玻璃钢压力容器.pptx

复合材料复合材料 （Composite materials)Composite materials)是由两种或两种以上不同性质的材料，以一种材料为基体(Matrix)，另一种材料为增强体(reinforcement)通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。由基体材料和增强材料复合而成第第1 1页页/共共6363页页复合材料复合材料 (Composite materials)基体材料分：金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。第第2 2页页/共共6363页页复合材料(Composite materials)纤维增强塑料 纤维：玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、高强聚乙烯纤维、玄武岩纤维塑料：热固性：环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛 树脂等 热塑性：PP、PBT、PA等第第3 3页页/共共6363页页复合材料复合材料 (Composite materials)玻璃钢（FRP）亦称作GRP，即玻璃纤维增强热固性树脂，一般指用玻璃纤维增强不饱和聚脂、环氧树脂与酚醛、呋喃树脂基体。国际上称FRP,GRP,GFRP或 fiberglass products。碳纤维增强塑料 CFRP第第4 4页页/共共6363页页复合材料净化复合材料净化水罐水罐第第5 5页页/共共6363页页复合材料净化复合材料净化水罐水罐第第6 6页页/共共6363页页复合材料净化复合材料净化水罐水罐水处理系统第第7 7页页/共共6363页页玻璃钢反渗透膜壳玻璃钢反渗透膜壳第第8 8页页/共共6363页页复合气瓶复合气瓶第第9 9页页/共共6363页页玻璃钢储罐玻璃钢储罐第第1010页页/共共6363页页玻璃钢塔器玻璃钢塔器第第1111页页/共共6363页页玻璃钢现场缠绕储罐玻璃钢现场缠绕储罐第第1212页页/共共6363页页复合材料复合材料 (Composite materials)纤维增强热固性塑料的特点优点：轻质高强，性能可设计 耐腐蚀，爆破碎片少、成型方便缺点：耐温受限、疲劳、离散、抗冲击性能低、老化、耐有机溶剂差第第1313页页/共共6363页页玻璃钢压力容器玻璃钢压力容器成型工艺：手糊成型缠绕成型袋压成型模压成型第第1414页页/共共6363页页纤维材料及织物纤维材料及织物第第1515页页/共共6363页页纤维材料及织物纤维材料及织物 及用途及用途及用途及用途玻璃纤维 碳纤维 芳纶纤维 高强聚乙烯无碱、中碱表面毡 30-50g/m2短切毡 300、450g/m2布 100、200、400、600、800g/m2直接纱 1200、2400、4800TEX单向布多轴向布缝编毡 复合毡 第第1616页页/共共6363页页玻璃纤维玻纤布性能指标JCT 2811994 5.1.1 无碱无捻粗纱布采且铝硼硅酸盐玻璃成分，其碱金属氧化物含量小于0.8。5.1.2 无碱无捻粗纱布含无蜡浸注剂。其含量为0.52.0，如更换浸润剂类型或改变含量时，由供需双方商定。（含油率）5.1.3 无碱无捻粗纱布含水率小于1.0。5.1.4 无碱无捻粗纱布织物密度和单位面积质量如表。第第1717页页/共共6363页页纤维种类及性能玻璃纤维 玻璃纤维类别特性无碱玻璃纤维E电器性能和耐老化性能优良玻璃纤维C耐酸性好高强玻璃纤维S拉伸强度高，比E玻璃35%高模玻璃纤维M弹性模量高于E玻璃和S玻璃中碱玻璃纤维国产、量大价优密度g/cm3拉伸强度 MPa拉伸模量 GPa延伸率%热膨胀系数 10-6/2.54344872.44.85.0第第1818页页/共共6363页页不饱和聚酯树脂第第1919页页/共共6363页页树脂产品参数性性 能能范范 围围单单 位位测试标准测试标准外观外观清-TM-017粘度粘度23440-500mPa.sTM-006酸值酸值5-8mgKOH/gTM-007固体含量固体含量59-62TM-011凝胶时间10-17minutes固化时间，25-放热峰18-28minutesTM-018放热峰140-165C注：25反应性:100g 