CN103526978B - 一种具有内衬功能层结构的玻璃钢烟囱 - Google Patents
一种具有内衬功能层结构的玻璃钢烟囱 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种具有新型内衬功能层结构的玻璃钢烟囱，所述玻璃钢烟囱包括内衬功能层，自所述玻璃钢烟囱的内部至外部，所述内衬功能层包括：碳纤维毡层-表面毡层-喷射纱层。本发明的玻璃钢烟囱，具有耐化学腐蚀，尤其可以抵抗高温湿态烟气引起的渗透腐蚀，同时具有防止静电积聚，杜绝雷电击穿功能，材料的化学阻燃结构特征使烟囱可以有效消除火灾等隐患，且能够防止或减少粉尘吸附，具有一定自洁能力，使用寿命长，适用于大型火力发电厂。
Description
技术领域
本发明涉及烟囱，具体涉及一种具有新型内衬功能层结构的玻璃钢烟囱。
背景技术
纤维增强塑料，是以纤维及其制品作为增强材料，以合成树脂作基体材料，经过特定成型工艺而形成的高性能复合材料。玻璃钢(GlassFiberReinforcedPlastics也称玻璃纤维增强塑料，国际公认的缩写符号为GFRP或FRP)是纤维增强塑料中的一种，由合成树脂和玻璃纤维经复合工艺，制作而成的一种功能型复合材料，具有优良的可设计性、可加工性和可修复性。
以往国内FRP多用于储罐和管道，至今尚没有大型火力发电厂FRP烟囱的工程实例。大型火电厂烟囱竖向布置，高度往往超过200m，被悬吊在混凝土外筒的顶部或各支撑部位，这不仅需要烟囱具有优异的耐腐蚀性能，还需要烟囱能够防止静电积聚，杜绝雷击引起击穿、火灾等隐患，因此，为在大型发电厂推广应用FRP烟囱，尚需解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够耐化学腐蚀，防止静电积聚的玻璃钢烟囱，可以在大型火电厂应用。
本发明的第一方面，提供一种玻璃钢烟囱，包括内衬功能层，自所述玻璃钢烟囱的内部至外部，所述内衬功能层包括：
碳纤维毡层-表面毡层-喷射纱层。
在另一优选例中，所述内衬层还包括网格布层，所述网格布层设置在所述碳纤维毡层和所述表面毡层之间；和/或
所述网格布层设置在所述喷射纱层外。
在另一优选例中，所述碳纤维毡层的纤维面密度为10-30g/m2，树脂含量为80wt％-99wt％，以所述碳纤维毡层的总重量计。
在另一优选例中，所述表面毡层的纤维面密度为15-50g/m2，树脂含量为80wt%-98wt%，以所述表面毡层的总重量计。
在另一优选例中，所述喷射纱层的纤维面密度为100-800g/m2，树脂含量为65wt%-90wt%，以所述喷射纱层的总重量计。
在另一优选例中，所述网格布层的纤维面密度为30-100g/m2，树脂含量为50wt%-95wt%，以所述网格布层的总重量计。
在另一优选例中，所述玻璃钢烟囱包括还中间结构层，设置在所述内衬功能层外，所述中间结构层包括至少一个结构亚层，自所述玻璃钢烟囱的内部至外部，所述结构亚层包括：
结构单层A-结构单层B-结构单层C-结构单层D，
其中，结构单层A为喷射纱层或单向布层；
结构单层B为无或环向缠绕层；
结构单层C为喷射纱层或单向布层；
结构单层D为环向缠绕层；
并且当结构单层A为喷射纱层时，结构单层C为单向布层；或结构单层A为单向布层时，结构单层C为喷射纱层。
在另一优选例中，所述玻璃钢烟囱包括设置在所述中间结构层外的外保护层，所述外保护层包括胶衣层，任选的表面毡层以及任选的网格布层。
本文中，“任选的”是指可以有（可以存在）或可以没有（可以不存在）。如所述玻璃钢烟囱包括内衬功能层、中间结构层和任选的外保护层是指所述玻璃钢烟囱可以有外保护层，或可以没有外保护层。
在另一优选例中，所述环向缠绕层施工时，采用连续缠绕的方法，缠绕纱的缠绕角度为40-90度，较佳地，缠绕角度为75-90度，更佳地，缠绕角度为80-90度。
在另一优选例中，所述结构单层A为喷射纱层，所述结构单层B为环向缠绕层，所述结构单层C为单向布层，所述结构单层D为环向缠绕层。
在另一优选例中，所述结构单层A为喷射纱层，所述结构单层B为无，所述结构单层C为单向布层，所述结构单层D为环向缠绕层。
在另一优选例中，所述结构单层A为单向布层，所述结构单层B为环向缠绕层，所述结构单层C为喷射纱层，所述结构单层D为环向缠绕层。
在另一优选例中，所述结构单层A为单向布层，所述结构单层B为无，所述结构单层C为喷射纱层，所述结构单层D为环向缠绕层。
本发明的第二方面，提供第一方面所述的玻璃钢烟囱的制备方法，所述方法包括提供内衬功能层的步骤：
优选地，采用以下步骤制备所述内衬功能层：
(i)提供一基面；
