玻璃鋼水處理罐概述
摘要：本文簡述了玻璃鋼水處理罐的制造與應用。
關鍵詞：原材料 內襯 成型 應用
復合材料是應現代科技發展涌現出的具有極大生命力的新材料，已廣泛用于石油化工、交通運輸、環境保護及國防軍工等各個領域。玻璃鋼水處理罐以優越的特性迅速占領著環保領域中的水處理用罐的市場。目前許多都已生產并銷售全自動軟化水裝置。我國也引進了美國的產品投人了使用，其配套的關鍵部件玻璃鋼水處理罐則是國內研制生產的。已投人市場使用的玻璃鋼水處理罐的直徑范圍為150一1800mm，長度為 1200一2600mmo上述規格的罐所用原材料及其配方，制造設備已完全成熟。它的主要技術指標為工作壓力不大于0.6MPa、檢驗壓力為0. 8MPa、使用壽命大于15a.它必將在我國的節水工程中發揮重要作用。
1 原材料
玻璃鋼水處理罐用的原材料包括玻璃纖維，玻璃氈，基體樹脂和輔料（固化劑、促進劑、顏料等）。該罐一般由內襯層和纏繞層組成。在內襯層選材時，為避免內襯層中玻璃纖維與樹脂間因彈性模量的差異引起的應變集中?；w材料應選用韌性好、延伸率高、固化收縮率低且具有一定耐腐蝕能力的樹脂；增強材料應選用與樹脂具有良好浸潤性、樹脂固化后應變集中系數小、能保持較高樹脂含量的非連續性短切纖維制品，通常采用45g/m2表面氈和450g/m2短切氈及普通規格的玻璃布。在纏繞層選材時，要合理選用樹脂固化體系，該體系中，催化劑與引發劑之間均具有一個適當的、隨環境溫度、罐徑大小而改變的比例關系。一般地說，它們在樹脂中所占比例需控制在4％以下，樹脂固化體系的設計需以小樣試驗為基礎；增強材料應選用與樹脂具有良好浸潤性的無捻連續纖維粗紗。在生產中常用1％不飽和聚醋樹脂、2400TEX中堿纏繞紗、無堿玻璃鋼表面氈g/m2,0.4mm的無堿方格布及固化劑和促進劑。
制造連接接頭的螺紋材料選用環氧玻璃鋼層壓板，其主要性能為彎曲強度250M Pa，縱向拉伸強度300MPa，橫向拉伸強度200 M Pa，層間拉伸強度26 M Pa，沖剪強度174MPa。用上述要求的材料制造的圓柱管螺紋接頭能保證其安全使用。
2 制作工藝
2.1 內襯的制備
內襯兼有骨架與氣密作用，是成品的一部分。設計內襯時要注意有足夠的強度與剛度。內襯層的厚度大于3mm（見表1)，樹脂含量大于80%，采用耐腐蝕性良好的表面氈、短切氈和布經手糊制作即可。其制作工藝流程大體如下：
罐體封頭模具制作
→
模具
→
手糊玻璃纖維制品
↓
膠接封頭
←
膠接管口
←
固化后脫模
↓
空壓試驗
→
打磨、修補
→
合格內襯
圖1 玻璃鋼水處理罐內襯制備流程
對于內襯的成型，作者建議采用兩段式即封尾與筒體一體式和封頭兩段連接。這樣比封尾、筒體、封頭三段組合式更易制出合格內襯又能提高生產率。制作合格內襯的關鍵是封頭與筒體的連接。封頭與筒體宜采用承插膠接，因為承插膠接接頭具有接頭處強度高、承受內壓性能好、不易滲漏、裝配方便等優點。只要承插結構合理，使用后一般不會滲漏。承插膠接接頭依賴于樹脂膠泥和外包玻璃鋼增強層防滲。其中膠泥涂在承口和插口之間，起著道防線作用。它由樹脂加填料配制而成，樹脂起著粘接與防滲作用。要求其具有良好的韌性和較高的粘接力，因此應多采用環氧樹脂作為膠泥。在道防線破壞后，防滲主要依靠外包玻璃鋼增強層。該層由玻璃纖維制品和樹脂組成。其中玻璃纖維制品如氈和布的纖維間有空隙，不能防滲，只能起增強作用。