树脂中加2 g Butanox LPT(AKZO-Nobel)和 1 g CoB1(1%)第第2020页页/共共6363页页树脂指标树脂浇铸体性能（典型值）树脂浇铸体性能（典型值）性 能数 值单 位测试标准拉伸强度95MpaISO 527-2拉伸弹性模量3600MpaISO 527-2断裂延伸率6.1%ISO 527-2弯曲强度150MpaISO 178弯曲弹性模量3400MPaISO 178冲击强度28KJ/m2ISO 179热变形温度热变形温度105ISO 75A玻璃化温度Tg130DIN 53455固化条件：室温固化24小时，100后固化3小时测试条件：温度232，相对湿度506%第第2121页页/共共6363页页热固性树脂不饱和聚酯树脂 乙烯基酯树脂 环氧树脂 呋喃树脂 酚醛树脂乙烯基酯树脂双酚-A树脂间苯树脂邻苯树脂机械、耐腐蚀性能酚醛乙烯基环氧乙烯基 不饱和聚酯树脂固化引发剂一般采用过氧化甲乙酮，促进剂有机钴盐，加速剂二甲基苯胺第第2222页页/共共6363页页缠绕成型工艺缠绕成型工艺主要原材料产品标准主要原材料产品标准GB/T 8237 玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)用液体不饱和聚酯树脂GB/T 18371 连续玻璃纤维纱GB/T 18370 玻璃纤维无捻粗纱布GB/T 17470 玻璃纤维短切原丝毡和连续原丝毡JC/T 277 无碱玻璃纤维无捻粗纱JC/T 281 无碱玻璃纤维无捻粗纱布第第2323页页/共共6363页页辅助材料固化剂引发剂加速剂填料着色剂第第2424页页/共共6363页页工装设备模具设备 工装工具 耗材钢模玻璃钢模水泥模木模橡胶模尺寸准确稳定承受成型及固化压力、温度耐树脂侵蚀第第2525页页/共共6363页页工装设备各型号模具纤维缠绕生产线（包括：制衬机，固化机，缠绕机和脱模机）切割、打磨修整设备搅拌罐、喷枪等原材料搅拌混合设备组装环等其它的工装夹具计量设备装置等。FRP/塑料复合罐生产中塑料内胆的加工设备FRP/铝、钢内胆的相应金属内胆加工设备第第2626页页/共共6363页页玻璃钢手糊工艺第第2727页页/共共6363页页玻璃钢罐的设计使用条件及载荷使用条件及载荷强度及刚度稳定性强度及刚度稳定性局部补强、法兰等配件局部补强、法兰等配件加工工艺选择加工工艺选择原材料选择原材料选择 -内衬层、结构层内衬层、结构层铺层设计铺层设计固化制度固化制度检验校核检验校核第第2828页页/共共6363页页缠绕成型工艺缠绕成型工艺产品标准产品标准HG/T206961999 玻璃钢化工设备设计规定HG/T3983-2007 耐化学腐蚀现场缠绕玻璃钢大型容器JC/T587-1995 纤维缠绕增强塑料储罐CD130A19-1985 手糊法玻璃钢设备设计技术条件HG/T20640-1997 塑料设备GB/T 14354 玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂食品容器第第2929页页/共共6363页页缠绕成型工艺缠绕成型工艺引用标准及规范引用标准及规范GB/T 1446 纤维增强塑料性能试验方法总则GB/T 1447 玻璃纤维增强塑料拉伸性能试验方法GB/T 1449 玻璃纤维增强塑料弯曲性能试验方法GB/T 2577-89 玻璃纤维增强塑料树脂含量试验方法GB/T 2576-89 玻璃纤维增强塑料树脂不可溶成份含量试验方法GB/T 3854-83 玻璃纤维增强塑料巴氏（巴柯尔）硬度试验方法第第3030页页/共共6363页页缠绕成型工艺缠绕成型工艺引用标准及规范引用标准及规范GB/T 5349-85 玻璃纤维增强热固性塑料管轴向拉伸性能试验方法GB/T 5351-85 玻璃纤维增强热固性塑料管短时水压失效压力试验方法GB/T 3857-87 玻璃纤维增强热固性塑料耐化学药品性能试验方法ASTM D2563 玻璃增强塑料层合板部件外观检测分类方法标准。第第3131页页/共共6363页页玻璃钢容器设计使用介质条件介质种类浓度温度寿命第第3232页页/共共6363页页玻璃钢容器结构设计设计核载计算内外压力、冲击载荷、非金属压力容器自重和介质重量、人员动载荷、风载和地震载荷、雪和冰载荷、热膨胀和温差变化引起的载荷，因支撑吊耳、环、鞍座或其他支撑作用而引起的载荷等 第第3333页页/共共6363页页玻璃钢失效强度失效强度失效 爆破失效设计准则 疲劳失效设计准则刚度失效刚度失效稳定失效稳定失效泄漏失效泄漏失效 内衬失效内衬失效1、模型容器验证法；模型容器验证法；2、强度设计和验证试验法。