Tecnología de bobinado de fibra de vidrio-1

El proceso de bobinado de filamentos es uno de los procesos de fabricación de compuestos de matriz de resina. Hay tres formas principales de enrollado, enrollado en aro, enrollado plano y enrollado en espiral. Los tres métodos tienen sus propias características, y el método de bobinado húmedo es el más utilizado debido a sus requisitos de equipo relativamente simples y su bajo costo de fabricación.

El proceso de bobinado dimensional es uno de los principales procesos de fabricación de materiales compuestos a base de resina. Es un tipo de cinta continua de fibra o tela impregnada con pegamento de resina bajo la condición de tensión controlada y forma de línea predeterminada, y luego se enrolla de manera continua, uniforme y regular en el molde central o revestimiento, y luego a una cierta temperatura Se cura bajo el medio ambiente para convertirse en un método de moldeo de material compuesto para productos de una determinada forma. Diagrama esquemático del proceso de moldeo del devanado de filamentos 1-1.

Hay tres formas principales de enrollado (Figura 1-2): enrollado en aro, enrollado plano y enrollado en espiral. El material de refuerzo enrollado en aro se enrolla continuamente en el molde de núcleo en un ángulo cercano a 90 grados (generalmente 85-89 grados) con el eje del mandril. La dirección interior se enrolla continuamente en el molde de núcleo, y el material de refuerzo enrollado en espiral también es tangente a los dos extremos del molde de núcleo, pero se enrolla continuamente en el molde de núcleo en un estado espiral en el molde de núcleo.
El desarrollo de la tecnología de bobinado de filamentos está estrechamente relacionado con el desarrollo de materiales de refuerzo, sistemas de resina e invenciones tecnológicas. Aunque en la dinastía Han hubo un proceso de impregnar largos postes de madera con seda de bambú longitudinal y seda de aro e impregnarlos con laca para hacer largos postes de armas como Ge, Halberd, etc., no fue hasta la década de 1950 cuando el filamento enrollado El proceso realmente se convirtió en una tecnología de fabricación de materiales compuestos. . En 1945, se utilizó la tecnología de bobinado de filamentos para fabricar con éxito una suspensión de rueda sin resortes. En 1947, se inventó la primera máquina bobinadora de filamentos. Con el desarrollo de fibras de alto rendimiento como la fibra de carbono y la fibra de aramida y la aparición de las bobinadoras controladas por microordenador, el proceso de bobinado de filamentos, como tecnología de fabricación de materiales compuestos con un alto grado de producción mecanizada, se ha desarrollado rápidamente. Se han aplicado todas las áreas posibles.

Según los diferentes estados químicos y físicos de la matriz de resina durante el bobinado, el proceso de bobinado se puede dividir en tres tipos: seco, húmedo y semiseco:

1. Método seco
El bobinado en seco utiliza cinta de hilo preimpregnado que se ha sumergido previamente y se encuentra en la etapa B. La cinta preimpregnada se fabrica y se suministra en una fábrica o taller especial. En el bobinado en seco, la cinta preimpregnada debe calentarse y ablandarse en la máquina bobinadora antes de enrollarla en el molde central. Dado que el contenido de pegamento, el tamaño de la cinta y la calidad de la cinta preimpregnada se pueden detectar y filtrar antes de enrollar, la calidad del producto se puede controlar con mayor precisión. La eficiencia de producción del bobinado en seco es mayor, la velocidad de bobinado puede alcanzar los 100-200 m / min y el entorno de trabajo es más limpio. Sin embargo, el equipo de bobinado en seco es más complicado y caro, y la resistencia al cizallamiento entre capas del producto bobinado también es baja.

2. Mojado
El enrollado húmedo consiste en agrupar fibras, sumergirlas en pegamento y enrollarlas directamente en un molde de núcleo bajo control de tensión, y luego solidificarlas y darles forma. El equipo para enrollar en húmedo es relativamente simple, pero debido a que la cinta se enrolla inmediatamente después de sumergirla, es difícil controlar e inspeccionar el contenido de pegamento del producto durante el proceso de enrollado. Al mismo tiempo, cuando el disolvente del pegamento se solidifica, es fácil que se formen defectos como burbujas y poros en el producto. , La tensión no es fácil de controlar durante el bobinado. Al mismo tiempo, los trabajadores operan en un entorno donde los solventes se evaporan y las fibras cortas vuelan, y las condiciones de trabajo son malas.

