CN105440623B - 一种树脂复合材质的灌溉渠道分水闸及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种树脂复合材质的灌溉渠道分水闸及其制备方法，属树脂复合材质分水闸制备领域。本发明以不饱和聚酯树脂作为基体材料，过氧化甲乙酮为引发剂，玻璃纤维作为增强材料，碳酸钙为填料，经加热模压而制备成树脂复合材质的灌溉渠道分水闸，本发明制备的灌溉渠道分水闸具有结构简单、重量轻、耐腐蚀，生产制造成本低的特点，解决了现有木质分水闸板使用年限短，金属材质的分水闸门不仅易锈蚀，且生产制造成本高，同时由于地处野外，极易被不法分子盗窃变卖，即会造成损失，也会影响水利设施的正常使用；以及钢筋混凝土材质的分水闸门易断裂，且重量大，导致闸门的启闭操作显得十分不便的问题；对农田水利建设具有积极的推广意义。

Description

一种树脂复合材质的灌溉渠道分水闸及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种树脂复合材质的灌溉渠道分水闸及其制备方法，属树脂复合材质分水闸制备领域。

背景技术

在我国农田水利建设当中，为大力推广农田的节水灌溉都修筑有防渗渠道。防渗渠道与支渠的结合处通常都安装有分水闸板，以调节和控制农田的灌溉水位。目前的分水闸板按材质可分为木质、金属材质和钢筋混凝土材质；木质分水闸板使用年限短，金属材质的分水闸门不仅易锈蚀，且生产制造成本高，同时由于地处野外，极易被不法分子盗窃变卖，即会造成损失，也会影响水利设施的正常使用；钢筋混凝土材质的分水闸门易断裂，且重量大，导致闸门的启闭操作显得十分不便。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种结构简单、重量轻，耐锈蚀、闸门启闭操作方便、生产制造成本低，以有效解决现有闸门易被不法分子盗窃变卖，即会造成损失，也会影响水水利设施正常使用问题的树脂复合材质的灌溉渠道分水闸及其制备方法。

本发明的技术方案是：

一种树脂复合材质的灌溉渠道分水闸，其特征在于：它是由下述重量百分比的材料制成的：

不饱和聚酯树脂 15—25%

过氧化甲乙酮 0.2—0.5%

玻璃纤维丝 2—5%

重质碳酸钙 65—75%

苯乙烯 3—5%

硬脂酸 1—2%

上述树脂复合材质的灌溉渠道分水闸的制备方法包括以下步骤：

1）、首先将模具清理干净，然后烘干并将脱模油涂刷在其表面，备用；

2）、按照配比准确计量称取各组分；

3）、将重质碳酸钙与玻璃纤维丝进行混合并搅拌，搅拌时间为30min，使其充分混合均匀制备成混合物；搅拌时间为30min的目的是防止玻璃纤维丝断裂而影响产品的整体强度，首先重质碳酸钙与玻璃纤维丝进行混合的目的是防止在后序搅拌中玻璃纤维丝结团；

4）、将不饱和聚酯树脂、苯乙烯和硬脂酸混合，然后加入过氧化甲乙酮并搅拌均匀制备成混合液；

5）、将步骤4）的混合液加入至步骤3）的混合物中并搅拌均匀，然后放入至压力机的模具中，在温度150—170℃、压力22—25MPa的条件下将分水闸的各部件分别压制成型，压制成型的时间为3—5分钟；

