CN106009575B - 一种玻璃钢型材及其制备方法、及冷却塔 - Google Patents

一种玻璃钢型材及其制备方法、及冷却塔 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种玻璃钢型材，由如下质量百分比的原料制成：玻纤无捻粗纱35‑40％；90°单向布20‑30％；聚酯表面毡0.2‑0.8％；粉末状氢氧化铝10‑15％；间苯型不饱和聚酯树脂20‑30％；过氧化物固化剂0.2‑0.3％；脱模剂0.5‑0.7％；低收缩剂0.5‑0.7％；抗UV剂0.05‑0.07％；颜料糊0.4‑0.6％；上述90°单向布采用无碱玻璃纤维织造；上述比例以玻璃钢型材的质量为基础。该玻璃钢型材能够同时满足火焰传播速率≤25，按照ASTM E84‑2009《建筑材料表面燃烧特性的测试方法》，和各项力学性能满足CTI STD‑137‑2013《玻璃钢拉挤结构性产品用作冷却塔》的标准；本申请还公开了上述玻璃钢型材的生产方法及采用该玻璃钢型材制作的冷却塔。

Description

一种玻璃钢型材及其制备方法、及冷却塔
技术领域
本发明涉及一种玻璃钢型材及其制备方法、及采用该玻璃钢型材制作的冷却塔。
技术背景
冷却塔在运行过程中其所用结构材料必须经受各式各样的环境，其中包括化学、生物的侵袭以及其它苛刻的环境，拉挤成型的玻璃钢(以下简称GFRP)型材具有重量轻、防腐性强及生产效率高等特点。所以在建造冷却塔的选材上，拉挤型玻璃钢型材相比于木材、混凝土和钢材具有明显的优势。但目前兼备满足阻燃(火焰传播速率≤25)和力学强度(CTISTD-137-2013标准中各项力学性能)要求的适用于建造冷却塔的玻璃钢型材尚少，尤其是在国内，目前还未发现有玻璃钢型材能达到上述要求。
发明内容
本发明的目的首先在于提供一种玻璃钢型材，该玻璃钢型材能够同时满足火焰传播速率≤25，按照ASTM E84-2009《建筑材料表面燃烧特性的测试方法》，和各项力学性能满足CTI STD-137-2013《玻璃钢拉挤结构性产品用作冷却塔》的标准，该玻璃钢型材由如下质量百分比的原料制成：
玻纤无捻粗纱 35-40％；
90°单向布 20-30％；
聚酯表面毡 0.2-0.8％；
粉末状氢氧化铝 10-15％；
间苯型不饱和聚酯树脂 20-30％；
过氧化物固化剂 0.2-0.3％；
脱模剂 0.5-0.7％；
低收缩剂 0.5-0.7％；
抗UV剂 0.05-0.07％；
颜料糊 0.4-0.6％；
上述90°单向布采用无碱玻璃纤维织造；
上述比例以玻璃钢型材的质量为基础。
上述的过氧化物固化剂在现有技术中已很成熟，例如过氧化苯甲酰、过氧化甲乙酮或过氧化苯甲酸叔丁酯中的一种或两种及两种以上任意比例的混合物均可用于本申请中，不再赘述。
目前可用于本申请中的低收缩剂有很多，例如聚醋酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯或聚乙烯微粉均可用于本申请中，不再赘述。
目前可用于本申请中作为抗UV剂的材料已有很多，例如水杨酸酯类、苯酮类、苯并***类、取代丙烯腈类、三嗪类或受阻胺类光稳定剂均可用于本申请中，不再赘述。
颜料糊是由颜料的色粉与不饱和聚酯树脂混合碾磨而成，目前市场上已有专门的企业进行生产，能够满足本申请的需要，不再赘述。
所述脱模剂可以采用硬脂酸锌、磷酸酯或三乙醇胺油中的一种或两种以上的混合物。