3. Semiseco
En comparación con el proceso húmedo, el proceso semiseco agrega un conjunto de equipos de secado en el camino desde la inmersión de la fibra hasta el devanado y el molde del núcleo, que básicamente elimina el solvente en el pegamento de la cinta de hilo. En comparación con el método seco, el método semiseco no se basa en un conjunto completo de equipos de proceso preimpregnados complejos. Aunque el contenido de pegamento del producto es tan difícil de controlar con precisión como el método húmedo en el proceso, y hay un conjunto adicional de equipo de secado intermedio que el método húmedo, la intensidad de trabajo de los trabajadores es mayor, pero los defectos como Las burbujas y los poros del producto se reducen considerablemente.
Los tres métodos tienen sus propias características, y el método de bobinado húmedo es el más utilizado debido a sus requisitos de equipo relativamente simples y su bajo costo de fabricación. Las ventajas y desventajas de los tres métodos de proceso de bobinado se comparan en la Tabla 1-1.

Aplicación principal del proceso de formación de bobinados.

1. Tanque de almacenamiento de FRP
El almacenamiento y transporte de líquidos químicos corrosivos, como álcalis, sales, ácidos, etc., los tanques de acero son fáciles de pudrir y tener fugas, y la vida útil es muy corta. El costo de cambiar a acero inoxidable es mayor y el efecto no es tan bueno como el de los materiales compuestos. El tanque de almacenamiento de plástico reforzado con fibra de vidrio y petróleo subterráneo enrollado con fibra puede prevenir fugas de petróleo y proteger la fuente de agua. Los tanques de almacenamiento de FRP compuestos de doble pared y las tuberías de FRP fabricadas mediante el proceso de bobinado de filamentos se han utilizado ampliamente en las estaciones de servicio.

2. Tubos de FRP
Los productos de tubería enrollada con filamento se utilizan ampliamente en tuberías de refinerías de petróleo, tuberías anticorrosivas petroquímicas, tuberías de agua y tuberías de gas natural debido a su alta resistencia, buena integridad, excelente rendimiento integral, fácil de lograr una producción industrial eficiente y bajos costos operativos generales. Y tuberías de transporte de partículas sólidas (como cenizas volantes y minerales), etc.

3. Productos a presión de FRP
El proceso de devanado de filamentos se puede utilizar para fabricar recipientes a presión de FRP (incluidos recipientes esféricos) y productos de tuberías de presión de FRP que están bajo presión (presión interna, presión externa o ambas).
Los recipientes a presión de FRP se utilizan principalmente en la industria militar, como carcasas de motores de cohetes sólidos, carcasas de motores de cohetes líquidos, recipientes a presión de FRP, carcasas de presión externa de aguas profundas, etc. Las tuberías de presión envueltas en FRP se pueden llenar con líquido y gas, y no lo harán fugas o daños bajo cierta presión, como tuberías de ósmosis inversa de desalinización de agua de mar y tuberías de lanzamiento de cohetes. Las excelentes características de los materiales compuestos avanzados han permitido la aplicación exitosa de carcasas de motores de cohetes y tanques de combustible de diversas especificaciones preparadas por el proceso de bobinado de filamentos, que se ha convertido en la dirección principal del desarrollo de motores ahora y en el futuro. Incluyen las carcasas del motor con ajuste de actitud de tan solo unos pocos centímetros de diámetro y las carcasas del motor para grandes cohetes de transporte de hasta 3 metros de diámetro.

