CN110303704A - 基于竖直重垂张拉法的树脂材料生产线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于竖直重垂张拉法的树脂材料生产线，包括竖直分布的通过楼层面分隔的若干层加工区域，加工区域中心开有同轴的加工通道，牵引装置垂直牵引经过预应力张拉的原材料依次通过各加工区域的加工通道完成加工。所述的加工区域从上到下依次包括内膜成型区、外模成型区、固化定型区、表面处理区、牵引区、注塑冷却区、切割区和成品堆放区。本发明通过竖直结构的生产线设计彻底解决环氧沉浸不足和层间气泡的问题，保证环氧树脂管材的固化完全，提高管材质量。

Description

基于竖直重垂张拉法的树脂材料生产线

技术领域

本发明涉及树脂生产技术领域，具体是一种基于竖直重垂张拉法的树脂材料生产线。

背景技术

众所周知，玻璃纤维增强环氧树脂（或者不饱和聚酯） 制成的产品又称环氧树脂管材，以其耐腐蚀、耐高温、耐辐射而且密度小、刚性好、强度高，广泛用于国防、工农业生产和人们日常生活中，如导弹弹壳和卫星整流罩、宇宙飞船的防热材料、飞行器和舰船的壳体、翼片和螺旋桨等，玻璃纤维增强环氧树脂（或者不饱和聚酯） 产品在民用工业中主要用于压力容器和管道、防腐容器、汽车仪表盘、保险杠、电绝缘件、游艇等，玻璃纤维增强环氧树（或者不饱和聚酯） 产品主要用于各种管道时，其生产工艺主要包括在玻璃纤维上涂覆环氧树脂（或者不饱和聚酯），经过压辊和缠绕轴将涂有环氧树脂（或者不饱和聚酯） 的玻璃纤维层层缠绕，待缠绕的厚度达到管壁的要求后，一根玻璃纤维增强环氧树脂（或者不饱和聚酯） 毛坯管即生产出来，然后进行高温固化，即可得到最终的成品管。 但在生产过程中，最常见的问题是缠绕过程中，由于空气存在，而在层间形成气泡或者空洞，严重影响产品质量和性能，造成产品合格率不高，生产成本加大。 而且玻璃纤维在进行施胶步骤后距离缠绕辊还有一段距离，在这段距离输送过程中，经常会出现胶液凝集的现象，导致在后期缠绕的过冲中胶液分布不均匀，在进行烘干处理后管壁内会出现微小的气室，这些都严重影响成品管的产品质量和使用寿命

另外一种常见的为引拔挤拉工艺，主要是将毡、布、连续无捻纱等增强材料通过浸润树脂，然后通过管材模具，再经牵引机牵拉，从而连续不断地生产出长度不受限制的环氧树脂管材等制品。

环氧树脂的力学强度主要是由纤维决定的，基体树脂的主要作用是把各束纤维粘结在一起，进行应力应变的传递。如果树脂和纤维之间粘结不好，就会造成应力不能有效的在纤维之间传递，难以发挥纤维承担主要载荷的作用。

下面以绝缘杆塔和石油化工管道中环氧树脂的应用为例：

一、绝缘杆塔：

近年来，由于玻璃纤维复合材料应用领域的扩大，以其所具有的重量轻、强度高、抗气候老化、耐腐蚀能力强等优异特性，在电力通讯输电领域已有将玻璃纤维复合材料用于输电杆、塔等产品中，能够大幅度提高线路的绝缘性，大幅提高线路耐污闪、冰闪、防风偏、耐雷水平。 复合材料输电杆塔的性能和使用已经逐渐受到电力领域的重视。

而目前由复合材料设计的杆塔多为单杆型，其输送电压等级局限于 35KV 以下。更高电压等级仍无法适用，承载能力达不到高压等级的特殊要求，因而使复合材料杆塔的发展受到限制。

二、石油化工管道：

国内应用较多的钢质管道防腐层有石油沥青、PE夹克及PE泡沫夹克、环氧煤沥青、煤焦油瓷漆、环氧粉末和三层复合结构等，目前推广应用最广的两种管道防腐方式为三层结构聚烯烃防腐层和单层粉末环氧。

(1)石油沥青防腐层，该防腐层是利用玻璃纤维布经过沥青浸泡处理后，放置在输油管道的外壁起到防腐作用。该技术工艺比较成熟，需要的原材料价格低廉，同时材料以及配料的来源容易、广泛。但该材料耐高温性较低，具备高吸水性，由于吸入了较多的水分，会降低材料的防腐性能，还由于周边环境等因素的影响，也会造成防腐效果直线下降。而且劳动条件差，质量难以保证，环境污染严重。

