时的张力,无捻纱各股纱的张力要均匀、不断头,成带性好。要满足制品的性能要求。无碱玻璃纤维耐水性和介电性能好,适用于电器绝缘制品;中碱玻璃纤维价格便宜30%,耐酸碱性能优越,适于作化工用结构制品;而高强度、高模量玻璃纤维因其性能优越,常用于航空、航天的产品。在选择时要注意性能和价格比。增强材料一般占缠绕成型制品质量的65%~80%。在上述范围内增强材料增加则力学性能增高,反之胶量增大则介电性能增高。作为电工产品上用的绝缘结构件则既要满足力学性能又要提高介电性能,两者兼得。实际应用中作为绝缘结构件的则增强材料含量要多些,若作为高压绝缘件则胶含量要多些。

此外应考虑制品的特种需要,如要耐SF6的则考虑选用涤纶纤维或织物、布带,要求强度大,刚性好可选用芳纶纤维,为充分发挥不同增强材料的特性和降低成本,可以采用两种以上纤维进行缠绕。有时为了改善树脂胶液某些功能,如提高耐磨性,增加阻燃性,降低收缩率等,可以适量加入填料,但填料要保证清洁和表面活性处理。成型中空制品的内膜成为芯模,一般情况下缠绕制品固化后,芯模要从制品内脱出来,其设计要求如下。要有足够的强度和刚度,能承受制品成型加工过程中适于芯模上的各种载荷,如自重、制品重、缠绕张力、固化应力、儿子加工的切削力、脱芯模的拉力等。要满足制品形状和尺寸进度要求,如同心度、锥度、表面关解读和平整度等。保证产品固化后能顺利从芯模脱出制品。制造简单、造价便宜、取材方便。电工产品用缠绕成型制品以管状为主,所以是管道芯模,它由钢板卷焊而成,也可用无缝钢管加工制成,其表面应打磨、抛光。芯模沿长度方向锥度要大于1/1000。常用的材料有渗碳钢20CrMnTi。其硬度HRC>60,也用优质钢40Cr等,其硬度HRC>50电工产品用环氧玻璃纤维制品的结构形式较为简单。根据产品性能要求常由一种或两种纤维及布带构成,有的是内层及表面层都用玻璃纤维织物(带)缠绕,目的是便于脱模和表面外观或补强之用,有的为了耐SF6而需内外层用纯帝林纤维或织物,有的为了耐热等级提高采用芳纶纤维来制造缠绕制品。总之根据缠绕制品的要求来考虑结构形式。

 

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