樹脂則充滿纖維間空隙，粘接纖維并使其成為一整體，因而防滲作用主要由樹脂承擔。為了形成能夠防滲的致密性玻璃鋼內襯，本文采用與筒體內襯相同的樹脂作為接頭處的防滲層，增強層則采用與罐體纏繞層同樣的樹脂。在采用環氧類樹脂中加人適量的增韌劑和溶劑，以降低其粘度和提高玻璃鋼韌性。此外，在封頭與罐體接合前，應清洗干凈接頭處，包括承口、插口及包覆玻璃鋼處，擦干后進行打磨至毛糙。在刮涂膠泥和包覆前，應先用棉紗頭沾丙酮擦洗作業表面。一方面是清除玻璃鋼內襯表面的油脂和石蠟等，另一方面可活化玻璃鋼表面，以利于提高粘接強度。打磨時要注意不可遺漏。表面處理的好壞關系到玻璃鋼層與罐體的粘接效果。處理不善往往會產生分層開裂，從而引起滲漏，因此一定要多加研究此處的工藝。
在制作內襯時，樹脂應均勻噴涂且將表面氈和短切氈浸透，并不斷趕壓氣泡，在工藝上確保內襯無纖維外露、干斑、裂紋等表面麻點。如果不慎，鋪設的氈或布易出現打皺，因此鋪設時應注意保持其平整性。
2.2 罐的成型
為增加罐的強度及剛度和提高罐的表面性能，必須在合格的內襯表面纏繞縱環向纖維。纏繞層的厚度以內壓設計為基準，由直徑、壓力和安全系數等計算確定，具體數值見表1
表1 罐的小厚度
直徑/㎜ 內襯厚/㎜ 纏繞層厚/㎜
150 3 3
300 3 3
400 3 3
450 4 6
500 4 6
600 5 8
750 6 9
900 7 11
1000 8 12
1200 9 15
1500 10 18
使用計算機控制的纏繞機完成此工序必會增大中小企業對該項目的投資額，從而限制了該項目的推廣。為此，本文專門研制了纏繞此類產品的機械式纖維纏繞機，成功地解決了普通纖維纏繞機纏繞此類產品時纏不到罐口根部的問題，滿足了用戶對設備的質優價廉的要求。在纏繞時，要施加張力并予以控制，目的是控制含膠量，使紗束均勻排列，排出紗束中的空氣，以減少空隙。纏繞結束后，刮去罐體表面的多余浮膠，進行固化。固化工藝直接影響制品強度。固化溫度根據所用樹脂系統而定。固化過程中宜使制品緩慢旋轉。
2.3 底座的粘接
底座采用玻璃鋼材料制造。其材質使用與內襯材質完全相同的樹脂體系和增強材料及固化體系。底座一般為圓柱形。其壁厚要求是圓柱形整體壓縮強度應為罐體質量及盛裝液體質量的總和除以底座截面積所得值的5倍以上，即：
W/3.14Dδ≥ P/5
式中W為罐的總質量;P為底座材料的壓縮強度；D為底座內徑；δ為底座壁厚。
底座高度根據用戶要求確定。用粘接劑把底座與固化好的罐體粘接在一起，注意底座與罐體的連接處要用玻璃布手糊加固。粘接完畢后，對罐體的外表面進行打磨，后涂以醇酸清漆即可。
3 應用
玻璃鋼水處理罐是由纖維纏繞玻璃鋼和具有氣密作用的內襯組成。兩者可分別進行選材和設計，以滿足不同水質的要求。玻璃鋼水處理罐與常用的金屬罐相比，其優點是①重量輕，比同體積同承壓能力的金屬罐輕40一60%;②罐采用合適的內襯材料，其耐腐蝕性好，不污染水質；③罐在爆破時或由于疲勞原因引起滲漏時，均不產生殺傷性碎片，因而可保證安全使用；④玻璃鋼水處理罐的成型工藝簡單，工藝裝備少，便于進行多品種，小批量生產。
由于有上述明顯優點，玻璃鋼罐在眾多領域特別是水處理行業成為金屬罐的替代產品，正在得到越來越廣泛的應用。另外，玻璃鋼罐還可用于污水、泳池水處理中的過濾罐，除鐵、除氧設備用罐等。
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關鍵詞：原材料 內襯 成型 應用