Método de reparación de la tubería de bobinado de FRP

1. Las principales razones de la superficie pegajosa de los productos compuestos son las siguientes:
a) Alta humedad en el aire. Debido a que el vapor de agua tiene el efecto de retrasar e inhibir la polimerización de la resina de poliéster insaturado y la resina epoxi, incluso puede causar una pegajosidad permanente en la superficie y defectos como el curado incompleto del producto durante mucho tiempo. Por lo tanto, es necesario asegurarse de que la producción de productos compuestos se lleve a cabo cuando la humedad relativa sea inferior al 80%.
b) Muy poca cera de parafina en la resina de poliéster insaturado o la cera de parafina no cumple con los requisitos, lo que resulta en la inhibición del oxígeno en el aire. Además de agregar una cantidad adecuada de parafina, también se pueden usar otros métodos (como agregar celofán o película de poliéster) para aislar la superficie del producto del aire.
c) La dosificación de curador y acelerador no cumple con los requisitos, por lo que la dosificación debe controlarse estrictamente de acuerdo con la fórmula especificada en el documento técnico al preparar el pegamento.
d) Para las resinas de poliéster insaturado, se volatiliza demasiado estireno, lo que da como resultado una cantidad insuficiente de monómero de estireno en la resina. Por un lado, la resina no debe calentarse antes de la gelificación. Por otro lado, la temperatura ambiente no debe ser demasiado alta (generalmente 30 grados Celsius es lo apropiado) y la cantidad de ventilación no debe ser demasiado grande.

2. Hay demasiadas burbujas en el producto y los motivos son los siguientes:
a) Las burbujas de aire no se impulsan por completo, y cada capa de extensión y enrollado debe enrollarse repetidamente con un rodillo. El rodillo debe tener un tipo de zigzag circular o un tipo de ranura longitudinal.
b) La viscosidad de la resina es demasiado grande y las burbujas de aire introducidas en la resina no se pueden expulsar al remover o cepillar. Necesita agregar una cantidad adecuada de diluyente. El diluyente de la resina de poliéster insaturado es estireno; el diluyente de la resina epoxi puede ser etanol, acetona, tolueno, xileno y otros diluyentes reactivos no reactivos o basados ​​en éter de glicerol. El diluyente de resina de furano y resina fenólica es etanol.
c) Selección inadecuada de materiales de refuerzo, se deben reconsiderar los tipos de materiales de refuerzo utilizados.
d) El proceso de operación es inadecuado. De acuerdo con los diferentes tipos de resinas y materiales de refuerzo, se deben seleccionar métodos de proceso apropiados como inmersión, cepillado y ángulo de laminación.

3. Los motivos de la deslaminación de los productos son los siguientes:
a) El tejido de fibras no ha sido pretratado o el tratamiento no es suficiente.
b) La tensión del tejido es insuficiente durante el proceso de bobinado o hay demasiadas burbujas.
c) La cantidad de resina es insuficiente o la viscosidad es demasiado alta y la fibra no está saturada.
d) La fórmula no es razonable, lo que da como resultado un rendimiento de unión deficiente o la velocidad de curado es demasiado rápida o demasiado lenta.
e) Durante el poscurado, las condiciones del proceso son inapropiadas (generalmente curado térmico prematuro o temperatura demasiado alta).

Independientemente de la delaminación causada por cualquier motivo, la delaminación debe eliminarse completamente y la capa de resina fuera del área del defecto debe pulirse con una amoladora angular o una máquina pulidora, el ancho no es inferior a 5 cm y luego volver a colocar de acuerdo con los requisitos del proceso. Suelo.
Independientemente de los defectos anteriores, se deben tomar las medidas adecuadas para eliminarlos por completo y cumplir con los requisitos de calidad.
Razones y soluciones para la delaminación causada por tuberías de FRP
Razones para la delaminación de tuberías de arena FRP:
Razones: ①La cinta es demasiado vieja; ②La cantidad de cinta es demasiado pequeña o irregular; ③La temperatura del rodillo de calor es demasiado baja, la resina no se derrite bien y la cinta no se puede adherir bien al núcleo; ④La tensión de la cinta es pequeña; ⑤La cantidad de agente desmoldante aceitoso Demasiado mancha el tejido central.
Solución: ①El contenido de pegamento de la tela adhesiva y el contenido de pegamento de la resina soluble deben cumplir con los requisitos de calidad; ②La temperatura del rodillo de calor se ajusta a un punto más alto, de modo que cuando la tela adhesiva pasa a través del rodillo de calor, la tela adhesiva es suave y pegajosa, y el núcleo del tubo se puede adherir firmemente. ③Ajuste la tensión de la cinta; ④No utilice un desmoldante aceitoso ni reduzca su dosis.

