大型拉擠玻璃鋼電纜橋架的研制
摘要：本文以480*360*6大型拉擠玻璃鋼電纜橋架為例，針對拉擠成型尺寸的玻璃鋼電纜橋架的外形設計、結構、性能設計，以及生產設備、模具、工藝、產品性能等技術問題進行探討。
1 前言
隨著我國改革開放的不斷深入，西部大開發的進一步實施，我國交通、通訊等基礎設施的建設又迎來了一個新的周期。為滿足目前先進的通訊、電力輸送線路的平衡運行，需要相應高質量的產品配套，尋找一種電張電纜架空鋪設橋架的理想材料是工程建設中迫切需要解決的問題。多年來，人們對電線電纜橋架材料通過從木材、鐵板、鍍鋅板到手糊、模壓玻璃鋼電纜橋架的變革過程，逐漸認識到玻璃鋼橋架的優越性。隨著現代工業的迅猛發展，對現代廠房跨度增大，內部裝飾要求提高，地鐵、大橋用電纜橋架需免維護、延長使用壽命的提出，要求外形美觀、接頭少、免維護、使用壽命長的拉擠玻璃鋼電纜橋架，尤其是大尺寸、長度長的拉擠玻璃鋼電纜橋架的研制引起人們的關注。為此，我們有針對性、系統、全面地從拉擠玻璃鋼電纜橋架的結構設計、性能設計、材料設計、24噸大型機組的設計與制造、模具設計及制造、預成型模設計與制造、膠液配方的確定、固化體系的改進、生產工藝技術的改進、性能測試等方面進行了研究。
2 大尺寸拉擠玻璃鋼電纜橋架研究內容
2.1 拉擠玻璃鋼電纜橋架的結構設計
拉擠玻璃鋼電纜橋架根據使用條件不同，我們在調研的基礎上，吸取國外拉擠玻璃鋼電纜橋架、國內手糊、模壓玻璃鋼橋架的經驗，在外形上制造了三個品種的玻璃鋼橋架(詳見表1、圖1)。
[-page-]
2.2 24噸拉擠成型機組的研究
在產品結構設計定型的基礎上，公司原有大的13噸拉擠成型機組僅能滿足組合或階梯式橋架的試制要求，而對南京長江二橋封閉式大尺寸電纜橋架試制，已有設備顯然不符合要求。為此，我們專門設計制造了一條24噸拉擠玻璃鋼成型機組。在該機組設計制造中，在以下幾個方面有突破：
1、拉擠成型機組牽引力、夾持力為24噸，型材大截面尺寸為1000*800，創造了國內大的拉擠成型機組；
2、成型區由原來的8米增加到15米，確保大型型材的固化度，并增加了輔助牽引設備，為生產大型截面的產品提供了強有力的技術保證；
3、采用喬能儀表控溫，控溫誤差在±2℃以內，電加熱由上下加熱板加熱改為四面環抱模具加熱及內部加熱補償相結合的方式，確保了拉擠成型大型制品的溫控要求，提高了控溫先進性；
4、自制了帶有吸塵裝置全自動的切割機，解決了大型拉擠產品成型中切割的難題及拉擠車間環境因切割造成的灰塵污染問題。
2.3 480×360×6拉擠玻璃鋼電纜橋架模具設計與加工研究
根據480×360×6拉擠玻璃鋼電纜橋架結構設計、尺寸設計要求，我們選用P20模具鋼材質，約重3噸，為國內大的拉擠玻璃鋼成型模具。其結構采用分片組合的模具結構，模腔采用滲碳處理，表面硬度HRC>50。模具中空帶有加熱棒輔助加熱，確保制品在模腔內內外溫差一致，產品固化均勻、不易開裂。模具的分型線設計為圓弧型，既減少尖角應力集中，又提劉了抗沖、抗彎強度，增加美感，同時降低阻力，便于拉擠成型工藝。
2.4 拉擠玻璃鋼電纜橋架工藝參數的研究
2.4.1 拉擠玻璃鋼電纜橋架增強材料設計與研究