(ii)在所述基面的外周铺设（制作）所述碳纤维毡层；
(iii)在所述碳纤维毡层的外周铺设（制作）所述表面毡层；
(iv)在所述表面毡层外周铺设（制作）所述喷射纱层。
优选地，采用以下步骤制备所述内衬功能层：
(i)提供一基面；
(ii)在所述基面的外周铺设（制作）所述碳纤维毡层；
(iii)在所述碳纤维毡层的外周铺设（制作）所述网格布层；
(iv)在所述网格布层的外周铺设（制作）所述表面毡层；
(iv)在所述表面毡层外周铺设（制作）所述喷射纱层。
本发明的玻璃钢烟囱的制备方法，包括以下步骤：
(a)制作内衬功能层；
(b)在所述内衬功能层外铺设（制作）所述中间结构层，以及任选的
(c)在所述中间结构层外铺设（制作）所述外保护层得到所述玻璃钢烟囱；
或包括以下步骤：
(a)提供内衬功能层、中间结构层，以及任选的外保护层；
(b)将所述内衬功能层、中间结构层，以及任选的外保护层组装成所述玻璃钢烟囱；
在另一优选例中，采用以下步骤制备所述结构亚层：
(i)提供一基面；
(ii)在所述基面的外周铺设（制作）所述结构单层A；
(iii)在所述结构单层A的外周铺设（制作）所述结构单层B；
(iv)在所述结构单层B的外周铺设（制作）所述结构单层C；
(v)在所述结构单层C的外周铺设（制作）所述结构单层D；
当所述结构单层B为无时，省略步骤(c)，在所述结构单层A的外周铺设所述结构单层C。
在另一优选例中，所述基面为模具表面，所述模具为圆筒状模具、圆柱型模具或台柱型模具。
本发明的第三方面，提供一种烟囱，包括烟囱外筒和烟囱内筒，所述烟囱内筒为1-4个如第一方面所述的玻璃钢烟囱。
在另一优选例中，所述烟囱为套筒式或多管式烟囱。
在另一优选例中，所述烟囱外筒为钢筋混凝土外筒、钢外筒、砖砌外筒或塔架式外筒。
在另一优选例中，所述玻璃钢烟囱被悬吊在所述烟囱外筒的顶部。
在另一优选例中，所述玻璃钢烟囱被悬吊在所述烟囱外筒的各支撑部位。
本发明的玻璃钢烟囱，具有耐化学腐蚀，尤其可以抵抗高温湿态烟气引起的渗透腐蚀，同时具有防止静电积聚，杜绝雷电击穿功能，材料的化学阻燃结构特征使烟囱可以有效消除火灾等隐患，且能够防止或减少粉尘吸附，具有一定自洁能力，使用寿命长，适用于大型火力发电厂。
应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
附图说明
图1为本发明的玻璃钢烟囱筒壁的剖面结构示意图。
图2为本发明玻璃钢烟囱一优选内衬功能层的示意图。
图3为本发明玻璃钢烟囱一优选结构亚层的示意图。
图4为含有一优选外保护层的本发明玻璃钢烟囱的示意图。
具体实施方式
本申请的发明人经过广泛而深入地研究，首次研制出一种具有新型内衬功能层结构的玻璃钢烟囱，所述玻璃钢烟囱包括内衬功能层，自所述玻璃钢烟囱的内部至外部，所述内衬功能层包括：碳纤维毡层-表面毡层-喷射纱层。本发明的玻璃钢烟囱，具有耐化学腐蚀，尤其可以抵抗高温湿态烟气引起的渗透腐蚀，同时具有防止静电积聚，杜绝雷电击穿功能，材料的化学阻燃结构特征使烟囱可以有效消除火灾等隐患，且能够防止或减少粉尘吸附，具有一定自洁能力，使用寿命长，适用于大型火力发电厂。在此基础上，完成了本发明。
玻璃钢烟囱
如图1所示，本发明的玻璃钢烟囱，筒壁包括内衬功能层1、中间结构层2和任选的外保护层3。
内衬功能层1的作用是防腐蚀和阻燃、导静电、防积灰。
中间结构层2的主要作用是提供力学性能。
外保护层3对中间结构层2起一定保护作用。代表性的保护作用包括(但并不限于)：抗紫外线、防污（清洁）、防腐蚀、抗氧化。此外，外保护层3还可起到一定的装饰作用。
本发明的玻璃钢烟囱，高度为10-400m。较佳地，所述玻璃钢烟囱的高度在200-350m。在另一优选例中，所述玻璃钢烟囱高度为50m、100m、150m、200m、250m、300m或350m。
本发明的玻璃钢烟囱，直径为2-15m。较佳地，所述玻璃钢烟囱的直径在6-12m。在另一优选例中，所述玻璃钢烟囱的直径为3m、4m、5m、6m、7m、8m、5.5m、6.5m、7.5m、8.5m、9m、9.5m、10m、或12m。
本发明中，内衬功能层1、中间结构层2和任选的外保护层3均是主要由各种不同的结构单层构成。
本发明所述的玻璃钢烟囱的制备方法，包括以下步骤：
(a)制作内衬功能层；
(b)在所述内衬功能层外铺设（制作）所述中间结构层，以及任选的
(c)在所述中间结构层外铺设（制作）所述外保护层得到所述玻璃钢烟囱；
或包括以下步骤：
(a)提供内衬功能层、中间结构层，以及任选的外保护层；
(b)将所述内衬功能层、中间结构层，以及任选的外保护层组装成所述玻璃钢烟囱。
本发明的玻璃钢烟囱，具有以下一个或多个特征：
