玻璃鋼包裝筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及成形工藝

姜秀鳳，婁勇健，王銳，劉海艷，陳曉紅，周宇杭

（北方華安工業(yè)集團(tuán)有限公司，齊齊哈爾 161046）

目前，我國彈用包裝筒還大多采用鋼質(zhì)材料，由于鋼材價(jià)格的一度上漲，導(dǎo)致了包裝筒成本的不斷增加，尤其在如今這個(gè)競(jìng)爭激烈的時(shí)代，在某種意義上講，降低成本意味著增強(qiáng)競(jìng)爭力。對(duì)作為關(guān)鍵件的彈用包裝筒進(jìn)行工藝改進(jìn)，具有十分重要的意義。針對(duì)玻璃鋼產(chǎn)品具有的強(qiáng)度高、重量輕、耐酸堿腐蝕、耐老化、使用壽命長久、絕緣性好、不導(dǎo)電、阻燃、耐高溫、綠色環(huán)保以及經(jīng)濟(jì)實(shí)用等諸多優(yōu)點(diǎn)，某企業(yè)進(jìn)行了玻璃鋼包裝筒代替鋼質(zhì)包裝筒的工藝技術(shù)改進(jìn)，使包裝筒在表面質(zhì)量、產(chǎn)品尺寸、防水性能及氣密性等方面均滿足了產(chǎn)品使用要求［1］。將產(chǎn)品重量減輕、成本降低，大大增強(qiáng)了市場(chǎng)競(jìng)爭力。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

綜合考慮玻璃鋼包裝筒的力學(xué)性能、防水性、密封性和成形工藝合理性等綜合使用性能，尋找到玻璃鋼這種新型材料代替鋼材，這是由于其強(qiáng)度相當(dāng)于鋼材，是可以替代部分金屬的理想材料，這樣不僅降低材料成本，還可以大量節(jié)約金屬能源消耗［2—3］。通過一系列的優(yōu)化論證，最終確定:玻璃鋼包裝筒為筒蓋、筒體和密封環(huán)分別加工，通過粘接的方式使其有效地連接為一體的結(jié)構(gòu)形式。

2 成形工藝方法分析

玻璃鋼俗稱FRP（Fiber Reinforced Plastics），是20世紀(jì)初國外開發(fā)的一種新型復(fù)合材料，是以玻璃纖維作為增強(qiáng)材料，樹脂作為基體材料的一種增強(qiáng)塑料，稱為玻璃纖維增強(qiáng)塑料，或玻璃鋼。由于所使用的樹脂品種不同，因此有聚酯玻璃鋼、環(huán)氧玻璃鋼、酚醛玻璃鋼之稱。玻璃鋼產(chǎn)品有很多制造工藝，如模壓、拉擠、纏繞、真空吸塑、手糊、噴射等。不同的工藝，適合做不同的產(chǎn)品。根據(jù)產(chǎn)品的需要，經(jīng)過分析最終確定:玻璃鋼包裝筒原材料選用JC/T 170—2002無堿玻璃纖維布、GB 10570—1989鋁箔，采用纏繞、固化、粘接的工藝加工方式［4—6］。

3 加工工藝及性能檢測(cè)

3.1 原材料驗(yàn)收

檢測(cè)設(shè)備:天平，烘干爐，小瓶（盛丙酮）。檢測(cè)原料:丙酮。

檢測(cè)方法:用天平稱無堿玻璃纖維布膠樣（100 mm×100 mm）的質(zhì)量，拿一塊膠樣放在烘干爐里10 min，爐溫為160℃，同時(shí)把另一個(gè)膠樣放在盛有丙酮的小筒里5 min，之后，把此膠樣再放在烘干爐里5 min。

計(jì)算方法:含膠量 =（m膠樣-m底材）/m膠樣×100%，其中底材為原布（沒浸膠的布）;揮發(fā)率=（m膠樣-m烘干后膠樣）/m膠樣×100%，其中烘干后膠樣指的是直接烘干的樣品;可溶性=（m膠樣-m底材）/（m膠樣-m溶后）×100%。

