热固性范文10篇

热固性范文篇1

关键词：机械力化学；热固性塑料；内应力；力学性能

热固性塑料具有较强的耐热性和耐腐蚀性，其力学性能一般远超过热塑性塑料，特别是一些热固性塑料复合材料，甚至可以在许多场合代替金属材料。但是对于热固性塑料而言，由于其高度交联的体型网状分子结构，在固化定型后无法像热塑性塑料一样实现熔融或溶解于溶剂中，难以实现有效的回收利用[1]。对于热固性塑料废弃物主要是采用直接填埋或焚烧的方法进行处理，也由此带来了一系列的环境污染问题，同时也浪费了大量的资源[2]。面对全球资源日益枯竭以及环境污染现象的加剧，绿色环保可持续发展已成为当今世界发展的主题，热固性塑料废弃物的回收再利用也受到了高度重视。当前，热固性塑料废弃物的回收利用方法主要有物理法和化学法两大类[3]。其中采用物理法回收热固性塑料的工艺流程较为简单，已经得到了部分产业化应用，但是由于回收物主要是用作低价值的填充料，无法高效发挥出热固性塑料本身的优良性能，因此物理法的应用前景不佳[4–6]；而化学法主要研究将热固性塑料分解成化工原料单体或小分子物质，进而应用于高分子材料或复合材料的生产制备中，从资源的高价值回收利用角度看，化学法是较为理想的回收方法，但是目前化学法的回收工艺路线非常复杂，过程控制要求极高，成本也很高昂，目前仍处于实验室研究阶段，难以得到产业化规模应用[7–10]。因此，如果能够研究出热固性塑料高效且成本较低的回收再利用方法，一方面可节约大量的资源和能源，大大减轻环境污染的压力，另一方面可为机电产品的轻量化设计提供性价比更高的材料，进而促进热固性塑料得到更广泛的应用和发展。机械力化学主要研究机械能产生的应力作用引起材料的组织、结构等物理化学性质发生变化的规律，用于提高材料的性能或制备新的材料[11]。如张松华等[12]研究竹浆纤维在球磨作用下发生的机械力化学变化，进而制备得到高荧光高量子产率的荧光纳米纤维素；张凡超等[13]利用高能球磨机对钙基膨润土进行改性研究，结果表明改性后的钙基膨润土助悬性能显著提高；林风采等[14]采用机械力化学法制备的双醛基微纤化纤微素／明胶复合膜具有良好的热稳定性和力学性能。笔者以废旧热固性酚醛塑料为研究对象，首先进行超细粉碎，分析酚醛树脂物化性质的变化规律，然后将酚醛树脂再生粉末和聚氯乙烯混合熔融后模压成型制成再生板材，研究不同质量配比的酚醛树脂再生粉末对再生板材力学性能的影响关系，实现了废旧热固性酚醛树脂塑料的回收再利用。

1热固性塑料机械力化学回收工艺流程

热固性塑料机械力化学法回收分为粗破碎、超细粉碎、混合均质和塑性成型等四步，工艺流程如图1所示。首先将废旧热固性塑料制品进行分离、清洗晾干后破碎成颗粒；再对颗粒进行超级粉碎，得到再生粉末，在此过程中，强烈而持久的机械力作用在热固性塑料上，产生内应力破坏分子链中部分化学键，生成自由基，提高材料的反应活性，使材料恢复一定的塑性，重新具备加工成型的能力；然后向再生粉末中添加少量黏流态热塑性树脂和化学助剂，通过高速搅拌进行充分混合、均质；利用塑料成型设备(压塑成型设备或挤塑成型设备等)，对成型工艺参数如压力、温度、时间等进行控制，制备出再生塑料制品，实现热固性塑料的循环利用。

2实验部分

2．1原材料。废旧热固性酚醛树脂外墙保温板边角料：中商保温材料(廊坊)有限公司；聚氯乙烯：苏州裕辰隆工程塑料有限公司。2．2设备及仪器。热固性塑料粉碎再生回收实验专机[15]：自制，该实验机粉碎腔分为剪切腔和研磨腔两个部分，三维模型如图2所示，其中剪切腔主要由剪切刀轴1和环形定刀2组成；研磨腔主要由静磨盘3和动磨盘4组成；图2实验机粉碎腔三维模型立轴式复合破碎机：郑州伟泽机械设备有限公司；立式搅拌机：瑞安市瑞诚橡塑机械有限公司；平板硫化机：上海齐才液压机械有限公司；核磁共振交联密度分析仪：MicroMR–CL型，上海纽迈科技公司；红外光谱仪：Nicolet67型，美国ThermoNicolet公司；扫描电子显微镜(SEM)：JSM–6490LV型，日本电子株式会社；电液伺服材料实验机：MTS–809型，美国MTS公司。2．3实验过程利用立轴式复合破碎机将实验材料破碎成粒径为1～2mm的颗粒，在热固性塑料粉碎再生回收实验专机中对颗粒进行超细粉碎，每次实验加入的物料为60g，设置实验机的转速为2500r／min，实验时间为90min。实验结束后，收集酚醛树脂粉末。得到的酚醛树脂粉末表现出较高的活性，在挤压应力作用下能发生较明显的塑性成型能力。利用振筛机进行筛分，收集粒径为160目(96μm)的酚醛树脂再生粉末，并将再生粉末和聚氯乙烯按照比例充分混合后，利用平板硫化机，在温度180℃、压力10MPa、模压时间10min、冷压时间5min的工艺参数下，按照模压成型的方法制作成酚醛树脂再生板材。

3结果与讨论

3．1机械力对热固性酚醛树脂物化性质的影响。热固性酚醛树脂是酚类和醛类化合物在碱性催化剂作用下通过缩聚反应生成的一种高分子化合物，在分子结构上表现为苯环和苯环之间以亚甲基桥(—CH2—)交联形成体型网状结构，如图3所示。从化学键的组成种类来看，热固性酚醛树脂主链上的交联键是C—C键，支链上主要是C—O键、C—H键、O—H键，其中C—C键的键能为332kJ／mol，C—O键的键能为326kJ／mol，C—H键的键能为414kJ／mol，O—H键的键能为464kJ／mol。由图4a可看出，粉碎腔内流场整体上处于紊流状态，颗粒间相互混掺，运动无序，在磨盘边缘处的切向速度最大。由图4b可看出，粉碎腔内应力场强度分布不均，在磨盘磨齿的齿面处表现为压应力，在磨齿的端面处表现为拉应力。因此，材料在粉碎过程中，会受到反复的挤压、摩擦、冲击等形式的机械力作用，在酚醛树脂分子链上产生随机分布的内应力。在应力集中处，键能较弱的C—C键和C—O键发生断裂，生成自由基，表现为图5红外光谱中2908cm–1处的亚甲基径的减小，C—C键以及C—O键断裂数目的增多，材料内部的交联链信号强度发生明显降低，酚醛树脂体型网状结构遭到破坏，生成线型结构的分子链，使材料重新恢复了部分塑性成型的能力。3．2再生板材的性能。(1)微观形貌。图7a中高亮、表面较为光滑且形状近似球体或椭圆体的颗粒为聚氯乙烯，暗色、表面较为粗糙且形状不规则部分为酚醛树脂再生粉末，经过高速搅拌混合后，再生混合料混合均匀；图7b中形状不规则的颗粒为酚醛再生粉末颗粒，在模压成型过程中，固态的聚氯乙烯变成熔融状后与酚醛再生粉末之间紧密结合，说明酚醛再生粉末和聚氯乙烯之间有较强的结合力，能够形成稳定的复合结构，有利于再生板材获得较好的力学性能。(a)(b)a—再生混合料；b—再生板材图7再生混合料和再生板材的微观形貌SEM照片(2)力学性能。分别根据GB／T1040.2–2006和GB／T1449–2005制作酚醛树脂再生板材的拉伸和弯曲试验样件，利用电液伺服材料实验机测量拉伸强度和弯曲强度，结果见图8。由图8可看出，再生板材具有较好的力学性能，拉伸强度为3.78～19.02MPa，弯曲强度为11.72～36.85MPa。酚醛树脂再生粉末的含量对再生板材的拉伸强度及弯曲强度都有较大的影响，随着酚醛树脂再生粉末含量的增大，再生板材的拉伸强度和弯曲强度先逐渐增大，当再生粉末的质量分数超过40%后，再生板材的拉伸强度呈现逐渐减小的趋势，当再生粉末的质量分数超过50%后，再生板材的弯曲强度呈现逐渐减小的趋势。

4结论

热固性范文篇2

关键词：粉末涂料；配方；垂纹；喷涂

Abstract:Thispaperdescribedhammerpowdercoatings,andaspraying

processofhammerpowdercoatingsaswellastheoperationhints.

Keyword:powdercoatings;formula;hammer;spraying

1、引言

热固性垂纹粉末涂料注[1]也叫美术型粉末涂料，由于涂膜能形成犹如锤击金属表面后产生的花纹，此类型的粉末涂料不仅具有一般热固性粉末涂料的诸多优点，而且花纹美观大方、涂膜平滑、装饰性强，还可以弥补和遮盖工件表面粗糙、不平整等缺陷，垂纹粉末涂料具有色泽柔和，涂膜柔韧、坚硬、耐久等特点，因此广泛应用于仪器仪表、配电柜、防盗门、家电家具、灯饰、医疗器械等领域的金属表面涂装。

2、垂纹粉末涂料的组成和特性

垂纹粉末涂料是利用烘烤固化的粉末涂料的熔融粘度、表面张力和固化速度等的变化，引起涂膜表面的收缩等原理而配制。生产垂纹粉末涂料通常可以有以下几种方法。

2.1加入填料

加入填料生产垂纹粉末涂料的原理：增加填料用量，或使用高吸油量填料，以阻碍树脂熔融时的正常流动，使得树脂不能完全包容或者刚好能包容颜填料颗粒，没有多余的树脂去填充颜填料颗粒间的空隙，从而形成了以颜填料颗粒为骨架的立体结构。采用此种方法需要注意的是：不同的填料的吸油量不同，一般要达到相同的体积浓度，密度小、粒径小的要比表面积大和吸油量大的颜填料用量少。这种方法生产的垂纹的优点在于它的成本较底，但若填料量控制不当，会使粉末涂料的施工性能、涂膜的机械性能、耐化学性能受到影响。

一般要用此种方法生产高效率和稳定性好的产品，可以在生产工艺上作一些调整。参考配方如下：

化学组成

质量分数/%

环氧树脂25

聚酯树脂25

助剂5

颜填料45

2.2加入不相容物质

加入不相容物质生产垂纹粉末涂料是指：在粉末涂料中加入一些不相容的聚合物，其熔点高于粉末涂料树脂基料的熔融温度，含有不相容物质的粉末涂料预混合在熔融挤出时与其它树脂固化剂不相容，固化成膜时构成基料的树脂包覆在聚合物的颗粒上，从而形成纹理。此种方法应该注意的是需要严格控制不相容物质的种类及添加量，否则会使涂膜的机械性能受到影响。此种方法生产的垂纹粉末涂料耐化学性、耐腐蚀性较好。参考配方如下：

