玻璃钢加强部位筒壁结构及具有该结构的烟囱的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种玻璃钢加强部位筒壁结构及具有该结构的烟囱。玻璃钢加强部位筒壁结构包括内衬功能层、中间结构层和任选的外保护层，中间结构层包括数个结构亚层，结构亚层包括：结构单层A-结构单层B-结构单层C-结构单层D，且所述中间结构层的厚度t的范围为12≤t≤40mm。本发明的玻璃钢加强部位筒壁结构，具有良好的轴向力学性能和环向力学性能，便于施工和质量控制，且使用寿命长，适用于大型火力发电厂。
【专利说明】玻璃钢加强部位筒壁结构及具有该结构的烟囱
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及烟囱，具体涉及一种玻璃钢加强部位筒壁结构及具有该结构的烟囱。【背景技术】
[0002]纤维增强塑料，是以纤维及其制品作为增强材料，以合成树脂作基体材料，经过特定成型工艺而形成的高性能复合材料。玻璃钢(Glass Fiber Reinforced Plastics也称玻璃纤维增强塑料，国际公认的缩写符号为GFRP或FRP)是纤维增强塑料中的一种，由合成树脂和玻璃纤维经复合工艺，制作而成的一种功能型复合材料，具有优良的可设计性、可加工性和可修复性。
[0003]以往国内FRP多用于储罐和管道，其材料设计侧重于满足产品功能，对力学性能要求不高，需要注重的是FRP产品的环向性能，对轴向性能没有特别要求。近年来，由于FRP产品可以解决烟囱的腐蚀问题，工程师开始考虑将FRP制成烟囱使用。
[0004]大型火电厂烟囱竖向布置，高度往往超过200m，被悬吊在混凝土外筒的顶部或各支撑部位，巨大的重力荷载沿轴向传递，这种受力特点要求FRP烟囱的力学性能以轴向为主环向为辅。因此，若要将FRP用于大型火电厂的烟囱，除需要FRP烟囱满足功能性要求(如耐腐蚀、导静电、阻燃、抗紫外线、防老化、防积灰)外，还需要满足力学性能(轴向和环向的拉伸、弯曲、剪切、压缩性能等)的要求，尤其是烟囱的加强部位，在悬吊点、止晃点等部位，更需要提高轴向和环形的承载能力，设计难度非常大，至今国内尚没有大型火力发电厂FRP烟囱的工程实例。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种既能满足功能性要求又能满足力学性能需求的玻璃钢加强部位筒壁结构，使得具有该结构的烟囱可以在大型火电厂应用。
[0006]本发明的第一方面，提供一种玻璃钢加强部位筒壁结构，所述玻璃钢加强部位筒壁结构包括内衬功能层、中间结构层和任选的外保护层，其中，
[0007]所述中间结构层包括至少两个结构亚层，自所述玻璃钢加强部位筒壁结构的内部至外部，所述结构亚层包括:
[0008]结构单层A-结构单层B-结构单层C-结构单层D，
[0009]其中，结构单层A为喷射纱层或单向布层；
[0010]结构单层B为无或环向缠绕层；
[0011]结构单层C为喷射纱层或单向布层；
[0012]结构单层D为环向缠绕层；
[0013]并且当结构单层A为喷射纱层时，结构单层C为单向布层；或结构单层A为单向布层时，结构单层C为喷射纱层；且所述中间结构层的厚度为t，且12 < t < 40mm。
[0014]较佳地，所述外保护层包括胶衣层。
[0015]较佳地，所述中间结构层的厚度为t,且15 < t < 30mm。[0016]在另一优选例中，所述玻璃钢加强部位筒壁结构为玻璃钢烟囱加强部位筒壁结构。
[0017]本文中，厚度是指随机选取25个测量点测得的厚度的平均值，例如，中间结构层的厚度t是在中间结构层上随机选取25个测量点，计算25个测得的厚度的平均值，得到中间结构层的厚度t。
[0018]本文中，“任选的”是指可以有(可以存在)或可以没有(可以不存在)。如所述玻璃钢烟囱包括内衬功能层、中间结构层和任选的外保护层是指所述玻璃钢烟囱可以有外保护层，或可以没有外保护层。
[0019]在另一优选例中，所述内衬功能层包括:表面毡层-喷射纱层；
[0020]较佳地，所述内衬功能层还包括最内层的碳纤维毡层；和/或
[0021]所述内衬功能层的喷射纱层外还可包括网格布层。
[0022]在另一优选例中，当对一筒体的某部位(待加强的部位)进行补强时，可以保留或不保留原有的筒壁；当保留部分或全部原有筒壁时，保留的筒壁可视为内衬功能层。
[0023]在另一优选例中，所述外保护层包括胶衣层，较佳地，还包括表面毡层和/或网格布层，所述表面毡层和/或网格布层设置在所述中间结构层和所述胶衣层之间。
[0024]在另一优选例中，所述结构单层A为喷射纱层，所述结构单层B为环向缠绕层，所述结构单层C为单向布层，所述结构单层D为环向缠绕层。
[0025]在另一优选例中，所述结构单层A为喷射纱层，所述结构单层B为无，所述结构单层C为单向布层，所述结构单层D为环向缠绕层。
[0026]在另一优选例中，所述结构单层A为单向布层，所述结构单层B为环向缠绕层，所述结构单层C为喷射纱层，所述结构单层D为环向缠绕层。
[0027]在另一优选例中，所述结构单层A为单向布层，所述结构单层B为无，所述结构单层C为喷射纱层，所述结构单层D为环向缠绕层。
[0028]在另一优选例中，所述环向缠绕层施工时，采用连续缠绕的方法，缠绕纱的缠绕角度为40-90度，较佳地，缠绕角度为75-90度，更佳地，缠绕角度为80-90度。
[0029]在另一优选例中，在各所述结构亚层之间可以设置附加结构单层，所述附加结构单层为单向布层、环向缠绕层、喷射纱层、表面毡层、或其组合。