(1)环向拉伸强度大于235MPa，模量大于19.0GPa，轴向拉伸强度大于110MPa，模量大于12.5GPa；
(2)环向弯曲强度大于250MPa，模量大于18.0GPa，轴向弯曲强度大于140MPa，模量大于11.0GPa；
(3)环向压缩强度大于260MPa，模量大于12.0GPa，轴向压缩强度大于200MPa，模量大于9.0GPa。
结构单层
本发明中，结构单层包括喷射纱层、单向布层、环向缠绕层、表面毡层和网格布层、碳纤维毡层和胶衣层。
本发明中，喷射纱层、单向布层、环向缠绕层、表面毡层和网格布层均是由玻璃纤维增强塑料（也称为玻璃钢）制成。玻璃钢是由合成树脂和玻璃纤维经复合工艺，制作而成的一种功能型复合材料。本发明中，玻璃纤维可以采用市售产品，例如由重庆国际复合材料有限公司或欧文斯科宁公司提供的ECR纤维及制品。其中，所述喷射纱可采用市售产品，如：ECR10k-2400或P209（2400TEX）。所述单向布可采用市售产品，如：DW（ECR）430-600/630或UD（430g/m2）。所述缠绕纱可采用市售产品，如：ECR469L-2400或SE1200（2400TEX）。所述表面毡可采用市售产品，如：ST(ECR)30M-250或M524-ECR30A（30g/m2）。所述网格布的面密度为40-65g/m2，较佳为55-60g/m2，更佳为60g/m2。
碳纤维毡层是由碳纤维增强塑料制成。碳纤维增强塑料是以碳纤维及其制品作为增强材料，以合成树脂作基体材料，经过特定成型工艺而形成的另一种高性能复合材料。其中，碳纤维毡的面密度可以为15-25g/m2，较佳为17-20g/m2。
本发明以上各纤维增强塑料中使用的树脂包括化学阻燃型树脂、耐高温型树脂。具体包括环氧乙烯基酯类树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂。优选的树脂包括：化学阻燃型环氧乙烯基酯类树脂、酚醛型环氧乙烯基酯类树脂。通常，结构树脂可耐至少80℃，较佳地至少可耐120℃，更佳地至少可耐150℃。本发明优选使用的树脂是化学阻燃型环氧乙烯基酯树脂DERAKANEMOM510C-350HOI或者DSM公司生产化学阻燃型环氧乙烯基酯树脂Atlac750。
胶衣层主要由树脂制成。在另一优选例中，胶衣层中树脂含量为100wt%，以胶衣层的总重量计。在另一优选例中，所述胶衣层的成膜物选自：环氧乙烯基酯树脂、不饱和聚酯树脂。在另一优选例中，所述胶衣层的成膜物为间苯型不饱和聚酯树脂。
在另一优选例中，各结构单层在所述玻璃钢烟囱环向上的厚度变化＜平均厚度的50%，较佳地厚度变化＜平均厚度的20%。
优选采用以下方法制备各结构单层：
基面处理：当基面为模具时，清理模具表面，涂装脱模剂，铺设塑料薄膜；当基面为其他结构单层时，机械打磨表面，清理浮灰、涂装脱模剂，铺设塑料薄膜；
单向布层：将单向布进行裁剪，通过缠绕机或手工将浸有树脂（已混有固化剂）的单向布缠绕到基面上，缠绕张力为10-500MPa，固化后得到单向布层。较佳地，采用间歇式操作工艺。
环向缠绕层：通过缠绕机或手工控制张力10-500MPa将浸有树脂（已混有固化剂）的缠绕纱缠绕到基面上，固化以后形成环向缠绕层。在另一优选例中，所述环向缠绕层施工时，采用连续缠绕的方法，缠绕纱的缠绕角度为40-90度，较佳地，缠绕角度为75-90度，更佳地，缠绕角度为80-90度。
喷射纱层：使用喷射机，将玻璃纤维与树脂、固化剂在喷嘴处汇合，一起喷射到基面上，固化得到喷射砂层。
表面毡层：通过缠绕机或手工将浸有树脂（已混有固化剂）的表面毡缠绕到基面上，缠绕张力为10-500MPa，固化以后形成表面毡层。较佳地，采用连续缠绕工艺。
网格布层：通过缠绕机将浸有树脂（已混有固化剂）的网格布缠绕到基面上，缠绕张力为10-500MPa，固化以后形成网格布层。较佳地，采用连续缠绕工艺。
碳纤维毡层：通过缠绕机将浸有树脂（已混有固化剂）的碳纤维毡缠绕到基面上，缠绕张力为10-500MPa，固化以后形成碳纤维毡层。较佳地，采用连续缠绕工艺。
胶衣层：将树脂胶衣（已混有固化剂）涂覆在基面上，固化以后形成胶衣层。较佳地，采用连续喷涂工艺。
内衬功能层
如图2所示，自所述玻璃钢烟囱的内部至外部，所述内衬功能层1的结构为：
碳纤维毡层11-表面毡层12-喷射纱层13，
在所述喷射纱层13外还可包括任选的网格布层（图未示）。
在另一优选例中，所述碳纤维毡层与所述表面毡层之间还具有网格布层。