化学组成

质量分数/%

环氧树脂31

聚酯树脂31

不相容聚合物3

助剂5

颜填料30

2.3加入流变助剂

加入流变助剂生产垂纹粉末涂料：在粉末涂料熔融挤出高剪切力的情况下使体系具有正常粘度，而在熔融固化阶段，在体系中具有很高的粘度而无法流动，从而形成垂纹。采用此种方法需要注意的是：在生产垂纹时因流变助剂用量很小，一般占到总量的1-2%，所以在预分散是一定要分散均匀。此种方法比加入填料法的优点在于保持成本变化不大的情况下，涂料的装饰效果相似，涂膜的防护能力有所提高，易上粉，喷涂面积大，填料量的下降是的易挤出生产。参考配方如下：

化学组成

质量分数/%

环氧树脂31

聚酯树脂31

流变助剂1.5

助剂5

颜填料31.5

2.4加入垂纹剂

一般现在粉末涂料制造商常用的即是加入垂纹剂。加入垂纹剂生产垂纹粉末涂料的原理是：粉末涂料在熔融流平时，由于垂纹剂的表面张力小于正常的粉末涂料涂膜的表面张力，分散于涂膜各点的垂纹剂改变涂膜的局部张力，使的表面张力高的基料来包裹表面张力底的垂纹剂，最终涂膜表面呈现分布均匀的垂纹状。采用此种方法生产的垂纹粉末涂料的装饰性和防护性都好，不仅机械性能优异，而且纹理重现稳定、手感滑爽、挤出容易、效果稳定，主要的缺点即是材料的成本较高。参考配方如下：

化学组成

质量分数/%

环氧树脂32

聚酯树脂32

垂纹剂（由其物性可先加、或后加）0.5-1.5

助剂5

颜填料28

上述四种垂纹粉末涂料的生产方法是将树脂、颜填料、助剂和辅助材料，通过预混合、熔融挤出、压片、冷却破碎、粉碎过筛、包装至成品，垂纹剂可以先挤或者后混入成品粉中生产出粉末涂料。另外，可以根据实际情况，将上述四种垂纹粉末涂料的制法有机的结合，生产出物美价廉的产品。

3、垂纹粉末涂料喷涂工艺

垂纹粉末涂料由于其特殊的成膜和生产工艺，在涂装时要注意特的特殊操作性，需要对它的涂装设备和施工工艺进行适当的调整，符合垂纹粉末涂料涂膜固化成膜的要求。

3.1工艺流程

对于待涂装工件进行表面预处理干燥填刮腻子打磨干燥喷涂

3.2表面预处理

对进行喷涂的工件的表面应经过除油、除锈、磷化或化学氧化、阳极氧化等处理，工件表面应清洁、干燥，不能有油污、锈蚀、酸、碱、盐及水分等，保证获得良好结合力，耐腐蚀性良好的涂膜。常用处理方法有以下：

（1）铁系材质结构：除油、除锈后，经磷化、钝化处理

（2）铝系材质结构：碱性除油及除去氧化膜后，进行硫酸阳极氧化、铬酸阳极化或化学氧化。

3.3填刮腻子

在喷涂垂纹粉末涂料前，需要填刮腻子以补平工件表面的夹缝、焊缝、气孔、凹馅或损伤等些缺陷，较为理想的腻子应该是具有施工简便、附着力强、硬度高，干燥快、不收缩开裂、易打磨等特点。

3.4涂装参数

影响垂纹粉末涂料涂膜质量及形成垂纹效果的因素很多，主要有喷涂环境、固化条件、涂膜厚度。

3.4.1喷涂环境及参数

垂纹粉末涂料所使用的的原材料的特殊性，虽然它对不相容物质不是很敏感，但是如果喷涂环境、设备清理不干净，以及空气中各种杂质较多，若污染在涂膜上，会导致其表面难以形成纹理状，所以喷涂环境要干净。

垂纹粉末涂料在喷涂时，静电电压一般控制60-80kv，电压太底，粉末不易附在工件上，电压太高，涂覆在工件上粉末会出现反弹，影响整体的立体感花纹，同时，输粉气压不宜太大，一般控制在4.9-15*104pa，气压太高会导致涂膜厚薄不均匀，从而导致花纹大小不明显。

喷枪喷嘴与工件的距离也会影响成膜后的均匀性，为了得到满意的垂纹效果，创出清晰、均匀的表面，因此此垂纹的喷涂距离要比一般普通的喷涂的远一些，一般控制在20-30cm的范围内。

喷涂时为了保证涂装后的涂膜涂层均匀、清晰，要求喷涂过程中喷枪的走向要与工件表面平行，移动速度要均匀，约为40-60cm/s。

3.4.2固化条件

垂纹粉末涂料与一般粉末涂料的固化温度差不多，必须经过规定的温度和时间烘烤，才能使粉末涂料完全交联固化。而规定的烘烤温度是指被涂装工件表面实际应达到的温度，粉末在此温度下维持一定的时间固化成膜。有些客户厂家在涂装施工过程中，往往在工件的表面实际温度未达到规定的固化条件的情况下，实施了烘烤固化，从而造成了粉末涂膜固化不完全，机械性能明显下降等缺陷。因此，我们可按其固化条件采取相应的措施，如提高烘烤炉的炉内温度，延长固化时间等。有条件的厂家可以有炉温跟踪仪对烤炉进行温度检测，以便更好的掌握涂膜的固化条件。

3.4.3涂膜厚度

粉末流平的时间长短，涂膜厚度直接影响粉末成膜后的花纹大小，通常垂纹粉末涂料的膜厚控制在70-100um，涂膜厚，粉末熔融流平时间长，花纹变平、模糊壮；涂膜薄，粉末熔融流平时间短，花纹变碎、清晰，但不能太薄，太薄时，工件表面会出现露底等现象，也不能太厚，太厚时，工件表面会出现麻点、凹坑等静电击穿现象。因此，在垂纹粉末涂料施工过程中，涂膜的厚度一定要保持均匀，以防止上述质量缺陷的产生。

4、喷涂注意事项及常见问题

4.1注意事项

（1）在粉末涂料施工过程中，应力求喷涂到金属工件表面均匀、涂层厚薄均匀且适宜，太厚会造成垂纹界限模糊不清，太薄则容易出现露底、缩孔等毛病。

（2）建议喷涂次序由高到低，先喷涂次要面，再喷涂主要面，最好能一次喷涂完成，有些死角需要局部补漆，如此会使原有的部分垂纹消失。

（3）欲达到最佳的喷涂效果，施工前，采用筛网略大的过筛，经流化床系统供粉装置，调整出粉空气气压、雾化气压、喷嘴与工件的距离，喷枪的移动速度等各项工艺参数，调整到最佳效果。

（4）使用和应用垂纹粉末涂料使，要防止他们对非美术型涂料的污染，如果由条件，最好由两套设备分别使用，没有条件的话，再使用了美术型粉末涂料后，必须彻底清洗设备，才可以适用于普通的粉末涂料施工。

（5）静电喷涂时，对工件的热喷涂要比冷喷涂纹理形成的效果好，是由于再热喷涂是粉末涂料一接触工件就快速熔融，涂层立即开始对流（如果含有金属颜料，则颜料漂浮），使它有足够的时间旋转到最佳的反光角度。如果采用冷喷涂，因为工件的热容量大（特别是比较厚的材质），有室温升至固化温度需要较长时间，也就是再较长一段时间内树脂处于高粘度下，内部的阻力阻碍了纹理的形成，如果涂层的胶化时间较短，再升温过程中逐渐胶化，到达固化温度时，涂层已形成凝胶，就无法形成纹理。

4.2常见问题

（1）流挂：喷涂时涂膜太厚所造成，另一原因可能是升温速度太慢，造成粉末涂料胶化时间段时间太长。解决的方法是控制涂膜厚度，加快升温速度。当然，也由可能是粉末涂料本身熔融粘度太低，从而造成了流挂。

（2）垂纹不均匀：喷涂过程中喷枪的移动速度不均匀，涂膜厚薄不一，因此，在喷涂过程中应严格控制手动程序，才能获得均匀美丽的垂纹。

（3）垂纹界限不清晰：是由于在喷涂过程中表面涂的太厚。

（4）露低、缩孔：工件表面前处理不好，使其表面附着底表面张力的物质（如油或斑点），或者使压缩空气中有油或水，解决的方法使严格控制喷涂前的工件的质量控制。当然，此粉末涂料喷涂喷薄时，会出现严重的露底现象。

（5）其它：如涂膜冲击强度和附着力差，可能时固化温度过低、时间过短，涂层过厚，或者时磷化膜不好或太厚，前处理不充分造成的等等。

5、结语

垂纹粉末涂料生产工序简便、质量性能稳定、装饰性能优越，已广泛应用于一般金属表面的涂装。垂纹粉末涂料有它自身的特殊性，适合与各种体系中，而且随着粉末涂料的发展而发展。进一步研究垂纹粉末涂料将显得非常有价值。

垂纹粉末涂料施工简便，容易出现花纹且分布均匀，是一种理想的高装饰粉末涂料，已经得到了广泛的应用。

参考文献：

1.张华东等，助剂在粉末涂料中应用注意事项，上海涂料，2003.2

2.陈振发等，粉末涂料涂装工艺学上海科学技术文献出版社2000

3.南仁植粉末涂料与涂装技术化学工业出版社2000

热固性范文篇3

关键词：内燃机；增材制造技术；塑料；曲轴箱；冷却

通过采用最新的传统制造工艺，研究人员对以全铝设计的现代乘用车汽油机和柴油机的成本和质量进行了优化。近年来，这些发动机的质量功率比有了进一步优化。3缸和4缸发动机的质量功率比约为1．1kg／kW［1］。这一特征代表了材料特性、负荷曲线和结构利用率在既定制造边界条件下的平衡。这表明传统制造工艺无法进一步减轻整机质量。在材料及负荷曲线相似或相同的情况下，研究人员将传统制造工艺替换为激光粉床熔化（LPBF）技术，从而可进一步减轻整机质量。在由德国联邦经济与能源部（BMWi）支持的轻型发动机LeiMot研究项目中，FEV公司将LPBF工艺用于气缸盖和曲轴箱的开发进程中。研究人员选择大众公司EA288evo系列2．0L涡轮增压直喷（TDI）柴油机作为基础发动机，并进行了一系列优化，使开发出的新组件符合替念。针对该项目中采用增材制造（AM）技术的铝部件的特点，研究人员选用了该工艺过程中最常用的AlSi10Mg材料。增材制造技术具有更高的自由度，不仅可以减少整机质量，还可用于改善发动机功能。在开发LeiMot研究项目时，气缸盖和曲轴箱的设计从概念到制造过程（包括校准和后处理）始终遵循增材制造技术的边界条件［2］。此外，热固性注塑成型工艺的应用也是开发目标之一。为了合理使用该工艺，研究人员需要开发1种合适的曲轴箱概念。可用的材料为基于玻璃纤维增强酚醛树脂而开发的纤维增强复合塑料（FRP）。

