玻璃鋼管道因其輕質、高強、易于設計、成型、耐腐蝕、防銹等優(yōu)點,被廣泛用于油田集輸管道、市政給排水管道,通過纏繞工藝加工而成,存在工序多、效率低、質量差等缺陷,連續(xù)纏繞成型工藝是在纏繞工藝基礎上發(fā)展起來的新型工藝,其采用凸輪盤推動鋼帶連續(xù)運轉,形成管材纏繞內心模具,模具前后循環(huán),完成纖維纏繞、復合、夾砂、固化工序,此工藝為連續(xù)成型,提高生產(chǎn)效率、減少資源浪費。油田運輸管道、市政排污管道等領域長期接觸腐蝕介質,對玻璃鋼管道提出了更高的耐腐蝕需求,環(huán)氧乙烯基酯樹脂在耐腐蝕方面較不飽和聚酯樹脂有較大優(yōu)勢。連續(xù)纏繞工藝所需樹脂活性與管道管徑尺寸相關,管徑越小,連續(xù)纏繞速度越快,凝膠時間要求越短,需保證樹脂在纏繞、復合之前不發(fā)生凝膠,到達夾砂工序之前完成凝膠,否則會因內外層固化時間差產(chǎn)生應力,造成開裂、白斑等缺陷。
1.連續(xù)纏繞成型工藝介紹
圖1連續(xù)纏繞工藝示意圖
連續(xù)纏繞成型工藝如圖1所示,要求樹脂在進入短切紗工序之前凝膠,切割工序之前固化。結合理論與經(jīng)驗將連續(xù)纏繞工藝用樹脂凝膠時間與管道直徑、送紗速度關系總結如下:
其中,t—樹脂凝膠時間,單位為s
L0—樹脂與模具接觸點至短切紗落點間距離,單位為m
R—管道直徑,單位為m
V—送紗速度,單位為m/s
C—相鄰連續(xù)玻纖氈重疊寬度與連續(xù)玻纖氈寬度之比,單位為%
此工藝特點為連續(xù)生產(chǎn),對樹脂凝膠時間要求苛刻,是連續(xù)纏繞成型工藝的關鍵,凝膠時間與管道直徑呈正相關,直徑越小,對樹脂凝膠時間要求越短,直徑為0.6m的玻璃鋼管道凝膠時間控制在2.5-4.5min為宜,常規(guī)環(huán)氧乙烯基酯樹脂因活性低,很難達到此項要求。
連續(xù)纏繞樹脂的工藝性能要求如下:
1)低粘度,粘度范圍250-350cps;
2)合適的凝膠時間及放熱峰溫度。
2.影響樹脂凝膠時間的因素
樹脂凝膠時間受溫度、固化劑、促進劑、助促進劑影響,分別對以上幾個因素進行分析,以MFE711FW環(huán)氧乙烯基酯樹脂為例,分別測試溫度、固化劑、促進劑、助促進劑對凝膠時間的影響。
圖2不同測試溫度MFE711FW樹脂放熱曲線
溫度對凝膠時間的影響如圖2所示,橫坐標為時間,縱坐標為樹脂固化過程中放熱溫度,從圖中可以看出,溫度對凝膠時間影響較大,15℃水浴實驗,樹脂凝膠時間為9min,50℃水浴實驗,凝膠時間縮短至40s,原因是MFE711FW為自由基固化機理,引發(fā)劑產(chǎn)生自由基速度受溫度影響,溫度越高,自由基產(chǎn)生速度越快,從而增加鏈引發(fā)的幾率以及鏈增長速度,樹脂固化速度隨之增加。
圖3不同固化劑加入量MFE711FW放熱曲線
固化劑加入量對樹脂凝膠時間影響如圖3所示,促進劑加入量保持恒定,為樹脂重量0.9%,隨著固化劑加入量增加,樹脂凝膠時間明顯縮短,通過試驗,確定固化劑適宜加入量為1.5-2.5%。
圖4不同促進劑加入量MFE711FW放熱曲線
促進劑加入量對樹脂凝膠時間影響如圖4所示,固化劑加入量2.0%不變,調節(jié)促進劑加入量0.4%-2.0%,樹脂放熱曲線如圖4,試驗表明,促進劑加入量0.8%,效果最佳,進一步增加促進劑用量,樹脂凝膠時間變化不大,但放熱峰溫度隨促進劑加入量增加不斷升高,放熱峰溫度升高,有助于提高玻璃鋼硬度建立速度。
圖5加入助促進劑不同促進劑加入量MFE711FW放熱曲線
由圖2得知樹脂在15℃時,凝膠時間較長,為縮短樹脂的凝膠時間,加入助促進劑,助促進劑為銨鹽,能夠提高自由基釋放速率,圖5為15℃加入助促進劑前后樹脂放熱曲線,固化劑加入量保持樹脂量2.0%不變,調節(jié)促進劑加入量0.4%-2.0%。從試驗結果看,加入助促進劑,凝膠時間大幅度縮短,由9min降低到3min左右;但助促進劑加入后,容易造成過多的自由基相互中和,造成放熱峰降低,產(chǎn)生制品固化不良問題,生產(chǎn)車間溫度較低時,可通過助促進劑調節(jié)凝膠時間,但應注意其帶來的不利因素。
3.力學性能比較
測試MFE711FW澆鑄體及玻璃鋼力學性能,并與不飽和聚酯樹脂(UP)、UP/VE混合樹脂進行性能對比,測試結果如下:
從結果可以看出,MFE711FW環(huán)氧乙烯基酯樹脂力學性能最佳。
作者:小七
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