在另一优选例中，在所述内衬功能层中，所述碳纤维毡层的纤维面密度为10-30g/m2，树脂含量为80wt%-99wt%，以所述碳纤维毡层的总重量计。较佳地，所述碳纤维毡层的纤维面密度为12-25g/m2。较佳地，所述碳纤维毡层的树脂含量为85wt%-98wt%，以所述碳纤维毡层的总重量计。在另一优选例中，所述碳纤维毡层的厚度为0.1-1mm，较佳地，厚度为0.15-0.8mm。
在另一优选例中，在所述内衬功能层中，所述表面毡层的纤维面密度为15-50g/m2，树脂含量为80wt%-98wt%，以所述表面毡层的总重量计。较佳地，所述表面毡层的纤维面密度为20-40g/m2。较佳地，所述表面毡层的树脂含量为85wt%-95wt%，以所述表面毡层的总重量计。在另一优选例中，所述表面毡层的厚度为0.1-1mm，较佳地，厚度为0.15-0.5mm。
在另一优选例中，在所述内衬功能层中，所述喷射纱层的纤维面密度为100-800g/m2，树脂含量为65wt%-90wt%，以所述喷射纱层的总重量计。较佳地，所述喷射纱层的纤维面密度为200-500g/m2，较佳地，所述喷射纱层的树脂含量为70wt%-85wt%，以所述喷射纱层的总重量计。在另一优选例中，所述喷射纱层的厚度为0.1-3mm，较佳地，厚度为0.5-1.5mm。
在另一优选例中，在所述内衬功能层中，所述网格布层的纤维面密度为30-100g/m2，树脂含量为50wt%-95wt%，以所述网格布层的总重量计。较佳地，所述网格布层的纤维面密度为40-70g/m2。较佳地，所述网格布层的树脂含量为60wt%-90wt%，以所述网格布层的总重量计。在另一优选例中，所述网格布层的厚度为0.1-1.5mm，较佳地，厚度为0.15-0.9mm。
在另一优选例中，在所述内衬功能层中，各结构单层在所述玻璃钢烟囱环向上的厚度变化＜平均厚度的50%，较佳地厚度变化＜平均厚度的20%。
在制备内衬功能层时，可先将碳纤维毡、表面毡、喷射纱通过缠绕或喷射的方式依次铺设在基面上，再通过赶压排出气泡、涂覆或喷射补充树脂的方式使树脂与纤维或纤维制品均匀结合在一起，固化得到各结构单层。
或者，先在基面上铺设碳纤维毡层，再在碳纤维毡层上进行喷射纱层施工，以及任选地在喷射纱层上铺设网格布层和/或在所述碳纤维毡层与所述表面毡层之间铺设网格布层。各结构单层的具体施工方式如前所述。
本发明的玻璃钢烟囱，具有上述新型结构的内衬功能层，能够防止静电积聚，杜绝雷击引起击穿、火灾等隐患的玻璃钢烟囱，且能够防止或减少粉尘吸附，具有一定自洁能力，使用寿命长，适用于大型火力发电厂。
中间结构层
本发明的玻璃钢烟囱，优选的中间结构层2包括至少一个结构亚层20，如图3所示，自所述烟囱的内部至外部，所述结构亚层20包括：
结构单层A21-结构单层B22-结构单层C23-结构单层D24，
其中，结构单层A21为喷射纱层或单向布层；
结构单层B22为无或环向缠绕层；
结构单层C23为喷射纱层或单向布层；
结构单层D24为环向缠绕层；
并且当结构单层A21为喷射纱层时，结构单层C23为单向布层；或结构单层A21为单向布层时，结构单层C23为喷射纱层。
本发明的中间结构层2的厚度为8-50mm。在另一优选例中，中间结构层2的厚度为8-18mm,19-24mm或25-50mm。
在另一优选例中，所述中间结构层在环向上的不同部位的厚度变化＜平均厚度的25%，较佳地，厚度变化＜平均厚度的10%，更佳地，厚度变化＜平均厚度的5%。
在所述中间结构层中，所述结构亚层的数量为2-30个，较佳地为3-20个。所述结构亚层的厚度为1.5-5mm，较佳地为2-4mm。在另一优选例中，对于同一结构亚层，其在环向上的不同部位的厚度变化＜平均厚度的30%，较佳地，厚度变化＜平均厚度的15%。
本发明中优选的结构亚层包括结构亚层1（在以下实施例中记为S1）、结构亚层2（记为S2）、结构亚层3（记为S3）、结构亚层4（记为S4）。
在结构亚层1中，结构单层A为喷射纱层，结构单层B为环向缠绕层，结构单层C为单向布层，结构单层D为环向缠绕层。
结构亚层2中，结构单层A为喷射纱层，结构单层B为无，结构单层C为单向布层，结构单层D为环向缠绕层。
结构亚层3中，结构单层A为单向布层，结构单层B为无，结构单层C为喷射纱层，结构单层D为环向缠绕层。
结构亚层4中，结构单层A为单向布层，结构单层B为环向缠绕层，结构单层C为喷射纱层，结构单层D为环向缠绕层。
在各所述结构亚层之间可以设置附加结构单层，所述附加结构单层为单向布层（在以下实施例中记为F1）、环向缠绕层（记为F2）、喷射纱层（记为F3）、表面毡层（记为F4）、或其组合。