(2)环氧煤沥青，操作简便，但覆盖层固化时间长，受环境影响大，不适于野外作业，10℃以下难以施工。

(3)熔结环氧粉末防腐涂层，由于熔结环氧粉末防腐涂层与钢管表面黏结力强、耐化学介质侵蚀性能、耐温性能等都比较好，抗腐蚀性、耐阴极剥离性、耐老化性、耐土壤应力等性能也很好，使用温度范围宽.但涂层较薄，抗尖锐物冲击力较差，易被冲击损坏。

(4)环氧粉末防腐，采用静电喷涂方式，与同种材料防腐的管体熔结好，粘接力强，但环氧粉末防水性较差（吸水率较高，达到0.83%），给阴极保护设计带来一定的困难。现场器具要求高，操作难度大，质量不易控制。

(5)聚烯烃防腐层分两层结构和三层结构两种。 两层结构的底层为胶粘剂 ,外层为聚乙烯 ;三层结构的底层为环氧涂料 ,中间层为胶粘剂 ,面层为聚乙烯。三层结构中的环氧涂料可以是液体环氧涂料 ,也可以是环氧粉末涂料。

二层结构聚烯烃防腐层的主要优点是绝缘电阻高、抗杂散电流性好、施工方便,主要缺点是螺旋形搭接缝长, 易在搭接处产生黏结失效而形成腐蚀介质渗入。

三层结构聚烯烃防腐层，管道防腐密封性强，机械强度高，防水性强，质量稳定，施工方便，适用性好，不污染环境。PE吸水率低（低于0.01%），同时具备环氧强度高，PE吸水性低和热熔胶柔软性好等，有很高的防腐可靠性，缺点是：造价高，工艺复杂。

目前，国内外环氧树脂生产线均为半自动生长线，生产方式为水平生横置，由于空气存在，而在层间形成气泡或者空洞；由于地球引力而产生的重力，模具上层浸润的树脂会自动向下流动而造成上层树脂少，从而易引起管材上下层壁厚不一致，造成偏心，从而使得管材强度受到影响。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种基于竖直重垂张拉法的树脂材料生产线，通过竖直结构的生产线设计彻底解决环氧沉浸不足和层间气泡的问题，保证环氧树脂管材的固化完全，提高管材质量。

本发明包括竖直分布的通过楼层面分隔的若干层加工区域，加工区域中心开有同轴的加工通道，牵引装置垂直牵引经过预应力张拉的原材料依次通过各加工区域的加工通道完成加工。所述的加工区域从上到下依次包括内膜成型区、外模成型区、固化定型区、表面处理区、牵引区、注塑冷却区、切割区和成品堆放区。

进一步改进，所述的内膜成型区顶部设置有滑轨吊梁，底部设置有环氧树脂沉浸池，滑轨吊梁上安装有穿过与加工通道同轴的可升降内心模；所述可升降内心模四周分布有若干带张拉布架、带张拉纱架和带张拉毡架，带张拉布架、带张拉纱架和带张拉毡架上的纱、毡、布通过内芯模，穿过沉浸池形成内模向下进入下一层区域。

进一步改进，所述的外模成型区包括环绕加工通道从上往下依次分布的缠绕大转盘、第二环氧树脂沉浸池和外模具，所述缠绕大转盘四周分布有若干带张拉布架和带张拉毡架。

进一步改进，所述的表面处理区包括表面打磨区和表面清洁区，表面处理区内设置有集尘设备。

进一步改进，所述的堆放区底部设置有深井坑。

进一步改进，所述的纱、毡、布均为玄武岩高分子纤维材料，所述的环氧树脂沉浸池中沉浸液为AG80环氧树脂。

进一步改进，所述的加工区域最顶部设置有废气处理设备。

本发明有益效果在于：

1、彻底解决环氧沉浸不足和层间气泡的问题，保证环氧树脂管材的固化完全，提高管材质量。

2、该生产线同时可以用于生产普通环氧树脂管材，在略微提高生产成本的情况下，成倍的提高管材的性能。

3、设计张拉架，生产前对纱、布、毡等先进行预应力张拉，提高管材的本身刚性，减少振动和弹性变形这样做可以明显改善受拉模块的弹性强度，使原本的抗性更强。

4、使用玄武岩高分子纤维配套AG80环氧树脂进行环氧树脂管材的生产，其绝缘、耐高温、刚性好、强度大、防腐、耐酸、抗老化，性能优异。

5、生产出的新型绝缘管材应用领域广泛，可以在电力系统用于高强度超轻绝缘工器具、绝缘杆塔、绝缘臂；可以在石油化工中用于各种管道；可以用于民用压力容器、防腐容器、汽车仪表盘和保险杠等。