[0030]在另一优选例中，所述中间结构层还包括与所述外保护层相接的最外结构单层，所述最外结构单层为喷射纱层或环向缠绕层，任选地，所述最外结构单层与所述结构亚层之间可以设置附加结构单层，所述附加结构单层为单向布层、环向缠绕层、喷射纱层、表面毡层、或其组合。
[0031]在另一优选例中，所述环向缠绕层中，缠绕纱的缠绕角度为40-90度，较佳地，缠绕角度为75-90度，更佳地，缠绕角度为80-90度。
[0032]在另一优选例中，所述结构亚层的厚度为1.5-5mm ;和/或
[0033]所述结构亚层的数量为3-26个。
[0034]在另一优选例中，各结构单层的厚度为0.05_4mm。
[0035]在另一优选例中，所述内衬功能层具有以下一个或多个特征:
[0036](i)所述表面毡层的纤维面密度为15_50g/m2，树脂含量为80wt%-98wt%，以所述表面毡层的总重量计；[0037](ii)所述喷射纱层的纤维面密度为100_800g/m2，树脂含量为65wt%-90wt%，以所述喷射纱层的总重量计；
[0038](iii)所述碳纤维毡层的纤维面密度为10_30g/m2，树脂含量为80wt%-99wt%，以所述碳纤维毡层的总重量计；
[0039](iv)所述网格布层的纤维面密度为30_100g/m2，树脂含量为50wt%_95wt%，以所述网格布层的总重量计；和/或
[0040]所述中间结构层具有以下一个或多个特征:
[0041]⑴所述喷射纱层的纤维面密度为100g/m2-800g/m2，树脂含量为50wt%-80wt%，以所述喷射纱层的总重量计；
[0042](ii)所述单向布层的纤维面密度为200g/m2-600g/m2，树脂含量为30wt%_60wt%，以所述单向布层的总重量计；
[0043](iii)所述环向缠绕层的纤维面密度为300g/m2-3000g/m2，树脂含量为25wt%-50wt%,以所述环向缠绕层的总重量计；和/或
[0044]所述外保护层具有以下一个或多个特征:
[0045](i)所述表面毡层的纤维面密度为20_800g/m2，树脂含量为80wt%-98wt%，以所述表面毡层的总重量计；
[0046](ii)所述网格布层的纤维面密度为30_100g/m2，树脂含量为50wt%_95wt%，以所述网格布层的总重量计。
[0047]本发明的第二方面，提供第一方面所述的玻璃钢加强部位筒壁结构的制备方法，包括以下步骤:
[0048](a)制作内衬功能层；
[0049](b)在所述内衬功能层外铺设(制作)所述中间结构层，以及任选的
[0050](c)在所述中间结构层外铺设(制作)所述外保护层得到所述玻璃钢加强部位筒壁结构；
[0051]或包括以下步骤:
[0052](a)提供内衬功能层、中间结构层，以及任选的外保护层；
[0053](b)将所述内衬功能层、中间结构层，以及任选的外保护层组装成所述玻璃钢加强部位筒壁结构；
[0054]优选地，采用以下步骤制备所述结构亚层:
[0055]⑴提供一基面；
[0056](ii)在所述基面的外周铺设所述结构单层A ；
[0057](iii)在所述结构单层A的外周铺设所述结构单层B ；
[0058](iv)在所述结构单层B的外周铺设所述结构单层C ；
[0059](V)在所述结构单层C的外周铺设所述结构单层D ；
[0060]当所述结构单层B为无时，省略步骤(C)，在所述结构单层A的外周铺设所述结构
单层C。
[0061]在另一优选例中，所述基面为模具表面，所述模具为圆筒状模具、圆柱型模具或台柱型模具。
[0062]本发明的第三方面，提供一种烟囱，包括烟囱外筒和烟囱内筒，其特征在于，所述烟囱内筒包括如第一方面所述的玻璃钢加强部位筒壁结构。
[0063]在另一优选例中，所述烟囱包含1-4个如上所述烟囱内筒
[0064]在另一优选例中，所述烟囱为套筒式或多管式烟囱。
[0065]在另一优选例中，所述烟囱外筒为钢筋混凝土外筒、钢外筒、砖砌外筒或塔架式外筒。
[0066]在另一优选例中，所述内筒被悬吊在所述烟囱外筒的顶部。
[0067]在另一优选例中，所述内筒被悬吊在所述烟囱外筒的各支撑部位。
[0068]本发明的加强部位筒壁结构，不仅具有良好的环向力学性能，而且具有良好的轴向力学性能，同时兼顾并满足大型燃煤电厂烟囱防腐蚀、阻燃、防静电、防积灰等诸多功能要求，具有便于施工和质量控制、使用寿命长等优点。
[0069]应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在
此不再一一累述。
【专利附图】
【附图说明】
[0070]图1为烟囱整体结构示意图。
[0071]图2为本发明的玻璃钢烟囱加强部位筒壁结构的剖面结构示意图。
[0072]图3为本发明的玻璃钢烟囱加强部位筒壁结构一优选内衬功能层的示意图。
[0073]图4为本发明的玻璃钢烟囱加强部位筒壁结构一优选结构亚层的示意图。
[0074]图5为含有一优选外保护层的本发明的玻璃钢烟囱加强部位筒壁结构的示意图。
【具体实施方式】
[0075]本申请的发明人经过广泛而深入地研究，首次研制出一种玻璃钢加强部位筒壁结构，包括内衬功能层、中间结构层和任选的外保护层，其中，自所述加强部位结构的内部至外部，所述内衬功能层包括:表面毡层-喷射纱层；所述中间结构层包括至少两个结构亚层，所述结构亚层包括:结构单层A-结构单层B-结构单层C-结构单层D，其中，结构单层A为喷射纱层或单向布层；结构单层B为无或环向缠绕层；结构单层C为喷射纱层或单向布层；结构单层D为环向缠绕层；并且当结构单层A为喷射纱层时，结构单层C为单向布层；或结构单层A为单向布层时，结构单层C为喷射纱层；且所述中间结构层的厚度为t，且12 < t< 40mm ;所述任选的外保护层包括胶衣层。本发明的玻璃钢加强部位筒壁结构，不仅具有良好的环向力学性能，而且具有良好的轴向力学性能，具有便于施工和质量控制、使用寿命长等优点。在此基础上，完成了本发明。
