介紹了由材料性能試驗(yàn)獲取的連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能,包括沿各個(gè)不同方向的拉伸、壓縮、剪切、彎曲等性能參數(shù),并依據(jù)這些性能參數(shù),研究連續(xù)纖維增強(qiáng)玻璃鋼球閥的設(shè)計(jì)要點(diǎn),導(dǎo)出其詳細(xì)設(shè)計(jì)公式。通過(guò)對(duì)材料組成及制備工藝進(jìn)行改進(jìn),使得設(shè)計(jì)出的玻璃鋼球閥較國(guó)內(nèi)普通的玻璃鋼球閥力學(xué)性能更為優(yōu)秀。

1、概述

　　長(zhǎng)期以來(lái),在化工、石油、醫(yī)藥和食品等工業(yè)部門(mén)中,控制、輸送介質(zhì)管路上的耐腐蝕閥門(mén)一般都采用不銹鋼、搪瓷、硅鐵、陶瓷和聚四氟乙烯等耐腐蝕材料,玻璃鋼是近50多年^〔1〕來(lái)發(fā)展迅速的一種復(fù)合材料。玻璃鋼是以玻璃纖維作增強(qiáng)材料、合成樹(shù)脂作粘結(jié)劑的增強(qiáng)塑料。隨著我國(guó)玻璃鋼事業(yè)的發(fā)展,作為塑料基的增強(qiáng)材料,已由玻璃纖維擴(kuò)大到碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、氧化鋁纖維和碳化硅纖維等。由于玻璃鋼相對(duì)其他材料具有更加優(yōu)良的耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕性,玻璃鋼制管道和閥門(mén)已得到廣泛應(yīng)用。一般的不銹鋼閥門(mén)在高溫鹽酸和酸堿交替條件下是不能使用的,在價(jià)格上玻璃鋼閥門(mén)只有相同尺寸不銹鋼閥門(mén)的1/3左右。

2、分析

　　目前國(guó)內(nèi)玻璃鋼球閥所用材料的基體樹(shù)脂大多采用改性酚醛樹(shù)脂,增強(qiáng)纖維一般都采用短切纖維。這樣的玻璃鋼球閥只能在PN0.6MPa的工況下使用,大大限制了應(yīng)用范圍,使玻璃鋼優(yōu)良的耐腐蝕性能得不到充分發(fā)揮。為了滿足各行業(yè)日益增長(zhǎng)的閥門(mén)使用需求和各種嚴(yán)酷苛刻使用環(huán)境的需要,必須對(duì)現(xiàn)有玻璃鋼閥門(mén)的材料及制作工藝進(jìn)行改進(jìn),使其適用于更高壓力范圍。本文首先對(duì)連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)玻璃鋼的材料力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)研究,在已知玻璃鋼材料性能參數(shù)的基礎(chǔ)上導(dǎo)出玻璃鋼球閥的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

3、球閥材料選用

　　目前國(guó)內(nèi)用于制造閥門(mén)的玻璃鋼基體材料主要以環(huán)氧和酚醛兩類(lèi)樹(shù)脂^〔2〕 (包括其改性品種,如,聚乙烯醇縮丁醛改性酚醛、二甲苯甲醛樹(shù)脂改性酚醛、環(huán)氧酚醛等)為主,聚酯玻璃鋼閥和改性呋喃樹(shù)脂玻璃鋼閥也有少量生產(chǎn)。作為增強(qiáng)材料的玻璃纖維也形式各異,但限于模壓成型工藝,主要采用短切纖維增強(qiáng)形式。短玻纖^〔3〕增強(qiáng)的復(fù)合材料性能不高,各種玻璃鋼閥的工作溫度上限一般為120～140℃,工作壓力為0.8～1.0MPa。這個(gè)工作壓力范圍僅相當(dāng)于低壓區(qū)的工作壓力范圍^〔4〕 。

　　本文介紹的球閥用玻璃鋼是采用連續(xù)玻璃纖維布作增強(qiáng)體,用乙烯基酯樹(shù)脂(Vinyl Ester Resins)作為基體材料的復(fù)合材料。連續(xù)玻璃纖維布增強(qiáng)的玻璃鋼具有抗沖擊強(qiáng)度好,蠕變小,耐熱性好,成型收縮小等優(yōu)點(diǎn)。與玻璃鋼管道應(yīng)用條件相類(lèi)似,乙烯基樹(shù)脂的耐溫、耐腐蝕和加工性能好,常應(yīng)用于化工設(shè)備的防腐保護(hù)。而采用連續(xù)玻璃纖維布取代傳統(tǒng)的短切纖維作為增強(qiáng)材料可以大大提高玻璃鋼中玻璃纖維的百分含量和增強(qiáng)效果。玻璃纖維是玻璃鋼的主要承力部分,玻璃纖維含量的提高將意味著玻璃鋼整體力學(xué)性能的提升。

6、結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)改進(jìn)玻璃鋼的材料組成和制作工藝, 提升了玻璃鋼的整體力學(xué)性能, 克服了短切玻璃纖維增強(qiáng)玻璃鋼脆性大的缺點(diǎn)。經(jīng)殼體試驗(yàn), 按PN0.6M Pa 設(shè)計(jì)的玻璃鋼球閥至少可以在PN2.5M Pa的工況下安全使用。拓寬了玻璃鋼球閥的使用范圍, 使玻璃鋼球閥的耐腐蝕性能得以充分發(fā)揮。

參考文獻(xiàn)

　�。�1〕　劉鑫昌. 玻璃鋼復(fù)合材料工藝發(fā)展趨勢(shì)〔J〕. 玻璃鋼/復(fù)合材抖, 1992 (1) : 33 - 36, 42.
　　〔2〕　吳國(guó)貞, 貴文伯, 于丁, 等. 塑料在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用〔M 〕. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 1985.
　　〔3〕　趙振鐸, 劉延利. 現(xiàn)代工業(yè)玻璃鋼復(fù)合材料及其成形技術(shù)〔J〕. 英才高職論壇, 2007 (3) : 52 - 57.
　　〔4〕　本書(shū)編委會(huì). 最新閥門(mén)設(shè)計(jì)制造技術(shù)與產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范全書(shū)〔M 〕. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2003.
　　〔5〕　崔建偉, 宋華, 張慧萍, 等. 短纖維增強(qiáng)PVC 的力學(xué)性能研究〔J〕. 玻璃鋼/復(fù)合材料, 2006 (1) : 31 - 33.
　　〔6〕　哈爾濱建筑工程學(xué)院編, 玻璃鋼結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)〔M 〕. 中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 1981.
　　〔7〕　徐灝. 安全系數(shù)和許用應(yīng)力〔M 〕. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1981.
　　〔8〕　孔慶寶, 孔凡旭. 玻璃鋼管路工程壽命的分析研究(中)〔J〕. 纖維復(fù)合材料, 2001 (1) : 46 - 50.