對玻璃鋼低溫容器發展前景的研究

摘 要：隨著我國經濟的迅猛發展和宇宙空間技術的進步，低溫液體被廣泛應用于國民經濟相關領域。眾所周知，對低溫液體的儲運條件十分苛刻，要求設備重量較輕且具有良好的絕熱性能，抗磁力、絕緣性和微波透射性較好，這就為玻璃鋼低溫容器帶來了發展機遇。

關鍵詞：玻璃鋼低溫容器；性能；材料

一直以來，我國的金屬低溫容器生產取得了一定成績，產品品種日益豐富。但隨著對低溫非金屬容器需求的進一步增強，近些年，我國在非金屬低溫容器制造方面加大研究力度，結合玻璃鋼比強度較高、熱電性能良好和制造簡便等性能，玻璃鋼成為制造低溫容器的非金屬首選。1970年，我國第一只25立方米容積的玻璃鋼低溫容器試制成功，它具有穩定的蒸發率，無真空破壞及滲裂現象。然而，玻璃鋼也并未沒有缺點的，它在真空環境下較大的放氣性以及無法長時期耐高溫是它的缺陷所在。這也使得玻璃鋼低溫容器在絕熱空間內保持高真空度和特殊條件下加入處理成為一大難題。后經過對玻璃鋼低溫容器研究的進一步深入，又試制了不同規格的玻璃鋼低溫容器，其中有一款容積為30立方米的ZD-03-30型球形玻璃鋼低溫容器，它既具備較高的液氮儲存能力還能保持較低的日蒸發率，完全滿足儲存低溫液體的能力，因而深受實驗室歡迎。

一、玻璃鋼基本介紹

玻璃鋼（FRP）亦稱作GFRP，即纖維強化塑料，一般指用玻璃纖維增強不飽和聚酯、環氧樹脂與酚醛樹脂基體。以玻璃纖維或其制品作增強材料的增強塑料，稱謂為玻璃纖維增強塑料，或稱謂玻璃鋼。因所使用樹脂品質差異，玻璃鋼可分為聚酯玻璃鋼、環氧玻璃鋼、酚醛玻璃鋼三大類。玻璃鋼具有質輕而硬，絕緣，性能穩定.較高的機械強度被廣泛應用于生產零件和汽車、船舶、宇宙空間的外殼上。

二、玻璃鋼低溫容器結構及材料介紹

玻璃鋼低溫容器具有多種結構，我們以最受實驗室歡迎的ZD-03-30型球形玻璃鋼低溫容器做結構分析。該容器由內膽和外殼量大部分組成，除了內膽和外殼，還有包括頸管、多層絕熱體、底座、支撐管、吸附劑、拉手以及抽氣管罩在內的部件。玻璃鋼低溫容器的多層絕熱結構，在內膽底部的夾層中，內置大量活性炭，以此來把殘余的氣體吸附，從而確保真空夾層內的真空環境。這也是其能夠正常地進行低溫液體儲存的原因所在。

關于玻璃鋼低溫容器所用的材料，按照容器的結構分兩部分進行介紹。

首先是內膽材料。由于內膽必須承受外工作壓力且必須確保始終處于低溫狀態下工作，因而在選擇內膽材料時，必須保證所選擇的玻璃鋼能夠在低溫環境下具備較好的機械性能。為了真正對比出不同玻璃鋼性能在儲存低溫液體時的性能差異，筆者選用四種不同性能的玻璃鋼進行試驗，結果發現，由性能最佳的玻璃鋼所制成的內膽在儲存低溫液體時機械強度和沖擊韌性較高，故而在制作內膽時，必須選用性能優的玻璃鋼做材料，這一點至關重要。

其次關于玻璃鋼低溫容器的外殼材料。玻璃鋼低溫容器的外殼通常需承受較高的外壓負荷，還必須保證抽空時約60攝氏度的高溫。這就要求玻璃鋼低溫容器的外殼體除了選用具有較高彈性模量的玻璃纖維之外，還需選擇具有較高馬丁耐熱溫度的樹脂配方。[ 2 ]

再次，玻璃鋼低溫容器的內襯與真空夾套材料的選取。由于玻璃鋼在真空條件下具有較大的放氣量，其自身的真空性能相對較差，且在特殊壓差下，低溫液體具有滲透到真空絕熱空間的可能，因此，保持玻璃鋼低溫容器中的真空條件是非常有難度的。

鑒于玻璃鋼的自身缺陷，我們必須采取措施對缺陷進行有效彌補，這就必須在玻璃鋼低溫容器的內膽內側壁上附加一層致密的內襯以及真空套。

三、玻璃鋼低溫容器成型工藝

通過實驗我們知道，一般的工程塑料較之不銹鋼等金屬材料具有較大的放氣速率，因此，我們想降低玻璃鋼在真空中的放氣速率，就必須在其內膽內壁上進行真空夾層涂層，實踐證明采用三氟氯乙烯和氟氯乙烯溶解后均勻地、反復地涂于內壁表面，干后即可結實地黏于壁面，真正起到氟涂膜的效果。這種工藝操作起來簡易，方便，而且所涂薄膜具有較強的低溫性能，柔性和彈性較好，真空狀態下放氣量低而穩定，且機械附著力較強，被廣泛應用。

在玻璃鋼低溫容器的內外膽全部成型后，要在容器內放入液氮，然后借助氦譜探漏儀對內膽檢漏。之后，對內膽的外表面和外膽內壁做拋光處理，之后均勻地進行涂料噴涂，使其均勻地涂于表面。在此基礎上，將外膽上下薄殼對口粘接，外膽上封口與內膽輸液管粘接，抽氣口和一不銹鋼管粘接，以便焊錫管，封死真空，最后整體纏繞加固到所需厚度，容器即成型完畢。

對于成型的玻璃鋼低溫容器，我們對其抽空氣使它處于真空條件后注入液氮，通過實驗對液氮的蒸發率進行測定，數據顯示每小時蒸發率為0.3%。根據數據我們可以知道，玻璃鋼低溫容器具備儲存液氮等低溫液體的性能。

隨著今后對玻璃鋼低溫容器研究的進一步深入，我們能夠不斷對其設計進行創新，對其工藝進行改善，對其結構進行調整，在真空夾層噴涂物質和內膽壁厚等反復試驗、不斷改進，相信玻璃鋼低溫容器的蒸發率還會有較大的改進空間。

四、結語

總之，玻璃鋼具備儲運低溫液體的基本性能，隨著技術的進步和研究的深入，昆明中天達玻璃鋼開發有限公司將致力于對該領域的研究，使玻璃鋼更加廣泛地被應用于低溫液體儲運中，發揮更大的價值。

參考文獻：

[1] 浙江大學低溫工程教研組.ZD-03型玻璃鋼低溫容器的研制.深冷科技，1975年01期：10.

[2] 玻璃鋼低溫容器研究小組（中國科學院物理研究所）玻璃鋼低溫容器：物理，1972年6月第1卷第1期：50.

作者簡介：劉彥章（1979-），男，河北衡水人，本科，昆明中天達玻璃鋼開發有限公司總經理，主要研究方向：玻璃鋼在環保、工業中的應用與開發。