[0076]以烟囱为例，描述加强部位。如图1所示，烟囱4可以悬吊在外筒5的顶部或各支撑部位,从整体结构方面,烟? 4包括加强部位6、弯头/水平段部位7和一般部位8，其中，加强部位6是指需要加强提高承载能力的部位，包括水平止晃部位61、悬吊部位62 ;弯头/水平段部位7是指烟?上弯头部位和相连的水平段部位，较佳地，弯头部位和相连的水平段部位是一体成型的；一般部位8是指烟?上除水平止晃部位、悬吊部位、弯头部位和水平段部位以外的部位。此外，加强部位还可为管道等的需要加强的部位。
[0077]本发明的烟囱，高度为10-400m。较佳地，所述烟囱的高度在200_350m。在另一优选例中，所述烟囱高度为 50m、100m、150m、200m、250m、300m 或 350m。
[0078]本发明的烟囱，直径为2_15m。较佳地，所述烟囱的直径在6_12m。在另一优选例中，所述烟?的直径为 3m、4m、5m、6m、7m、8m、5.5m、6.5m、7.5m、8.5m、9m、9.5m、10m、或 12m。
[0079]玻璃钢加强部位筒壁结构
[0080]如图2所示，本发明的玻璃钢加强部位筒壁结构，包括内衬功能层1、中间结构层2和任选的外保护层3。
[0081]内衬功能层I的作用是防腐蚀和阻燃、导静电、防积灰。
[0082]中间结构层2的主要作用是提供力学性能。
[0083]外保护层3对中间结构层2起一定保护作用。代表性的保护作用包括(但并不限于):抗紫外线、防污(清洁)、防腐蚀、抗氧化。此外，外保护层3还可起到一定的装饰作用。
[0084]本发明中，内衬功能层1、中间结构层2和任选的外保护层3均是主要由各种不同的结构单层构成。
[0085]本发明所述的玻璃钢加强部位筒壁结构的制备方法，包括以下步骤:
[0086](a)制作内衬功能层；
[0087](b)在所述内衬功能层外铺设(制作)所述中间结构层，以及任选的
[0088](C)在所述中间结构层外铺设(制作)所述外保护层得到所述玻璃钢加强部位筒壁结构；
[0089]或包括以下步骤:
[0090](a)提供内衬功能层、中间结构层，以及任选的外保护层；
[0091](b)将所述内衬功能层、中间结构层，以及任选的外保护层组装成所述玻璃钢加强部位筒壁结构。
[0092]本发明的玻璃钢烟囱加强部位筒壁结构，具有以下一个或多个特征:
[0093](I)环向拉伸强度大于235MPa,模量大于19.0GPa,轴向拉伸强度大于I IOMPa,模量大于12.5GPa ；
[0094](2)环向弯曲强度大于250MPa,模量大于18.0GPa,轴向弯曲强度大于140MPa,模量大于ll.0GPa ；
[0095](3)环向压缩强度大于260MPa,模量大于12.0GPa,轴向压缩强度大于200MPa,模量大于9.0GPa0
[0096]结构单层
[0097]本发明中，结构单层包括喷射纱层、单向布层、环向缠绕层、表面毡层和网格布层、碳纤维毡层和胶衣层。
[0098]本发明中，喷射纱层、单向布层、环向缠绕层、表面毡层和网格布层均是由玻璃纤维增强塑料(也称为玻璃钢)制成。玻璃钢是由合成树脂和玻璃纤维经复合工艺，制作而成的一种功能型复合材料。本发明中，玻璃纤维可以采用市售产品，例如由重庆国际复合材料有限公司或欧文斯科宁公司提供的ECR纤维及制品。其中，所述喷射纱可采用市售产品，如:ECR10k-2400成Advantex? P209(2400TEX)。所述单向布可采用市售产品，如:DW(ECR)430-600/630 或 Advantex? U)(430g/m2)。所述缠绕纱可采用市售产品，如:ECR469L_2400或Advantex? SE1200 (2400TEX)。所述表面毡可采用市售产品，如:ST (ECR) 30M-250或M524-ECR30A(30g/m2)。所述网格布的面密度为40_65g/m2，较佳为55_60g/m2，更佳为60g/m2o
[0099]碳纤维毡层是由碳纤维增强塑料制成。碳纤维增强塑料是以碳纤维及其制品作为增强材料，以合成树脂作基体材料，经过特定成型工艺而形成的另一种高性能复合材料。其中，碳纤维毡的面密度可以为15-25g/m2，较佳为17-20g/m2。
[0100]本发明以上各纤维增强塑料中使用的树脂包括化学阻燃型树脂、耐高温型树脂。具体包括环氧乙烯基酯类树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂。优选的树脂包括:化学阻燃型环氧乙烯基酯类树脂、酚醛型环氧乙烯基酯类树脂。通常，结构树脂可耐至少80°C，较佳地至少可耐120°C，更佳地至少可耐150°C。本发明优选使用的树脂是化学阻燃型环氧乙烯基酯树脂DERAKANE M0M510C-350H0I或者DSM公司生产化学阻燃型环氧乙烯基酯树脂Atlac750o
[0101]胶衣层主要由树脂制成。在另一优选例中，胶衣层中树脂含量为100wt%，以胶衣层的总重量计。在另一优选例中，所述胶衣层的成膜物选自:环氧乙烯基酯树脂、不饱和聚酯树脂。在另一优选例中，所述胶衣层的成膜物为间苯型不饱和聚酯树脂。