Espuma en la pared interior del tubo de vidrio.
La razón es que la tela del líder no está cerca del dado.
Solución: Preste atención a la operación, asegúrese de pegar la tela guía firmemente y plana sobre el núcleo.
La razón principal de la formación de espuma después del curado del FRP o de la formación de espuma después del curado del tubo es que el contenido volátil de la cinta es demasiado grande, la temperatura de laminación es baja y la velocidad de laminación es rápida. . Cuando el tubo se calienta y solidifica, sus volátiles residuales se hinchan con el calor, lo que hace que el tubo burbujee.
Solución: controle el contenido volátil de la cinta, aumente adecuadamente la temperatura de enrollado y reduzca la velocidad de enrollado.
La razón del arrugado del tubo después del curado es el alto contenido de pegamento de la cinta. Solución: reduzca adecuadamente el contenido de pegamento de la cinta y reduzca la temperatura de enrollado.

Voltaje de resistencia FRP no calificado
Causas: ①La tensión de la cinta durante el enrollado es insuficiente, la temperatura de enrollado es baja o la velocidad de enrollado es rápida, por lo que la unión entre la tela y la tela no es buena y la cantidad residual de volátiles en el tubo es grande; ②El tubo no está completamente curado.
Solución: ① Aumente la tensión de la cinta, aumente la temperatura de enrollado o disminuya la velocidad de enrollado; ②Ajuste el proceso de curado para asegurarse de que el tubo esté completamente curado.

Problemas que deben tenerse en cuenta:
1. Debido a la baja densidad y al material liviano, es fácil instalar tuberías de FRP en áreas con altos niveles de agua subterránea, y se deben considerar medidas anti-flotantes como muelles o drenaje de aguas pluviales.
2. En la construcción de tees de apertura en las tuberías de acero de vidrio instaladas y en la reparación de grietas en las tuberías, se requiere que sea similar a las condiciones completamente secas en la fábrica, y la resina y la tela de fibra utilizada durante la construcción deben curarse durante 7 -8 horas, y la construcción y reparación en el sitio La reparación es generalmente difícil de cumplir con este requisito.
3. El equipo de detección de tuberías subterráneas existente detecta principalmente tuberías de metal. Los instrumentos de detección de tuberías no metálicos son costosos. Por lo tanto, actualmente es imposible detectar tuberías de FRP después de haber sido enterradas en el suelo. Otras unidades de construcción posteriores son muy fáciles de excavar y dañar la tubería durante la construcción.
4. La capacidad anti-ultravioleta de la tubería FRP es pobre. En la actualidad, los tubos de FRP montados en la superficie retrasan el tiempo de envejecimiento creando una capa rica en resina de 0,5 mm de espesor y un absorbente ultravioleta (procesado en la fábrica) en su superficie. Con el paso del tiempo, la capa rica en resina y el absorbente de UV se irán destruyendo, lo que afectará su vida útil.
5. Mayores requisitos para la profundidad del suelo de cobertura. Generalmente, el suelo de cobertura más superficial de la tubería de acero de vidrio de grado SN5000 debajo de la calzada general no es inferior a 0,8 m; el suelo de cobertura más profundo no supera los 3,0 m; el suelo de cobertura más superficial de la tubería de acero de vidrio de grado SN2500 no es inferior a 0,8 m; El suelo de cobertura más profundo es de 0,7 my 4,0 m respectivamente).
6. El suelo de relleno no debe contener objetos duros de más de 50 mm, como ladrillos, piedras, etc., para no dañar la pared exterior de la tubería.
7. No hay informes sobre el uso a gran escala de tuberías de FRP por parte de grandes empresas de agua en todo el país. Dado que las tuberías de FRP son nuevos tipos de tuberías, aún se desconoce la vida útil.