1组件概念

研究人员首先对气缸盖和曲轴箱进行了功能分解。通过该方式，研究人员可以分析每个功能，并可以根据给定的边界条件进行设计优化。此外，研究人员需要确保LeiMot气缸盖能与大众曲轴箱实现相互兼容。同时，研究人员必须保留参考发动机的重要接口和组件，尤其是曲柄连杆机构、配气机构及换气组件。研究人员通过专门的设计方法，使厚度不大于2mm的材料实现了冷却、润滑及换气等功能，晶格结构的厚度明显小于2mm。与传统的铸造工艺相比，该方法可以根据负荷的不同而采用多种壁厚参数，且不会存在与传统制造相关的结构弱点。

2气缸盖

研究人员将开发重点首先放在气缸盖总体结构上，以便有针对性地对高机械应力区域进行设计。燃烧过程会导致弯曲应力的出现，并使发动机总成承受扭转应力。因此气缸盖结合了采用双T形梁（IPB）的闭口剪切盒（图1）［3］。该款最新设计的气缸盖质量约为8．5kg，比参考气缸盖轻约22％。

3曲轴箱与底板

在隔板之间，研究人员为曲轴箱设计了水平支承结构。如果没有采用局部加固的功能组件（例如水通道或油道等），则可通过十字肋加固开放式结构。此外，研究人员通过采用2条连接管，加固了平衡轴区域的隔板（图2）。出于对质量和刚度等方面的考虑，研究人员将参考发动机的深裙式结构设计方案调整为配备有铝制底板的短裙式结构设计方案。由于采用了铝制底板，发动机省去了重型钢制主轴承盖，同时曲轴箱下半部得到了加固。与带有钢制主轴承盖的同类曲轴箱相比，该设计方案可使整机质量减轻约2kg。研究人员通过采用拓扑方法，对组件的主要流动路径进行了优化分析，并为隔板外部等低应力区域设计出了空腔和晶格结构（图2）。上述分析为受热负荷和机械负荷影响下的组件边界优化过程提供了基础，研究人员后续将在项目中开展深入研究。研究人员通过对气缸盖和曲轴箱底板的设计方案进行计算验证，得出了相应的评估结果，该款标准符合系列产品的开发要求。对于接近极限的轻型设计方案而言，研究人员在设计过程中对材料特性进行了深入了解。由于该款材料有着特殊的微观结构，通过AM技术生产的部件的机械性能与通过传统铸造工艺制成的部件的机械性能之间，存在着显著差异［4］。因此，研究人员通过样本研究了AM技术所采用的材料在不同温度条件下的多项机械性能，并将结果用于计算过程中。在机械应用中，采用晶格结构（图2）会大幅增加有限元（FE）模型的复杂性，从而延长了计算时间。因此，在整体模型的计算过程中，研究人员通过简化的替代元素表示晶格结构，这些替代元素具有与所用晶格结构相同的机械性能。

4冷却

LeiMot研究项目采用了横流冷却的概念，其目的是有针对性地对各个气缸进行冷却，同时减少冷却液的流量。由于发动机在冷起动期间的热惯性较低，所以加热时间较短。气缸盖的各条管道采用了规定的直径（要道冷却），可使冷却液绕气门座圈和喷油器轴进行流动（图3）。冷却系统所引入的热量会在高温点处被直接吸收，并以较高流速进行传输。与具有更大容量的水套相比，这些管道的优点是增加了燃烧室板的刚度。为了在采用较少冷却液的情况下对排气道区域进行充分冷却，研究人员在排气道周围布置了厚度为5mm的水套（图3）。此外，这种设计还能对热负荷较高的排气侧气门导管进行充分冷却。与热力有限元分析进行对比可知，采用相同的水泵，气缸盖燃烧室板的温度最多可降低40℃（图4）。这意味着该设计方案可以降低水泵的驱动功率，同时还可以缩短暖机时间。即使流经气缸盖和曲轴箱的冷却液总流量减少了40％，其最大壁温仍远低于采用传统水套的参考发动机的壁温。为进一步改善曲轴箱的冷却性能并使气缸温度实现均匀分布，研究人员在缸套间采用了宽2mm，高3mm的椭圆形冷却通道，以此对内孔进行冷却。此外，水套内部为经过充分优化的晶格结构（图3）。该结构扩大了传热面积，改善了冷却液流动过程，并提高了气缸刚度。改善后的缸套冷却系统可使缸套变形更为均匀，并能相应改善摩擦和漏气现象。

5机油循环

研究人员采用机油循环概念的主要目标是减少压力损失，以便使发动机在正常运行和冷起动期间，具有更强的性能优势。通过采用AM技术，研究人员设计出了无明显偏转现象的新型油道方案（图5）。气缸盖和曲轴箱中的油道（直径范围为3～8mm）可实现直接打印。弯曲的通道和平缓变化的横截面会使气缸盖和曲轴箱内部管道系统的压力损失降低约22％。研究人员通过采用反向虹吸管，以防止主油道在非工作时间排放机油，从而改善了冷起动期间的配气机构组件的供油效果（图5）。最初的拓扑研究表明，带有空心隔板的曲轴箱具有足够高的刚度。随后，研究人员对设计方案进行了调整，将曲轴箱的中空部分设计为回油通道。

6排气道隔热

AM技术的设计自由度有利于研究人员直接将各种结构集成到生产过程中。研究人员有针对性地对具有气隙和较少导热横截面的绝缘晶格元件进行了设计，从而优化了排气道的隔热效果（图6），并可减少进入气缸盖冷却液的排气热量。在额定功率条件下，该隔热系统可使流入气缸盖的热流量减少5％。这可以缩短排气后处理系统的预热时间，并提高涡轮入口温度。图6排气道隔热系统通过有限元分析，研究人员对排气道主要结构的分布情况进行了优化，目的是在材料边界范围内使排气道壁温实现最大化，同时使壁温分布更均匀。最高壁温会达到约200℃，仍远低于材料极限温度。

7曲轴箱盖

德国Fraunhofer化学技术研究所的研究人员选用了铝塑混合设计方案，并对由高性能纤维增强复合材料制成的曲轴箱进气侧和排气侧的侧壁进行了优化。大量塑料组件是由玻璃纤维增强的酚醛树脂模制化合物注塑而成。研究人员选择了热固性塑料作为材料，这是由于其密度较低，对油和乙二醇具有较好的耐腐蚀性，同时具有良好的机械性能，并能承受较高的工作温度，几乎没有发生蠕变的趋势［5］。热固性侧壁结构的设计重点是需要采用功能高度集成的轻质结构设计方案。冷却液通道、机械驱动的水泵、机油滤清器、机油冷却器，以及冷却液的分配模块等均集成在该结构中。研究人员为1款曲轴箱的侧壁选用了玻璃纤维增强酚醛树脂材料，使其质量比采用传统铝侧壁的曲轴箱要轻15％，同时研究人员选用了硅基粘合剂来密封冷端。与其他粘合剂相比，该粘合剂具有更高的断裂延伸率，可以补偿热固性塑料与铝的不同热膨胀特性。通过采用自成型螺栓，研究人员直接将冷端的侧壁固定在曲轴箱上。为了改善噪声－振动－平顺性（NVH），研究人员采用了振动解耦元件，并将热端（排气侧）的侧壁安装到曲轴箱上。这些解耦元件可通过螺栓固定在铝材料上，并通过弹性体将热固性侧壁压紧在曲轴箱上。研究人员采用弹性密封件对热端与曲轴箱进行了密封。热端和冷端采用了不同的连接技术，研究人员由此可以在LeiMot原型机的基础上比较这2种连接技术。

8声学

在发动机运行时，局部较弱的结构元件具有较高的振动幅度，这对轻型发动机项目是1项重要挑战。针对动态结构的计算表明，研究人员需要加强曲轴箱的扭转运动和剪切运动。因此，从最初的发动机概念开始，研究人员就持续对其NVH特性进行了评估，并将其结果用于设计和耐久性计算中［6］。LeiMot曲轴箱增加了针对气门罩和油底壳的辐射现象，而发动机的主要声辐射常出现在上述部件中。应注意的是，新型曲轴箱侧盖不会增加空气传播的噪声辐射。研究表明，分离后的侧盖与牢固连接的侧盖之间的差异可忽略不计，并且不会产生明显的共振现象。气门罩和油底壳的辐射仍占据主导地位。研究人员通过优化，使曲轴箱质量减少超过21％，并与空气A加权噪声声压级增加的2．3dB形成了对比。减少的质量是主要激励来源之一。通过隔板之间的加强肋和平衡轴周围的管状结构，研究人员可以对附加剪切模式进行调整，从而使固有频率维持在1100Hz左右。

9结语

热固性范文篇4

复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域，在近几年更是得到了飞速发展。

随着科技的发展，树脂与玻璃纤维在技术上不断进步，生产厂家的制造能力普遍提高，使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受，但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌。因此，碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继问世，使高分子复合材料家族更加完备，已经成为众多产业的必备材料。目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨，年产值达1300亿美元以上，若将欧、美的军事航空航天的高价值产品计入，其产值将更为惊人。从全球范围看，世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区。近几年欧美复合材料产需均持续增长，而亚洲的日本则因经济不景气，发展较为缓慢，但中国尤其是中国内地的市场发展迅速。据世界主要复合材料生产商PPG公司统计，2000年欧洲的复合材料全球占有率约为32%，年产量约200万吨。与此同时，美国复合材料在20世纪90年代年均增长率约为美国GDP增长率的2倍，达到4%~6%。2000年，美国复合材料的年产量达170万吨左右。特别是汽车用复合材料的迅速增加使得美国汽车在全球市场上重新崛起。亚洲近几年复合材料的发展情况与政治经济的整体变化密切相关，各国的占有率变化很大。总体而言，亚洲的复合材料仍将继续增长，2000年的总产量约为145万吨，预计2005年总产量将达180万吨。

从应用上看，复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国汽车零件的复合材料用量达14.8万吨，欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达10.5万吨。而在日本，复合材料主要用于住宅建设，如卫浴设备等，此类产品在2000年的用量达7.5万吨，汽车等领域的用量仅为2.4万吨。不过从全球范围看，汽车工业是复合材料最大的用户，今后发展潜力仍十分巨大，目前还有许多新技术正在开发中。例如，为降低发动机噪声，增加轿车的舒适性，正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板；为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求，发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求，必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车制造业中。与此同时，随着近年来人们对环保问题的日益重视，高分子复合材料取代木材方面的应用也得到了进一步推广。例如，用植物纤维与废塑料加工而成的复合材料，在北美已被大量用作托盘和包装箱，用以替代木制产品；而可降解复合材料也成为国内外开发研究的重点。