6）、分水闸的各部件分别压制成型完成后，将各部件分别分别进行脱模和修边，在对各部件进行组装，得分水闸成品。

所述的树脂复合材质的灌溉渠道分水闸，它是由下述重量份的材料制成的：

不饱和聚酯树脂 18—22%

过氧化甲乙酮 0.3—0.5%

玻璃纤维丝 3—5%

重质碳酸钙 65—70%

苯乙烯 4—5%

硬脂酸 1.2—1.8%

所述的树脂复合材质的灌溉渠道分水闸，它是由下述重量份的材料制成的：

不饱和聚酯树脂 20%

过氧化甲乙酮 0.4%

玻璃纤维丝 4%

重质碳酸钙 69%

苯乙烯 5%

硬脂酸 1.6%

所述树脂复合材质的灌溉渠道分水闸包括闸板和闸板框，闸板活动安装在闸板框上，闸板框为一矩形体，闸板框上设置有过水孔，过水孔一侧的闸板框上设置有衔接管，过水孔另一侧的闸板框上通过销钉活动安装有闸板，闸板一侧的过水孔沿口上设置有闸板限位台，闸板与闸板限位台接触连接。

所述的闸板限位台呈圆弧形。

所述的闸板上设置有操作柄。

本发明的有益效果在于：

本发明制备的灌溉渠道分水闸具有结构简单、重量轻、耐腐蚀，生产制造成本低的特点，解决了现有木质分水闸板使用年限短，金属材质的分水闸门不仅易锈蚀，且生产制造成本高，同时由于地处野外，极易被不法分子盗窃变卖，即会造成损失，也会影响水利设施的正常使用；以及钢筋混凝土材质的分水闸门易断裂，且重量大，导致闸门的启闭操作显得十分不便的问题；对农田水利建设具有积极的推广意义。

为验证不饱和聚酯树脂、苯乙烯、玻璃纤维丝对树脂复合材质的力学性能的影响，从而优选出最佳配比。本申请对不饱和聚酯树脂、苯乙烯、玻璃纤维丝的用量进行了实验，结果如下（实验中为计算方便，均采用质量分数进行计算。）：

不饱和聚酯树脂用量的实验：

对于不饱和聚酯树脂材料，理论上树脂用量越多，其强度越高，但其成本也越高，因此，应在满足力学性能及操作方便的前提下尽可能降低成本。初次实验时，选取不饱和聚酯树脂用量为30%，过氧化甲乙酮为不饱和聚酯树脂用量的2%，硬脂酸用量为1%～2%，然后依次减少不饱和聚酯树脂用量进行实验，根据力学性能测试结果来确定最佳不饱和聚酯树脂用量。各配方及实验结果见表1不同不饱和聚酯树脂用量及结果、图1不饱和聚酯树脂的抗折抗压强度曲线图；

表1 不同不饱和聚酯树脂用量及结果

降低时，抗折抗压强度呈现先减小后增大再减小的趋势，分析其原因为：当不饱和聚酯树脂用量较高时，如用量为25%与30%时，不饱和聚酯树脂与重钙粉搅拌后的混合物料较稀，具有一定的流动性，能在容器中自流平（见图2），因此物料入模加压时，在压力的作用下物料会从模具的缝隙处流出，所施加的压力并未使物料内部结构变得密实，其强度仅为不饱和聚酯树脂在自然状态下交联后产生的强度，因此此时试样的强度随着不饱和聚酯树脂用量的减少而降低；当不饱和聚酯树脂用量逐渐减少时，混合物料的流动性也随之降低，直至不再流动，但能粘接成团，可以挤压成各种形状，具有较好的可塑性（见图3），此时在模具中加压就可使物料变得紧密，内部无气泡等，因此强度大大增加，在不饱和聚酯树脂用量为20%时达到峰值；不饱和聚酯树脂用量继续降低，物料的可塑性也继续降低，直至变为粉末状（见图4），虽然加压后内部仍然致密，但由于不饱和聚酯树脂用量减少，因此强度也逐渐降低。

综上分析，不饱和聚酯树脂用量过高或者过低均无法达到最高强度，用量过高时成本较高，混合料流动性好，易粘连在容器及模具上，不利于操作；用量过低则混合料为粉末状，入模时容易造成浪费，因此据表1结果，选取不饱和聚酯树脂最佳用量为20%。