復合材料是應現代科技發展涌現出的具有極大生命力的新材料，已廣泛用于石油化工、交通運輸、環境保護及國防軍工等各個領域。玻璃鋼水處理罐以優越的特性迅速占領著環保領域中的水處理用罐的市場。目前許多都已生產并銷售全自動軟化水裝置。我國也引進了美國的產品投人了使用，其配套的關鍵部件玻璃鋼水處理罐則是國內研制生產的。已投人市場使用的玻璃鋼水處理罐的直徑范圍為150一1800mm，長度為 1200一2600mmo上述規格的罐所用原材料及其配方，制造設備已完全成熟。它的主要技術指標為工作壓力不大于0.6MPa、檢驗壓力為0. 8MPa、使用壽命大于15a.它必將在我國的節水工程中發揮重要作用。
1 原材料
玻璃鋼水處理罐用的原材料包括玻璃纖維，玻璃氈，基體樹脂和輔料（固化劑、促進劑、顏料等）。該罐一般由內襯層和纏繞層組成。在內襯層選材時，為避免內襯層中玻璃纖維與樹脂間因彈性模量的差異引起的應變集中?；w材料應選用韌性好、延伸率高、固化收縮率低且具有一定耐腐蝕能力的樹脂；增強材料應選用與樹脂具有良好浸潤性、樹脂固化后應變集中系數小、能保持較高樹脂含量的非連續性短切纖維制品，通常采用45g/m2表面氈和450g/m2短切氈及普通規格的玻璃布。在纏繞層選材時，要合理選用樹脂固化體系，該體系中，催化劑與引發劑之間均具有一個適當的、隨環境溫度、罐徑大小而改變的比例關系。一般地說，它們在樹脂中所占比例需控制在4％以下，樹脂固化體系的設計需以小樣試驗為基礎；增強材料應選用與樹脂具有良好浸潤性的無捻連續纖維粗紗。在生產中常用1％不飽和聚醋樹脂、2400TEX中堿纏繞紗、無堿玻璃鋼表面氈g/m2,0.4mm的無堿方格布及固化劑和促進劑。
制造連接接頭的螺紋材料選用環氧玻璃鋼層壓板，其主要性能為彎曲強度250M Pa，縱向拉伸強度300MPa，橫向拉伸強度200 M Pa，層間拉伸強度26 M Pa，沖剪強度174MPa。用上述要求的材料制造的圓柱管螺紋接頭能保證其安全使用。
2 制作工藝
2.1 內襯的制備
內襯兼有骨架與氣密作用，是成品的一部分。設計內襯時要注意有足夠的強度與剛度。內襯層的厚度大于3mm（見表1)，樹脂含量大于80%，采用耐腐蝕性良好的表面氈、短切氈和布經手糊制作即可。其制作工藝流程大體如下：
罐體封頭模具制作
→
模具
→
手糊玻璃纖維制品
↓
膠接封頭
←
膠接管口
←
固化后脫模
↓
空壓試驗
→
打磨、修補
→
合格內襯
圖1 玻璃鋼水處理罐內襯制備流程
對于內襯的成型，作者建議采用兩段式即封尾與筒體一體式和封頭兩段連接。這樣比封尾、筒體、封頭三段組合式更易制出合格內襯又能提高生產率。制作合格內襯的關鍵是封頭與筒體的連接。封頭與筒體宜采用承插膠接，因為承插膠接接頭具有接頭處強度高、承受內壓性能好、不易滲漏、裝配方便等優點。只要承插結構合理，使用后一般不會滲漏。承插膠接接頭依賴于樹脂膠泥和外包玻璃鋼增強層防滲。其中膠泥涂在承口和插口之間，起著道防線作用。它由樹脂加填料配制而成，樹脂起著粘接與防滲作用。要求其具有良好的韌性和較高的粘接力，因此應多采用環氧樹脂作為膠泥。在道防線破壞后，防滲主要依靠外包玻璃鋼增強層。該層由玻璃纖維制品和樹脂組成。其中玻璃纖維制品如氈和布的纖維間有空隙，不能防滲，只能起增強作用。樹脂則充滿纖維間空隙，粘接纖維并使其成為一整體，因而防滲作用主要由樹脂承擔。