另外，纳米技术逐渐引起人们的关注，纳米复合材料的研究开发也成为新的热点。以纳米改性塑料，可使塑料的聚集态及结晶形态发生改变，从而使之具有新的性能，在克服传统材料刚性与韧性难以相容的矛盾的同时，大大提高了材料的综合性能。

树脂基复合材料的增强材料

树脂基复合材料采用的增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。

1、玻璃纤维

目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。由于高强度玻璃纤维性价比较高，因此增长率也比较快，年增长率达到10%以上。高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面，近年来民用产品也有广泛应用，如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品、各类耐高温制品以及近期报道的性能优异的轮胎帘子线等。石英玻璃纤维及高硅氧玻璃纤维属于耐高温的玻璃纤维，是比较理想的耐热防火材料，用其增强酚醛树脂可制成各种结构的耐高温、耐烧蚀的复合材料部件，大量应用于火箭、导弹的防热材料。迄今为止，我国已经实用化的高性能树脂基复合材料用的碳纤维、芳纶纤维、高强度玻璃纤维三大增强纤维中，只有高强度玻璃纤维已达到国际先进水平，且拥有自主知识产权，形成了小规模的产业，现阶段年产可达500吨。

2、碳纤维

碳纤维具有强度高、模量高、耐高温、导电等一系列性能，首先在航空航天领域得到广泛应用，近年来在运动器具和体育用品方面也广泛采用。据预测，土木建筑、交通运输、汽车、能源等领域将会大规模采用工业级碳纤维。1997~2000年间，宇航用碳纤维的年增长率估计为31%，而工业用碳纤维的年增长率估计会达到130%。我国的碳纤维总体水平还比较低，相当于国外七十年代中、末期水平，与国外差距达20年左右。国产碳纤维的主要问题是性能不太稳定且离散系数大、无高性能碳纤维、品种单一、规格不全、连续长度不够、未经表面处理、价格偏高等。

3、芳纶纤维

20世纪80年代以来，荷兰、日本、前苏联也先后开展了芳纶纤维的研制开发工作。日本及俄罗斯的芳纶纤维已投入市场，年增长速度也达到20%左右。芳纶纤维比强度、比模量较高，因此被广泛应用于航空航天领域的高性能复合材料零部件（如火箭发动机壳体、飞机发动机舱、整流罩、方向舵等）、舰船（如航空母舰、核潜艇、游艇、救生艇等）、汽车（如轮胎帘子线、高压软管、摩擦材料、高压气瓶等）以及耐热运输带、体育运动器材等。

4、超高分子量聚乙烯纤维

超高分子量聚乙烯纤维的比强度在各种纤维中位居第一，尤其是它的抗化学试剂侵蚀性能和抗老化性能优良。它还具有优良的高频声纳透过性和耐海水腐蚀性，许多国家已用它来制造舰艇的高频声纳导流罩，大大提高了舰艇的探雷、扫雷能力。除在军事领域，在汽车制造、船舶制造、医疗器械、体育运动器材等领域超高分子量聚乙烯纤维也有广阔的应用前景。该纤维一经问世就引起了世界发达国家的极大兴趣和重视。

5、热固性树脂基复合材料

热固性树脂基复合材料是指以热固性树脂如不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等为基体，以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等为增强材料制成的复合材料。环氧树脂的特点是具有优良的化学稳定性、电绝缘性、耐腐蚀性、良好的粘接性能和较高的机械强度，广泛应用于化工、轻工、机械、电子、水利、交通、汽车、家电和宇航等各个领域。1993年世界环氧树脂生产能力为130万吨，1996年递增到143万吨，1997年为148万吨，1999年150万吨，2003年达到180万吨左右。我国从1975年开始研究环氧树脂，据不完全统计，目前我国环氧树脂生产企业约有170多家，总生产能力为50多万吨，设备利用率为80%左右。酚醛树脂具有耐热性、耐磨擦性、机械强度高、电绝缘性优异、低发烟性和耐酸性优异等特点，因而在复合材料产业的各个领域得到广泛的应用。1997年全球酚醛树脂的产量为300万吨，其中美国为164万吨。我国的产量为18万吨，进口4万吨。乙烯基酯树脂是20世纪60年展起来的一类新型热固性树脂，其特点是耐腐蚀性好，耐溶剂性好，机械强度高，延伸率大，与金属、塑料、混凝土等材料的粘结性能好，耐疲劳性能好，电性能佳，耐热老化，固化收缩率低，可常温固化也可加热固化。南京金陵帝斯曼树脂有限公司引进荷兰Atlac系列强耐腐蚀性乙烯基酯树脂，已广泛用于贮罐、容器、管道等，有的品种还能用于防水和热压成型。南京聚隆复合材料有限公司、上海新华树脂厂、南通明佳聚合物有限公司等厂家也生产乙烯基酯树脂。

1971年以前我国的热固性树脂基复合材料工业主要是军工产品，70年代后开始转向民用。从1987年起，各地大量引进国外先进技术如池窑拉丝、短切毡、表面毡生产线及各种牌号的聚酯树脂（美、德、荷、英、意、日）和环氧树脂（日、德）生产技术；在成型工艺方面，引进了缠绕管、罐生产线、拉挤工艺生产线、SMC生产线、连续制板机组、树脂传递模塑(RTM)成型机、喷射成型技术、树脂注射成型技术及渔竿生产线等，形成了从研究、设计、生产及原材料配套的完整的工业体系，截止2000年底，我国热固性树脂基复合材料生产企业达3000多家，已有51家通过ISO9000质量体系认证，产品品种3000多种，总产量达73万吨/年，居世界第二位。产品主要用于建筑、防腐、轻工、交通运输、造船等工业领域。在建筑方面，有内外墙板、透明瓦、冷却塔、空调罩、风机、玻璃钢水箱、卫生洁具、净化槽等；在石油化工方面，主要用于管道及贮罐；在交通运输方面，汽车上主要有车身、引擎盖、保险杠等配件，火车上有车厢板、门窗、座椅等，船艇方面主要有气垫船、救生艇、侦察艇、渔船等；在机械及电器领域如屋顶风机、轴流风机、电缆桥架、绝缘棒、集成电路板等产品都具有相当的规模；在航空航天及军事领域，轻型飞机、尾翼、卫星天线、火箭喷管、防弹板、防弹衣、鱼雷等都取得了重大突破。

热塑性树脂基复合材料

热塑性树脂基复合材料是20世纪80年展起来的，主要有长纤维增强粒料(LFP)、连续纤维增强预浸带(MITT)和玻璃纤维毡增强型热塑性复合材料(GMT)。根据使用要求不同，树脂基体主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等热塑性工程塑料，纤维种类包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和硼纤维等一切可能的纤维品种。随着热塑性树脂基复合材料技术的不断成熟以及可回收利用的优势，该品种的复合材料发展较快，欧美发达国家热塑性树脂基复合材料已经占到树脂基复合材料总量的30%以上。

高性能热塑性树脂基复合材料以注射件居多，基体以PP、PA为主。产品有管件（弯头、三通、法兰）、阀门、叶轮、轴承、电器及汽车零件、挤出成型管道、GMT模压制品（如吉普车座椅支架）、汽车踏板、座椅等。玻璃纤维增强聚丙烯在汽车中的应用包括通风和供暖系统、空气过滤器外壳、变速箱盖、座椅架、挡泥板垫片、传动皮带保护罩等。

滑石粉填充的PP具有高刚性、高强度、极好的耐热老化性能及耐寒性。滑石粉增强PP在车内装饰方面有着重要的应用，如用作通风系统零部件，仪表盘和自动刹车控制杠等，例如美国HPM公司用20%滑石粉填充PP制成的蜂窝状结构的吸音天花板和轿车的摇窗升降器卷绳筒外壳。

云母复合材料具有高刚性、高热变形温度、低收缩率、低挠曲性、尺寸稳定以及低密度、低价格等特点，利用云母/聚丙烯复合材料可制作汽车仪表盘、前灯保护圈、挡板罩、车门护栏、电机风扇、百叶窗等部件，利用该材料的阻尼性可制作音响零件，利用其屏蔽性可制作蓄电池箱等。

我国的热塑性树脂基复合材料的研究开始于20世纪80年代末期，近十年来取得了快速发展，2000年产量达到12万吨，约占树脂基复合材料总产量的17%，，所用的基体材料仍以PP、PA为主，增强材料以玻璃纤维为主，少量为碳纤维，在热塑性复合材料方面未能有重大突破，与发达国家尚有差距。

我国复合材料的发展潜力和热点

我国复合材料发展潜力很大，但须处理好以下热点问题。

1、复合材料创新

复合材料创新包括复合材料的技术发展、复合材料的工艺发展、复合材料的产品发展和复合材料的应用，具体要抓住树脂基体发展创新、增强材料发展创新、生产工艺发展创新和产品应用发展创新。到2007年，亚洲占世界复合材料总销售量的比例将从18%增加到25%，目前亚洲人均消费量仅为0.29kg，而美国为6.8kg，亚洲地区具有极大的增长潜力。

2、聚丙烯腈基纤维发展

我国碳纤维工业发展缓慢，从CF发展回顾、特点、国内碳纤维发展过程、中国PAN基CF市场概况、特点、“十五”科技攻关情况看，发展聚丙烯腈基纤维既有需要也有可能。

3、玻璃纤维结构调整

我国玻璃纤维70%以上用于增强基材，在国际市场上具有成本优势，但在品种规格和质量上与先进国家尚有差距，必须改进和发展纱类、机织物、无纺毡、编织物、缝编织物、复合毡，推进玻纤与玻钢两行业密切合作，促进玻璃纤维增强材料的新发展。

4、开发能源、交通用复合材料市场

一是清洁、可再生能源用复合材料，包括风力发电用复合材料、烟气脱硫装置用复合材料、输变电设备用复合材料和天然气、氢气高压容器；二是汽车、城市轨道交通用复合材料，包括汽车车身、构架和车体外覆盖件，轨道交通车体、车门、座椅、电缆槽、电缆架、格栅、电器箱等；三是民航客机用复合材料，主要为碳纤维复合材料。热塑性复合材料约占10%，主要产品为机翼部件、垂直尾翼、机头罩等。我国未来20年间需新增支线飞机661架，将形成民航客机的大产业，复合材料可建成新产业与之相配套；四是船艇用复合材料，主要为游艇和渔船，游艇作为高级娱乐耐用消费品在欧美有很大市场，由于我国鱼类资源的减少、渔船虽发展缓慢，但复合材料特有的优点仍有发展的空间。