中间结构层还包括与所述外保护层相接的最外结构单层，所述最外结构单层为喷射纱层（在以下实施例中记为Y1）或环向缠绕层（记为Y2），且所述最外结构单层与所述结构亚层之间可以设置附加结构单层，所述附加结构单层为单向布层（在以下实施例中记为F1）、环向缠绕层（记为F2）、喷射纱层（记为F3）、表面毡层（记为F4）、或其组合。
在中间结构层中，所述喷射纱层的纤维面密度为100-800g/m2，树脂含量为50wt%-80wt%，，以所述喷射纱层的总重量计。较佳地，纤维面密度为200-600g/m2，树脂含量为55wt%-75wt%，以所述喷射纱层的总重量计。
在中间结构层中，所述单向布层的纤维面密度为200-600g/m2，树脂含量为30wt%-60wt%，以所述单向布层的总重量计。较佳地，纤维面密度为250-500g/m2，树脂含量为35wt%-55wt%，以所述单向布层的总重量计。
在中间结构层中，所述环向缠绕层的纤维面密度为300-3000g/m2，树脂含量为25wt%-50wt%，以所述环向缠绕层的总重量计。较佳地纤维面密度为400-2000g/m2，树脂含量为30wt%-45wt%，以所述环向缠绕层的总重量计。
在中间结构层中，各结构单层的厚度为0.2-4mm，较佳地为0.4-3mm。在另一优选例中，所述喷射纱层的厚度为0.2-2mm，较佳地为0.5-1.5mm。在另一优选例中，所述单向布层的厚度为0.2-1mm，较佳地为0.2-0.8mm。在另一优选例中，所述环向缠绕层的厚度为0.2-1mm，较佳地为0.3-0.8mm。
在另一优选例中，各结构单层在所述玻璃钢烟囱环向上的厚度变化＜平均厚度的50%，较佳地厚度变化＜平均厚度的20%。
在制备结构亚层时，可先将玻璃纤维或玻璃纤维制品通过喷射或缠绕的方式铺设在基面上，再通过赶压排出气泡、涂覆或喷射补充树脂的方式使树脂与玻璃纤维或玻璃纤维制品均匀结合在一起，固化得到各结构单层。
另外，可采用以下方法制备结构亚层。以下以结构亚层1为例详述其优选的制备方法，包括以下步骤：
喷射纱层施工：使用喷射机，将玻璃纤维与树脂、固化剂在喷嘴处汇合，一起喷射到基面上，固化得到喷射纱层；
环向缠绕层施工：通过缠绕机控制张力10-500MPa，将浸有树脂（已混有固化剂）的缠绕纱缠绕到喷射纱层上，固化以后形成环向缠绕层；
铺设单向布层：通过缠绕机将浸有树脂（已混有固化剂）的单向布缠绕到环向缠绕层上，缠绕张力为10-500MPa，固化后得到单向布层；较佳地，采用间歇式操作工艺。
环向缠绕层施工：通过缠绕机控制张力10-500MPa，将浸有树脂（已混有固化剂）的缠绕纱缠绕到单向布层上，固化以后形成环向缠绕层。
优选采用类似的方法制备结构亚层2、结构亚层3和结构亚层4，此处不再赘述。
外保护层
如图4所示，在本发明的玻璃钢烟囱中优选的所述外保护层3包括胶衣层31，以及任选的表面毡层32和任选的网格布层33。
在另一优选例中，所述外保护层包括胶衣层和表面毡层，所述表面毡层在所述胶衣层与所述中间结构层之间。任选的，所述外保护层还包括网格布层，所述网格布层在所述表面毡层和所述胶衣层之间。
在外保护层中，胶衣层主要由树脂制成。在另一优选例中，所述胶衣层由间苯型不饱和聚酯树脂制成。在另一优选例中，所述胶衣层的厚度为0.1-1.5mm，较佳地，厚度为0.15-0.6mm。
在外保护层中，所述表面毡层的纤维面密度为20-800g/m2，树脂含量为80wt%-98wt%，以所述表面毡层的总重量计。在另一优选例中，所述表面毡层的纤维面密度为20-50g/m2。在另一优选例中，所述表面毡层的纤维面密度为200-500g/m2。在另一优选例中，所述表面毡层的树脂含量为85wt%-95wt%，以所述表面毡层的总重量计。在另一优选例中，所述表面毡层的纤维面密度为20-500g/m2。在另一优选例中，所述表面毡层的厚度为0.1-1.5mm，较佳地，厚度为0.15-0.6mm。
在外保护层中，任选的所述网格布层的纤维面密度为30-100g/m2，树脂含量为50wt%-95wt%，以所述网格布层的总重量计。较佳地，所述网格布层的纤维面密度为50-80g/m2。较佳地，所述网格布层的树脂含量为60wt%-85wt%，以所述网格布层的总重量计。
在制备外保护层时，可先将表面毡、任选的网格布依次通过缠绕的方式铺设在基面上，再通过赶压排出气泡、涂覆或喷射补充树脂的方式使树脂与上述纤维制品均匀结合在一起，固化得到所述表面毡层、任选的网格布层，最外的树脂胶衣形成所述胶衣层。
或者，先在基面上铺设表面毡层，任选在表面毡层上进行网格布层施工，最后涂覆树脂胶衣形成胶衣层。各结构单层的具体施工方式如前所述。
本文中，厚度是指随机选取25个测量点测得的厚度的平均值，例如，中间结构层的厚度t是在中间结构层上随机选取25个测量点，计算25个测得的厚度的平均值，得到中间结构层的厚度t。