上述玻纤无捻粗纱的长度方向与90°单向布的经向相同，其中90°单向布用于增强玻璃钢型材在横向上的力学性能，玻纤无捻粗纱用于增强玻璃钢型材在纵向上的力学性能，两种材料共同作用，保证了玻璃钢型材同时在纵向和横向上均具有良好的力学性能；上述玻璃钢型材的纵向与横向分别与90°单向布的经向和纬向相同。
进一步，上述90°单向布的单位面积重量为650-1050g/m2。90°单向布的主要作用是增强玻璃钢型材在横向方向上的力学性能，其规格需要合理地控制，比较好的是单位面积重量控制在650-1050g/m2范围内，既能保证玻璃钢型材在横向方向上的力学性能，又不至于生产过多的冗余。
聚酯表面毡的单位面积重量优选为35-45g/m2。聚酯表面毡能使玻璃钢产品表面形成一层富树脂层，阻隔水份通过毛细现象被吸入产品中腐蚀玻璃纤维，同时增强产品抵抗紫外线辐射的能力，延长产品的使用寿命，上述规格的聚酯表面毡已能较好地满足需要。
上述的玻纤无捻粗纱的线密度优选为2400-9600tex，进一步优选为4800tex，该范围内的线密度已能很好地满足玻璃钢型材在纵向方向上的力学性能，具体的规格可根据具体的需要进行选择。
为保证玻璃钢型材的强度，90°单向布采用整毡方式铺层，在玻璃钢型材的拐角处不分开，即避免采用拼接的90°单向布，以使玻璃钢型材内部各部分的力学性能均匀，减少玻璃钢型材内部产生力学薄弱点的几率。
间苯型不饱和聚酯树脂的粘度优选为300-800mpa·s，进一步优选为450-700mPa·s，该范围内的粘度能够保证树脂具有适当的流动性，使生产能够平稳地进行，并使树脂能够均匀地摊铺均匀。
为保证阻燃剂能够分散均匀，使玻璃钢型材各部分的阻燃性能均匀，氢氧化铝的平均粒径优选为10-20微米，在该粒径范围内，还可防止玻璃钢型材的表面发花或者卡模。
在本发明玻璃钢型材中，采用玻纤无捻粗纱与90°单向布共同作为增强体，使玻璃钢型材在纵向和横向的力学性能同时得到增强；当90°单向布采用整毡方式铺层时，可有效地提高玻璃钢型材内部各部分的力学性能的均匀性。具体采用间苯型不饱和聚酯树脂作为基体，可有效地提高玻璃钢型材的剪切强度。
本发明中的玻璃钢型材保留了玻璃钢制品所特有的低密度、防腐性强，能够抵抗包括化学、生物的侵袭以及其它苛刻的环境的优点，同时该玻璃钢型材的纵向和横向能够达到标准CTI STD-137-2013的具体要求，其中纵向拉伸强度可达到416MPa，横向压缩强度可达到113.1MPa，剪切强度可达到33.3MPa；按ASTM E84-2009的方法进行检测，火焰传播速率可达到≤25。
该玻璃钢型材可用于制造冷却塔，用该玻璃钢型材所制造的冷却塔，能够经受各式各样的环境，其中包括化学、生物的侵袭以及其它苛刻的环境，能够同时满足阻燃性能、即火焰传播速率≤25，和力学强度，即符合CTI STD-137-2013标准中各项力学性能，相比较采用木材、混凝土和钢材所建造的冷却塔具有明显的优势。
本申请其次还提供一种上述玻璃钢型材的制备方法，该制备方法为拉挤成型工艺，该拉挤成型工艺具体为：
将间苯型不饱和聚酯树脂、氢氧化铝、脱模剂、低收缩剂、抗UV剂、颜料糊及固化剂搅拌均匀后，加入到工艺料槽中，以玻纤无捻粗纱及90°单向布为增强材料，并在表面导入一层聚酯表面毡，在以下述条件拉挤通过三段区域加热的模具连续成型，制得产品；
模具温度：I区温度90-100℃，II区温度125-140℃，III区温度120-135℃；拉挤速度0.1-0.3米/分钟；上述90°单向布采用无碱玻璃纤维织造。
进一步，所述拉挤成型工艺的具体步骤如下：
