CN105690789A - 玻璃钢罐筒体的一次性缠绕成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了玻璃钢罐筒体的一次性缠绕成型方法，包括步骤：在玻璃钢罐筒体的模具模具包括外壁表面为弧形、首尾相接形成整圆的四块分模具，分别为上模具、下模具、左模具和右模具；模具外壁表面设置向内凹陷、沿圆周分布的加强筋凹槽，加强筋凹槽与筒体中轴线之间的夹角为60-90°；模具按照前10-20个标准圈每分钟3-4转、剩余标准圈每分钟6-8转的速度匀速旋转；玻璃纤维与筒体中轴线之间的缠绕角为30-45°。本发明通过模具改良、工艺改进，简化工艺，将原来由四道工序才能完成的工艺改良成一次性完成；并完美地将加强肋与筒体融为一体，结合更紧密，提高筒体的环刚度，增强抗压力、抗扭曲力，极大地降低筒体变形的可能。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃钢罐体工艺领域，特别地，涉及一种玻璃钢罐筒体的一次性缠绕成型方法。
背景技术
水是人类及一切生物赖以生存的必不可少的重要物质，是工农业生产、经济发展和环境改善不可替代的极为宝贵的自然资源。水资源从广义来说是指水圈内水量的总体，对人类活动具有使用价值和经济价值的地表水和地下水，地表水可包括江河、湖泊和养殖水域等，主要的自然来源为该集水区的降水和此集水区中地表径流。世界许多地区对水的需求已经超过水资源所能负荷的程度，而我国由于人口众多，当前中国人均水资源占有量为2500立方米，约为世界人均占有量的1/4，排名百位之后，被列为人均水资源贫乏的国家之一。水利部预测，2030年中国人口将达到16亿，届时人均水资源量仅有1750立方米。我国的可利用水资源水资源供需矛盾日益尖锐。
气候条件变化使得各种水资源的时空分布不均，人们往往采用修筑水库来调蓄水源，或采用回收和处理的办法，二次利用工业用水、生活污水和自然降水，扩大可利用水资源的来源渠道。
目前可采用玻璃钢罐来回收生活污水和自然降水，玻璃钢罐以合成树脂为基体、玻璃纤维增强材料制作而成。制作方法基本为：先用人工将刮板制成的卷筒在缠绕机上成型，再将加强肋单独缠绕成型，然后在罐体内壁按每隔30-50cm开口，将成型的加强肋嵌入，并用胶粘合，达到支撑的作用。但该工艺存在问题：第一、由于加强肋和筒体是两次成型，在外部受力不均匀的情况下，很容易使加强肋与筒体发生脱离，筒体开口处也易由于压力过大而发生变形，严重可导致筒体垮塌。第二、该工艺步骤繁多，由四道工序组成。第一道工序是刮板：由员工在玻璃纤维布表面上刮平树脂，完成刮板；第二道工序是缠绕：将刮好的板卷成筒体放置在缠绕机上，让浸润树脂的玻璃纤维纱在筒体上进行缠绕固化；第三道工序是肋成型：在绕肋模具上将肋成型固化；第四道工序是粘合：将成型的加强肋嵌入到已成型的筒体内壁并上胶粘合。
中国专利CN201010526313.2提供了一种大型液化天然气储罐外壳及其施工方法，罐壁和罐顶均由内、外两层钢板中间夹混凝土层构成，罐壁处混凝土层中沿垂直方向上依次并排焊接钢筋，罐顶处的混凝土层中沿圆弧方向依次并排焊接钢筋。
CN201310372720.6提供了一种树脂基复合材料增强肋的成型方法，特别适合于最大外形尺寸在500mm以下的增强肋。待成型的增强肋包括主体和竖筋；主体的横截面为L形；竖筋呈直角三角形位于主体的中部。该成型方法的步骤为：1)制备成型模具：成型模具包括对模A、对模B和定位销；对模A和对模B均为长方体，对模A和对模B的侧面相垂直组成与增强肋的主体的横截面的尺寸一致的L形面；对模A和对模B的上表面用于成型竖筋；在对模A和对模B的上表面分别用双面胶带粘贴硅胶板；2)制备碳纤维单向无纬布预浸料，并将其中一部分碳纤维预浸料裁成宽度为1-5mm的窄条，并加捻待用；3)将步骤1)制备的对模A、对模B的侧面和上表面的硅胶板上铺叠步骤2)制备的碳纤维预浸料，铺叠厚度为待成型的增强肋厚度的1/2；将对模A、对模B连同铺层，借助定位销，装配在一起；在侧面相连的部位填充步骤2)制备的加捻后的窄条；填充后，在侧面上铺叠步骤2)制备的碳纤维预浸料，铺叠厚度为待成型的增强肋厚度的1/2；铺层完成后，在铺层的表面依次铺放带孔隔离膜、吸胶纸、透气氟布及透气毡，并用真空袋膜和密封胶条封装，放入热压罐内进行吸胶预压；泄压、降温至室温后，除去真空袋膜、透气毡、透气氟布、吸胶纸、带孔隔离膜，得到产品与成型模具的组合体；4)将步骤3)得到的组合体L形轮廓外立面铺叠未硫化橡胶片，再整体依次铺放透气氟布及透气毡；铺放完成后整体使用真空袋膜和密封胶条封装，然后放入热压罐内固化成型；泄压、降温至室温后，除去真空袋膜、透气毡、透气氟布、橡胶片、定位销，最后将对模A、对模B分离，得到树脂基复合材料增强肋。
