【文章內(nèi)容簡介】 箱體結(jié)構(gòu)材料分析 水箱主要有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、全玻璃鋼結(jié)構(gòu) [16] [17]。 玻璃鋼水箱與鋼板水箱和鋼筋混凝土水箱的比較 [18] (1) 質(zhì)量輕 制造相同容積的高位水箱，玻璃鋼水箱的質(zhì)量僅為鋼板水箱質(zhì)量的 1/4，為鋼筋混凝土水箱質(zhì)量的 1/15。減少水箱的自重，以減輕建筑結(jié)構(gòu)的載荷及對減低工程造價有利。 (2) 制造方便 玻璃鋼水箱可以整體成形、制成板塊現(xiàn)場拼裝和現(xiàn)場制造。水箱的接管處、排水凹板等，都可以在制造水箱時完成，不需 要像傳統(tǒng)水箱制造時增加費用，也不需要像鋼板水箱那樣，增加油漆防腐工序。 (3) 耐腐蝕性好 [19] 玻璃鋼水箱防水、防腐蝕性好，不像鋼筋混凝土水箱那樣易滲透，也不像鋼板水箱那樣需要經(jīng)常維修，涂漆防銹。 (4) 衛(wèi)生 玻璃鋼水箱選用食品級樹脂制造，能夠保證達到國家規(guī)定的水質(zhì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，玻璃鋼水箱畢業(yè)論文 5 不污染儲水。而鋼板水箱長期使用后，鋼板易生銹，給生活用水造成二次污染。鋼筋混凝土水箱不易清洗，易長青苔。 (5) 強度高、抗震性好 玻璃鋼水箱能夠經(jīng)受 8 級地震而不壞，而鋼板水箱和鋼筋混凝土水箱則不防震 [20]。 (6) 美觀 玻璃 鋼水箱表面光澤、顏色鮮艷、造型獨特，可以根據(jù)用戶需求選型、著色，設(shè)計成有裝飾效果的水箱，美化城市。 (7) 技術(shù)經(jīng)濟效益好 玻璃鋼水箱的綜合經(jīng)濟效益高于鋼板水箱和鋼筋混凝土水箱。比較結(jié)果如表 11。 表 11 不同材料水箱綜合性能的比較 Different materials tank prehensive performance parison 材料 玻璃鋼 鋼板 鋼筋混凝土 質(zhì)量 最好 一般 差 耐久性 最好 差 最好 維護性 最好 差 最好 衛(wèi)生性 最好 一般 較好 抗震性 最好 差 差 保溫性 最好 差 較好 防滲性 最好 最好 差 耐腐蝕性 最好 差 較好 易清洗性 最好 較好 一般 多樣化美觀 最好 差 一般 原材料來源 最好 一般 最好 原材料費用 一般 一般 最好 易施工性 最好 一般 差 生產(chǎn)周期 最好 較好 差 生產(chǎn)成本 較好 較好 最好 玻璃鋼水箱畢業(yè)論文 6 第二章 設(shè)計目的及流程 設(shè)計目的 目前我國主要采用混凝土和鋼板水箱，但混凝土水箱的滲漏、結(jié)垢，鋼板水箱的銹蝕，對水箱的使用造成很大影響，據(jù)北京市環(huán)保局現(xiàn)場檢測，目前我國 85%的水箱供水系統(tǒng)，由于水箱的菌藻、銹蝕污染而無法達到供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。自 80 年代，普遍采用組裝式玻璃鋼水箱，解決了上述問題，玻璃鋼 (FRP)水箱具有無泄漏、無變形、無污染、使用壽命長等優(yōu)點，并且組裝容易、外形美觀，可根據(jù)用戶需要組裝成不同噸位的水箱 。 本論文的主要研究內(nèi)容是 模壓法制備玻璃鋼屋頂水箱板的設(shè)計 。涉及的主要學(xué)科和知識領(lǐng)域為無機化學(xué)、物理化學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料科研導(dǎo)論、材料物理性能、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)力學(xué)等。