在常用的拉擠玻璃鋼角鋼、槽鋼、工字鋼、實心棒結構中，主要使用玻纖粗紗，少量使用玻纖氈材，即使使用玻纖氈材僅是外表面一層，而拉擠玻璃鋼電纜橋架作為電纜的支承結構件使用，使用中不僅需要具有抗拉強度，而且更需要具有較高的抗彎、抗沖力學性能以及較好的外觀。僅用一層玻纖氈外包，其抗彎、抗沖、外觀顯然不能滿足拉擠玻璃鋼電纜橋架要求。為了提高拉擠玻璃鋼電纜橋架抗彎、抗沖、外觀性能和工程經濟的可行性，先我們進行了玻纖含量的確定。由于制品外形尺寸大、壁薄，玻纖含量過高，則阻力大、易阻塞，常常因斷裂而拉不出產品；玻纖含量過低，也由于壁薄、產品強度不夠，既滿足不了拉擠工藝要求而拉斷，又不能滿足終產品性能和機械強度要求。此外，我們分別以玻纖含量70%、65%、60%三檔進行試驗。近選定63%~65%左右玻纖含量較合適。在玻纖含量確定后，在一定玻纖含量范圍內，通過不同規格的連續氈、不同型號的縫編氈試驗，以及在不同工程中應用特性和工程經濟可行性研究。在外觀要求高、耐腐蝕環境惡劣的場合下，拉擠玻璃鋼電纜橋架選以玻纖連續氈為主要氈材，縫編氈次之。在抗壓、抗彎強度要求高、造價要求相對低的橋架中，選擇縫編氈為主。這樣較合理地運用玻璃鋼可設計性特點，佳設計生產出性能可靠、經濟可行的拉擠玻璃鋼電纜橋架。
2.4.2 拉擠玻璃鋼電纜橋架的配方研究
拉擠玻璃鋼電纜橋架的配方是拉擠玻璃鋼橋架中一個關鍵技術。拉擠玻璃鋼電纜橋加的配方除了要考慮耐腐蝕性、機械性能、拉擠工藝性，還要考慮拉擠玻璃鋼電纜橋架的阻燃性、抗靜電性能。為此，我們在型材配方的基礎上選用了添加型阻燃劑、抗靜電劑，進行不同用量的試驗。通過產品的性能比較，選用了填料較高的樹脂膠液配方，既達到了產品的機械性能，又確保了阻燃性、抗靜電性能滿足使用要求。[-page-]
2.4.3 拉擠玻璃鋼電纜橋架組裝方式的研究
能否生產出拉擠玻璃鋼電纜橋架型材是拉擠玻璃鋼電纜橋架的研究重點，而將拉擠出的拉擠玻璃鋼電纜橋架型材組裝成橋架制品更是該項目能否推廣應用取得更好社會經濟效益的關鍵。我們研制的拉擠玻璃鋼電纜橋架是為南京長江二橋重點工程配套產品，其專用性強。因此，我們在吸取國外同類產品技術基礎上，采用下為“U”型槽體，上為鑲嵌式蓋板。其設計的上蓋不僅可以做蓋板，而且可以做下部“U”型槽體接頭的粘結件使用。這樣既方便施工、省材省工、降低工程造價，又使連接頭連接得既美觀又經濟，深受用戶好評。
2.4.4 生產工藝的技術改進
1、樹脂浸漬膠槽及模具頭溫度的控制，在以往的小型制品的生產中影響并不大，而對于南京長江二橋產品截面積大、使用紗量陡增、所需浸膠槽尺寸巨大(1500*1200*500)、貯放樹脂量高達200kg，且模具大、貯存熱量大、散熱慢，造成?？谀z液回流量大、溫度高、連續生產易造成樹脂膠槽樹脂貯存期短，甚至會出現料槽局部凝膠或暴聚現象，其后果不堪設想。為此，膠槽及模頭采用水冷卻系統，解決了膠槽、模頭溫度控制的難題，確保了正常生產。
2、由于拉擠的大型玻璃鋼電纜橋架制品的截面積大，但壁厚又很薄，從模具中拉出來的產品未達到一定的固化度，不具有較高的強度，易變形。除了設備上采用加上長型區的方法，還添加了定型導輥，控制產品變形量，確保定型后的產品尺寸完全達到設計及使用要求。