CN201110091078.5提供了一种整体式玻璃钢无人机机翼的制作方法，制作步骤为：A.上、下壁板成型采用三次抽真空固化法；B.梁、肋的组装；C.壁板与梁、肋胶接，采用热固性环氧胶先将梁、肋与下壁板胶接，再盖上上壁板进行胶接，即二次胶接法。
综上，现有技术中对于罐体或板体表面的肋成型，不论是在混凝土基体、树脂基体还是在玻璃钢基体上，基本采用二次加工法，即在原基体基础上用胶接、覆盖、填充、焊接等方法外加工形成基体表面的肋条。
发明内容
本发明目的在于提供玻璃钢罐筒体的一次性缠绕成型方法，以解决玻璃钢罐筒体表面的肋条不能一次性成型的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了玻璃钢罐筒体的一次性缠绕成型方法，包括步骤：
A、在玻璃钢罐筒体的模具表面缠绕薄膜：所述模具包括外壁表面为弧形、首尾相接形成整圆的四块分模具，分别为上模具、下模具、左模具和右模具，其中，所述上模具、下模具的形状、大小一致，外壁所在弧形所对的圆心角为110-130°；所述左模具、右模具的形状、大小一致，外壁所在弧形所对的圆心角为50-70°；
所述模具外壁表面设置有向内凹陷、沿圆周分布的若干加强筋凹槽，所述加强筋凹槽的纵截面形状为底部长度为顶部长度的1/4-1/2的等腰梯形，加强筋凹槽的顶部位于模具外壁表面上，顶部宽度为模具内径长度的2/1000-10/1000；
B、将玻璃纤维缠绕在模具上：开启驱动电机，使模具按照前10-20个标准圈为每分钟3-4转的速度匀速旋转，剩余标准圈为每分钟6-8转的速度匀速旋转，由小车将由树脂充分浸润的玻璃纤维按照前10-20个标准圈30-35米/分钟、剩余标准圈60-65米/分钟的速度缠绕于模具表面；所述玻璃纤维与筒体中轴线之间的缠绕角为30-45°；
C、玻璃钢体固化：缠绕完毕后，模具连同罐体坯体继续缓慢匀速旋转2小时，使树脂自然固化后成型成玻璃钢罐体；
D、悬空模具：无线遥控模具收缩，所述左模具、右模具先向罐体坯体的内部收缩230-250mm，然后所述上模具、下模具向罐体坯体的内部收缩；使模具与成型好的玻璃钢罐体脱离。
优选地，所述加强筋凹槽的高度为50-75mm。
优选地，所述加强筋凹槽的间距为500-550mm。
优选地，所述加强筋凹槽的顶部宽度为36-45mm。
优选地，若干所述加强筋凹槽为相互独立且每一个凹槽绕圆周一圈，或者为连接成一体且在表面呈螺旋状的凹槽。
本发明具有以下有益效果：
本发明将玻璃纤维按照预定的角度缠绕在带有凹槽的模具上，玻璃纤维顺着凹槽的内壁陷入凹槽内，脱模后即为支撑加强肋，即筒体与支撑加强肋一次性同时成型，这种工艺使筒体内壁设有与筒体一体成型的加强筋。
本发明通过模具改良、工艺改进，简化工艺，将原来由四道工序才能完成的工艺改良成一次性完成；并完美地将加强肋与筒体融为一体，结合更紧密，提高筒体的环刚度，增强抗压力、抗扭曲力，极大地降低筒体变形的可能。在实际使用中，减少了筒体的垮塌漏水、以及变形，大大提高工作效率，因此具有极高的应用价值。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的模具结构示意图；
图2是本发明优选实施例的模具结构示意图之二；
图3是本发明优选实施例的缠绕角度示意图；
其中，1、模具，11、上模具，12、左模具，13、右模具，14、下模具，2、加强筋凹槽，3、玻璃纤维。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参见图1，本申请的玻璃钢罐筒体的一次性缠绕成型方法，包括步骤：