[0102]在另一优选例中，各结构单层在所述玻璃钢烟囱环向上的厚度变化< 平均厚度的50%，较佳地厚度变化<平均厚度的20%。
[0103]优选采用以下方法制备各结构单层:
[0104]基面处理:当基面为模具时，清理模具表面，涂装脱模剂，铺设塑料薄膜；当基面为其他结构单层时，机械打磨表面，清理浮灰、涂装脱模剂，铺设塑料薄膜；
[0105]单向布层:将单向布进行裁剪，通过缠绕机将浸有树脂(已混有固化剂)的单向布缠绕到基面上，缠绕张力为10_500MPa，固化后得到单向布层。较佳地，采用间歇式操作工艺。
[0106]环向缠绕层:通过缠绕机控制张力10_500MPa将浸有树脂(已混有固化剂)的缠绕纱缠绕到基面上，固化以后形成环向缠绕层。在另一优选例中，所述环向缠绕层施工时，采用连续缠绕的方法，缠绕纱的缠绕角度为40-90度，较佳地，缠绕角度为75-90度，更佳地，缠绕角度为80-90度。
[0107]喷射纱层:使用喷射机，将玻璃纤维与树脂、固化剂在喷嘴处汇合，一起喷射到基面上，固化得到喷射砂层。
[0108]表面毡层:通过缠绕机将浸有树脂(已混有固化剂)的表面毡缠绕到基面上，缠绕张力为10_500MPa，固化以后形成表面毡层。较佳地，采用连续缠绕工艺。
[0109]网格布层:通过缠绕机将浸有树脂(已混有固化剂)的网格布缠绕到基面上，缠绕张力为10_500MPa，固化以后形成网格布层。较佳地，采用连续缠绕工艺。
[0110]碳纤维毡层:通过缠绕机将浸有树脂(已混有固化剂)的碳纤维毡缠绕到基面上，缠绕张力为10-500MPa，固化以后形成碳纤维毡层。较佳地，采用连续缠绕工艺。
[0111]胶衣层:将树脂胶衣(已混有固化剂)涂覆在基面上，固化以后形成胶衣层，较佳地，采用连续喷射工艺。
[0112]内衬功能层
[0113]如图3所示，自所述玻璃钢加强部位筒壁结构的内部至外部，所述内衬功能层I的结构为:
[0114]表面毡层12-喷射纱层13，[0115]在所述喷射纱层13外还可包括任选的网格布层(图未示)。
[0116]在另一优选例中，所述内衬功能层I还包括最内层的碳纤维毡层11，结构为:碳纤维毡层11-表面毡层12-喷射纱层13。采用碳纤维毡层11，可以具有导除静电的作用。
[0117]在另一优选例中，所述碳纤维毡层与所述表面毡层之间还具有网格布层。
[0118]在另一优选例中，在所述内衬功能层中，所述碳纤维毡层的纤维面密度为10_30g/m2，树脂含量为80wt%-99wt%，以所述碳纤维毡层的总重量计。较佳地，所述碳纤维毡层的纤维面密度为12-25g/m2。较佳地，所述碳纤维毡层的树脂含量为85wt%-98wt%，以所述碳纤维毡层的总重量计。在另一优选例中，所述碳纤维毡层的厚度为0.1-lmm，较佳地，厚度为
0.15-0.8mm。
[0119]在另一优选例中，在所述内衬功能层中，所述表面毡层的纤维面密度为15_50g/m2，树脂含量为80wt%-98wt%，以所述表面毡层的总重量计。较佳地，所述表面毡层的纤维面密度为20-40g/m2。较佳地，所述表面毡层的树脂含量为85wt%-95wt%，以所述表面毡层的总重量计。在另一优选例中，所述表面毡层的厚度为0.1-lmm，较佳地，厚度为0.15-0.5mm。
[0120]在另一优选例中，在所述内衬功能层中，所述喷射纱层的纤维面密度为100_800g/m2，树脂含量为65wt%-90wt%，以所述喷射纱层的总重量计。较佳地，所述喷射纱层的纤维面密度为200-500g/m2，较佳地，所述喷射纱层的树脂含量为70wt%-85wt%，以所述喷射纱层的总重量计。在另一优选例中，所述喷射纱层的厚度为0.l_3mm，较佳地，厚度为0.5-1.5mm。
[0121]在另一优选例中，在所述内衬功能层中，所述网格布层的纤维面密度为30_100g/m2，树脂含量为50wt%-95wt%，以所述网格布层的总重量计。较佳地，所述网格布层的纤维面密度为40-70g/m2。较佳地，所述网格布层的树脂含量为60wt%-90wt%，以所述网格布层的总重量计。在另一优选例中，所述网格布层的厚度为0.1-1.5_，较佳地，厚度为0.15-0.9_。
[0122]在另一优选例中，在所述内衬功能层中，各结构单层在所述玻璃钢烟囱环向上的厚度变化<平均厚度的50%，较佳地厚度变化<平均厚度的20%。
[0123]在制备内衬功能层时，可先将碳纤维毡、表面毡、喷射纱通过缠绕或喷射的方式依次铺设在基面上，再通过赶压排出气泡、涂覆或喷射补充树脂的方式使树脂与纤维或纤维制品均匀结合在一起，固化得到各结构单层。
[0124]或者，先在基面上铺设碳纤维毡层，再在碳纤维毡层上进行喷射纱层施工，以及任选地在喷射纱层上铺设网格布层和/或在所述碳纤维毡层与所述表面毡层之间铺设网格布层。各结构单层的具体施工方式如前所述。
[0125]中间结构层
[0126]中间结构层2包括至少一个结构亚层20，如图4所示，自所述玻璃钢加强部位筒壁结构的内部至外部，所述结构亚层20包括:
[0127]结构单层A21-结构单层B22-结构单层C23-结构单层D24，
[0128]其中，结构单层A21为喷射纱层或单向布层；
[0129]结构单层B22为无或环向缠绕层；
[0130]结构单层C23为喷射纱层或单向布层；
[0131]结构单层D24为环向缠绕层；
[0132]并且当结构单层A21为喷射纱层时，结构单层C23为单向布层；或结构单层A21为单向布层时，结构单层C23为喷射纱层；和[0133]所述中间结构层的厚度为t，且12≤t < 40mm。