苯乙烯用量的实验

不饱和聚酯树脂基体材料是影响复合材料性能的一个重要因素。本实验通过控制加入不饱和聚酯树脂中苯乙烯的含量来考察复合材料的性能。纯不饱和聚酯树脂的粘度较大，搅拌时不易搅拌均匀，同时使用纯不饱和树脂制作试样在入模加热后表面会迅速固化，而内部还未固化，严重影响了复合材料性能，因此加入适量的苯乙烯可以有效解决这些问题。苯乙烯加入不饱和树脂中，一方面可以作为交联剂，提高符合材料性能，另一方面也起到稀释的作用。

实验中依次加入不饱和聚酯树脂用量5%、10%、15%、20%、25%、30%的苯乙烯。经过实验发现随着苯乙烯加入量的增大，不饱和聚酯树脂与苯乙烯混合越来越困难，加入量达到30%时，两者混合后会发生分层现象（见图5），不易搅匀；且苯乙烯用量过多时，在入模加压后会有部分苯乙烯在压力作用下由模具缝隙中溢出，造成了浪费，也影响了复合材料的性能，同时固化时间也会延长约一倍。因此，经过实验确定，当苯乙烯加入量为树脂用量的25%时，既有利于施工，又合理的控制了固化时间。

玻璃纤维掺量的实验

据不饱和聚酯树脂用量的实验可以发现，复合材料的抗压强度均能满足要求，但抗折强度较低，因此加入玻璃纤维丝来提高其抗折强度。对固化完全后的复合材料切割后进行弯曲测试，实验结果见表2和图6；

表2 不同玻璃纤维含量的配比及实验结果

结合表2和图6可以看出，使用玻璃纤维丝增强不饱和聚酯树脂复合材料时，随着玻璃纤维用量的不断增加，复合材料测试样品的弯曲强度也随之增加。用纯不饱和聚酯树脂制作的试样的弯曲强度仅为6.3MPa，当加入6%的玻璃纤维丝后，复合材料的弯曲强度达到了19.4MPa，约为纯不饱和树脂试样的弯曲强度的3倍。当玻璃纤维丝用量小于6%时，复合材料试样的弯曲强度随着玻璃纤维丝含量的增加而迅速增加，这是因为玻璃纤维丝含量较低，其厚度和疏密程度适中，与树脂的浸润相对较为容易，利于成型过程中树脂的流动，从而较小材料成型时的内部应力，故而复合材料的弯曲强度迅速增加。

当玻璃纤维丝含量为6%时，复合材料的弯曲强度达到最大值，随着纤维含量的增加，复合材料的弯曲强度反而降低，可能是由于玻璃纤维丝用量过多，不饱和聚酯树脂不能充分浸润玻璃纤维表面，导致缺胶现象的发生。观察固化成型后复合材料表面，可发现当玻璃纤维丝含量高于6%时，材料表面有较多白色的纤维束，可能是玻璃纤维丝与不饱和树脂基体之间的浸润不充分，因为搅拌过程中玻璃纤维丝会大量吸附不饱和树脂，导致部分玻璃纤维丝浸润充分，而另一部分则无不饱和树脂浸润，浸润的玻璃纤维丝与未浸润的玻璃纤维丝分别成团，导致搅拌不均匀，当复合材料施加荷载时，由于界面结合较差，导致了复合材料机械强度的降低。

当玻璃纤维丝用量为4%时，抗折强度已达到了15.7MPa，超过了标准要求值（14.0MPa），因此选择玻璃纤维丝用量为4%，即以不饱和树脂20%，苯乙烯5%，玻璃纤维丝4%，重钙粉69%，过氧化甲乙酮0.4%，硬脂酸1.6%为最优配比，然后用此配比制作试样，测试抗压强度，其抗压强度结果为108.2MPa，远超过标准要求，说明此配比是可行的。