5、纤维复合材料基础设施应用

国内外复合材料在桥梁、房屋、道路中的基础应用广泛，与传统材料相比有很多优点，特别是在桥梁上和在房屋补强、隧道工程以及大型储仓修补和加固中市场广阔。

6、复合材料综合处理与再生

热固性范文篇5

复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域，在近几年更是得到了飞速发展。

随着科技的发展，树脂与玻璃纤维在技术上不断进步，生产厂家的制造能力普遍提高，使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受，但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌。因此，碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继问世，使高分子复合材料家族更加完备，已经成为众多产业的必备材料。目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨，年产值达1300亿美元以上，若将欧、美的军事航空航天的高价值产品计入，其产值将更为惊人。从全球范围看，世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区。近几年欧美复合材料产需均持续增长，而亚洲的日本则因经济不景气，发展较为缓慢，但中国尤其是中国内地的市场发展迅速。据世界主要复合材料生产商PPG公司统计，2000年欧洲的复合材料全球占有率约为32%，年产量约200万吨。与此同时，美国复合材料在20世纪90年代年均增长率约为美国GDP增长率的2倍，达到4%~6%。2000年，美国复合材料的年产量达170万吨左右。特别是汽车用复合材料的迅速增加使得美国汽车在全球市场上重新崛起。亚洲近几年复合材料的发展情况与政治经济的整体变化密切相关，各国的占有率变化很大。总体而言，亚洲的复合材料仍将继续增长，2000年的总产量约为145万吨，预计2005年总产量将达180万吨。

从应用上看，复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国汽车零件的复合材料用量达14.8万吨，欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达10.5万吨。而在日本，复合材料主要用于住宅建设，如卫浴设备等，此类产品在2000年的用量达7.5万吨，汽车等领域的用量仅为2.4万吨。不过从全球范围看，汽车工业是复合材料最大的用户，今后发展潜力仍十分巨大，目前还有许多新技术正在开发中。例如，为降低发动机噪声，增加轿车的舒适性，正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板；为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求，发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求，必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车制造业中。与此同时，随着近年来人们对环保问题的日益重视，高分子复合材料取代木材方面的应用也得到了进一步推广。例如，用植物纤维与废塑料加工而成的复合材料，在北美已被大量用作托盘和包装箱，用以替代木制产品；而可降解复合材料也成为国内外开发研究的重点。

另外，纳米技术逐渐引起人们的关注，纳米复合材料的研究开发也成为新的热点。以纳米改性塑料，可使塑料的聚集态及结晶形态发生改变，从而使之具有新的性能，在克服传统材料刚性与韧性难以相容的矛盾的同时，大大提高了材料的综合性能。

树脂基复合材料的增强材料

树脂基复合材料采用的增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。

1、玻璃纤维

目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。由于高强度玻璃纤维性价比较高，因此增长率也比较快，年增长率达到10%以上。高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面，近年来民用产品也有广泛应用，如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品、各类耐高温制品以及近期报道的性能优异的轮胎帘子线等。石英玻璃纤维及高硅氧玻璃纤维属于耐高温的玻璃纤维，是比较理想的耐热防火材料，用其增强酚醛树脂可制成各种结构的耐高温、耐烧蚀的复合材料部件，大量应用于火箭、导弹的防热材料。迄今为止，我国已经实用化的高性能树脂基复合材料用的碳纤维、芳纶纤维、高强度玻璃纤维三大增强纤维中，只有高强度玻璃纤维已达到国际先进水平，且拥有自主知识产权，形成了小规模的产业，现阶段年产可达500吨。

2、碳纤维

碳纤维具有强度高、模量高、耐高温、导电等一系列性能，首先在航空航天领域得到广泛应用，近年来在运动器具和体育用品方面也广泛采用。据预测，土木建筑、交通运输、汽车、能源等领域将会大规模采用工业级碳纤维。1997~2000年间，宇航用碳纤维的年增长率估计为31%，而工业用碳纤维的年增长率估计会达到130%。我国的碳纤维总体水平还比较低，相当于国外七十年代中、末期水平，与国外差距达20年左右。国产碳纤维的主要问题是性能不太稳定且离散系数大、无高性能碳纤维、品种单一、规格不全、连续长度不够、未经表面处理、价格偏高等。

3、芳纶纤维

20世纪80年代以来，荷兰、日本、前苏联也先后开展了芳纶纤维的研制开发工作。日本及俄罗斯的芳纶纤维已投入市场，年增长速度也达到20%左右。芳纶纤维比强度、比模量较高，因此被广泛应用于航空航天领域的高性能复合材料零部件（如火箭发动机壳体、飞机发动机舱、整流罩、方向舵等）、舰船（如航空母舰、核潜艇、游艇、救生艇等）、汽车（如轮胎帘子线、高压软管、摩擦材料、高压气瓶等）以及耐热运输带、体育运动器材等。

4、超高分子量聚乙烯纤维

超高分子量聚乙烯纤维的比强度在各种纤维中位居第一，尤其是它的抗化学试剂侵蚀性能和抗老化性能优良。它还具有优良的高频声纳透过性和耐海水腐蚀性，许多国家已用它来制造舰艇的高频声纳导流罩，大大提高了舰艇的探雷、扫雷能力。除在军事领域，在汽车制造、船舶制造、医疗器械、体育运动器材等领域超高分子量聚乙烯纤维也有广阔的应用前景。该纤维一经问世就引起了世界发达国家的极大兴趣和重视。

5、热固性树脂基复合材料

热固性树脂基复合材料是指以热固性树脂如不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等为基体，以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等为增强材料制成的复合材料。环氧树脂的特点是具有优良的化学稳定性、电绝缘性、耐腐蚀性、良好的粘接性能和较高的机械强度，广泛应用于化工、轻工、机械、电子、水利、交通、汽车、家电和宇航等各个领域。1993年世界环氧树脂生产能力为130万吨，1996年递增到143万吨，1997年为148万吨，1999年150万吨，2003年达到180万吨左右。我国从1975年开始研究环氧树脂，据不完全统计，目前我国环氧树脂生产企业约有170多家，总生产能力为50多万吨，设备利用率为80%左右。酚醛树脂具有耐热性、耐磨擦性、机械强度高、电绝缘性优异、低发烟性和耐酸性优异等特点，因而在复合材料产业的各个领域得到广泛的应用。1997年全球酚醛树脂的产量为300万吨，其中美国为164万吨。我国的产量为18万吨，进口4万吨。乙烯基酯树脂是20世纪60年展起来的一类新型热固性树脂，其特点是耐腐蚀性好，耐溶剂性好，机械强度高，延伸率大，与金属、塑料、混凝土等材料的粘结性能好，耐疲劳性能好，电性能佳，耐热老化，固化收缩率低，可常温固化也可加热固化。南京金陵帝斯曼树脂有限公司引进荷兰Atlac系列强耐腐蚀性乙烯基酯树脂，已广泛用于贮罐、容器、管道等，有的品种还能用于防水和热压成型。南京聚隆复合材料有限公司、上海新华树脂厂、南通明佳聚合物有限公司等厂家也生产乙烯基酯树脂。1971年以前我国的热固性树脂基复合材料工业主要是军工产品，70年代后开始转向民用。从1987年起，各地大量引进国外先进技术如池窑拉丝、短切毡、表面毡生产线及各种牌号的聚酯树脂（美、德、荷、英、意、日）和环氧树脂（日、德）生产技术；在成型工艺方面，引进了缠绕管、罐生产线、拉挤工艺生产线、SMC生产线、连续制板机组、树脂传递模塑(RTM)成型机、喷射成型技术、树脂注射成型技术及渔竿生产线等，形成了从研究、设计、生产及原材料配套的完整的工业体系，截止2000年底，我国热固性树脂基复合材料生产企业达3000多家，已有51家通过ISO9000质量体系认证，产品品种3000多种，总产量达73万吨/年，居世界第二位。产品主要用于建筑、防腐、轻工、交通运输、造船等工业领域。在建筑方面，有内外墙板、透明瓦、冷却塔、空调罩、风机、玻璃钢水箱、卫生洁具、净化槽等；在石油化工方面，主要用于管道及贮罐；在交通运输方面，汽车上主要有车身、引擎盖、保险杠等配件，火车上有车厢板、门窗、座椅等，船艇方面主要有气垫船、救生艇、侦察艇、渔船等；在机械及电器领域如屋顶风机、轴流风机、电缆桥架、绝缘棒、集成电路板等产品都具有相当的规模；在航空航天及军事领域，轻型飞机、尾翼、卫星天线、火箭喷管、防弹板、防弹衣、鱼雷等都取得了重大突破。

热塑性树脂基复合材料

热塑性树脂基复合材料是20世纪80年展起来的，主要有长纤维增强粒料(LFP)、连续纤维增强预浸带(MITT)和玻璃纤维毡增强型热塑性复合材料(GMT)。根据使用要求不同，树脂基体主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等热塑性工程塑料，纤维种类包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和硼纤维等一切可能的纤维品种。随着热塑性树脂基复合材料技术的不断成熟以及可回收利用的优势，该品种的复合材料发展较快，欧美发达国家热塑性树脂基复合材料已经占到树脂基复合材料总量的30%以上。

高性能热塑性树脂基复合材料以注射件居多，基体以PP、PA为主。产品有管件（弯头、三通、法兰）、阀门、叶轮、轴承、电器及汽车零件、挤出成型管道、GMT模压制品（如吉普车座椅支架）、汽车踏板、座椅等。玻璃纤维增强聚丙烯在汽车中的应用包括通风和供暖系统、空气过滤器外壳、变速箱盖、座椅架、挡泥板垫片、传动皮带保护罩等。

滑石粉填充的PP具有高刚性、高强度、极好的耐热老化性能及耐寒性。滑石粉增强PP在车内装饰方面有着重要的应用，如用作通风系统零部件，仪表盘和自动刹车控制杠等，例如美国HPM公司用20%滑石粉填充PP制成的蜂窝状结构的吸音天花板和轿车的摇窗升降器卷绳筒外壳。

云母复合材料具有高刚性、高热变形温度、低收缩率、低挠曲性、尺寸稳定以及低密度、低价格等特点，利用云母/聚丙烯复合材料可制作汽车仪表盘、前灯保护圈、挡板罩、车门护栏、电机风扇、百叶窗等部件，利用该材料的阻尼性可制作音响零件，利用其屏蔽性可制作蓄电池箱等。

我国的热塑性树脂基复合材料的研究开始于20世纪80年代末期，近十年来取得了快速发展，2000年产量达到12万吨，约占树脂基复合材料总产量的17%，，所用的基体材料仍以PP、PA为主，增强材料以玻璃纤维为主，少量为碳纤维，在热塑性复合材料方面未能有重大突破，与发达国家尚有差距。

我国复合材料的发展潜力和热点

我国复合材料发展潜力很大，但须处理好以下热点问题。

1、复合材料创新

复合材料创新包括复合材料的技术发展、复合材料的工艺发展、复合材料的产品发展和复合材料的应用，具体要抓住树脂基体发展创新、增强材料发展创新、生产工艺发展创新和产品应用发展创新。到2007年，亚洲占世界复合材料总销售量的比例将从18%增加到25%，目前亚洲人均消费量仅为0.29kg，而美国为6.8kg，亚洲地区具有极大的增长潜力。