本发明提到的上述特征，或实施例提到的特征可以任意组合。本案说明书所揭示的所有特征可与任何组合物形式并用，说明书中所揭示的各个特征，可以被任何提供相同、均等或相似目的的替代性特征取代。因此除有特别说明，所揭示的特征仅为均等或相似特征的一般性例子。
本发明的有益之处在于：
(1)本发明的玻璃钢烟囱具有优异的耐腐蚀性能、能够防止静电积聚，杜绝雷击引起击穿、火灾等隐患的玻璃钢烟囱，且能够防止或减少粉尘吸附，具有一定自洁能力；
(2)本发明的玻璃钢烟囱整体无缝，抗渗透能力强；
(3)本发明的玻璃钢烟囱可修复性强，局部可以根据需要加工；
(4)本发明的玻璃钢烟囱无法降解，不易老化，使用寿命长；
(5)本发明的玻璃钢烟囱良好的轴向力学性能和环向力学性能；
(6)本发明的玻璃钢烟囱便于施工和质量控制；
(7)本发明的玻璃钢烟囱可适用于大型火力发电厂。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数按重量计算。
除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
通用方法
在以下实施例中，采用以下方法制备各结构单层：
基面处理：当基面为模具时，清理模具表面，涂装脱模剂，铺设塑料薄膜；当基面为结构单层时，机械打磨表面，清理浮灰、涂装脱模剂，铺设塑料薄膜；
单向布层：通过缠绕机将浸有树脂（已混有固化剂过氧化甲乙酮）的单向布缠绕到基面上，缠绕张力为100-200MPa，固化后得到单向布层。
环向缠绕层：通过缠绕机控制张力100-200MPa将浸有树脂（已混有过氧化甲乙酮、异辛酸钴）的缠绕纱缠绕到基面上，固化以后形成环向缠绕层。缠绕纱的缠绕角度为80-90度。
喷射纱层：使用喷射机，将玻璃纤维与树脂（含异辛酸钴）、固化剂过氧化甲乙酮在喷嘴处汇合，一起喷射到基面上，去除气泡，固化得到喷射纱层。
表面毡层：将浸有树脂（已混有固化剂过氧化甲乙酮）的表面毡缠绕到基面上，缠绕张力为100-200MPa，固化以后形成表面毡层。
网格布层：将浸有树脂（已混有固化剂过氧化甲乙酮）的网格布缠绕到基面上，缠绕张力为100-200MPa，固化以后形成网格布层。
碳纤维毡层：通过缠绕机采用连续缠绕工艺将浸有树脂（已混有固化剂过氧化甲乙酮）的碳纤维毡缠绕到基面上，缠绕张力为100-200MPa，固化以后形成碳纤维毡层。
以上各结构单层中使用的树脂是化学阻燃型环氧乙烯基酯树脂DERAKANEMOM510C-350HOI或者DSM公司生产化学阻燃型环氧乙烯基酯树脂Atlac750。各种玻璃纤维或玻璃纤维制品由重庆国际复合材料有限公司由欧文斯科宁公司提供。
胶衣层：将间苯型不饱和聚酯树脂胶衣（已混有固化剂过氧化甲乙酮）涂覆在基面上，固化以后形成胶衣层。
此外，采用以下标准规定的方法测试各种性能。《纤维增强塑料性能试验方法总则》GB/T1446；《纤维增强塑料拉伸性能试验方法》GB/T1447；《玻璃纤维增强塑料压缩性能试验方法》GB/T1448；《玻璃纤维增强塑料弯曲性能试验方法》GB/T1449；《玻璃纤维增强塑料层间剪切强度试验方法》GB/T1450.1；《玻璃纤维增强塑料冲压式剪切强度试验方法》GB/T1450.2；《玻璃纤维增强热固性塑料耐化学介质性能试验方法》GB/T3857；《导电和抗静电纤维增强塑料电阻率试验方法》GB/T15738-2008；《玻璃纤维增强塑料燃烧性能试验方法》GB/T8924-88；《玻璃纤维增强塑料老化性能试验方法》GB/T2573；《建筑结构荷载规范》GB50009-2001。
实施例1
本实施例的玻璃钢烟囱，包括内衬功能层、中间结构层和外保护层，直径为9米。
其中，内衬功能层由内向外由碳纤维毡层、表面毡层、喷射纱层和网格布层构成，厚度为1.86mm。
中间结构层由内向外结构为S1-S2-S1-F1-F2-S1-S3-S1-F1-S1-S1-F2-S1-S1-S4-S2，中间结构层的总厚度为26.5mm。
外保护层由内向外由表面毡层和胶衣层构成，总厚度为0.52mm。
实施例2
本实施例的玻璃钢烟囱，包括内衬功能层、中间结构层和外保护层，直径为7.2米。
其中，内衬功能层由内向外由碳纤维毡层、表面毡层和喷射纱层构成，厚度为1.5mm。
中间结构层由内向外结构为S1-S1-F1-S1-S2-F1-F2-S1-S4，中间结构层的总厚度为16.5mm。
外保护层为胶衣层，厚度为0.25mm。
实施例3
本实施例的玻璃钢烟囱，包括内衬功能层、中间结构层和外保护层，直径为7.5米。