[0134]在另一优选例中，所述中间结构层在环向上的不同部位的厚度变化< 平均厚度的25%，较佳地，厚度变化<平均厚度的10%，更佳地，厚度变化<平均厚度的5%。
[0135]在所述中间结构层中，所述结构亚层的数量为3-26个，较佳地为4-18个。所述结构亚层的厚度为1.5-5mm,较佳地为2_4mm。在另一优选例中,对于同一结构亚层,其在环向上的不同部位的厚度变化<平均厚度的30%，较佳地，厚度变化<平均厚度的15%。
[0136]本发明中优选的结构亚层包括结构亚层I (在以下实施例中记为SI)、结构亚层2(记为S2)、结构亚层3 (记为S3)、结构亚层4 (记为S4)。
[0137]在结构亚层I中，结构单层A为喷射纱层，结构单层B为环向缠绕层，结构单层C为单向布层，结构单层D为环向缠绕层。
[0138]结构亚层2中，结构单层A为喷射纱层，结构单层B为无，结构单层C为单向布层，结构单层D为环向缠绕层。
[0139]结构亚层3中，结构单层A为单向布层，结构单层B为无，结构单层C为喷射纱层，结构单层D为环向缠绕层。
[0140]结构亚层4中，结构单层A为单向布层，结构单层B为环向缠绕层，结构单层C为喷射纱层，结构单层D为环向缠绕层。
[0141]在各所述结构亚层之间可以设置附加结构单层，所述附加结构单层为单向布层(在以下实施例中记为F1)、环向缠绕层(记为F2)、喷射纱层(记为F3)、表面毡层(记为F4)、或其组合。
[0142]中间结构层还包括与所述外保护层相接的最外结构单层，所述最外结构单层为喷射纱层(在以下实施例中记为Yl)或环向缠绕层(记为Y2)，且所述最外结构单层与所述结构亚层之间可以设置附加结构单层，所述附加结构单层为单向布层(在以下实施例中记为F1)、环向缠绕层(记为F2)、喷射纱层(记为F3)、表面毡层(记为F4)、或其组合。
[0143]在中间结构层中，所述喷射纱层的纤维面密度为100_800g/m2，树脂含量为50wt%-80wt%,，以所述喷射纱层的总重量计。较佳地，纤维面密度为200-600g/m2，树脂含量为55wt%-75wt%，以所述喷射纱层的总重量计。
[0144]在中间结构层中，所述单向布层的纤维面密度为200_600g/m2，树脂含量为30wt%-60wt%,以所述单向布层的总重量计。较佳地，纤维面密度为250-500g/m2，树脂含量为35wt%-55wt%，以所述单向布层的总重量计。
[0145]在中间结构层中，所述环向缠绕层的纤维面密度为300_3000g/m2，树脂含量为25wt%-50wt%,以所述环向缠绕层的总重量计。较佳地纤维面密度为400-2000g/m2，树脂含量为30wt%-45wt%,以所述环向缠绕层的总重量计。
[0146]在中间结构层中，各结构单层的厚度为0.2-4_，较佳地为0.4-3_。在另一优选例中，所述喷射纱层的厚度为0.2-2mm，较佳地为0.5-1.5mm。在另一优选例中，所述单向布层的厚度为0.2-lmm，较佳地为0.2-0.8mm。在另一优选例中，所述环向缠绕层的厚度为
0.2-lmm，较佳地为 0.3-0.8mm。
[0147]在另一优选例中，各结构单层在所述玻璃钢烟囱环向上的厚度变化< 平均厚度的50%，较佳地厚度变化<平均厚度的20%。
[0148]在制备结构亚层时，可先将玻璃纤维或玻璃纤维制品通过喷射或缠绕的方式铺设在基面上，再通过赶压排出气泡、涂覆或喷射补充树脂的方式使树脂与玻璃纤维或玻璃纤维制品均匀结合在一起，固化得到各结构单层。
[0149]另外，可采用以下方法制备结构亚层。以下以结构亚层I为例详述其优选的制备方法，包括以下步骤:
[0150]喷射纱层施工:使用喷射机，将玻璃纤维与树脂、固化剂在喷嘴处汇合，一起喷射到基面上，固化得到喷射纱层；
[0151]环向缠绕层施工:通过缠绕机控制张力10_500MPa，将浸有树脂(已混有固化剂)的缠绕纱缠绕到喷射纱层上，固化以后形成环向缠绕层；
[0152]铺设单向布层:通过缠绕机将浸有树脂(已混有固化剂)的单向布缠绕到环向缠绕层上，缠绕张力为10-500MPa，固化后得到单向布层；较佳地，采用间歇式操作工艺。
[0153]环向缠绕层施工:通过缠绕机控制张力10_500MPa，将浸有树脂(已混有固化剂)的缠绕纱缠绕到单向布层上，固化以后形成环向缠绕层。
[0154]优选采用类似的方法制备结构亚层2、结构亚层3和结构亚层4，此处不再赘述。
[0155]外保护层
[0156]如图5所示，所述外保护层3包括胶衣层31，以及任选的表面毡层32和任选的网格布层33。
[0157]在另一优选例中，所述外保护层包括胶衣层和表面毡层，所述表面毡层在所述胶衣层与所述中间结构层之间。任选的，所述外保护层还包括网格布层，所述网格布层在所述表面毡层和所述胶衣层之间。
[0158]在外保护层中，胶衣层主要由树脂制成。在另一优选例中，所述胶衣层由间苯型不饱和聚酯树脂制成。在另一优选例中，所述胶衣层的厚度为0.1-1.5mm，较佳地，厚度为
0.15-0.6mm。
[0159]在外保护层中，所述表面毡层的纤维面密度为20_800g/m2，树脂含量为80wt%-98wt%,以所述表面毡层的总重量计。在另一优选例中，所述表面毡层的纤维面密度为20-50g/m2。在另一优选例中，所述表面毡层的纤维面密度为200-500g/m2。在另一优选例中，所述表面毡层的树脂含量为85wt%-95wt%，以所述表面毡层的总重量计。在另一优选例中，所述表面毡层的纤维面密度为20-500g/m2。在另一优选例中，所述表面毡层的厚度为