2、聚丙烯腈基纤维发展

我国碳纤维工业发展缓慢，从CF发展回顾、特点、国内碳纤维发展过程、中国PAN基CF市场概况、特点、“十五”科技攻关情况看，发展聚丙烯腈基纤维既有需要也有可能。

3、玻璃纤维结构调整

我国玻璃纤维70%以上用于增强基材，在国际市场上具有成本优势，但在品种规格和质量上与先进国家尚有差距，必须改进和发展纱类、机织物、无纺毡、编织物、缝编织物、复合毡，推进玻纤与玻钢两行业密切合作，促进玻璃纤维增强材料的新发展。

4、开发能源、交通用复合材料市场

一是清洁、可再生能源用复合材料，包括风力发电用复合材料、烟气脱硫装置用复合材料、输变电设备用复合材料和天然气、氢气高压容器；二是汽车、城市轨道交通用复合材料，包括汽车车身、构架和车体外覆盖件，轨道交通车体、车门、座椅、电缆槽、电缆架、格栅、电器箱等；三是民航客机用复合材料，主要为碳纤维复合材料。热塑性复合材料约占10%，主要产品为机翼部件、垂直尾翼、机头罩等。我国未来20年间需新增支线飞机661架，将形成民航客机的大产业，复合材料可建成新产业与之相配套；四是船艇用复合材料，主要为游艇和渔船，游艇作为高级娱乐耐用消费品在欧美有很大市场，由于我国鱼类资源的减少、渔船虽发展缓慢，但复合材料特有的优点仍有发展的空间。

5、纤维复合材料基础设施应用

国内外复合材料在桥梁、房屋、道路中的基础应用广泛，与传统材料相比有很多优点，特别是在桥梁上和在房屋补强、隧道工程以及大型储仓修补和加固中市场广阔。

6、复合材料综合处理与再生

热固性范文篇6

注塑成型是热塑性塑料制件最重要的加工方法。用此方法加工成型的塑料制件，其品种与样式之多是其他成型方法无可比拟的。起过程是借助与螺杆的推力，将已塑化的塑料熔体注入闭合的模具型腔内，经冷却固化定型后开模得到塑件。

因此，构成注塑成型的三个必要条件：一是塑件必须以熔融状态进入模腔；二是塑料溶体必须要有足够的压力和流速，以确保及时的充满整个模腔的各个角落；三是需有符合制件形状和尺寸并满足成型工艺的要求的模具。

注塑成型技术与其他成型技术相比较有其独特的优势，表现在以下几个方面：其一是成型物料的熔融塑化和流动造型是分别是在塑料筒和模腔两处进行，模具可以始终处于是溶体很快冷凝或交联固化的状态，从而有利于缩短成型周期；其二是先锁紧模具然后才将塑料溶体注入，加之具有良好的流动性的溶体对模腔的磨损很小，因而可以用一套模具大批量成型复杂零件，表面图形与标记清晰和尺寸精度较高的制品；其三是成型过程的合模、加料、塑化、注塑、启模和顶出制品等全部成型操作均由注塑机自动完成，从而使注塑工艺容易全自动化和实现程序控制。但我们也要看到注塑成型的不足之处，由于冷却条件的限制，很难用这种技术制的无缺陷、壁厚的变化又较大的热塑性塑料制品，另外由于注塑机和注塑模具的造价很高，成型设备的启始投资较大，所以注塑技术不适合于小批量制品的生产。

注塑成型又称注射模塑或注射成型，是热塑性塑料制品成型的一种重要方法。除极少数几种热塑性塑料外，几乎所有的热塑性塑料都可以用此方法成型塑件。注塑成型可以成型各种形状、满足众多要求的塑料制件。注塑成型已经成功地运用于某些热固性塑料制件、甚至橡胶制品的工业生产中。

注塑成型的过程是，将粒状或粉状塑料从注射机的料斗送入加热的料筒，经加热塑化成熔融状态，由螺杆（或柱塞）施加压力而通过料筒底部的喷嘴注入低温的、闭合的模具型腔中，经冷却硬化而保持模腔所赋予的形样，开模取得所注塑成型塑件，在操作上完成了一个周期。

注塑成型是塑料模塑成型的一种重要方法，生产中已有广泛的应用。它具有以下几方面的特点：

①成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸准确、带有金属或非金属嵌件的塑料制件。

②对成型各种塑料的适应性强。目前，除氟塑料外，几乎所有的热塑性塑料都可以用此方法成型，某些热固性塑料也可以采用注塑成型。

③生产效率高，易于实现自动化生产。

④注塑成型所需设备昂贵，模具结构比较复杂，制造成本高，所以注塑成型特别适合大批量生产。

目录

第1章绪论…………………………………………………………………………1

第1.1节注塑成型概述………………………………………………………1

第1.2节ABS塑料的现状和前景……………………………………………3

第1.3节ABS塑料注塑工艺分析……………………………………………3

第2章注塑模侧分型机构分析……………………………………………………6

第2.1节斜导柱侧分型机构…………………………………………………6

第2.2节弯销侧分型机构……………………………………………………7

第2.3节液压侧抽芯机构……………………………………………………8

第2.4节斜导槽侧向分型与抽芯机构………………………………………8

第3章工艺分析及工艺方案的确…………………………………………………9

第3.1节工艺分析……………………………………………………………9

3.1.1ABS的物理性能………………………………………………9

3.1.2塑件形状分析…………………………………………………9

第3.2节模架型式及规格…………………………………………………10

3.2.1模架概述………………………………………………………10

3.2.2模架的分类……………………………………………………10

3.2.3模架的选择……………………………………………………10

第4章进行注塑工艺设计………………………………………………………11

第4.1节工艺参数计算……………………………………………………11

4.1.1塑件体积和质量的计算……………………………………11

4.1.2注塑机的选择………………………………………………11

第4.2节塑件注塑成型工艺参数…………………………………………12

第5章模具的总体设计……………………………………………………………13

第5.1节浇注系统的设计…………………………………………………13

5.1.1浇注系统的功能……………………………………………13

5.1.2流道系统设计………………………………………………14

5.1.3浇口的设计…………………………………………………16

第5.2节分型面和排气槽的设计………………………………………18

5.2.1分型面的设计……………………………………………18

5.2.2排气槽的设计……………………………………………19

第5.3节成型零件的设计………………………………………………19

5.3.1模腔结构零件的设计……………………………………19

5.3.2成型零件刚材的选用……………………………………21

5.3.3成型零件工作尺寸计算…………………………………21

第5.4节模具结构尺寸计算……………………………………………23

5.4.1节模板尺寸计算与选择………………………………23

5.4.2垫块尺寸选定……………………………………………24

5.4.3连接件的确定……………………………………………24

第5.5节合模导向机构设计……………………………………………25

5.5.1导向机构的功用…………………………………………25

5.5.2导柱导向机构设计………………………………………25

第5.6节复位机构设计…………………………………………………26

第5.7节脱模机构设计…………………………………………………27

5.7.1脱模力的计算……………………………………………27

5.7.2脱模机构尺寸计算………………………………………28

5.7.3推杆位置的选择…………………………………………29

第5.8节模具温度调节系统设计………………………………………30

5.8.1冷却系统的计算…………………………………………30

第6章模具的校核………………………………………………………………32

第6.1节工艺参数的校核………………………………………………32

6.1.1注射量校核………………………………………………32

6.1.2锁模力校核………………………………………………32

6.1.3最大注射压力校核………………………………………33

第6.2节安装参数校核………………………………………………33

6.2.1模具厚度校核…………………………………………33

6.2.2模板尺寸校核…………………………………………33

6.2.3开模行程校核……………………………………………33

第6.3节模具安装和试模……………………………………………34

第7章结论…………………………………………………………………………35

参考文献……………………………………………………………………………36

致谢…………………………………………………………………………………37

参考文献

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[2]唐志玉.塑料模具设计师指南.国防工业出版社.1999

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[5]王伯平.互换性与测量技术基础.机械工业出版社.2004

[6]陈经斗等.画法几何及机械制图.天津大学.1997

[7]文九巴.机械工程材料.机械工业出版社.2003

[8]俞汉青，陈金德.金属塑性成型原理.机械工业出版社.2003

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[10]冯炳尧等.模具设计与制造简明手册.上海科技出版社.1985

[11]屈华昌.塑料成型工艺与模具设计.机械工业出版社.2000

[12]申开智.塑料成型模具.中国轻工业出版社.2002

[13]付宏生.注塑制品与注塑模具设计.化学工业出版社.2003

[14]王卫卫.材料成型设备.机械工业出版社.2004

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[19]RaoNS(1991)Designformulasforplasticsengineers.Hanser,Munich

热固性范文篇7

随着石油化工的飞跃发展，高分子合成树脂和各种塑料添加剂等原材料新品种的不断增加，塑料制品种类多样化，产量迅速增长。由于塑料具有资源来源丰富，有着诸多方面的优异性能，因此可以用于多种领域，非凡作为建筑材料更越来越显示出它突出的特征，给社会带来显著的经济效益。因此，人们早已把塑料建材作为钢材、木材、水泥之后的第四大类的建筑材料，而逐步代替或淘汰了越来越多的传统建筑材料。塑料建材可分为五大类：塑料管材管件；塑料门窗；塑料装饰材料；塑料隔热材料；新型高分子防水材料。

在塑料建材中，塑料管道的开发时间最早，应用量最大。目前生产的塑料管道品种主要有PVC、PE、PP、ABS等系列。1835年，合成了VCM(氯乙烯)；1872年制成了PVC；1936年德国开发使用塑料管材；1933年，发现PE；1939年开始LDPE的工业化生产，1958年HDPEI业化生产；1953年合成了PP等规体；1957年实现了工业生产。60年代塑料管道已得到迅速的发展，1970年国际标准化组织中专门成立了“塑料管材、管件及阀门标准化技术委员会”(ISO／TCl38)，产品标准的国际化、通用化、系列化大大促进了各国塑料管道生产和应用。

二国内外塑料管道应用规模的比较

欧洲塑料管的产量从1985年的140万吨增长到1997年的260万吨；美国PVC管由1994年的209．1万吨增加到1998年的268．6万吨，PE管由31．4万吨增长到56．4万吨，1998年塑料管材管件产量达340．1万吨；日本由1995年的50多万吨发展到1998年的产量72．3万吨。

我国塑料管道的产量由1990年的8．8万吨发展到1998年的约50万吨，虽然产量有了迅速的增长，但相对发达国家的应用规模和比例还偏小。

三国内塑料管道的发展概况

我国化学建材(含塑料管道)的发展大致可划分为探究开发、推广应用和产业化发展三个阶段：1993年全国化学建材协调组成立前为探究开发阶段，主要工作是化学建树和设备的探究开发，开展了关键技术的攻关探究和引进创新工作，为化学建材生产和应用奠定了技术基础；1994年全国化学建材推广应用协调工作会议为标志，化学建材发展进入了推广应用阶段；1999年全国化学建材工作会议为标志。化学建树发展进入了产业化阶段。