其中，内衬功能层由内向外由碳纤维毡层、表面毡层、喷射纱层和网格布层构成，厚度为1.9mm。
中间结构层由内向外结构为S1-S2-S1-F1-F2-S3-F1-F2-S1-Y2，中间结构层的总厚度为17.5mm。
外保护层由内向外由表面毡层和胶衣层构成，总厚度为0.5mm。
实施例4
本实施例的玻璃钢烟囱，包括内衬功能层、中间结构层和外保护层，直径为8.5米。
其中，内衬功能层由内向外由碳纤维毡层、表面毡层和喷射纱层构成，厚度为1.46mm。
中间结构层结构为S1-S1-S1-F1-F2-S1-S1-S1-S2-S4-Y1，总厚度为18.8mm。
外保护层由内向外由表面毡层、网格布层和胶衣层构成，厚度为0.66mm。
实施例5
本实施例的玻璃钢烟囱，包括内衬功能层、中间结构层和外保护层，直径为7.2米。
其中，内衬功能层由内向外由碳纤维毡层、网格布层、表面毡层、喷射纱层和网格布层构成，厚度为2.04mm。
中间结构层由内向外结构为S1-S1-S2-F1-F2-S1-S3-S2-F1-F2-S1-S4，中间结构层的总厚度为21.5mm。
外保护层由内向外由表面毡层和胶衣层构成，厚度为0.55mm。
实施例6
本实施例的玻璃钢烟囱，包括内衬功能层、中间结构层，直径为10米。
其中，内衬功能层由内向外由碳纤维毡层、表面毡层、喷射纱层和网格布层构成，厚度为1.86mm。
中间结构层由内向外结构为S1-S1-S1-F1-F2-S1-S3-S1-F1-F2-S1-S1-Y2，中间结构层的总厚度为20.5mm。
实施例7
本实施例的玻璃钢烟囱，包括内衬功能层、中间结构层和外保护层，直径为9.2米。
其中，内衬功能层由内向外由碳纤维毡层、网格布层、表面毡层、喷射纱层和网格布层构成，厚度为2.1mm。
中间结构层结构为S1-S1-S2-F1-F2-S1-S1-S1-F4-S3-S1-S2-S4-Y1，总厚度为24.8mm。
外保护层由内向外由表面毡层、网格布层和胶衣层构成，厚度为0.64mm。
实施例8
本实施例的玻璃钢烟囱，包括内衬功能层、中间结构层和外保护层，直径为8.2米。
其中，内衬功能层由内向外由碳纤维毡层、表面毡层和喷射纱层构成，厚度为1.56mm。
中间结构层由内向外结构为S1-S1-S2-F1-F2-S1-S1-S2-F1-S1-F2-S1-S1-F2-S2-S1-S4-S1-S1-Y1，中间结构层的总厚度为32.5mm。
外保护层由内向外由表面毡层和胶衣层构成，厚度为0.5mm。
实施例9
将实施例5制备的高度为240m的一个玻璃钢烟囱(直径7.2米)作为烟囱内筒，悬吊在钢筋混凝土外筒的顶部，在某大型火力发电厂中作为烟囱对其功能性和力学性能进行考察。
一年后，玻璃钢烟囱整体无缝，未出现开裂、渗漏、脱落、成片起鼓、老化等问题，完整性好。可以防止静电积聚，导电，可避免雷击引起火灾或击穿，内部吸附的粉尘少。且未发现明显腐蚀，耐腐蚀性好。能够承受轴向上巨大的重力荷载，也满足环向力学性能要求。
实施例10
经检测，实施例1-8制备的玻璃钢烟囱的环向拉伸强度大于235MPa，模量大于19.0GPa，轴向拉伸强度大于110MPa，模量大于12.5GPa；环向弯曲强度大于250MPa，模量大于18.0GPa，轴向弯曲强度大于140MPa，模量大于11.0GPa；环向压缩强度大于260MPa，模量大于12.0GPa，轴向压缩强度大于200MPa，模量大于9.0GPa。
结果表明，本发明的玻璃钢烟囱不仅在环向上，而且在轴向上均可以满足对大型火力发电厂烟囱力学性能的要求，可以用于大型火力发电厂的烟囱。
对比例1-2
在研制过程中，发明人还制作测试了具有其他内衬功能层结构的玻璃钢烟囱。
对比例1玻璃钢烟囱的结构与实施例2基本相同，不同之处在于内衬功能层由内向外由表面毡层和喷射纱层构成。
对比例2玻璃钢烟囱的结构与实施例3基本相同，不同之处在于内衬功能层由内向外由表面毡层、喷射纱层和网格布层构成。
对比例3玻璃钢烟囱的结构与实施例2基本相同，不同之处在于内衬功能层由内向外由表面毡层和喷射纱层构成，且中间结构层中缺乏喷射纱层。
对比例4玻璃钢烟囱的结构与实施例3基本相同，不同之处在于内衬功能层由内向外由表面毡层、喷射纱层和网格布层构成，且中间结构层中缺乏单向布层。
对比例5玻璃钢烟囱的结构与实施例2基本相同，不同之处在于内衬功能层由内向外由表面毡层和喷射纱层构成，且中间结构层的环向缠绕层中缠绕纱缠绕角度为20度。
表1对比例和实施例的玻璃钢烟囱的中间结构层结构和性能比较结果
| 抗压性能 | 抗拉性能 | 抗弯性能 | 导电性 | 吸灰性 | |
| 对比例1 | 9 | 9 | 9 | 2 | 5 |