将间苯型不饱和聚酯树脂和粒径在10-20微米的氢氧化铝混合并搅拌，再分别加入脱模剂、低收缩剂、抗UV剂、颜料糊并搅拌使其均匀混合，静置10分钟使其冷却至室温；再加入过氧化物固化剂，搅拌6分钟，制成树脂配料，待用；
在预成型板孔中穿入线密度为2400-9600tex的玻纤无捻粗纱，在相应导毡器上导入单位面积重量为650-1050g/m2的90°单向布，并在表面导入一层聚酯表面毡；
将上述配制好的树脂配料倒入工艺料槽中，以0.25米/分钟的拉挤速度通过经过三段加热的模具成型。
本发明采用拉挤成型工艺，具有较高的生产效率。本发明的制备方法能够顺利地完成上述玻璃钢型材的生产，使玻璃钢型材在纵向和横向均具有较高的力学性能。
再次，本申请还提供一种冷却塔，该冷却塔至少部分采用上述的玻璃钢型材制作。
该冷却塔由于采用了本申请中的玻璃钢型材进行制作，由于该玻璃钢型材具有低密度、防腐性强，能够抵抗包括化学、生物的侵袭以及其它苛刻的环境，该冷却塔相较于采用木材、混凝土或钢材所制作的冷却塔，具有较多的优势，尤其是在由于同时具有较高的纵向和横向的力学性能，使该冷却塔可以承受较高的风载和雪载，同时由于该玻璃钢型材具有良好的阻燃性能，也使本申请中的冷却塔具有良好的阻燃性能。
具体实施方式
实施例1
将100kg粘度为420-450mpa·s的间苯型不饱和聚酯树脂装入搅拌桶中，加入50kg粒径在10-15微米的氢氧化铝，搅拌约半小时，再分别加入2.6kg脱模剂、2.6kg的低收缩剂、0.26kg的抗UV剂、2kg颜料糊搅拌约半小时使各混合物均匀混合，静置约10分钟左右冷却至室温；再加入1.1kg的过氧化物固化剂，搅拌约6分钟使其充分混合，制成树脂配料。
在预成型板孔中穿入线密度为4800tex的玻纤无捻粗纱，在相应导毡器上导入总共3层单位面积重量为850g/m2的90°单向布，并在表面导入一层单位面积重量为40g/m2的聚酯表面毡；分三段区域加热模具，使各区分别为：I区100℃；II区140℃；III区135℃。加入配好的树脂混合料至树脂槽，设置拉挤速度为0.25m/分钟，生产玻璃钢型材，其中90°单向布采用无碱玻璃纤维织造。
以制成的玻璃钢型材的质量为基础，上述各原料的质量百分比分别为：玻纤无捻粗纱36.1％；90°单向布24.48％；聚酯表面毡0.6％；粉末状氢氧化铝12.24％；间苯型不饱和聚酯树脂24.48％；过氧化物固化剂0.27％；脱模剂0.64％；低收缩剂0.64％；抗UV剂0.06％；颜料糊0.49％。
在本实施例中，脱模剂采用硬脂酸盐、磷酸酯和三乙醇胺油的混合物，低收缩剂采用聚乙烯微粉、抗UV剂采用苯并***类，过氧化物固化剂采用过氧化苯甲酰和过氧化苯甲酸叔丁酯复配。
将本实施例所制成的玻璃钢型材依照CTI STD-137-2013《玻璃钢拉挤结构性产品用作冷却塔》进行检测，各项指标如表1：
表1
序号 项目 要求值 测试方法 实测试值
1 纵向拉伸强度(Mpa) ≥206.8 ASTM D638-2014 416Mpa
3 纵向拉伸弹性模量(Gpa) ≥17.2 ASTM D638-2014 33.1Gpa
5 纵向压缩强度(Mpa) ≥206.8 ASTM D695-2015 301.5Mpa
6 横向压缩强度(Mpa) ≥103.4 ASTM D695-2015 113.1Mpa
7 纵向压缩弹性模量(Gpa) ≥17.2 ASTM D695-2015 28.7GPa
8 横向压缩弹性模量(Gpa) ≥6.9 ASTM D695-2015 14.3GPa