0.1-1.5mm，较佳地，厚度为 0.15-0.6mm。
[0160]在外保护层中，任选的所述网格布层的纤维面密度为30_100g/m2，树脂含量为50wt%-95wt%,以所述网格布层的总重量计。较佳地，所述网格布层的纤维面密度为50-80g/m2。较佳地，所述网格布层的树脂含量为60wt%-85wt%，以所述网格布层的总重量计。
[0161]在制备外保护层时，可先将表面毡、任选的网格布依次通过缠绕的方式铺设在基面上，再通过赶压排出气泡、涂覆或喷射补充树脂的方式使树脂与上述纤维制品均匀结合在一起，固化得到所述表面毡层、任选的网格布层，最外的树脂胶衣形成所述胶衣层。
[0162]或者，先在基面上铺设表面毡层，任选在表面毡层上进行网格布层施工，最后涂覆树脂胶衣形成胶衣层。各结构单层的具体施工方式如前所述。
[0163]本发明提到的上述特征，或实施例提到的特征可以任意组合。本案说明书所揭示的所有特征可与任何组合物形式并用，说明书中所揭示的各个特征，可以被任何提供相同、均等或相似目的的替代性特征取代。因此除有特别说明，所揭示的特征仅为均等或相似特征的一般性例子。
[0164]本发明的有益之处在于:
[0165](I)本发明的玻璃钢加强部位筒壁结构及具有该结构的烟囱具有优异的耐腐蚀性能、良好的轴向力学性能和环向力学性能；
[0166](2)本发明的玻璃钢加强部位筒壁结构及具有该结构的烟囱整体无缝，抗渗透能力强；
[0167](3)本发明的玻璃钢加强部位筒壁结构及具有该结构的烟囱可修复性强，局部可以根据需要加工；
[0168](4)本发明的玻璃钢加强部位筒壁结构及具有该结构的烟囱无法降解，不易老化，使用寿命长；
[0169](5)本发明的玻璃钢加强部位筒壁结构及具有该结构的烟囱便于施工和质量控制；
[0170](6)本发明的玻璃钢加强部位筒壁结构及具有该结构的烟囱能够满足阻燃、防静电、防积灰等诸多功能要求；
[0171](7)本发明的玻璃钢加强部位筒壁结构及具有该结构的烟囱可适用于大型火力发电厂。
[0172]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数按重量计算。
[0173]除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
[0174]通用方法
[0175]在以下实施例中，采用以下方法制备各结构单层:
[0176]基面处理:当基面为模具时，清理模具表面，涂装脱模剂，铺设塑料薄膜；当基面为结构单层时，机械打磨表面，清理浮灰、涂装脱模剂，铺设塑料薄膜；
[0177]单向布层:通过缠绕机将浸有树脂(已混有固化剂过氧化甲乙酮)的单向布缠绕到基面上，缠绕张力为100-200MPa，固化后得到单向布层。
[0178]环向缠绕层:通过缠绕机控制张力100_200MPa将浸有树脂(已混有过氧化甲乙酮、异辛酸钴)的缠绕纱缠绕到基面上，固化以后形成环向缠绕层。缠绕纱的缠绕角度为80—90 度 ο
[0179]喷射纱层:使用喷射机，将玻璃纤维与树脂(含异辛酸钴)、固化剂过氧化甲乙酮在喷嘴处汇合，一起喷射到基面上，去除气泡，固化得到喷射纱层。
[0180]表面毡层:将浸有树脂(已混有固化剂过氧化甲乙酮)的表面毡缠绕到基面上，缠绕张力为100-200MPa，固化以后形成表面毡层。
[0181]网格布层:将浸有树脂(已混有固化剂过氧化甲乙酮)的网格布缠绕到基面上，缠绕张力为100-200MPa，固化以后形成网格布层。
[0182]碳纤维毡层:通过缠绕机采用连续缠绕工艺将浸有树脂(已混有固化剂过氧化甲乙酮)的碳纤维毡缠绕到基面上，缠绕张力为100-200MPa，固化以后形成碳纤维毡层。[0183]以上各结构单层中使用的树脂是化学阻燃型环氧乙烯基酯树脂DERAKANEM0M510C-350H0I或者DSM公司生产化学阻燃型环氧乙烯基酯树脂Atlac750。各种玻璃纤维或玻璃纤维制品由重庆国际复合材料有限公司由欧文斯科宁公司提供。
[0184]胶衣层:将间苯型不饱和聚酯树脂胶衣(已混有固化剂过氧化甲乙酮)涂覆在基面上，固化以后形成胶衣层。
[0185]此外，采用以下标准规定的方法测试各种性能。《纤维增强塑料性能试验方法总贝U》GB/T1446 ；《纤维增强塑料拉伸性能试验方法》GB/T1447 ；《玻璃纤维增强塑料压缩性能试验方法》GB/T1448 ；《玻璃纤维增强塑料弯曲性能试验方法》GB/T1449 ；《玻璃纤维增强塑料层间剪切强度试验方法》GB/T1450.1 ;《玻璃纤维增强塑料冲压式剪切强度试验方法》GB/T1450.2 ;《玻璃纤维增强热固性塑料耐化学介质性能试验方法》GB/T3857 ;《导电和抗静电纤维增强塑料电阻率试验方法》GB/T15738-2008 ;《玻璃纤维增强塑料燃烧性能试验方法》GB/T8924-88 ；《玻璃纤维增强塑料老化性能试验方法》GB/T2573 ；《建筑结构荷载规范》GB50009-2001。
[0186]实施例1
[0187]本实施例的玻璃钢加强部位筒壁结构，包括内衬功能层、中间结构层和外保护层，直径为8.5米。
[0188]其中，内衬功能层由内向外包括表面毡层和喷射纱层，厚度为1.2_。
[0189]中间结构层由内向外4个结构亚层1、2个附加结构单层及I个最外结构单层构成，结构为 S1-S1-F2-F2-S1-S1-Y2，总厚度为 18.5mm。
[0190]外保护层为胶衣层,厚度为0.25mm。
[0191]实施例2