本文要求按照玻璃鋼屋頂水箱的使用要求進行材料選擇，對產(chǎn)品進行強度設(shè)計，熟練掌握 SMC 模壓工藝。 水箱安裝 于屋頂作為城市小高層的二次供水，容積 4m3，規(guī)格可以選擇矩形或圓柱形。外形尺寸可以參照國家標(biāo)準(zhǔn)進行選擇和設(shè)計，風(fēng)壓載荷參照《復(fù)合材料制品設(shè)計及應(yīng)用》，雪荷按照最大積雪深度 ≤30cm 計算，不考慮地震載荷。 SMC 模壓板的單板拉伸強度：70MPa，彎曲強度： 150MPa，彎曲模量： 10GPa，模壓板材密度 。據(jù)此進行設(shè)計。 水箱板塊規(guī)格有： 10001000mm。1000500mm。500500mm。厚度有 5mm、 8mm、10mm、 12mm、 14mm、 16mm、 18mm、 20mm。其中 5mm 厚度 板專用做水箱蓋板 。 模壓玻璃鋼水箱板，其特征于一塊四周帶翻邊的長方形凹面板，翻邊的垂直面通過一個過渡斜面與上部的平面連接，上部平面的中間設(shè)置一個下凹的半球形凹面，半球形凹面的邊部與過渡斜面的長邊相接，半球形凹面的底部與翻邊垂直面的底邊齊平，翻邊垂直面的內(nèi)側(cè)、平面的反面和半球形凹面的反面所呈現(xiàn)的半球形凸面邊緣連接有加強筋，位于翻邊垂直面內(nèi)側(cè)拐角處的加強筋為長加強筋，長加強筋之間分別設(shè)置一根短筋，長、短加強筋對稱與設(shè)置在半球形凹面反面所呈現(xiàn)的凸面與翻邊垂直面拐角和翻邊垂直面內(nèi)側(cè)之間。 工藝流程及原料選 擇 玻璃鋼屋頂水箱板成型工藝設(shè)計 (1)模壓料制作 SMC 是用不飽和聚酯樹脂、增稠劑、引發(fā)及、交聯(lián)劑、低收縮添加劑、填料、內(nèi)脫膜劑和著色劑等混合成樹脂糊浸漬短切玻璃纖維粗砂或玻璃纖維氈，并在兩面用聚乙烯或玻璃鋼水箱畢業(yè)論文 7 聚丙烯薄膜包覆起來形成的片狀模壓成型材料。使用時，只需將兩面的薄膜撕去，按制品的尺寸裁切、疊層、加入模具中加溫加壓，既得所需制品。 SMC 是干法生產(chǎn) FRP 制品的一種中間材料。它與其他成型材料的根本區(qū)別在于其增稠作用。在浸漬玻璃纖維是體系粘度較低，浸透后粘度急速上升，達到并穩(wěn)定在可供模壓的程度。 根據(jù)制品的使用條件，對復(fù)合材料的物理性能、抗老化性能及力學(xué)性能進行設(shè)計，水箱中儲存介質(zhì)為生活用水，使用溫度為常溫，安裝高度為 100m，露天，由此可知，所選擇的樹脂必須保證衛(wèi)生和耐水性，還要有一定的力學(xué)承載能力和抗老化性能。 不飽和聚酯樹脂為 SMC 的主要組分。不同原料制成的不飽和聚酯樹脂對樹脂糊的增稠效果、工藝特性以及制品性能、收縮率、表面光潔度都要直接影響。適宜 SMC 用的不飽和聚酯樹脂應(yīng)滿足下列要求： 1)低粘度，便于浸漬玻璃纖維； 2)易同增稠劑反應(yīng)，滿足增稠要求； 3)固化迅速，提高生產(chǎn)效率； 4)熱強 度較高，保證制件脫模時不致?lián)p壞； 5)有足夠的韌性，在制件發(fā)生某些變形時不致開裂。 輔助劑包括引發(fā)劑、交聯(lián)劑及阻聚劑。 1)交聯(lián)劑 交聯(lián)劑可與聚酯發(fā)生共聚反應(yīng)，使聚酯大分子間通過交聯(lián)單體自聚的 “鏈橋 ”而交聯(lián)固化，從而改善了樹脂固化后的性能。交聯(lián)劑用量增加，會使樹脂糊初始粘度降低。 2)引發(fā)劑 SMC 中引發(fā)劑應(yīng)滿足：貯存、操作安全，室溫下不分解；制得的 SMC 貯存期長；達到某一溫度時，分解速度快，交聯(lián)效率高；價格低。 3)阻聚劑 不飽和聚酯在室溫下會交聯(lián)聚合，使粘度上升。阻聚劑就是為了防止過早聚合，延長貯存期而 加入的。 