9 纵向弯曲强度(Mpa) ≥206.8 ASTM D790-2010 445.6Mpa
10 横向弯曲强度(Mpa) ≥68.9 ASTM D790-2010 393.7Mpa
11 剪切强度(Mpa) ≥31 ASTM D2344-2013 33.3MPa
12 纵向螺栓挤压强度(Mpa) ≥206.8 ASTM D953-2010 416.6Mpa
13 横向螺栓挤压强度(Mpa) ≥206.8 ASTM D953-2010 323.5MPa
14 巴柯尔硬度 ≥45 ASTM D2583-2013 60HBa
15 火焰传播速率 ≤25 ASTM E84-2009 符合要求
一种冷却塔，采用上述玻璃钢型材制作。可以理解，该冷却塔可以全部采用上述玻璃钢型材制作，也可以部分采用上述玻璃钢型材制作。在冷却塔的部分采用上述玻璃钢型材制作时，可以结合钢构件、混凝土构件或木质构件共同制成冷却塔。
实施例2
本实施例与实施例1的工艺流程相同，各原料的具体品种及质量百分比如下：
玻纤无捻粗纱，线密度2400tex，36％；
90°单向布，单位面积重量650g/m2，25％；
聚酯表面毡，单位面积重量35g/m2，0.2％；
粉末状氢氧化铝，15-20微米，15％；
间苯型不饱和聚酯树脂，粘度为300-350mPa·s，22.15％；
过氧化物固化剂具体采用过氧化苯甲酰和过氧化苯甲酸叔丁酯复配，0.2％；
脱模剂具体采用硬脂酸锌，0.5％；
低收缩剂具体采用聚醋酸乙烯酯，0.5％；
抗UV剂具体采用水杨酸酯类，0.05％；
颜料糊，浅灰色，0.4％。
模具温度：I区温度90℃，II区温度125℃，III区温度120℃；拉挤速度0.3米/分钟。冷却塔，采用本实施例所生产的玻璃钢型材制作。
实施例3
本实施例与实施例1的工艺流程相同，各原料的具体品种及质量百分比如下。
玻纤无捻粗纱，线密度9600tex，35％；
90°单向布，单位面积重量1050g/m2，20％；
聚酯表面毡，单位面积重量45g/m2，0.8％；
粉末状氢氧化铝，15-18微米，11.85％；
间苯型不饱和聚酯树脂，粘度为750-800mPa·s，30％；
过氧化物固化剂具体采用过氧化甲乙酮和过氧化苯甲酸叔丁酯的复配，0.3％；
脱模剂具体采用磷酸酯，0.7％；
低收缩剂具体采用聚甲基丙烯酸甲酯，0.7％；
抗UV剂具体采用苯酮类，0.05％；
颜料糊，深灰色，0.6％。
模具温度：I区温度100℃，II区温度140℃，III区温度135℃；拉挤速度0.1米/分钟。
冷却塔，部分采用本实施例所生产的玻璃钢型材制作。
实施例4
本实施例与实施例1的工艺流程相同，各原料的具体品种及质量百分比如下。
玻纤无捻粗纱，线密度4800tex，40％；
90°单向布，单位面积重量900g/m2，27.38％；
聚酯表面毡，单位面积重量40g/m2，0.6％；
粉末状氢氧化铝，10-15微米，10％；
间苯型不饱和聚酯树脂，粘度为550-600mPa·s，20％；
过氧化物固化剂具体采用过氧化甲乙酮和过氧化苯甲酸叔丁酯复配，0.25％；
脱模剂具体采用磷酸酯和三乙醇胺油的混合物，0.6％；
低收缩剂具体采用聚苯乙烯，0.6％；
抗UV剂具体采用取代丙烯腈类，0.07％；
颜料糊，浅灰色，0.5％。
模具温度：I区温度95℃，II区温度135℃，III区温度130℃；拉挤速度0.2米/分钟。
冷却塔，部分采用本实施例所生产的玻璃钢型材制作。
实施例5
本实施例与实施例1的工艺流程相同，各原料的具体品种及质量百分比如下。