国内塑料(给排水)管道发展纪要：

50年代末开始开发使用塑料管道(化工行业)。

80年代逐步将塑料管道用于建筑排水和供水系统(试点应用)。

1981年加入ISO/TC138塑料管材、管件和阀门的国际标准化组织，1984年由中国轻工总会组建成立了全国塑料制品标准化技术委员会塑料管道分会。

1986年，制订了建筑排水用PVC—U(硬聚氯乙烯)管材、管件标准(GB5836—1，2)。

1988年，制订了给水用PVC—U(硬聚氯乙烯)管材、管件标准(GBl0002-1，2)。

随后制订了相应的PVC—U管道工程设计、施工、验收技术规程：

90年代以来，国内加大了塑料管道的推广力度。

1993年出版的《城市供水行业2000年技术进步规划》中强调塑料给水管的推广应用。

1994年2月由建设部、化工部、轻工总会、建材局、石化总公司成立了全国化学建材协调组，随后出台了《有关加强我国化学建材生产和推广应用的若干意见》。

1997年3月国家出台了《国家化学建树推广应用“九五”计划和2010年发展规划纲要》。

随之，全国各大城市政府部门陆续发文推荐、强制使用塑料排水、给水管道。

产品标准及应用规程得到进一步完善，如“GB／T5836—1，2—92，BG／T10002．1—1996，DBJ／CT504，503，502，501—99。

农业部大力推广节水浇灌农业，并在全国列出300多节水增产农业县(市)。

1999年11月16日建设部，国家石化工业局，国家轻工业局，国家建材局，中国石化集团公司联合发文《有关加强技术创新，推进化学建材产业化的若干意见》。(11月23日，全国化学建材工作第二次会议召开)。

1999年12月，建设部、国家经贸委、质量技监局、建材局联合出台了《有关在住宅建设中淘汰落后产品的通知》，指出：2000年6月1日起，室内徘水管道淘汰砂模铸造铸铁排水管，推广应用UPVC排水管。室内给水管道禁止使用冷镀锌钢管，限时禁止使用热镀锌钢管，推广应用塑料给水管。

《国家化学建材产业“十五”计划和2015年发展规划纲要》(征求意见稿)中提出“十五”计划发展目标：到2005年，塑料管道在全国各类管道中市场占有率达到50％以上。塑料管的推广应用主要以UPVC和PE塑料管为主，并大力发展其它新型塑料管。

2005年，在全国新建、改建、扩建工程中，建筑排水管道70％采用塑料管，建筑给水和热水供给管道60％采用塑料管，电线护套管80％采用塑料管，建筑雨水排水管道50％采用塑料管，城市供水管道(DN400mm以下)50％采用塑料管，村镇供水70％采用塑料管，城市排水管道30％采用塑料管，城市燃气管道(中低压管)20％采用塑料管。

2015年发展目标：全国新建住宅室内排水管85％采用塑料管，基本淘汰传统铸铁管。

建筑电线穿线护套管90％采用塑料管，建筑雨水排水管80％采用塑料管，建筑给水、热水供给和供暖管85％采用塑料管，城市供水管道(DN400mm以下)80％采用塑料管，村镇供水管道如％采用塑料管，城市燃气塑料管的应用量达到40％，城市徘水管道的塑料管使用量达到50％。

四塑料管道的综合比较

1．塑料管道的应用范围

1)给水排水

2)燃气输送

3)电工套管(电线、电缆)

4)其他用途

2．塑料管道的分类比较

1)材料：

塑料管道材料的分类根据其受热变化的不同，分热塑性、热固性塑料；热塑性即受热后熔融塑化，冷却后变硬定型，这一过程可反复数次而其分子结构和性能无明显的下降；热固性即受热后，分子结构发生体型或网型交联反应而固化成型，成型固化后失去可塑性。热塑性有PVC、PE、PP、PB、ABS等材料，热固性有PEX／VPE、PF、EP等。塑料管道材料的分类基本如下：

1)TS承口溶剂粘接——UPVC、CPVC、ABS

2)R—R(橡胶圈)连接——UPVC、GRP(中、大口径)

3)(电)热熔接——PE、PP族，PB、Fe+PE

4)挤压夹紧式连接——PAP、PEX/VPE、PB、AL+PP

5)螺纹、焊接等传统方式——Fe十PVC、Cu+PE

塑料管道应用于给水、排水领域中，从用途上看可分为两大类，即排水塑料管道和给水塑料管道。排水塑料管主要有UPVC管(实壁管、螺旋消声管、芯层发泡管、径向加筋管、螺旋缠绕管、双壁波纹管)，玻璃钢夹砂管(GRP)，ABS工程塑料管(丙烯睛一丁二烯一苯乙烯)；而给水管则出现了更多品种塑料管道，尤其是建筑(小口径)给水管道，下表列出各种塑料给水管道的用途及一些特性比较(带括号表示较少用)：

五国内塑料给排水管道的应用目前状况及新问题

1．各领域发展目前状况建筑排水(UPVC)管的发展已届成熟，建筑雨落管逐步完善；室外UPVC给水管的发展渐趋成熟，大口径管件欠缺；(小口径)给水管道品种多样；室外(UPVC等)排水管发展较慢，尚处于起步阶段；地板辐射采暖用塑料管应用比例小。总之，塑料给排水管道的总体应用比例不大，发展前景广阔，尤其在城市(大口径)排水管道方面。

2．在产品标准和应用规范上，只有UPVC建筑排水、UPVC建筑给水及室外给水管道的产品标准及设计施工规范齐全，而其他塑料管道的产品标准和应用规范则欠缺或不完善，如建筑给水用PPR、CPVC、PAP、PEX、PB、ABS、钢塑复合管等。近期需加强产品标准制订工作及应用技术的探究，同时修订完善已有的标准及规程，尽快使塑料管道的生产标准此及应用规范化。

3．近年塑料给排水管道得到了迅速的发展，推广应用时间长的塑料管道已为广大设计和施工人员接受并可熟练地应用，如UPVC建筑排水管。然而塑料管道是一种建材，需经施工安装后才能投入使用，多数新兴的塑料管道尚处推广应用期，应用单位缺乏有关的使用技术及经验，非凡是应用单位人员分布广、数量大，使其对应用技术把握、令工程质量得到良好的控制，是一个重要而迫切的新问题。目前需要生产企业提高塑料管道产品应用的技术水平及加强相应的技术服务，有关政府部门通过媒体宣传、组织培训、组建培训基地等方式，为产品应用创造有利的条件。

4．近年涌现的众多塑料管道生产企业，生产规模大、产品质量好的只有少数，塑料管市场受到大量假冒伪劣产品的充斥。如普遍使用的建筑排水UPVC管，过去两年“一窝蜂”投产的“铝塑复合管”等新型塑料管，其中存在政府引导、产品标准制订、质量监督管理滞后及市场管理等因素。目前，亟需国家有关部门进一步采取合理有效的监督手段，创造良好的塑料管道市场，为广大优质工程奠定产品质量基础。

六．对给排水同行应用塑料管道的几点建议

管道贯穿整个给水排水系统，是给水排水系统的重要组成部分。随着塑料管道的推广应用，给排水管道材料的分类也应由以往的金属管道和非金属管道之分，重新划分为金属管道、塑料管道、混凝土管等其他管道三大类。因此，我们应用者对塑料管道性能及应用特征的了解和把握也应该跟传统材料管道一样熟悉，只有把握塑料管道的性能和应用特征，才能确保工程应用质量的控制，使我们选用的优质产品达到最佳的应用效果。为更好地使用塑料管道，提出几点浅见，供广大应用给排水管道的同行参考：

1．对塑料给排水管道的性能和应用需有较全面、客观的熟悉，合理选材；

2．及时了解、把握各自专业领域塑料管道的应用技术，并积累经验；

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近几年来，我县紧紧围绕发展壮大县域经济，与华中农业大学、武汉理工大学等高等院校和科研院所建立紧密的合作关系，采取各种形式，开展项目对接、技术培训等活动，推动校企合作。同时，我县不少以传统产业为主的企业，通过广泛开展产学研合作，运用高新技术和适用技术改造提升传统产业，提高了产品的附加值和科技含量。县校合作在县经济结构调整和传统产业优化升级中发挥出明显作用。

（一）企业创新意识逐步增强。通过县校合作氛围的营造，大大提高企业开展技术创新的意识，产学研合作已成为部分企业的自觉行为。目前全县已有10家企业同高校、科研院所建立产学研合作关系。如武星公司通过县校合作，成功申报我县第一个企业发明专利——一种环保型四元共聚热固性高压装饰层积板用树脂；楚园春酒业有限责任公司与华中农业大学进行合作，开发新型发酵酒，现已申报国家专利。

（二）传统产业改造得到提升。针对传统优势产业，不断加强与大专院校合作，解决产业共性、关键技术难题，加快了传统产业高新化的步伐。如湖北东圣化工集团依托武汉理工大学技术优势，合作建成总投资8000万元年产30万吨高塔造粒复合肥项目，一次性试车成功。

（三）科技计划项目实现突破。通过产学研合作，企业与高新共同申报省、市级科技攻关项目。如森源有限责任公司有限公司与华中农业大学合作承担的“湖北省主栽食用菌优良菌株筛选与高产栽培技术研究”项目，被列为省级科技攻关项目，获上级补助70万元，实现我县在此类项目立项上零的突破。同时，依托华中农业大学科研实力，森源公司与华中农业大学共建湖北省行业唯一的食用菌工程（技术）中心。

（四）农业适用技术广泛推广。与华中农业大学、武汉理工大学合作，利用县星火培训学校，以高校为主，包括三峡柑桔研究所等院所专家，进行食用菌、柑桔、茶叶、畜牧兽医等服务与咨询、培训40场次，累计培训8000人次，为我县农业培训了大量农业科技人才，增强了农民科技致富的本领。如邀请三峡柑桔研究所的专家对我县柑桔技术人员进行了为期一年的技术培训，取得良好效果，为此又与三峡柑桔研究所签订《县柑桔产业发展中期技术合作》协议。

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为使产品和浇注系统凝料能从模具中取出，模具必须设置分型面。分型面是决定模具结构形式的重要因素，分模面的设置决定了模具的结构和制造工艺，并影响熔体的流动及塑件的脱模。分型面总的选择原则是保证塑件质量，简化模具结构，有利于脱模。选择时综合考虑下面因素：

(1)不得位于明显位置上及影响形状。分型面不可避免地会在塑件上留下痕迹。最好不要选在产品光滑的外表面。

(2)不得由此形成低陷。即分型面的选择要有利于脱模，尽量避免侧抽芯机构。为此分型面要选择在塑件尺寸最大处。见图1，由于软管接头两端有低陷段，因此使用“立式分模之分模线”。