[0192]本实施例的玻璃钢加强部位筒壁结构，包括内衬功能层、中间结构层和外保护层，直径为7.5米。
[0193]其中，内衬功能层由内向外由碳纤维毡层、表面毡层和喷射纱层构成，厚度为
1.5mm。
[0194]中间结构层由内向外结构为S1-S1-F1-S1-S2-F1-F2-S1-S4，中间结构层的总厚度为 19.5mm。
[0195]外保护层为胶衣层,厚度为0.25mm。
[0196]实施例3
[0197]本实施例的玻璃钢烟囱加强部位筒壁结构，包括内衬功能层、中间结构层和外保护层，直径为7.9米。
[0198]其中，内衬功能层由内向外由碳纤维毡层、表面毡层、喷射纱层和网格布层构成，厚度为1.9mm。
[0199]中间结构层由内向外结构为S1-S2-S1-F1-F2-S3-F1-F2-S1-Y2，中间结构层的总厚度为20.5mm。
[0200]外保护层由内向外由表面毡层和胶衣层构成，总厚度为0.5_。
[0201]实施例4
[0202]本实施例的玻璃钢加强部位筒壁结构，包括内衬功能层、中间结构层和外保护层，直径为9.5米。[0203]其中，内衬功能层由内向外由碳纤维毡层、表面毡层和喷射纱层构成，厚度为1.46mmη
[0204]中间结构层结构为S1-S1-S1-F1-F2-S1-S1-S1-S2-S4-Y1，总厚度为 18.8mm。
[0205]外保护层由内向外由表面租层、网格布层和胶衣层构成，厚度为0.66mm。
[0206]实施例5
[0207]本实施例的玻璃钢烟囱加强部位筒壁结构，包括内衬功能层、中间结构层和外保护层，直径为7.2米。
[0208]其中，内衬功能层由内向外由碳纤维毡层、网格布层、表面毡层、喷射纱层和网格布层构成，厚度为2.04mm。
[0209]中间结构层由内向外结构为S1-S1-S2-F1-F2-S1-S3-S2-F1-F2-S1-S4，中间结构层的总厚度为21.5mm。
[0210]外保护层由内向外由表面租层和胶衣层构成,厚度为0.55mm。
[0211]实施例6
[0212]本实施例的玻璃钢烟囱加强部位筒壁结构，包括内衬功能层、中间结构层，直径为
8.6 米。
[0213]其中，内衬功能层由内向外由碳纤维毡层、表面毡层、喷射纱层和网格布层构成，厚度为1.86mm。
[0214]中间结构层由内向外结构为S1-S1-S1-F1-F2-S1-S3-S1-F1-F2-S1-S1-Y2，中间结构层的总厚度为20.5mm。
[0215]实施例7
[0216]本实施例的玻璃钢烟囱加强部位筒壁结构，包括内衬功能层、中间结构层和外保护层，直径为10米。
[0217]其中，内衬功能层由内向外由碳纤维毡层、网格布层、表面毡层、喷射纱层和网格布层构成，厚度为2.1mm。
[0218]中间结构层结构为S1-S1-S2-F1-F2-S1-S1-S1-F4-S3-S1-S2-S4-Y1，总厚度为23.8mm η
[0219]外保护层由内向外由表面租层、网格布层和胶衣层构成，厚度为0.64_。
[0220]实施例8
[0221]本实施例的玻璃钢加强部位筒壁结构，包括内衬功能层、中间结构层和外保护层，直径为7.5米。
[0222]其中，内衬功能层由内向外由碳纤维毡层、表面毡层和喷射纱层构成，厚度为
1.56mm。
[0223]中间结构层由内向外结构为S1-S1-S2-F1-F2-S1-S1-S2-F1-S1-F2-S1-S1-F2-S2-S1-S4-S1-S1-Y1，中间结构层的总厚度为22.5mm。
[0224]外保护层由内向外由表面租层和胶衣层构成,厚度为0.5mm。
[0225]实施例9
[0226]本实施例的玻璃钢加强部位筒壁结构，包括内衬功能层、中间结构层和外保护层，直径为9米。
[0227]其中，内衬功能层由内向外由碳纤维毡层、表面毡层、喷射纱层和网格布层构成，厚度为1.86mm。
[0228]中间结构层由内向外结构为S1-S2-S1-F1-F2-S1-S3-S1-F1-S1-S1-F2-S1-S1-S4-S2，中间结构层的总厚度为23.5mm。
[0229]外保护层由内向外由表面毡层和胶衣层构成，总厚度为0.52mm。
[0230]实施例10
[0231]经检测，实施例1-9制备的玻璃钢(烟@)加强部位筒壁结构的环向拉伸强度大于235MPa，模量大于19.0GPa，轴向拉伸强度大于llOMPa，模量大于12.5GPa ;环向弯曲强度大于250MPa,模量大于18.0GPa,轴向弯曲强度大于140MPa,模量大于11.0GPa ;环向压缩强度大于260MPa，模量大于12.0GPa，轴向压缩强度大于200MPa，模量大于9.0GPa0
[0232]结果表明，本发明的玻璃钢(烟囱)加强部位筒壁结构不仅在环向上，而且在轴向上均可以满足对大型火力发电厂烟囱力学性能的要求，可以用于大型火力发电厂的烟囱的加强部位结构。
[0233]实施例11[0234]将实施例5制备的玻璃钢烟囱加强部位筒壁结构作为高度为240m的一个烟囱内筒(直径7.2米)的加强部位，将烟?悬吊在钢筋混凝土外筒的顶部，在某大型火力发电厂中作为烟囱对其功能性和力学性能进行考察。
[0235]一年后，加强部位整体无缝，未出现开裂、渗漏、脱落、成片起鼓、老化等问题，完整性好。且未发现明显腐蚀，耐腐蚀性好。能够承受轴向上巨大的重力荷载，环向上也满足力学性能要求。
[0236]对比例I — 3
[0237]在研制过程中，发明人还制作测试了多种不同结构的玻璃钢加强部位筒壁结构。这些对比例中的玻璃钢加强部位筒壁结构，其内衬功能层、和外保护层与实施例1-5的相同，不同点主要在于结构层，代表性的结构层的构成如下表1所示。