玻纤无捻粗纱，线密度4400tex，35％；
90°单向布，单位面积重量750g/m2，30％；
聚酯表面毡，单位面积重量35g/m2，0.5％；
粉末状氢氧化铝，15-20微米，12.54％；
间苯型不饱和聚酯树脂，粘度为600-650mPa·s，20％；
过氧化物固化剂具体采用过氧化苯甲酰和过氧化苯甲酸叔丁酯复配，0.27％；
脱模剂具体采用三乙醇胺油，0.58％；
低收缩剂具体采用聚乙烯微粉，0.55％；
抗UV剂具体采用三嗪类，0.06％；
颜料糊，浅灰色，0.5％。
模具温度：I区温度100℃，II区温度125℃，III区温度135℃；拉挤速度0.25米/分钟。
冷却塔，采用本实施例所生产的玻璃钢型材制作。

Claims (9)

1.一种玻璃钢型材，其特征在于，其由如下质量百分比的原料制成：
玻纤无捻粗纱 35-40%；
90°单向布 20-30%；
聚酯表面毡 0.2-0.8%；
粉末状氢氧化铝 10-15%；
间苯型不饱和聚酯树脂 20-30%；
过氧化物固化剂 0.2-0.3%；
脱模剂 0.5-0.7%；
低收缩剂 0.5-0.7%；
抗UV剂 0.05-0.07%；
颜料糊 0.4-0.6%；
上述90°单向布采用无碱玻璃纤维织造；
上述比例以玻璃钢型材的质量为基础；
90°单向布采用整毡方式铺层，在玻璃钢型材的拐角处不分开。
2.根据权利要求1所述的玻璃钢型材，其特征在于，90°单向布的单位面积重量为650-1050g/m2。
3.根据权利要求1所述的玻璃钢型材，其特征在于，聚酯表面毡的单位面积重量为35-45 g/m2。
4.根据权利要求1所述的玻璃钢型材，其特征在于，玻纤无捻粗纱的线密度为2400-9600tex。
5.根据权利要求1所述的玻璃钢型材，其特征在于，间苯型不饱和聚酯树脂的粘度为300-800mPa·s。
6.根据权利要求1所述的玻璃钢型材，其特征在于，氢氧化铝的平均粒径为10-20微米。
7.权利要求1至6任一权利要求所述的玻璃钢型材的制备方法，其特征在于，
所述制备方法为拉挤成型工艺，该拉挤成型工艺具体为：
将间苯型不饱和聚酯树脂、氢氧化铝、脱模剂、低收缩剂、抗UV剂、颜料糊及固化剂搅拌均匀后，加入到工艺料槽中，以玻纤无捻粗纱及90°单向布为增强材料，并在表面导入一层聚酯表面毡，在以下述条件拉挤通过三段区域加热的模具连续成型，制得产品；
模具温度：I区温度90-100℃，II区温度125-140℃，III区温度120-135℃；拉挤速度0.1-0.3米/分钟；
上述90°单向布采用无碱玻璃纤维织造。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述拉挤成型工艺的具体步骤如下：
将间苯型不饱和聚酯树脂和粒径在10-20微米的氢氧化铝混合并搅拌，再分别加入脱模剂、低收缩剂、抗UV剂、颜料糊并搅拌使其均匀混合，静置10分钟使其冷却至室温；再加入过氧化物固化剂，搅拌6分钟，制成树脂配料，待用；
在预成型板孔中穿入线密度为2400-9600tex的玻纤无捻粗纱，在相应导毡器上导入单位面积重量为650-1050g/m2 的90°单向布，并在表面导入一层聚酯表面毡；
将上述配制好的树脂配料倒入工艺料槽中，以0.25米/分钟的拉挤速度通过经过三段加热的模具成型。
9.一种冷却塔，其特征在于，其至少部分采用权利要求1至6任一权利要求所述的玻璃钢型材制作。
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