热老化实验：

按照不饱和树脂20%，苯乙烯5%，玻璃纤维丝4%，重钙粉69%，过氧化甲乙酮0.4%，硬脂酸1.6%的配比，制作切割一块试样进行热老化实验。

将试样放入恒温干燥箱，设置温度为80℃，并记录放入时间，经过7天后，取出试样，冷却24h，然后进行抗折试验。经测试，经过热老化实验后的试样的抗折强度为15.7MPa，其抗折强度不变，符合要求。

通过实验表明，苯乙烯用量为5%时，不饱和树脂的流动性好，既有利于施工又能保证纤维充分浸润，保证了复合材料的机械性能优良；玻璃纤维丝用量为4%时，复合材料的抗折强度为15.7MPa，抗压强度为108.2MPa；经过热老化实验，抗折强度不变，满足要求。所以优选后的配比为：不饱和树脂20%，苯乙烯5%，玻璃纤维丝4%，重钙粉69%，过氧化甲乙酮0.4%，硬脂酸1.6%。

附图说明

图1为本发明不同配比的不饱和聚酯树脂的抗折抗压强度曲线图；

图2为本发明实验过程中不饱和聚酯树脂用量为30%时混合料的实况图；

图3为本发明实验过程中不饱和聚酯树脂用量为20%时混合料的实况图；

图4为本发明实验过程中不饱和聚酯树脂用量为15%时混合料的实况图；

图5为本发明实验过程中不饱和聚酯树脂与苯乙烯混合后的分层现象实况图（上部为苯乙烯，下部为不饱和聚酯树脂）；

图6为本发明实验过程中不同玻璃纤维含量的抗折强度对比图；

图7为本发明分水闸的主视立体结构示意图；

图8为本发明分水闸的后视立体结构示意图。

图中：1、闸板，2、闸板框，3、过水孔，4、衔接管，5、销钉，6、操作柄，7、闸板限位台。

具体实施方式

实施例1：

首先按下述重量份配比称取各原料：不饱和聚酯树脂 25、过氧化甲乙酮0.5、玻璃纤维丝2、重质碳酸钙65、苯乙烯3、硬脂酸2。

将模具清理干净，然后烘干并将脱模油涂刷在其表面，备用。将重质碳酸钙与玻璃纤维丝进行混合并搅拌，搅拌时间为30min，使其充分混合均匀制备成混合物；搅拌时间为30min的目的是防止玻璃纤维丝断裂而影响产品的整体强度，首先重质碳酸钙与玻璃纤维丝进行混合的目的是防止在后序搅拌中玻璃纤维丝结团。将不饱和聚酯树脂、苯乙烯和硬脂酸混合，然后加入过氧化甲乙酮并搅拌均匀制备成混合液。混合液加入至混合物中并搅拌均匀，然后放入至压力机的模具中，在温度150℃、压力22MPa的条件下将分水闸的各部件分别压制成型，压制成型的时间为3分钟。分水闸的各部件分别压制成型完成后，将各部件分别分别进行脱模和修边，在对各部件进行组装，得分水闸成品。

分水闸包括闸板1和闸板框2，闸板1活动安装在闸板框2上，闸板框2为一矩形体，闸板框2上设置有过水孔3，过水孔3一侧的闸板框2上设置有衔接管4，过水孔3另一侧的闸板框2上通过销钉5活动安装有闸板1，闸板1上设置有操作柄6。闸板1一侧的过水孔3沿口上设置有圆弧形的闸板限位台7， 闸板1与闸板限位台7接触连接。