3.2 卷管

先把卷管機(jī)升溫至140℃，然后將卷管機(jī)空轉(zhuǎn)幾圈，直到鐵輥表面受熱均勻，即可進(jìn)入作業(yè)狀態(tài)，采用冷模芯卷制法。先在模芯上刷上適量黃油（目的是方便粘上第1張布），在卷制前先把每一張布的硬邊用刀削掉（防止有硬棱影響筒的圓度），在第3張布后加鋁箔，這樣可以增加氣密性［7］。在卷制過程中，第1張布的轉(zhuǎn)速為150～200 r/min，待模具轉(zhuǎn)一圈后，轉(zhuǎn)速降為100～120 r/min比較合適，也可因溫度適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整，卷管機(jī)的線壓力不宜太大，可以用配重砣進(jìn)行調(diào)整，防止筒內(nèi)部有凸凹痕。要有一定的張力，不至于起泡，如不慎起泡，可用刀在起泡處劃一下。如有出膠情況，卷完后再快轉(zhuǎn)幾圈，將余膠均勻地涂在筒的外表面［8—9］。

3.3 固化

工作前將爐溫升溫，在升溫的過程中，調(diào)整爐的三段溫度、升溫時(shí)間、保溫時(shí)間。具體如表1所示。

表1 固化溫度Table 1 The curing temperature

溫度升至70℃時(shí)產(chǎn)品入爐，把爐調(diào)到自動(dòng)狀態(tài)。7.5 h之后斷掉電源，打開爐門。

3.4 打磨

先將所有打磨部位用工業(yè)丙酮清擦干凈，將需打磨部位打磨至無光亮的膠膜為止，這樣保證在下一道粘接工序中，粘接牢固。

3.5 粘接

將砂磨處處理到位，然后配環(huán)氧樹脂膠和環(huán)氧樹脂固化劑（按1∶1比例配），加上適當(dāng)?shù)南♂寗ǘ妆剑瑢⑻幚硗甑耐驳缀屯搀w粘接牢固。如有大的縫隙，為防止底部漏氣，用膠將粘接部位密上一圈膠，但要適當(dāng)，并要處理干凈，不要留有膠痕。底和環(huán)不能同時(shí)粘，粘接后靜態(tài)立放，具體粘接位置見圖1。

圖1 包裝筒粘接位置Fig.1 Bonding position of the packaging tube

包裝筒粘接后需進(jìn)行自然干燥48 h，方可進(jìn)入下一道工序［10—12］。粘接完固化24 h后再進(jìn)行試壓，也可以固化12 h后把筒放到固化爐里升溫到55℃后保溫1～2 h。

3.6 力學(xué)性能檢測(cè)

利用液壓式萬能試驗(yàn)機(jī)，進(jìn)行性能檢測(cè)。試樣的制備見圖2，在筒體上截取100 mm長的8段，筒底與筒體，筒體與密封環(huán)粘接后自然干燥48 h后進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果為:筒體徑向抗壓破壞載荷≥588 N;筒體軸向抗壓破壞載荷≥588 N;筒體徑向抗壓破壞載荷≥588 N;筒底與筒體粘接破壞載荷≥1.27×104N;筒體與密封環(huán)粘接破壞載荷≥4.6 ×104N［13—15］。

圖2 力學(xué)性能測(cè)試試樣Fig.2 Mechanical properties of the samples

3.7 防水性能檢測(cè)

自制一個(gè)簡易浸水裝置，將裝配后的包裝筒浸沒于水下500 mm，浸沒1 h進(jìn)行防水性能試驗(yàn)，包裝筒出水后筒內(nèi)無進(jìn)水痕跡。

3.8 氣密性能檢測(cè)

利用自制水銀氣密試驗(yàn)裝置，將筒體充壓到0.035 MPa時(shí)保壓30 s，觀察壓力表指針有無回降現(xiàn)象。若無回彈則其氣密性合格。

4 結(jié)論

經(jīng)過對(duì)玻璃鋼包裝筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及筒體成形工藝的優(yōu)化，試制生產(chǎn)的產(chǎn)品表面質(zhì)量、尺寸合格，裝配后進(jìn)行了力學(xué)性能檢測(cè)、防水性能檢測(cè)、氣密性能等，均滿足產(chǎn)品使用要求，實(shí)現(xiàn)了玻璃鋼包裝筒代替鋼質(zhì)包裝筒的工藝改進(jìn)。由于屬于試制初期，纏繞經(jīng)驗(yàn)不足，加工工藝還需進(jìn)一步完善，以解決技術(shù)難題，達(dá)到降低成本的目的。

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