增稠劑的選用原則： 1)在制備時，要求粘度很低，以保證樹脂對玻璃纖維和填料的充分浸漬； 2)當(dāng)纖維和填料被浸漬后，又要求粘度迅速增高，以適應(yīng)貯運和模壓操作； 3)增稠后的坯料，在模壓溫度下能迅速充滿模腔，并使樹脂與纖維不發(fā)生離析； 4)增稠后的粘度，在貯存期內(nèi)必須穩(wěn)定在可模壓的范圍內(nèi)； 5)增稠作用在生產(chǎn)中應(yīng)該有穩(wěn)定的重現(xiàn)性。 玻璃鋼水箱畢業(yè)論文 8 影響增稠效果的因素有很多。 1)聚酯樹脂酸值的影響 2)增稠劑活性的影響 3)微量水分的影響 4)溫度的影響 (2)設(shè)備與質(zhì)量控制 機械預(yù)混法所用設(shè)備主要有纖維切割機 、捏和機和撕松機。常用纖維切割機為三輥式切割器。改變切割輥刀片可調(diào)變切割纖維長度。捏合機的作用是將樹脂和纖維混合均勻。捏合過程主要控制捏合時間和樹脂粘度。捏合時間愈長，纖維強度損失愈大。時間過短，樹脂與纖維混合不均勻。樹脂粘度控制不當(dāng)，既影響樹脂對纖維的均勻浸潤和浸透速度，也會對纖維強度帶來影響。此外，加料量也要適當(dāng)，最大加料量約為捏合鍋內(nèi)容積的60%~70%，過多過少都不能有效捏合。 模壓料可用手工預(yù)混和機械預(yù)混方法制造。制備工藝流程如圖 21 所示。 玻璃纖維 → 熱處理 → 切割 → 混合 → 撕松 → 烘干 → 模壓料 ↑ 樹脂調(diào)配 圖 21 制備工藝流程 process flows (3)模壓料的工藝性 模壓料的工藝性主要為模壓料的流動性、收縮率和壓縮性。 影響收縮的因素： ① 原材料的影響 模壓料中樹脂和添加物的種類和含量直接影響收縮率的大小。 ② 模具結(jié)構(gòu)和制品形狀的影響 不溢式模具成型制品的收縮率比溢式模具小。 ③ 成型工藝條件的影響 主 要指溫度制度與壓力制度。 玻璃鋼屋頂水箱板模壓成型工藝 模壓工藝所制備產(chǎn)品具有以下優(yōu)點： (1)有較高的生產(chǎn)效率； (2)制品尺寸準(zhǔn)確，表面光潔； (3)多數(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制品可一次成型，無需有損制品性能的二次加工； 玻璃鋼水箱畢業(yè)論文 9 (4)制品外觀及尺寸的重復(fù)性好，容易實現(xiàn)機械化和自動化。 但是，模壓工藝也存在許多缺點： (1)模具設(shè)計制造復(fù)雜； (2)壓機及模具投資高； (3)制品尺寸受設(shè)備限制，一般只適合制造批量大的中、小型制品。 由于模壓成型工藝具有以上優(yōu)點，已成為復(fù)合材料的重要成型方法。今年來，制品成本不斷 降低，其使用范圍越來越廣泛。 模壓主要設(shè)備有壓機和模具。壓機的作用在于通過模具對塑料施加壓力。在橡膠加工中，壓機稱為平板硫化機。壓機的主要參數(shù)包括公稱噸位、壓板尺寸、工作行程和柱塞直徑，這些指標(biāo)決定著壓機所能模壓制品的面積、高度或厚度，以及能夠達到的最大模壓壓力。模具按其結(jié)構(gòu)的特征 ,可分為溢式、不溢式和半溢式三種 ,其中以半溢式用得最多。 工藝過程分為加料、閉模、排氣、固化、脫模和模具清理等，若制品有嵌件需要在模壓時封入，則在加料前應(yīng)將嵌件安放好。主要控制的工藝條件是壓力、模具溫度和模壓時間。此外，還有一種特 殊形式的模壓方法，即先將粉狀塑料壓實，然后從模中取出料坯，放在爐中加熱至熔點，使塑料顆粒熔化成一個整體，冷卻后得制品或半成品。 模壓環(huán)節(jié)分為三部分。 (1)預(yù)壓 為改善制品質(zhì)量和提高模塑效率等，將粉料或纖維狀模塑料預(yù)先壓成一定形狀的操作。 (2)預(yù)熱 為改善模塑料的加工性能和縮短成型周期等，把模塑料在成型前先行加熱的操作。 (3)模壓 在模具內(nèi)加入所需量的塑料，閉模、排氣，在模塑溫度和壓力下保持一段時間，然后脫模清模的操作。 1)原材料的選用 ① 纖維增強材料選擇 短纖維增 強材料多為玻