(3)应位于加工容易的位置。如图2所示，牙刷柄的分模线位于制品最大宽度面上，成形品脱模容易。者模具嵌合线与其外形曲线一致，加工容易。图3(a)所示分模线为阶段形，模具制作及成形品加工困难，图3(b)改用直线或曲面，可使加工变得容易。图4为电熨斗的分模线。

由以上分析可见，设计分型面时应根据塑件使用要求、塑件性能和注射机的技术参数以及模具加工等因素综合考虑，权衡利弊，选择最优的分型面。

2拔模斜度恰当选取

为使成形品在型腔中脱出容易，拔模斜度是必须的。斜度的大小视成形品形状，塑料种类，模具结构，表面精度，以及加工方向等有所不同。普通场合，适当的斜度约为30′~1°30′。有关拔模斜度尚无精确的计算公式。大多情形，完全依据经验值，在不生妨碍生产的情形下，取较大的脱模斜度。

（1）箱盒及盖类零件

箱盒及盖类零件的拔模斜度依制品的高度有所不同。如图5所示，H为50mm以下者，S/H=1/30~1/50；H超过100mm，S/H<1/60；类似的浅形薄件，S/H=1/5~1/10。杯形制品的脱模斜度，型腔侧应较型芯侧略为放大。

（2）栅格

栅格类型、尺寸及栅格部全部面积的尺寸，均会使拔模斜度各有差异。栅格节距(P)在4mm以下之场合，拔模斜度为1/10左右；栅格段尺寸(C)较大者，拔模斜度应予加大；栅格高度超过8mm，更有栅格段尺寸(C)较大的情形，将成形品动模侧型腔作1/2H以下的栅格。尺寸标示见图6。

3壁厚均匀

塑件的壁厚是重要的结构要素，由使用要求和工艺要求决定，对工艺的影响很大，因此合理选择塑件的壁厚相当重要。就工艺上来说，壁厚过小，塑料在型腔中的流动阻力大，成型困难，特别对于形状复杂和大尺寸塑件容易出现充不满的缺陷或要较大提高注射压力；壁厚过大，不仅增加成本，还会产生延长冷却时间，加长成型周期，降低生产效率，此外，还容易产生缩孔、气泡等缺陷。壁厚应以各处均一为原则，但由于塑件的构造，或成形上壁厚必需变化者，并且由于经济原因亦需对壁厚作适当调整。决定壁厚必需考虑下列各点：（1）构造强度，（2）脱模强度，（3）能均匀分散冲击作用，（4）嵌合金属件部分防止开裂（成型材料与金属材料的热膨胀系数不同，收缩时容易产生裂痕），（5）结构对流动的阻碍，防止充填不足。壁厚(t)对各种成形材料可能的充填距离(L)之值汇列于表1中。壁厚的选取根据塑料的品种，成型件尺寸的大小而定。热固性塑料的小型塑件，壁厚取1.5~2.5mm，大型取3.2~8mm，流动性差的塑料取较大值，但一般不超过13mm。热塑性塑料流动性较好，易于成型薄壁塑件，常取1~4mm，最薄可达到0.25mm。一般材料的壁厚使用范围见表2。

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关键词：夹砂玻璃钢管性能应用推广

一、工程概况

澄碧河水库位于百色市右江区北部7.0km的澄碧河上，是一座以发电为主，结合防洪，城市供水、旅游等综合利用的大（一）型多年调节水库，总库容11.5亿m3，建成于1961年。澄碧河水库水质经检测达到国家一类饮用水，是百色市城区生活用水的主要水源。1993年建成了水库向百色市供水一期工程，取得了良好的经济效益；2004年又建成了二期供水工程。

澄碧河水库向百色市输水二期工程是由水库向市城东第三水厂输水，近期建设为DN800单管输水，建设规模为5×104m3/d；远期建设规模为20×104m3/d，工作压力0.6Mpa。管路大部分通过地形地质条件复杂的山区或穿越隧洞，工程施工难度较大，因此部分管路使用了大口径夹砂玻璃管道（FRP）。这是百色市首次在输水工程中尝试应用了夹砂玻璃管道，积累了一定的经验。

二、工程设计要点

2.1工程地质输水管沿线为三迭系和第四系地层。三迭系河口组（T2h）主要为绿色砂岩、粉砂岩、泥岩等，中～厚层状，风化后呈浅灰、黄色、棕黄色，出露条带宽度大于700m，分布在输水管道全线；第四系坡积层（dlQ）为含碎石粘土，呈黄至棕黄色，稍湿，较坚硬，厚度1～3米，分布于管线大部分地段。第四系冲积层（alQ）为粉砂质粘土及砂土、砾质土，分布于一级阶地及河床、漫滩，分布于管线前段过河边部分。第四系人工填土（rQ）主要为含碎石粘土，取看破泥岩区的风化层及坡积层填筑，密度较大，分布于管线中段通过火柴厂、烤烟厂部分。工程地质条件复杂，给施工增加了难度。

2.2输水管线布置澄碧河水库向百色市输水二期工程输水管道从已铺设的一期输水管道1+830m桩号处引接，管路设计大部分沿324国道两侧3公里范围内的山脚布置。管路总长9.2Km，除有0.61Km通过农田外，其余均通过地形地质条件复杂的山区，其中穿越隧洞1151m。

输水管以预应力钢筋混凝土管为主，在连通管及跨度较大的架空管处采用钢管，在交通、运输不便的管段采用重量较轻的夹砂玻璃钢管。夹砂玻璃钢管共2370m，其中架空1336m，其余为地埋。

三、夹砂玻璃钢管及其性能和优点

3.1夹砂玻璃钢管夹砂玻璃钢管是近年来国内外逐渐在石油化工、供排水等领域推广使用的一种新型柔性非金属复合材料压力管道，其实质是以玻璃纤维为增强材料，以不饱和热固性聚酯树脂为基体，中间夹石英砂的压力管（英文缩写名FRP，代号FWRPMP，简称夹砂管）。FRP管道目前执行国家建材行业标准《玻璃纤维缠绕增强热固性树脂夹砂压力管》。

3.2夹砂玻璃钢管的性能和优点①比强度高。玻璃纤维按一定的规律通过张拉缠绕形成一种多层网状分布，大大地提高了管道环轴向强度指标。②刚度大。管壁内、外层之间夹有0.3～0.8mm粒径的石英砂，经浸透树脂固化后提高了玻璃钢管的刚度。③抗渗防腐性能好。高分子化合物不饱和聚酯树脂填充于玻璃纤维网络空间并与玻璃纤维良好的浸润，固化后不但起到传递荷载和防渗漏的作用，而且起到防止酸、碱、盐侵蚀的同时，也保护输送的介质无二次污染。④耐久性好。夹砂玻璃钢管的使用寿命与使用环境温度以及扫用材料及管壁结构形式有关，按现行标准JC/T838-1998的规定，通常寿命为50年。⑤重量轻。夹砂玻璃钢的比重为15～20g/cm3，约是钢材的1/4。该工程使用内径800mm，管壁厚12～14mm，单管长12m，重约0.8T的夹砂玻璃钢管，非常适应山区非机械施工。⑥流通能力强。夹砂玻璃钢管内壁表面糙率系数在0.008～0.009之间，管内不易被微生物玷污蛀附及结垢，压力损失小，管道具有较高的流通能力。

此外，FRP管采用承插连接方式，双“O”型食品级橡胶圈密封，每完成一个接头立即充气检查其严密性；另外，管道内衬为食品级树脂，所以此类管还具有综合造价低，安装方便、运行可靠、无毒无害等优点。

四、玻璃钢管施工

4.1施工方法玻璃钢管施工实行《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268—97）标准。采用手推车运至沟槽，手拉葫芦完成安装、连接，具体方法和步骤如下：①检查沟槽，基础不允许有沉降，保证无块石管道直接接触。②检查管道是否有运输、吊装过程的损伤，橡胶圈是否受损。③用小车或人工将管道移至沟槽内，橡胶圈涂上食用油，套于插口，保证其在槽内不扭曲，承、接口干净。④两端管道调直，偏角小于2°，均匀插入至规定尺度。⑤用试压机对双胶圈之间进行充气试压，检查严密性，合格后用铜螺栓封堵。⑥使用无块石的粘土对安装好的管道周围15cm范围进行夯填，然后机械取土掩埋。

4.2施工质量管理①经监理人员现场取样试验，检测结果为：在5%挠度下管刚度5002Pa，A、B级挠度水平均合格；管壁材料环向拦伸强度为1858Kn/m；巴氏硬度外壁53，内壁57。试验结果表明所用玻璃钢管材料强度符合现行国家标准JC/T838-1998，管材质量合格。②管道注水试压：管道完成安装、除接头外的管道回填后，分段进行注水法管道严密性试验，试验压力为设计工作压力的1.5倍。经试验管道严密性符合标准，施工质量合格。

五、应用效果

5.1管道安装简便、成本低。管路2+567～3+609m的桩号段为穿越原作他用途的DN3000的旧隧洞，由于隧洞横断面积过小，吊装机械无法进入；而5+420～5+624m桩号段及6+375～7+349m桩号段为地形地貌变化较复杂山沟及基本保护水田，用机械吊装则施工道路、措施等临时工程费用较高。采用夹砂玻璃钢管后，由人工通过双胶轮车运入、就位，手拉葫芦完成安装、连接。

5.2管件制安准确快速。该工程管路经过地形多变的山区，沿线有十多个直供用户，管件较多，共33个，使用玻璃钢管件后根据实际尺寸现场加工制作，尺寸精确，速度快，每组一天完成一个弯头的制作安装。

5.3管道严密性可靠。由于使用了双胶圈，每安装完成一个承插接头，现场立即通过双胶圈的气孔充气检查接头严密性，从而很大程度上保证整条管道严密性的满足，为及时回填创造了条件；该工程投产至今夹砂玻璃钢管运行正常。

5.4项目投资省。由于夹砂玻璃钢管管壁薄，管槽开挖宽度比砼管小10cm，本工程管槽开挖深2.0m，由此减少工程量为200m3/km，单管长且重量轻，减少场内运输费及管道安装费和临时工程费，项目节省投资。公务员之家

5.5减少了维修费用。12m长的玻璃钢采用密封承插连接，节点减少，不易渗漏。

六、结语

夹砂玻璃钢管道相对于传统的管道来说，具有独特的耐腐蚀性，比强度高，寿命长、重量轻，安装容易，无毒害、防渗漏，不污染水质和不结垢，内表面光滑等优点，在同管径下，加大了水的流量，不会产生阻碍物；输水水头沿程损失减少，同时输水加压消耗动力也减少，而且玻璃钢管道使用寿命长，正常使用条件下能安全运行50年。玻璃钢管在澄碧河水库输水二期工程的成功应用，不仅表明了其产品的性能可靠、质量稳定，而且取得了良好的社会、经济效益，有着广阔的发展前景。

参考文献：