Causas, métodos de tratamiento y medidas preventivas de fugas de tuberías de acero de vidrio a alta presión.

1. Análisis de la causa de la fuga
La tubería FRP es una especie de tubería de resina termoendurecible reforzada con fibra de vidrio continua. Es demasiado frágil y no puede soportar impactos externos. Durante su uso, se ve afectado por factores internos y externos, y en ocasiones se producen fugas (fugas, estallidos), lo que contamina gravemente el medio ambiente y afecta el momento de la inyección de agua. Índice. Después de la investigación y el análisis in situ, la fuga se debe principalmente a las siguientes razones.

1.1, el impacto del rendimiento de FRP
Dado que el FRP es un material compuesto, el material y el proceso se ven seriamente afectados por las condiciones externas, principalmente debido a los siguientes factores de influencia:
(1) El tipo de resina sintética y el grado de curado afectan la calidad de la resina, el diluyente de resina y el agente de curado, y la fórmula del compuesto plástico reforzado con fibra de vidrio.
(2) La estructura de los componentes de FRP y la influencia de los materiales de fibra de vidrio y la complejidad de los componentes de FRP afectan directamente la calidad de la tecnología de procesamiento. Los diferentes materiales y los diferentes requisitos de los medios también harán que la tecnología de procesamiento se vuelva complicada.
(3) El impacto ambiental es principalmente el impacto ambiental del medio de producción, la temperatura atmosférica y la humedad.
(4) La influencia del plan de procesamiento, si el plan de tecnología de procesamiento es razonable o no, afecta directamente la calidad de la construcción.
Debido a factores como los materiales, las operaciones del personal, las influencias ambientales y los métodos de inspección, el rendimiento del FRP ha disminuido y habrá una pequeña cantidad de fallas locales en la pared del tubo, grietas oscuras en los tornillos internos y externos, etc. , que son difíciles de encontrar durante la inspección y solo durante el uso. Se revelará que se trata de un problema de calidad del producto.

1.2, daño externo
Existen regulaciones estrictas para el transporte de larga distancia y la carga y descarga de tubos de acero de vidrio. Si no usa eslingas blandas y transporte de larga distancia, no usa tablas de madera. La tubería del camión de transporte supera los 1,5 m por encima del carro. Durante el relleno de la construcción, la distancia desde la tubería es de 0,20 mm. Las piedras, los ladrillos o el relleno directo causarán daños externos a la tubería de acero de vidrio. Durante la construcción, no se descubrió a tiempo que se produjo la sobrecarga de presión y se produjo la fuga.

1.3, problemas de diseño
La inyección de agua a alta presión tiene alta presión y gran vibración. Tuberías de FRP: tuberías escalonadas, que cambian repentinamente en las direcciones axial y lateral para generar empuje, lo que hace que la rosca se separe y estalle. Además, debido a los diferentes materiales de vibración en las partes de conexión de las juntas de conversión de acero, estaciones de medición, bocas de pozo, caudalímetros y tubos de acero de vidrio, los tubos de acero de vidrio tienen fugas.

1.4. Problemas de calidad de la construcción
La construcción de tuberías de FRP afecta directamente la vida útil. La calidad de la construcción se manifiesta principalmente en que la profundidad de enterramiento no está a la altura del diseño, la carcasa protectora no se desgasta en carreteras, canales de drenaje, etc., y el centralizador, asiento de empuje, soporte fijo, reducción de mano de obra y materiales, etc. .no se agregan a la carcasa de acuerdo con las especificaciones. El motivo de la fuga de la tubería FRP.

1.5 Factores externos
La tubería de inyección de agua de FRP atraviesa un área amplia, la mayoría de las cuales se encuentran cerca de tierras de cultivo o zanjas de drenaje. El letrero ha sido robado por una larga vida útil. Los pueblos y aldeas rurales utilizan la mecanización para llevar a cabo la infraestructura de conservación del agua todos los años, lo que provoca daños y fugas en las tuberías.