玻璃钢包装筒结构设计及成形工艺

姜秀凤，娄勇健，王锐，刘海艳，陈晓红，周宇杭

（北方华安工业集团有限公司，齐齐哈尔 161046）

目前，我国弹用包装筒还大多采用钢质材料，由于钢材价格的一度上涨，导致了包装筒成本的不断增加，尤其在如今这个竞争激烈的时代，在某种意义上讲，降低成本意味着增强竞争力。对作为关键件的弹用包装筒进行工艺改进，具有十分重要的意义。针对玻璃钢产品具有的强度高、重量轻、耐酸碱腐蚀、耐老化、使用寿命长久、绝缘性好、不导电、阻燃、耐高温、绿色环保以及经济实用等诸多优点，某企业进行了玻璃钢包装筒代替钢质包装筒的工艺技术改进，使包装筒在表面质量、产品尺寸、防水性能及气密性等方面均满足了产品使用要求［1］。将产品重量减轻、成本降低，大大增强了市场竞争力。

1 结构设计

综合考虑玻璃钢包装筒的力学性能、防水性、密封性和成形工艺合理性等综合使用性能，寻找到玻璃钢这种新型材料代替钢材，这是由于其强度相当于钢材，是可以替代部分金属的理想材料，这样不仅降低材料成本，还可以大量节约金属能源消耗［2—3］。通过一系列的优化论证，最终确定:玻璃钢包装筒为筒盖、筒体和密封环分别加工，通过粘接的方式使其有效地连接为一体的结构形式。

2 成形工艺方法分析

玻璃钢俗称FRP（Fiber Reinforced Plastics），是20世纪初国外开发的一种新型复合材料，是以玻璃纤维作为增强材料，树脂作为基体材料的一种增强塑料，称为玻璃纤维增强塑料，或玻璃钢。由于所使用的树脂品种不同，因此有聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢之称。玻璃钢产品有很多制造工艺，如模压、拉挤、缠绕、真空吸塑、手糊、喷射等。不同的工艺，适合做不同的产品。根据产品的需要，经过分析最终确定:玻璃钢包装筒原材料选用JC/T 170—2002无碱玻璃纤维布、GB 10570—1989铝箔，采用缠绕、固化、粘接的工艺加工方式［4—6］。

3 加工工艺及性能检测

3.1 原材料验收

检测设备:天平，烘干炉，小瓶（盛丙酮）。检测原料:丙酮。

检测方法:用天平称无碱玻璃纤维布胶样（100 mm×100 mm）的质量，拿一块胶样放在烘干炉里10 min，炉温为160℃，同时把另一个胶样放在盛有丙酮的小筒里5 min，之后，把此胶样再放在烘干炉里5 min。

计算方法:含胶量 =（m胶样-m底材）/m胶样×100%，其中底材为原布（没浸胶的布）;挥发率=（m胶样-m烘干后胶样）/m胶样×100%，其中烘干后胶样指的是直接烘干的样品;可溶性=（m胶样-m底材）/（m胶样-m溶后）×100%。

3.2 卷管

先把卷管机升温至140℃，然后将卷管机空转几圈，直到铁辊表面受热均匀，即可进入作业状态，采用冷模芯卷制法。先在模芯上刷上适量黄油（目的是方便粘上第1张布），在卷制前先把每一张布的硬边用刀削掉（防止有硬棱影响筒的圆度），在第3张布后加铝箔，这样可以增加气密性［7］。在卷制过程中，第1张布的转速为150～200 r/min，待模具转一圈后，转速降为100～120 r/min比较合适，也可因温度适当进行调整，卷管机的线压力不宜太大，可以用配重砣进行调整，防止筒内部有凸凹痕。要有一定的张力，不至于起泡，如不慎起泡，可用刀在起泡处划一下。如有出胶情况，卷完后再快转几圈，将余胶均匀地涂在筒的外表面［8—9］。

3.3 固化

工作前将炉温升温，在升温的过程中，调整炉的三段温度、升温时间、保温时间。具体如表1所示。

表1 固化温度Table 1 The curing temperature

温度升至70℃时产品入炉，把炉调到自动状态。7.5 h之后断掉电源，打开炉门。

3.4 打磨

先将所有打磨部位用工业丙酮清擦干净，将需打磨部位打磨至无光亮的胶膜为止，这样保证在下一道粘接工序中，粘接牢固。

3.5 粘接

将砂磨处处理到位，然后配环氧树脂胶和环氧树脂固化剂（按1∶1比例配），加上适当的稀释剂（二甲苯），将处理完的筒底和筒体粘接牢固。如有大的缝隙，为防止底部漏气，用胶将粘接部位密上一圈胶，但要适当，并要处理干净，不要留有胶痕。底和环不能同时粘，粘接后静态立放，具体粘接位置见图1。

图1 包装筒粘接位置Fig.1 Bonding position of the packaging tube

包装筒粘接后需进行自然干燥48 h，方可进入下一道工序［10—12］。粘接完固化24 h后再进行试压，也可以固化12 h后把筒放到固化炉里升温到55℃后保温1～2 h。

3.6 力学性能检测

利用液压式万能试验机，进行性能检测。试样的制备见图2，在筒体上截取100 mm长的8段，筒底与筒体，筒体与密封环粘接后自然干燥48 h后进行试验。结果为:筒体径向抗压破坏载荷≥588 N;筒体轴向抗压破坏载荷≥588 N;筒体径向抗压破坏载荷≥588 N;筒底与筒体粘接破坏载荷≥1.27×104N;筒体与密封环粘接破坏载荷≥4.6 ×104N［13—15］。

图2 力学性能测试试样Fig.2 Mechanical properties of the samples

3.7 防水性能检测

自制一个简易浸水装置，将装配后的包装筒浸没于水下500 mm，浸没1 h进行防水性能试验，包装筒出水后筒内无进水痕迹。

3.8 气密性能检测

利用自制水银气密试验装置，将筒体充压到0.035 MPa时保压30 s，观察压力表指针有无回降现象。若无回弹则其气密性合格。

4 结论

经过对玻璃钢包装筒的结构设计以及筒体成形工艺的优化，试制生产的产品表面质量、尺寸合格，装配后进行了力学性能检测、防水性能检测、气密性能等，均满足产品使用要求，实现了玻璃钢包装筒代替钢质包装筒的工艺改进。由于属于试制初期，缠绕经验不足，加工工艺还需进一步完善，以解决技术难题，达到降低成本的目的。

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