强度设计和验证试验法。监察规程要求：设计主要包括筒体强度计算、二次粘接、开孔及补强计算、接管及其他部件的连接结构、螺栓连接、鞍座及支撑结构形式和安全附件等 第第3434页页/共共6363页页设计限制；玻璃钢制压力容器最低设计温度不应超过-54最高设计温度不应超过121或树脂热变形温度减去19，两者取其中较低值。耐腐蚀能力 耐腐蚀评价腐蚀寿命 降解考虑；制作方法；组合单元；复合材料的各向异性特性。第第3535页页/共共6363页页缠绕玻璃钢压力罐缠绕玻璃钢压力罐工艺流程工艺流程增增强强材材料料胶胶液液配配制制表面毡表面毡短切毡短切毡玻纤布玻纤布促进剂促进剂固化剂固化剂内衬树脂内衬树脂FRPFRP内衬制作内衬制作常温常温/加热固化加热固化脱模修整脱模修整过程检验控制过程检验控制外观缺陷检查外观缺陷检查拼接为整体拼接为整体起起 模模吹塑成型吹塑成型塑料原料准备塑料原料准备塑料内胆塑料内胆第第3636页页/共共6363页页内衬外表面处理内衬外表面处理缠绕增强层缠绕增强层缠绕纱缠绕纱胶胶液液配配制制着色剂着色剂促进剂促进剂固化剂固化剂结构层树脂结构层树脂助剂助剂/填料填料固固 化化过程控制检验过程控制检验外观、固化度外观、固化度 后后 固固 化化产品检验产品检验 外观、厚度、重量、巴氏硬度外观、厚度、重量、巴氏硬度产品检验产品检验 水压试验水压试验接口支撑配件装配接口支撑配件装配标签标志、包装标签标志、包装成品入库成品入库第第3737页页/共共6363页页玻璃钢容器制作步骤第一步：内衬制作清理模具 在模具表面涂贴脱模材料 涂贴玻璃纤维和配制好的胶液 固化（常温或加热）脱模修整 检查 与已制作好的内衬部件如封头粘结为一个容器整体。第二步：缠绕增强层将制作好的容器内衬装上缠绕装置 修整内衬 机械缠绕玻璃纤维和配制好的胶液 固化 过程检验 安装管口等附件 检验 出厂。第第3838页页/共共6363页页操作工艺文件工艺操作规程设计说明承压元件的成型和粘结工艺按监察规程需要验证；工艺铺层设计文件需要说明：1、纤维及制品类型；2、树脂体系及配比；3、铺层的次序、方向和层数；4、成型工艺（含固化工艺）；5、树脂及不溶份的含量（含胶量）。工艺指导书图纸第第3939页页/共共6363页页现场缠绕储罐质量控制点序序 号号控控 制制 点点 名名 称称1 1封头制作封头制作2 2制作模具制作模具3 3封头安装加强筋封头安装加强筋4 4制制 作作 内内 衬衬5 5封头与内衬对接封头与内衬对接6 6缠绕结构层缠绕结构层7 7制作底封头制作底封头8 88.18.1筒身与底封头对接筒身与底封头对接8.28.2筒身与筒身对接筒身与筒身对接9 9装装 配配第第4040页页/共共6363页页纤维缠绕第第4141页页/共共6363页页缠绕工艺参数1、纤维的热处理和烘干 去除水分2、浸胶和树脂含量 强度和厚度、气泡3、缠绕张力 强度和疲劳性能、含胶量及密实度4、缠绕速度 效率及含胶量、绕丝小车行走安全性5、固化制度 加热固化、升温速度、恒温降温第第4242页页/共共6363页页缠绕参数直径长度纱片宽=160LB=Cm=270纱股数=42BR=C c=270 TEX值=2400PR=22 a=58.5缠绕角：缠绕纱和模具轴线方向的夹角 容器筒身缠绕按线形分有环向缠绕、螺旋缠绕、极孔缠绕缠绕中给纤维施加张力，可以控制树脂及气泡含量，变张力缠绕可以使固化后的制品中纤维均匀承载内压，极孔缠绕时带张力缠绕可以使在极孔处按设计轨迹铺设第第4343页页/共共6363页页铺层工艺-内衬层 纤纤 维维含胶量含胶量 树树 脂脂(kg)铺铺 层层 (kg)%内衬内衬 （）（）结构（）结构（）表表 面面 毡毡60g/m24.4390%39.84 内内网网 格格 布布65g/m25.83短短 切切 毡毡30g/m222.1372%56.91 衬衬网网 格格 布布65g/m25.830.00 短短 切切 毡毡380g/m222.13 51.64 层层网网 格格 布布65g/m25.83短短 切切 