6、全自动玄武岩高分子复合树脂材料生产线的研制开发为全世界首创，填补相关领域的空白，为世界领先水平。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为内膜成型区与外模成型区结构示意图。

图3为表面处理区结构示意图。

图4为牵引区结构示意图。

图5为注塑冷却区和切割区结构示意图。

图6为成品堆放区结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明一种具体结构如图1所示，包括竖直分布的通过楼层面17分隔的12层加工区域，加工区域中心开有同轴的加工通道，牵引装置垂直牵引经过预应力张拉的原材料依次通过各加工区域的加工通道完成加工。所述的加工区域从上到下依次包括内膜成型区、外模成型区、固化定型区、表面处理区、牵引区、注塑冷却区、切割区和成品堆放区。整体高度为67m，设备最下方配置30米深井。

第一层和第二层的内膜成型区与外模成型区结构如图2所示，加工区域最顶部设置有废气处理设备1。内膜成型区顶部设置有滑轨吊梁2，底部设置有环氧树脂沉浸池7，滑轨吊梁上安装有穿过与加工通道同轴的可升降内心模6；所述可升降内心模6四周分布有若干带张拉布架3、带张拉纱架5和带张拉毡架4，带张拉布架、带张拉纱架和带张拉毡架上的纱、毡、布通过内芯模，穿过沉浸池7形成内模9向下进入外模成型区。所述的外模成型区包括环绕加工通道从上往下依次分布的缠绕大转盘8、环氧树脂沉浸池7和外模具10，所述缠绕大转盘8四周分布有若干带张拉布架3和带张拉毡架4。

管材18从外模具10中拉出，进入固化定型区（第三层和第四层为烘箱）固化定型。固化定型后进入第五层表面打磨区，通过打磨机12对其表面进行打磨。打磨完成后进入第六层表面清洁区，通过清洁装置13对管材表面进行清扫。第五层和第六层配置有套在管材外缘的集尘罩11。如图3中所示。

打磨清理完成后，进入牵引区，液压牵引设备19拉动管材，向下牵引进入第九层。（第七层和第八层，如图4所示）。第九层设有PE注塑机14及相应的冷却池15。在绝缘管材外层注塑高强度PE。外层注塑完成后，进入全自动切割设备16（第十层），进行定长切割，如图5中所示。

进一步改进，所述的堆放区底部设置有30m深井坑。管材切割完成后落入深井中，吊出后对方在最下层的堆放区20中，如图6所示。

进一步改进，所述的纱、毡、布均为玄武岩高分子纤维材料，所述的环氧树脂沉浸池中沉浸液为AG80环氧树脂。使用玄武岩高分子纤维配套AG80环氧树脂进行环氧树脂管材的生产，其绝缘、耐高温、刚性好、强度大、防腐、耐酸、抗老化，性能优异。

利用该装置的加攻方法如下：

1）通过带张拉布架、带张拉纱架、带张拉毡架，对布、纱、毡进行预应力张拉。

2）在牵引装置的牵引下，将经过预应力张拉的纱、布、毡通过内芯模，穿过树脂液沉浸池，向下进入第二层。

3）在内模外通过三套缠绕大转盘多次缠绕布再加入毡，再次通过树脂液沉浸池后进入外模模具中，内外模同时加热固化成型，再通过烘箱加热进行固化定型。

4）对固化定型后的管材进行打磨和清洗，打磨和清洗过程中通过集尘罩进行集尘处理。

5）对清洗后的管材进行注塑，注塑后冷却切割，得到成品管材。

这样生产而成的新型高强度玄武岩高分子复合管材，外层注塑PE彻底解决环氧树脂管材耐用性、抗老化的问题；新型一竖直重垂张拉法，彻底解决水平张拉法存在管材偏心问题；玄武岩高分子纤维及AG80环氧树脂配方的使用，提高了管材的电气性能及机械性能。完全能满足变电智能物联网机器人绝缘臂材料的需求。