A、在玻璃钢罐筒体的模具表面缠绕薄膜：薄膜的宽度为220mm左右。所述模具1包括外壁表面为弧形、首尾相接形成整圆的四块分模具，分别为上模具11、下模具14、左模具12和右模具13，其中，所述上模具、下模具的形状、大小一致，外壁所在弧形所对的圆心角α为110-130°；所述左模具、右模具的形状、大小一致，外壁所在弧形所对的圆心角为50-70°。
所述模具1外壁表面设置有向内凹陷、沿圆周分布的若干加强筋凹槽2，所述加强筋凹槽的纵截面形状为底部长度为顶部长度的1/4-1/2的等腰梯形，纵截面指与筒体模具径向方向一致的切面。
加强筋凹槽的顶部位于模具外壁表面上，顶部宽度为模具内径长度的2/1000-10/1000，相邻加强筋凹槽的间隔为模具内径长度的1/5-1/10；所述加强筋凹槽与筒体中轴线之间的夹角为60-90°。如图1和图2所示，相邻加强筋凹槽的相对位置可以为相互独立(图1)，也可以为螺旋状连接(图2)，都不影响本申请实施例的实现。
加强筋凹槽的顶部宽度和间隔长度涉及到玻璃纤维缠绕时的陷入难度，若宽度过宽、间隔过短会导致需要的模具表面张力过小，玻璃纤维不能很好地贴服在凹槽底部从而形成加强筋，若宽度过小、间隔过大会导致需要的模具表面张力过小，玻璃纤维可能无法陷入凹槽。因此，合适的顶部宽度和间隔长度是本工艺的关键因素之一。
B、将玻璃纤维缠绕在模具上：开启驱动电机，使模具按照前10-20个标准圈为每分钟3-4转的速度匀速旋转，剩余标准圈为每分钟6-8转的速度匀速旋转，由小车将由树脂充分浸润的玻璃纤维按照前10-20个标准圈30-35米/分钟、剩余标准圈60-65米/分钟的速度缠绕于模具表面。
因模具1表面设置有凹槽2，若玻璃纤维3缠绕速度过快，则容易略过凹槽2处，因此，将前10-20个标准圈的速度减慢至每分钟3-4转，有利于加强筋的成型，此为本工艺的关键因素之二。标准圈指小车从同一点开始缠绕后第二次回到同一点的过程。
参见图3，所述玻璃纤维与筒体中轴线之间的缠绕角为30-45°；是因为考虑到模具表面有绕模具一周的若干条凹槽，若如一般工艺采用50-55°左右的缠绕角，凹槽的成型质量不佳。当缠绕角为60-65°时，玻璃纤维更倾向于与轴向平行的方向，则与凹槽表面的接触面积较大，凹槽内的加强筋与筒体的连接更为顺滑，此为本工艺的关键因素之三。
玻璃纤维可选用单丝直径在18～26μm的牌号，当单丝直径大于26μm时，单丝表面的缺陷随之大幅增加，且纤维比表面积和表面活性也逐渐减小，使得浸润剂在玻璃纤维表面的吸附量大幅减少，从而降低玻璃纤维性能。浸润剂选用增强型浸润剂，以增加玻璃纤维的强度和抗拉力。
缠绕过程中，可在树脂槽与模具之间增加烘干设备，一边缠绕一边将玻璃纤维中的溶剂除去，与湿法缠绕相比，可使得制品中的气泡含量降低，缠绕更为紧致。
缠绕为环向缠绕和交叉缠绕反复交替进行。环向缠绕为沿着筒体的周向在筒体外侧缠绕，每次缠绕的路径为基本平行，并且路径与筒体的中心轴垂直；交叉缠绕则从筒体一端缠绕至另一端，路径交叉且与中心轴存在夹角。例如，第一圈为环向缠绕，第二圈则为交叉缠绕，第三圈又为环向缠绕如此循环进行，直至最后一圈为环向缠绕。
C、压膜：在玻璃纤维外侧继续缠绕一层220mm宽的薄膜。
D、玻璃钢体固化：缠绕完毕后，模具连同罐体坯体继续缓慢匀速旋转2小时，使树脂自然固化后成型成玻璃钢罐体；
E、脱模：无线遥控模具收缩，所述模具整体先旋转90度，使得左模具12、右模具13处于垂直位置，左模具12、右模具13向罐体坯体的内部收缩230-250mm，然后模具整体又旋转90度，使得上模具11、下模具14处于垂直位置，所述上模具11、下模具14向罐体坯体的内部收缩；模具与成型好的玻璃钢罐体相互脱离，再从罐体一端拉出模具即可。
脱模时，通过液压的机械装置，使模具收缩并从固化的制品中先脱离一半长度，并使用中点支撑撑住模具中点，然后再将模具恢复到使用之前的原始位置。例如，将液压四油缸双向控制放倒后支撑，升起中间主支撑、前支撑，使模具向上端悬空，方便脱模。