实施例2：

按下述重量份配比称取各原料：不饱和聚酯树脂 15、过氧化甲乙酮0.2、玻璃纤维丝4、重质碳酸钙75、苯乙烯5、硬脂酸1。

将模具清理干净，然后烘干并将脱模油涂刷在其表面，备用。将重质碳酸钙与玻璃纤维丝进行混合并搅拌，搅拌时间为30min，使其充分混合均匀制备成混合物；搅拌时间为30min的目的是防止玻璃纤维丝断裂而影响产品的整体强度，首先重质碳酸钙与玻璃纤维丝进行混合的目的是防止在后序搅拌中玻璃纤维丝结团。将不饱和聚酯树脂、苯乙烯和硬脂酸混合，然后加入过氧化甲乙酮并搅拌均匀制备成混合液。混合液加入至混合物中并搅拌均匀，然后放入至压力机的模具中，在温度170℃、压力23MPa的条件下将分水闸的各部件分别压制成型，压制成型的时间为4分钟。分水闸的各部件分别压制成型完成后，将各部件分别分别进行脱模和修边，在对各部件进行组装，得分水闸成品。

分水闸包括闸板1和闸板框2，闸板1活动安装在闸板框2上，闸板框2为一矩形体，闸板框2上设置有过水孔3，过水孔3一侧的闸板框2上设置有衔接管4，过水孔3另一侧的闸板框2上通过销钉5活动安装有闸板1，闸板1上设置有操作柄6。闸板1一侧的过水孔3沿口上设置有圆弧形的闸板限位台7， 闸板1与闸板限位台7接触连接。

实施例3：

按下述重量份配比称取各原料：不饱和聚酯树脂 18、过氧化甲乙酮0.3、玻璃纤维丝3、重质碳酸钙70、苯乙烯4、硬脂酸1.2。

将模具清理干净，然后烘干并将脱模油涂刷在其表面，备用。将重质碳酸钙与玻璃纤维丝进行混合并搅拌，搅拌时间为30min，使其充分混合均匀制备成混合物；搅拌时间为30min的目的是防止玻璃纤维丝断裂而影响产品的整体强度，首先重质碳酸钙与玻璃纤维丝进行混合的目的是防止在后序搅拌中玻璃纤维丝结团。将不饱和聚酯树脂、苯乙烯和硬脂酸混合，然后加入过氧化甲乙酮并搅拌均匀制备成混合液。混合液加入至混合物中并搅拌均匀，然后放入至压力机的模具中，在温度170℃、压力25MPa的条件下将分水闸的各部件分别压制成型，压制成型的时间为4分钟。分水闸的各部件分别压制成型完成后，将各部件分别分别进行脱模和修边，在对各部件进行组装，得分水闸成品。

分水闸包括闸板1和闸板框2，闸板1活动安装在闸板框2上，闸板框2为一矩形体，闸板框2上设置有过水孔3，过水孔3一侧的闸板框2上设置有衔接管4，过水孔3另一侧的闸板框2上通过销钉5活动安装有闸板1，闸板1上设置有操作柄6。闸板1一侧的过水孔3沿口上设置有圆弧形的闸板限位台7， 闸板1与闸板限位台7接触连接。

实施例4：

按下述重量份配比称取各原料：不饱和聚酯树脂22、过氧化甲乙酮0.5、玻璃纤维丝5、重质碳酸钙70、苯乙烯5、硬脂酸1.8。

将模具清理干净，然后烘干并将脱模油涂刷在其表面，备用。将重质碳酸钙与玻璃纤维丝进行混合并搅拌，搅拌时间为30min，使其充分混合均匀制备成混合物；搅拌时间为30min的目的是防止玻璃纤维丝断裂而影响产品的整体强度，首先重质碳酸钙与玻璃纤维丝进行混合的目的是防止在后序搅拌中玻璃纤维丝结团。将不饱和聚酯树脂、苯乙烯和硬脂酸混合，然后加入过氧化甲乙酮并搅拌均匀制备成混合液。混合液加入至混合物中并搅拌均匀，然后放入至压力机的模具中，在温度170℃、压力24MPa的条件下将分水闸的各部件分别压制成型，压制成型的时间为5分钟。分水闸的各部件分别压制成型完成后，将各部件分别分别进行脱模和修边，在对各部件进行组装，得分水闸成品。