通过全自动玄武岩高分子复合树脂材料生产线生产的新型高强度绝缘材料市场应用广泛，例如电力系统与石油化工领域。

一、电力系统：

电力系统中，主要使用的有以下几个方面：

1. 绝缘杆塔

输电线路杆塔数量庞大，新型玄武岩环氧树脂管材的强度和刚度完全能超过45#钢材的性能指标。完全可以用其制作绝缘杆塔，由于其自身绝缘，杆塔配套的金具、绝缘子大大减少；大型钢管塔的横担，可以使用玄武岩环氧树脂管材制作，这样可以大大减小上下横担间的安全间隙距离，从而降低整体杆塔的高度。以220kV的钢管塔为例，通过使用绝缘横担，可以较小安全间隙距离8米，其总高度可以下降8米，地基、钢材等大大减少，同时无需绝缘子，采购成本大大降低。

全国各地杆塔不计其数，使用绝缘杆塔或绝缘横担后，大大降低其采购成本，同时减少了绝缘子、金具等，其耐腐蚀、质量好、绝缘不导电，大大降低其维护成本。该市场前景广阔。

2. 带电作业工具

目前不停电检修是电网发展的必然趋势，带电作业工具为不停电检修必须品。新型玄武岩环氧树脂管材，可以耐高温、机械强度大、刚性好、电气绝缘优异，在满足带电作业安规要求的情况下，其重量为目前环氧树脂管材的四分之一，大大提高了工具的可操作性，能提高作业效率。

3. 绝缘臂

目前国内所使用的绝缘斗臂车多为进口，即使有部分斗臂车为国产，其绝缘臂也为国外进口。一套绝缘臂价格随着电压等级不同，价格在5万至30万不等，每个县供电公司据需要配至少4台绝缘斗臂车。公司研究的新型高强度绝缘材料所制作的绝缘臂在保证性能的同时，其价格仅需进口价格的一半，市场较为庞大。全国2000多个县，以10万一套进行计算，预计金额为10亿。

二、石油化工：

我国平均每年都要新建2万公里各类输送管道，输油管道建设将会迎来新的高潮。该新型环氧树脂管材制作而成的管道，强度高、耐腐蚀、免维护、可制作大口径，完全可满足石油化工管道需求。与现有市场上的管道相比，在同等价位的情况下，其强度、耐腐蚀远远优于现有的玻璃钢、钢质管道等，该产品具有巨大的市场前景。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于竖直重垂张拉法的树脂材料生产线，其特征在于：包括竖直分布的通过楼层面分隔的若干层加工区域，加工区域中心开有同轴的加工通道，牵引装置垂直牵引经过预应力张拉的原材料依次通过各加工区域的加工通道完成加工。

2.根据权利要求1所述的基于竖直重垂张拉法的树脂材料生产线，其特征在于：所述的加工区域从上到下依次包括内膜成型区、外模成型区、固化定型区、表面处理区、牵引区、注塑冷却区、切割区和成品堆放区。

3.根据权利要求2所述的基于竖直重垂张拉法的树脂材料生产线，其特征在于：所述的内膜成型区顶部设置有滑轨吊梁，底部设置有环氧树脂沉浸池，滑轨吊梁上安装有穿过与加工通道同轴的可升降内心模；所述可升降内心模四周分布有若干带张拉布架、带张拉纱架和带张拉毡架，带张拉布架、带张拉纱架和带张拉毡架上的纱、毡、布通过内芯模，穿过沉浸池形成内模向下进入下一层区域。

4.根据权利要求2所述的基于竖直重垂张拉法的树脂材料生产线，其特征在于：所述的外模成型区包括环绕加工通道从上往下依次分布的缠绕大转盘、第二环氧树脂沉浸池和外模具，所述缠绕大转盘四周分布有若干带张拉布架和带张拉毡架。

5.根据权利要求2所述的基于竖直重垂张拉法的树脂材料生产线，其特征在于：所述的表面处理区包括表面打磨区和表面清洁区，表面处理区内设置有集尘设备。

6.根据权利要求2所述的基于竖直重垂张拉法的树脂材料生产线，其特征在于：所述的堆放区底部设置有深井坑。

7.根据权利要求2所述的基于竖直重垂张拉法的树脂材料生产线，其特征在于：所述的纱、毡、布均为玄武岩高分子纤维材料，所述的环氧树脂沉浸池中沉浸液为AG80环氧树脂。

8.根据权利要求1所述的基于竖直重垂张拉法的树脂材料生产线，其特征在于：所述的加工区域最顶部设置有废气处理设备。