介紹了由材料性能試驗獲取的連續玻璃纖維增強復合材料的力學性能,包括沿各個不同方向的拉伸、壓縮、剪切、彎曲等性能參數,并依據這些性能參數,研究連續纖維增強玻璃鋼球閥的設計要點,導出其詳細設計公式。通過對材料組成及制備工藝進行改進,使得設計出的玻璃鋼球閥較國內普通的玻璃鋼球閥力學性能更為優秀。

1、概述

　　長期以來,在化工、石油、醫藥和食品等工業部門中,控制、輸送介質管路上的耐腐蝕閥門一般都采用不銹鋼、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〕來發展迅速的一種復合材料。玻璃鋼是以玻璃纖維作增強材料、合成樹脂作粘結劑的增強塑料。隨著我國玻璃鋼事業的發展,作為塑料基的增強材料,已由玻璃纖維擴大到碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、氧化鋁纖維和碳化硅纖維等。由于玻璃鋼相對其他材料具有更加優良的耐化學介質腐蝕性,玻璃鋼制管道和閥門已得到廣泛應用。一般的不銹鋼閥門在高溫鹽酸和酸堿交替條件下是不能使用的,在價格上玻璃鋼閥門只有相同尺寸不銹鋼閥門的1/3左右。

2、分析

　　目前國內玻璃鋼球閥所用材料的基體樹脂大多采用改性酚醛樹脂,增強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,大大限制了應用范圍,使玻璃鋼優良的耐腐蝕性能得不到充分發揮。為了滿足各行業日益增長的閥門使用需求和各種嚴酷苛刻使用環境的需要,必須對現有玻璃鋼閥門的材料及制作工藝進行改進,使其適用于更高壓力范圍。本文首先對連續玻璃纖維增強玻璃鋼的材料力學性能進行試驗研究,在已知玻璃鋼材料性能參數的基礎上導出玻璃鋼球閥的設計要點。

3、球閥材料選用

　　目前國內用于制造閥門的玻璃鋼基體材料主要以環氧和酚醛兩類樹脂^〔2〕 (包括其改性品種,如,聚乙烯醇縮丁醛改性酚醛、二甲苯甲醛樹脂改性酚醛、環氧酚醛等)為主,聚酯玻璃鋼閥和改性呋喃樹脂玻璃鋼閥也有少量生產。作為增強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形式。短玻纖^〔3〕增強的復合材料性能不高,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。這個工作壓力范圍僅相當于低壓區的工作壓力范圍^〔4〕 。

　　本文介紹的球閥用玻璃鋼是采用連續玻璃纖維布作增強體,用乙烯基酯樹脂(Vinyl Ester Resins)作為基體材料的復合材料。連續玻璃纖維布增強的玻璃鋼具有抗沖擊強度好,蠕變小,耐熱性好,成型收縮小等優點。與玻璃鋼管道應用條件相類似,乙烯基樹脂的耐溫、耐腐蝕和加工性能好,常應用于化工設備的防腐保護。而采用連續玻璃纖維布取代傳統的短切纖維作為增強材料可以大大提高玻璃鋼中玻璃纖維的百分含量和增強效果。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性能的提升。

6、結語

　　通過改進玻璃鋼的材料組成和制作工藝, 提升了玻璃鋼的整體力學性能, 克服了短切玻璃纖維增強玻璃鋼脆性大的缺點。經殼體試驗, 按PN0.6M Pa 設計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揮。

參考文獻

　　（1〕　劉鑫昌. 玻璃鋼復合材料工藝發展趨勢〔J〕. 玻璃鋼/復合材抖, 1992 (1) : 33 - 36, 42.
　　〔2〕　吳國貞, 貴文伯, 于丁, 等. 塑料在化學工業中的應用〔M 〕. 北京: 化學工業出版社, 1985.
　　〔3〕　趙振鐸, 劉延利. 現代工業玻璃鋼復合材料及其成形技術〔J〕. 英才高職論壇, 2007 (3) : 52 - 57.
　　〔4〕　本書編委會. 最新閥門設計制造技術與產品質量檢測標準規范全書〔M 〕. 北京: 電子工業出版社, 2003.
　　〔5〕　崔建偉, 宋華, 張慧萍, 等. 短纖維增強PVC 的力學性能研究〔J〕. 玻璃鋼/復合材料, 2006 (1) : 31 - 33.
　　〔6〕　哈爾濱建筑工程學院編, 玻璃鋼結構分析與設計〔M 〕. 中國建筑工業出版社, 1981.
　　〔7〕　徐灝. 安全系數和許用應力〔M 〕. 北京: 機械工業出版社, 1981.
　　〔8〕　孔慶寶, 孔凡旭. 玻璃鋼管路工程壽命的分析研究(中)〔J〕. 纖維復合材料, 2001 (1) : 46 - 50.