為了形成能夠防滲的致密性玻璃鋼內襯，本文采用與筒體內襯相同的樹脂作為接頭處的防滲層，增強層則采用與罐體纏繞層同樣的樹脂。在采用環氧類樹脂中加人適量的增韌劑和溶劑，以降低其粘度和提高玻璃鋼韌性。此外，在封頭與罐體接合前，應清洗干凈接頭處，包括承口、插口及包覆玻璃鋼處，擦干后進行打磨至毛糙。在刮涂膠泥和包覆前，應先用棉紗頭沾丙酮擦洗作業表面。一方面是清除玻璃鋼內襯表面的油脂和石蠟等，另一方面可活化玻璃鋼表面，以利于提高粘接強度。打磨時要注意不可遺漏。表面處理的好壞關系到玻璃鋼層與罐體的粘接效果。處理不善往往會產生分層開裂，從而引起滲漏，因此一定要多加研究此處的工藝。
在制作內襯時，樹脂應均勻噴涂且將表面氈和短切氈浸透，并不斷趕壓氣泡，在工藝上確保內襯無纖維外露、干斑、裂紋等表面麻點。如果不慎，鋪設的氈或布易出現打皺，因此鋪設時應注意保持其平整性。
2.2 罐的成型
為增加罐的強度及剛度和提高罐的表面性能，必須在合格的內襯表面纏繞縱環向纖維。纏繞層的厚度以內壓設計為基準，由直徑、壓力和安全系數等計算確定，具體數值見表1
表1 罐的小厚度
直徑/㎜ 內襯厚/㎜ 纏繞層厚/㎜
150 3 3
300 3 3
400 3 3
450 4 6
500 4 6
600 5 8
750 6 9
900 7 11
1000 8 12
1200 9 15
1500 10 18
使用計算機控制的纏繞機完成此工序必會增大中小企業對該項目的投資額，從而限制了該項目的推廣。為此，本文專門研制了纏繞此類產品的機械式纖維纏繞機，成功地解決了普通纖維纏繞機纏繞此類產品時纏不到罐口根部的問題，滿足了用戶對設備的質優價廉的要求。在纏繞時，要施加張力并予以控制，目的是控制含膠量，使紗束均勻排列，排出紗束中的空氣，以減少空隙。纏繞結束后，刮去罐體表面的多余浮膠，進行固化。固化工藝直接影響制品強度。固化溫度根據所用樹脂系統而定。固化過程中宜使制品緩慢旋轉。
2.3 底座的粘接
底座采用玻璃鋼材料制造。其材質使用與內襯材質完全相同的樹脂體系和增強材料及固化體系。底座一般為圓柱形。其壁厚要求是圓柱形整體壓縮強度應為罐體質量及盛裝液體質量的總和除以底座截面積所得值的5倍以上，即：
W/3.14Dδ≥ P/5
式中W為罐的總質量;P為底座材料的壓縮強度；D為底座內徑；δ為底座壁厚。
底座高度根據用戶要求確定。用粘接劑把底座與固化好的罐體粘接在一起，注意底座與罐體的連接處要用玻璃布手糊加固。粘接完畢后，對罐體的外表面進行打磨，后涂以醇酸清漆即可。
3 應用
玻璃鋼水處理罐是由纖維纏繞玻璃鋼和具有氣密作用的內襯組成。兩者可分別進行選材和設計，以滿足不同水質的要求。玻璃鋼水處理罐與常用的金屬罐相比，其優點是①重量輕，比同體積同承壓能力的金屬罐輕40一60%;②罐采用合適的內襯材料，其耐腐蝕性好，不污染水質；③罐在爆破時或由于疲勞原因引起滲漏時，均不產生殺傷性碎片，因而可保證安全使用；④玻璃鋼水處理罐的成型工藝簡單，工藝裝備少，便于進行多品種，小批量生產。
由于有上述明顯優點，玻璃鋼罐在眾多領域特別是水處理行業成為金屬罐的替代產品，正在得到越來越廣泛的應用。另外，玻璃鋼罐還可用于污水、泳池水處理中的過濾罐，除鐵、除氧設備用罐等。
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