分水闸包括闸板1和闸板框2，闸板1活动安装在闸板框2上，闸板框2为一矩形体，闸板框2上设置有过水孔3，过水孔3一侧的闸板框2上设置有衔接管4，过水孔3另一侧的闸板框2上通过销钉5活动安装有闸板1，闸板1上设置有操作柄6。闸板1一侧的过水孔3沿口上设置有圆弧形的闸板限位台7， 闸板1与闸板限位台7接触连接。

实施例5：

按下述重量份配比称取各原料：不饱和聚酯树脂20、过氧化甲乙酮0.4、玻璃纤维丝4、重质碳酸钙69、苯乙烯5、硬脂酸1.6。

将模具清理干净，然后烘干并将脱模油涂刷在其表面，备用。将重质碳酸钙与玻璃纤维丝进行混合并搅拌，搅拌时间为30min，使其充分混合均匀制备成混合物；搅拌时间为30min的目的是防止玻璃纤维丝断裂而影响产品的整体强度，首先重质碳酸钙与玻璃纤维丝进行混合的目的是防止在后序搅拌中玻璃纤维丝结团。将不饱和聚酯树脂、苯乙烯和硬脂酸混合，然后加入过氧化甲乙酮并搅拌均匀制备成混合液。混合液加入至混合物中并搅拌均匀，然后放入至压力机的模具中，在温度170℃、压力25MPa的条件下将分水闸的各部件分别压制成型，压制成型的时间为5分钟。分水闸的各部件分别压制成型完成后，将各部件分别分别进行脱模和修边，在对各部件进行组装，得分水闸成品。

分水闸包括闸板1和闸板框2，闸板1活动安装在闸板框2上，闸板框2为一矩形体，闸板框2上设置有过水孔3，过水孔3一侧的闸板框2上设置有衔接管4，过水孔3另一侧的闸板框2上通过销钉5活动安装有闸板1，闸板1上设置有操作柄6。闸板1一侧的过水孔3沿口上设置有圆弧形的闸板限位台7， 闸板1与闸板限位台7接触连接。

Claims (1)

1.一种树脂复合材质的灌溉渠道分水闸，其特征在于：它是由下述重量份的材料制成的：

不饱和聚酯树脂 20%

过氧化甲乙酮 0.4%

玻璃纤维丝 4%

重质碳酸钙 69%

苯乙烯 5%

硬脂酸 1.6%

上述树脂复合材质的灌溉渠道分水闸的制备方法包括以下步骤：

1）、首先将模具清理干净，然后烘干并将脱模油涂刷在其表面，备用；

2）、按照配比准确计量称取各组分；

3）、将重质碳酸钙与玻璃纤维丝进行混合并搅拌，搅拌时间为30min，使其充分混合均匀制备成混合物；搅拌时间为30min的目的是防止玻璃纤维丝断裂而影响产品的整体强度，首先重质碳酸钙与玻璃纤维丝进行混合的目的是防止在后序搅拌中玻璃纤维丝结团；

4）、将不饱和聚酯树脂、苯乙烯和硬脂酸混合，然后加入过氧化甲乙酮并搅拌均匀制备成混合液；

5）、将步骤4）的混合液加入至步骤3）的混合物中并搅拌均匀，然后放入至压力机的模具中，在温度150—170℃、压力22—25MPa的条件下将分水闸的各部件分别压制成型，压制成型的时间为3—5分钟；

6）、分水闸的各部件分别压制成型完成后，将各部件分别分别进行脱模和修边，在对各部件进行组装，得分水闸成品；

所述的分水闸包括闸板（1）和闸板框（2）；闸板框（2）为一矩形体，闸板框（2）上设置有过水孔（3），过水孔（3）一侧的闸板框（2）上设置有衔接管（4），过水孔（3）另一侧的闸板框（2）上通过销钉（5）活动安装有闸板（1），闸板（1）上设置有操作柄（6）；闸板（1）一侧的过水孔沿口上设置有圆弧形的闸板限位台（7），闸板（1）与闸板限位台（7）接触连接。