2.4.5 生產工藝技術參數確定
(1)生產工藝流程
(2)樹脂配方及成型工藝參數阻燃、抗靜電配方
[-page-]
(3)增強材料
玻璃纖維粗紗 7200 Tex
玻璃纖維縫編氈 450g/m2
(4)拉擠速度
20~40cm/min
(5)設計溫度
Ⅰ區 90~100℃
Ⅱ區 110~140℃
Ⅲ區 120~150℃
2.5 性能測試結果
通過性能測試(詳見性能測試表2)，各項指標達到了預期指定性能目標，超過企業標準要求，尤其阻燃、抗靜電性能，均滿足了用戶要求，實現本項目的研制目標，為大批量生產提供了質量保證。
[-page-]
3 應用情況
試制的480*360*6大尺寸拉擠玻璃鋼電纜橋架在南京長江二橋重點工程上應用，由于拉擠玻璃鋼產品具有外觀美、強度高、耐腐蝕、電絕緣、阻燃、防靜電優越性能，深受用戶歡迎，已銷售約300多萬元，其社會經濟效益明顯，開發應用前途廣闊。
4 結束語
(1)材料設計合量可行、產品質量完全符合《拉擠玻璃鋼橋架》企業標準技術要求，且原材料充足，能夠穩定、連續的大批量生產。
(2)本項目研制的大尺寸封閉式480*360*6的拉擠玻璃鋼電纜橋架從生產設備、模具結構、產品截面尺寸、生產技術、產品性能等方面，經系統研究達國內水平。
(3)拉擠玻璃鋼電纜橋架在石油、化工、電力、大橋等領域的工程應用，外觀美、重量輕、耐腐蝕、不生銹、免維護等特性深受用戶好評。南京長江二橋重點工程一次使用達300多萬元，該項目具有較好的社會經濟效益，市場前景廣闊。
(4)抓住新一輪基礎設施擴大的機遇，加大推廣力度，盡快使該項目取得更好的效益。同時，該項技術也可為同行起到拋磚引玉的作用，為提高和普及我國的拉擠成型玻璃負技術水平做出貢獻。
1 前言
隨著我國改革開放的不斷深入，西部大開發的進一步實施，我國交通、通訊等基礎設施的建設又迎來了一個新的周期。為滿足目前先進的通訊、電力輸送線路的平衡運行，需要相應高質量的產品配套，尋找一種電張電纜架空鋪設橋架的理想材料是工程建設中迫切需要解決的問題。多年來，人們對電線電纜橋架材料通過從木材、鐵板、鍍鋅板到手糊、模壓玻璃鋼電纜橋架的變革過程，逐漸認識到玻璃鋼橋架的優越性。隨著現代工業的迅猛發展，對現代廠房跨度增大，內部裝飾要求提高，地鐵、大橋用電纜橋架需免維護、延長使用壽命的提出，要求外形美觀、接頭少、免維護、使用壽命長的拉擠玻璃鋼電纜橋架，尤其是大尺寸、長度長的拉擠玻璃鋼電纜橋架的研制引起人們的關注。為此，我們有針對性、系統、全面地從拉擠玻璃鋼電纜橋架的結構設計、性能設計、材料設計、24噸大型機組的設計與制造、模具設計及制造、預成型模設計與制造、膠液配方的確定、固化體系的改進、生產工藝技術的改進、性能測試等方面進行了研究。
2 大尺寸拉擠玻璃鋼電纜橋架研究內容
2.1 拉擠玻璃鋼電纜橋架的結構設計
拉擠玻璃鋼電纜橋架根據使用條件不同，我們在調研的基礎上，吸取國外拉擠玻璃鋼電纜橋架、國內手糊、模壓玻璃鋼橋架的經驗，在外形上制造了三個品種的玻璃鋼橋架(詳見表1、圖1)。
[-page-] 2.2 24噸拉擠成型機組的研究