| 对比例2 | 10 | 9 | 9 | 2 | 5 |
| 对比例3 | 4 | 10 | 5 | 2 | 5 |
| 对比例4 | 6 | 7 | 5 | 2 | 5 |
| 对比例5 | 5 | 5 | 5 | 2 | 5 |
| 实施例1 | 10 | 9 | 9 | 10 | 10 |
| 实施例2 | 9 | 9 | 9 | 10 | 10 |
| 实施例3 | 10 | 9 | 9 | 10 | 10 |
| 实施例4 | 10 | 10 | 9 | 10 | 10 |
| 实施例5 | 10 | 9 | 9 | 10 | 10 |
| 实施例6 | 10 | 10 | 9 | 10 | 10 |
| 实施例7 | 9 | 10 | 9 | 10 | 10 |
| 实施例8 | 10 | 10 | 9 | 10 | 10 |
表2评分标准
采用表2的标准，对实施例1-8和对比例1-5制备的玻璃钢烟囱的性能进行评价，结果表明，与对比例1-5制备的玻璃钢烟囱相比，采用本发明的具有新型内衬功能层结构玻璃钢烟囱，具有良好的导电性，可以防止静电积聚，防止吸附，减少吸灰，杜绝雷击等引起的击穿、火灾等安全隐患，满足大型火力发电厂对烟囱的要求，可以适用于大型火力发电厂。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (11)
1.一种玻璃钢烟囱，其特征在于，所述玻璃钢烟囱包括内衬功能层，自所述玻璃钢烟囱的内部至外部，所述内衬功能层包括：
碳纤维毡层-表面毡层-喷射纱层；其中
所述碳纤维毡层的纤维面密度为10-30g/m2，树脂含量为80wt％-99wt％，以所述碳纤维毡层的总重量计；
所述表面毡层的纤维面密度为15-50g/m2，树脂含量为80wt％-98wt％，以所述表面毡层的总重量计；以及
所述喷射纱层的纤维面密度为100-800g/m2，树脂含量为65wt％-90wt％，以所述喷射纱层的总重量计。
2.如权利要求1所述的玻璃钢烟囱，其特征在于，所述内衬层还包括网格布层，所述网格布层设置在所述碳纤维毡层和所述表面毡层之间；和/或
所述网格布层设置在所述喷射纱层外。
3.如权利要求1所述的玻璃钢烟囱，其特征在于，所述碳纤维毡层的纤维面密度为12-25g/m2，或树脂含量为85wt％-98wt％，以所述碳纤维毡层的总重量计。
4.如权利要求1所述的玻璃钢烟囱，其特征在于，所述表面毡层的纤维面密度为20-40g/m2，或树脂含量为85wt％-95wt％，以所述表面毡层的总重量计。
5.如权利要求1所述的玻璃钢烟囱，其特征在于，所述喷射纱层的纤维面密度为200-500g/m2，或树脂含量为70wt％-85wt％，以所述喷射纱层的总重量计。
6.如权利要求2所述的玻璃钢烟囱，其特征在于，所述网格布层的纤维面密度为30-100g/m2，树脂含量为50wt％-95wt％，以所述网格布层的总重量计。
7.如权利要求1-6任一项所述的玻璃钢烟囱，其特征在于，所述玻璃钢烟囱还包括中间结构层，设置在所述内衬功能层外，所述中间结构层包括至少一个结构亚层，自所述玻璃钢烟囱的内部至外部，所述结构亚层包括：
结构单层A-结构单层B-结构单层C-结构单层D，
其中，结构单层A为喷射纱层或单向布层；
结构单层B为无或环向缠绕层；
结构单层C为喷射纱层或单向布层；
结构单层D为环向缠绕层；
并且当结构单层A为喷射纱层时，结构单层C为单向布层；或结构单层A为单向布层时，结构单层C为喷射纱层。
8.如权利要求7所述的玻璃钢烟囱，其特征在于，所述玻璃钢烟囱包括设置在所述中间结构层外的外保护层，所述外保护层包括胶衣层，表面毡层以及网格布层。
9.如权利要求1-8任一项所述的玻璃钢烟囱的制备方法，其特征在于，所述方法包括提供内衬功能层的步骤：
采用以下步骤制备所述内衬功能层：
(i)提供一基面；
(ii)在所述基面的外周铺设所述碳纤维毡层；
(iii)在所述碳纤维毡层的外周铺设所述表面毡层；
(iv)在所述表面毡层外周铺设所述喷射纱层。
10.如权利要求9所述的玻璃钢烟囱的制备方法，其特征在于，
采用以下步骤制备所述内衬功能层：
(i)提供一基面；
(ii)在所述基面的外周铺设所述碳纤维毡层；
(iii)在所述碳纤维毡层的外周铺设网格布层；
(iv)在所述网格布层的外周铺设所述表面毡层；
(iv)在所述表面毡层外周铺设所述喷射纱层。
11.一种烟囱，包括烟囱外筒和烟囱内筒，其特征在于，所述烟囱内筒为1-4个如权利要求1-8任一项所述的玻璃钢烟囱。
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