毡毡0g/m20.000第第4444页页/共共6363页页铺层工艺-缠绕结构层 纤纤 维维含胶量含胶量 树脂树脂(kg)铺铺 层层 (kg)%内衬内衬()()结构（）结构（）环环 向向 =3层层130.3735%70.20 结结螺螺 旋旋 =16层层1936.5028%28%753.08 环环 向向 =8层层347.6530%148.99 构构针织毡针织毡0g/m20.000 0网网 格格 布布0g/m20.00 层层环环 向向 0层层0.000.00第第4545页页/共共6363页页手糊粘接手糊粘接第第4646页页/共共6363页页手糊粘接手糊粘接第第4747页页/共共6363页页内衬及粘接 监察规程要求：制造单位应对实际的粘接情况进行检查监察规程要求：制造单位应对实际的粘接情况进行检查 1、粘接的粘接剂其性能不应低于内衬层树脂的性能；2、接管和筒体的粘接处应当按照设计规定进行补强；3、固化时间和温度应符合工艺要求；4、采用纤维缠绕时，应当使内衬具备工艺规定的厚度及硬度，以保证缠绕角度和缠绕张力；5、内衬层必须能完全延伸到压力容器所有开孔处（插入式金属接管除外)；6、粘接试验用层合板应当取自容器或平层合板；7、平层合板材料应当与容器相同；8、采用金属材料和工程塑料制作内衬时，应当对粘接面进行机械或化学处理，保证粘接质量。第第4848页页/共共6363页页玻璃钢压力容器组织人员设计、质量管理、检验、生产、包装仓储、安装施工生产岗位手糊工、打磨工、配胶工、缠绕工第第4949页页/共共6363页页人员管理管理负责人：管理负责人：关键岗位关键岗位质量安全员：质量安全员：关键岗位关键岗位微机操作手：微机操作手：关键岗位关键岗位 喷枪手：喷枪手：关键岗位关键岗位 配胶工：配胶工：关键岗位关键岗位 手糊工：手糊工：打磨工：打磨工：看纱工：看纱工：材料管理员：材料管理员：第第5050页页/共共6363页页微机控制纤维缠绕第第5151页页/共共6363页页微机控制缠绕机第第5252页页/共共6363页页复合材料净化水罐成品检验外观厚度重量树脂含量硬度、固化度水压渗漏短时水压失效（爆破）疲劳试验（长期水压失效/循环压力失效）第第5353页页/共共6363页页玻璃钢外观制品尺寸检查玻璃钢外观制品尺寸检查ASTM D2563-08 Standard Practice for Classifying Visual Defects in Glass-Reinforced Plastic Laminate Parts玻璃纤维增强塑料层压零件中可见缺陷分类 监察规程要求：制造单位应当对检验结果进行记录，填写好相应的检测报告，并由检查责任人确认：主要检查项目及合格指标应当符合以下要求：不应有杂质、纤维外露、裂纹、明显划痕、疵点、白化和严重色泽不均现象 。任意300mmx300mm面积内，最大直径为3mm的气泡不得超过2个 第第5454页页/共共6363页页外观缺陷检查内表面缺陷检验 容器内表面及法兰面应光滑平整，无对使用性能有影响的杂质、纤维裸露、裂纹、明显划痕、龟裂、分层、起皮、鼓泡、贫胶区等缺陷。封头筒身对接、法兰接口、支撑件补强 应避免烧白、起皮、分层、翘边、毛刺等。第第5555页页/共共6363页页制品检测厚度及重量检查总重量不小于设计值的95 固化度巴氏硬度值不得低于40 水压试验试验压力为设计压力的1.5倍，且保持时间不少于2 分钟第第5656页页/共共6363页页检验仪器设备检验仪器设备天平（最小分度值0.1mg）瓷甘埚（不小于30mL）巴氏硬度仪（HBa-1型或GYZJ934-1型）电热恒温水浴（室温100,控温2）索氏萃取仪（250mL）电热鼓风干燥箱（误差2）箱式电阻炉（450650，控温20）热变形仪旋转粘度计缠绕成型工艺缠绕成型工艺第第5757页页/共共6363页页游标卡尺(分度值0.02mm）直角尺（分度值1mm）万能材料试验机(示值误差1%)管子水压试验装置(压力表1级、分度值0.05MPa)水压循环压力试验机检验仪器设备检验仪器设备缠绕成型工艺缠绕成型工艺第第5858页页/共共6363页页检验仪器设备第第5959页页/共共6363页页检验仪器设备第第6060页页/共共6363页页检验仪器设备第第6161页页/共共6363页页检验仪器设备第第6262页页/共共6363页页谢谢第第6363页页/共共6363页页