在產品結構設計定型的基礎上，公司原有大的13噸拉擠成型機組僅能滿足組合或階梯式橋架的試制要求，而對南京長江二橋封閉式大尺寸電纜橋架試制，已有設備顯然不符合要求。為此，我們專門設計制造了一條24噸拉擠玻璃鋼成型機組。在該機組設計制造中，在以下幾個方面有突破：
1、拉擠成型機組牽引力、夾持力為24噸，型材大截面尺寸為1000*800，創造了國內大的拉擠成型機組；
2、成型區由原來的8米增加到15米，確保大型型材的固化度，并增加了輔助牽引設備，為生產大型截面的產品提供了強有力的技術保證；
3、采用喬能儀表控溫，控溫誤差在±2℃以內，電加熱由上下加熱板加熱改為四面環抱模具加熱及內部加熱補償相結合的方式，確保了拉擠成型大型制品的溫控要求，提高了控溫先進性；
4、自制了帶有吸塵裝置全自動的切割機，解決了大型拉擠產品成型中切割的難題及拉擠車間環境因切割造成的灰塵污染問題。
2.3 480×360×6拉擠玻璃鋼電纜橋架模具設計與加工研究
根據480×360×6拉擠玻璃鋼電纜橋架結構設計、尺寸設計要求，我們選用P20模具鋼材質，約重3噸，為國內大的拉擠玻璃鋼成型模具。其結構采用分片組合的模具結構，模腔采用滲碳處理，表面硬度HRC>50。模具中空帶有加熱棒輔助加熱，確保制品在模腔內內外溫差一致，產品固化均勻、不易開裂。模具的分型線設計為圓弧型，既減少尖角應力集中，又提劉了抗沖、抗彎強度，增加美感，同時降低阻力，便于拉擠成型工藝。
2.4 拉擠玻璃鋼電纜橋架工藝參數的研究
2.4.1 拉擠玻璃鋼電纜橋架增強材料設計與研究
在常用的拉擠玻璃鋼角鋼、槽鋼、工字鋼、實心棒結構中，主要使用玻纖粗紗，少量使用玻纖氈材，即使使用玻纖氈材僅是外表面一層，而拉擠玻璃鋼電纜橋架作為電纜的支承結構件使用，使用中不僅需要具有抗拉強度，而且更需要具有較高的抗彎、抗沖力學性能以及較好的外觀。僅用一層玻纖氈外包，其抗彎、抗沖、外觀顯然不能滿足拉擠玻璃鋼電纜橋架要求。為了提高拉擠玻璃鋼電纜橋架抗彎、抗沖、外觀性能和工程經濟的可行性，先我們進行了玻纖含量的確定。由于制品外形尺寸大、壁薄，玻纖含量過高，則阻力大、易阻塞，常常因斷裂而拉不出產品；玻纖含量過低，也由于壁薄、產品強度不夠，既滿足不了拉擠工藝要求而拉斷，又不能滿足終產品性能和機械強度要求。此外，我們分別以玻纖含量70%、65%、60%三檔進行試驗。近選定63%~65%左右玻纖含量較合適。在玻纖含量確定后，在一定玻纖含量范圍內，通過不同規格的連續氈、不同型號的縫編氈試驗，以及在不同工程中應用特性和工程經濟可行性研究。在外觀要求高、耐腐蝕環境惡劣的場合下，拉擠玻璃鋼電纜橋架選以玻纖連續氈為主要氈材，縫編氈次之。在抗壓、抗彎強度要求高、造價要求相對低的橋架中，選擇縫編氈為主。這樣較合理地運用玻璃鋼可設計性特點，佳設計生產出性能可靠、經濟可行的拉擠玻璃鋼電纜橋架。
2.4.2 拉擠玻璃鋼電纜橋架的配方研究
拉擠玻璃鋼電纜橋架的配方是拉擠玻璃鋼橋架中一個關鍵技術。拉擠玻璃鋼電纜橋加的配方除了要考慮耐腐蝕性、機械性能、拉擠工藝性，還要考慮拉擠玻璃鋼電纜橋架的阻燃性、抗靜電性能。為此，我們在型材配方的基礎上選用了添加型阻燃劑、抗靜電劑，進行不同用量的試驗。通過產品的性能比較，選用了填料較高的樹脂膠液配方，既達到了產品的機械性能，又確保了阻燃性、抗靜電性能滿足使用要求。[-page-]