[0238]其中Sla:同实施例1的SI，不同点在于省略喷射纱层。Slb:同实施例1的SI，不同点在于省略单向布层。Slc:同实施例1的SI，不同点在于缠绕纱缠绕角度为20度。
[0239]表1玻璃钢加强部位筒壁结构的中间结构层结构和性能比较结果
[0240]
【权利要求】
1.一种玻璃钢加强部位筒壁结构，其特征在于，所述玻璃钢加强部位筒壁结构包括内衬功能层、中间结构层和任选的外保护层，其中， 所述中间结构层包括至少两个结构亚层，自所述玻璃钢加强部位筒壁结构的内部至外部，所述结构亚层包括: 结构单层A-结构单层B-结构单层C-结构单层D， 其中，结构单层A为喷射纱层或单向布层； 结构单层B为无或环向缠绕层； 结构单层C为喷射纱层或单向布层； 结构单层D为环向缠绕层； 并且当结构单层A为喷射纱层时，结构单层C为单向布层；或结构单层A为单向布层时，结构单层C为喷射纱层；且所述中间结构层的厚度为t，且12 < t < 40mm。
2.如权利要求1所述的玻璃钢加强部位筒壁结构，其特征在于，所述内衬功能层包括:表面毡层-喷射纱层； 较佳地，所述内衬功能层还包括最内层的碳纤维毡层；和/或 所述内衬功能层的喷射纱层外还可包括网格布层。
3.如权利要求1所述的玻璃钢加强部位筒壁结构，其特征在于，所述外保护层包括胶衣层，较佳地，还包括表面毡层和/或网格布层，所述表面毡层和/或网格布层设置在所述中间结构层和所述胶衣层之间。
4.如权利要求1所述的玻璃钢加强部位筒壁结构，其特征在于，在各所述结构亚层之间可以设置附加结构单层，所述附加结构单层为单向布层、环向缠绕层、喷射纱层、表面毡层、或其组合。
5.如权利要求1所述的玻璃钢加强部位筒壁结构，其特征在于，所述中间结构层还包括与所述外保护层相接的最外结构单层，所述最外结构单层为喷射纱层或环向缠绕层，任选地，所述最外结构单层与所述结构亚层之间可以设置附加结构单层，所述附加结构单层为单向布层、环向缠绕层、喷射纱层、表面毡层、或其组合。
6.如权利要求1-5任一项所述的玻璃钢加强部位筒壁结构，其特征在于，所述环向缠绕层中，缠绕纱的缠绕角度为40-90度，较佳地，缠绕角度为75-90度，更佳地，缠绕角度为80—90 度。
7.如权利要求1所述的玻璃钢加强部位筒壁结构，其特征在于，所述结构亚层的厚度为1.5-5mm ;和/或 所述结构亚层的数量为3-26个。
8.如权利要求1-7任一项所述的玻璃钢加强部位筒壁结构，其特征在于，所述内衬功能层具有以下一个或多个特征: (i)所述表面毡层的纤维面密度为15-50g/m2，树脂含量为80wt%-98wt%，以所述表面毡层的总重量计； (ii)所述喷射纱层的纤维面密度为100-800g/m2，树脂含量为65wt%-90wt%，以所述喷射纱层的总重量计； (iii)所述碳纤维毡层的纤维面密度为10-30g/m2，树脂含量为80wt%-99wt%，以所述碳纤维毡层的总重量计；(iv)所述网格布层的纤维面密度为30-100g/m2，树脂含量为50wt%_95wt%，以所述网格布层的总重量计；和/或 所述中间结构层具有以下一个或多个特征: (i)所述喷射纱层的纤维面密度为100g/m2-800g/m2，树脂含量为50wt%-80wt%，以所述喷射纱层的总重量计； (?)所述单向布层的纤维面密度为200g/m2-600g/m2，树脂含量为30wt%-60wt%，以所述单向布层的总重量计； (iii)所述环向缠绕层的纤维面密度为300g/m2-3000g/m2，树脂含量为25wt%-50wt%，以所述环向缠绕层的总重量计；和/或 所述外保护层具有以下一个或多个特征: (i)所述表面毡层的纤维面密度为20-800g/m2，树脂含量为80wt%-98wt%，以所述表面毡层的总重量计； (?)所述网格布层的纤维面密度为30-100g/m2，树脂含量为50wt%_95wt%，以所述网格布层的总重量计。
9.如权利要求1-8任一项所述的玻璃钢加强部位筒壁结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: (a)制作内衬功能层； (b)在所述内衬功能层外铺设(制作)所述中间结构层，以及任选的· (c)在所述中间结构层外铺设(制作)所述外保护层得到所述玻璃钢加强部位筒壁结构； 或包括以下步骤: (a)提供内衬功能层、中间结构层，以及任选的外保护层； (b)将所述内衬功能层、中间结构层，以及任选的外保护层组装成所述玻璃钢加强部位筒壁结构； 优选地，采用以下步骤制备所述结构亚层: (i)提供一基面； (?)在所述基面的外周铺设所述结构单层A ; (iii)在所述结构单层A的外周铺设所述结构单层B； (iv)在所述结构单层B的外周铺设所述结构单层C； (v)在所述结构单层C的外周铺设所述结构单层D； 当所述结构单层B为无时，省略步骤(c)，在所述结构单层A的外周铺设所述结构单层C0
10.一种烟囱，包括烟囱外筒和烟囱内筒，其特征在于，所述烟囱内筒包括如权利要求1-8任一项所述的玻璃钢加强部位筒壁结构。
【文档编号】E04H12/28GK103526980SQ201310520446
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月29日 优先权日:2013年10月29日
【发明者】徐勍, 黎大胜, 陈飞, 干梦军, 诸白蒙, 杨薇, 侯锐钢 申请人:中国电力工程顾问集团华东电力设计院, 华东理工大学