以下为对采用本申请工艺进行玻璃钢罐筒体的一次性缠绕成型制造的实验过程，各个具体实施例的具体工艺参数值请见表一。除去表中所列参数外，其余参数均一致：采用PPG公司Hybon2026缠绕纱，在同一温度下，经同一品牌浸润剂浸润相同时长，在同一模具上缠绕25个标准圈。
其中，设备的具体参数为：筒体内径3200mm，最大缠绕长度13米；主电机功率15KW，模具最大转速6.4转/分钟。模具最小收缩外接圆直径2970mm，缠绕机出纱数60根，最大出纱速度60米/分钟，最快缠绕时间4.5小时/模。脱模方式为无线遥控收缩；后支撑数量为2；后支撑放倒方式为液压四油缸双向控制，前支撑升降方式为手动；中间主支撑升降方式为电动升降。支撑滚轮最大承重为40吨/个，支撑滚轮最大转速为10转/分钟，主轴刹车系统为电控液压缓冲式，传动方式为重载双排链。缠绕机控制方式为主控箱+小车外控。
以下实施例中，实施例一至四的玻璃纤维与筒体中轴线之间的缠绕角均为40°，其余参数不同；实施例五至八的玻璃纤维与筒体中轴线之间的缠绕角均为35°，其余参数不同；实施例九至十二的玻璃纤维与筒体中轴线之间的缠绕角均为45°，其余参数不同；
表一各个具体实施例的具体工艺参数值
表二为以上各个实施例所制得制品在同一检测环境下测得的性能参数。对比实施例为采用不带有凹槽的模具缠绕制得筒体，然后将另外成型的加强筋胶结至筒体表面。筒体生产工艺参数与本申请类似。
表二各个具体实施例制品的性能参数
由表二实施例数据可知，在玻璃纤维与筒体中轴线之间的缠绕角不变，加强筋凹槽与筒体中轴线之间的夹角逐渐增大的过程中，制品的各项性能参数呈现升高然后回落的趋势。例如在缠绕角为40°的实施例一至四时，加强筋凹槽与筒体中轴线之间的夹角为70-80°的制品质量较高，超过了夹角为60°或90°的情况。在缠绕角为35°和45的其他实施例组时，也存在类似情况。
并且，所有实施例中加强筋的抗拉强度均大大超过了对比实施例的加强筋的抗拉强度，说明采用本申请方法制得的与筒体一体成型的加强筋，与筒体的连接强度远超过现有技术。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.玻璃钢罐筒体的一次性缠绕成型方法，其特征在于，包括步骤：
A、在玻璃钢罐筒体的模具表面缠绕薄膜：所述模具包括外壁表面为弧形、首尾相接形成整圆的四块分模具，分别为上模具、下模具、左模具和右模具，其中，所述上模具、下模具的形状、大小一致，外壁所在弧形所对的圆心角为110-130°；所述左模具、右模具的形状、大小一致，外壁所在弧形所对的圆心角为50-70°；
所述模具外壁表面设置有向内凹陷、沿圆周分布的若干加强筋凹槽，所述加强筋凹槽的纵截面形状为底部长度为顶部长度的1/4-1/2的等腰梯形，加强筋凹槽的顶部位于模具外壁表面上，顶部宽度为模具内径长度的2/1000-10/1000；
B、将玻璃纤维缠绕在模具上：开启驱动电机，使模具按照前10-20个标准圈为每分钟3-4转的速度匀速旋转，剩余标准圈为每分钟6-8转的速度匀速旋转，由小车将由树脂充分浸润的玻璃纤维按照前10-20个标准圈30-35米/分钟、剩余标准圈60-65米/分钟的速度缠绕于模具表面；所述玻璃纤维与筒体中轴线之间的缠绕角为30-45°；
C、玻璃钢体固化：缠绕完毕后，模具连同罐体坯体继续缓慢匀速旋转2小时，使树脂自然固化后成型成玻璃钢罐体；
D、悬空模具：无线遥控模具收缩，所述左模具、右模具先向罐体坯体的内部收缩230-250mm，然后所述上模具、下模具向罐体坯体的内部收缩；使模具与成型好的玻璃钢罐体脱离。
2.根据权利要求1所述的一次性缠绕成型方法，其特征在于，所述加强筋凹槽的高度为50-75mm。
3.根据权利要求2所述的一次性缠绕成型方法，其特征在于，所述加强筋凹槽的间距为500-550mm。
4.根据权利要求3所述的一次性缠绕成型方法，其特征在于，所述加强筋凹槽的顶部宽度为36-45mm。
5.根据权利要求4所述的一次性缠绕成型方法，其特征在于，若干所述加强筋凹槽为相互独立且每一个凹槽绕圆周一圈，或者为连接成一体且在表面呈螺旋状的凹槽。
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