2.4.3 拉擠玻璃鋼電纜橋架組裝方式的研究
能否生產出拉擠玻璃鋼電纜橋架型材是拉擠玻璃鋼電纜橋架的研究重點，而將拉擠出的拉擠玻璃鋼電纜橋架型材組裝成橋架制品更是該項目能否推廣應用取得更好社會經濟效益的關鍵。我們研制的拉擠玻璃鋼電纜橋架是為南京長江二橋重點工程配套產品，其專用性強。因此，我們在吸取國外同類產品技術基礎上，采用下為“U”型槽體，上為鑲嵌式蓋板。其設計的上蓋不僅可以做蓋板，而且可以做下部“U”型槽體接頭的粘結件使用。這樣既方便施工、省材省工、降低工程造價，又使連接頭連接得既美觀又經濟，深受用戶好評。
2.4.4 生產工藝的技術改進
1、樹脂浸漬膠槽及模具頭溫度的控制，在以往的小型制品的生產中影響并不大，而對于南京長江二橋產品截面積大、使用紗量陡增、所需浸膠槽尺寸巨大(1500*1200*500)、貯放樹脂量高達200kg，且模具大、貯存熱量大、散熱慢，造成?？谀z液回流量大、溫度高、連續生產易造成樹脂膠槽樹脂貯存期短，甚至會出現料槽局部凝膠或暴聚現象，其后果不堪設想。為此，膠槽及模頭采用水冷卻系統，解決了膠槽、模頭溫度控制的難題，確保了正常生產。
2、由于拉擠的大型玻璃鋼電纜橋架制品的截面積大，但壁厚又很薄，從模具中拉出來的產品未達到一定的固化度，不具有較高的強度，易變形。除了設備上采用加上長型區的方法，還添加了定型導輥，控制產品變形量，確保定型后的產品尺寸完全達到設計及使用要求。
2.4.5 生產工藝技術參數確定
(1)生產工藝流程
(2)樹脂配方及成型工藝參數阻燃、抗靜電配方
[-page-] (3)增強材料
玻璃纖維粗紗 7200 Tex
玻璃纖維縫編氈 450g/m2
(4)拉擠速度
20~40cm/min
(5)設計溫度
Ⅰ區 90~100℃
Ⅱ區 110~140℃
Ⅲ區 120~150℃
2.5 性能測試結果
通過性能測試(詳見性能測試表2)，各項指標達到了預期指定性能目標，超過企業標準要求，尤其阻燃、抗靜電性能，均滿足了用戶要求，實現本項目的研制目標，為大批量生產提供了質量保證。
[-page-] 3 應用情況
試制的480*360*6大尺寸拉擠玻璃鋼電纜橋架在南京長江二橋重點工程上應用，由于拉擠玻璃鋼產品具有外觀美、強度高、耐腐蝕、電絕緣、阻燃、防靜電優越性能，深受用戶歡迎，已銷售約300多萬元，其社會經濟效益明顯，開發應用前途廣闊。
4 結束語
(1)材料設計合量可行、產品質量完全符合《拉擠玻璃鋼橋架》企業標準技術要求，且原材料充足，能夠穩定、連續的大批量生產。
(2)本項目研制的大尺寸封閉式480*360*6的拉擠玻璃鋼電纜橋架從生產設備、模具結構、產品截面尺寸、生產技術、產品性能等方面，經系統研究達國內水平。
(3)拉擠玻璃鋼電纜橋架在石油、化工、電力、大橋等領域的工程應用，外觀美、重量輕、耐腐蝕、不生銹、免維護等特性深受用戶好評。南京長江二橋重點工程一次使用達300多萬元，該項目具有較好的社會經濟效益，市場前景廣闊。
(4)抓住新一輪基礎設施擴大的機遇，加大推廣力度，盡快使該項目取得更好的效益。同時，該項技術也可為同行起到拋磚引玉的作用，為提高和普及我國的拉擠成型玻璃負技術水平做出貢獻。
