专利名称：玻璃钢空腹风机叶片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风机叶片，特别是玻璃钢空腹风机叶片。
众所周知，国外采用无碱玻璃纤维织成的布为增强材料、环氧树脂为基体来满足玻璃钢空腹风机叶片运行时对强度和模量的要求。如广州石化总厂化肥厂引进法国30万吨化肥设备，其中L9200凉水塔风机的玻璃钢空腹风机叶片就是由无碱玻璃布和环氧树脂制成。由于我国的硼酸资源缺乏，以致无碱玻璃生产受到了限制，每年无碱玻璃纤维仅占玻璃纤维总产量的20%左右，主要用于对电绝缘性能要求高和一些特殊用途的玻璃钢制品上。中碱玻璃是我国自己研制出来的，其碱金属氧化物的含量与国际上的“C”玻璃相近，但不含硼，我国的中碱玻璃碱金属氧化物含量约12%(我国无碱玻璃的碱金属氧化物含量低于0.5%)，中碱玻璃的原料来源广泛、成本低廉、拉丝工艺方便，但中碱玻璃纤维强度比无碱玻璃纤维低。我国曾采用接近国际新生态纤维取样法，测定我国的准新生态中碱玻璃纤维的抗拉强度为268Kg/mm2，无碱玻璃纤维为312Kg/mm2，可见中碱玻璃纤维的强度比无碱玻璃纤维低14%左右。我国玻璃钢空腹风机叶片通常采用无腊型无碱玻璃纤维编织布(斜纹、缎纹)作为增强材料，如上海玻璃钢结构材料研究所用无碱玻璃纤维单向编织布(单向布是指单位宽度内，经向纤维量大于纬向纤维量的一种织物，风机叶片运行时，在展向要承受很大的离心力与扭矩，是一种典型的单向受力构件，单向布结构可提高玻璃钢构件的单向强度)。由于我国无碱玻璃生产受硼资源限制，因而无碱玻璃纤维织物来源困难。另外，所用的由有捻纱织成的高密度编织布(缎纹、斜纹)，厚度在0.25mm以下，铺层增厚慢，浸渍性差，不易脱泡，成本高。
用环氧树脂为基体制作的玻璃钢空腹风机叶片，虽然耐腐蚀性、耐候性好，粘结强度高，但存在着固化剂毒性较大、粘度大、室温固化适用期调整幅度小、工艺性能较差等不足之处。
叶片表面国内外一般用涂料，但我国目前尚无耐腐、耐候性好的玻璃钢表面涂料，仍采用普通硝基喷漆涂在叶片表面，在有腐蚀性水蒸汽环境中，一般运转5000小时左右，表面涂料即脱落起毛。
制造玻璃钢空腹风机叶片，空腹工艺有多种，其中气袋内压空腹工艺具有产品外形精确、铺层致密、质量好等优点，特别适用于玻璃钢空腹风机叶片的制造。但在制造叶片时所使用的气袋是硅橡胶袋，如上海玻璃钢结构材料研究所，就是使用硅橡胶袋，该袋质地较厚且重，如制造L47凉水塔玻璃钢空腹风机叶片重达4公斤左右，叶片固化后必须取出，否则留在叶片内腔内，当风机叶片运转时，会影响叶片质量与性能。由于硅橡胶气袋在叶片固化后必须取出，工艺就较复杂，硅橡胶气袋与树脂接触面必须涂刷脱模剂和预制隔离层来保证叶片固化后气袋的顺利脱出。另外硅橡胶气袋较厚，不能用于内腔狭窄叶片的生产。此外硅橡胶气袋价格较高，如制造L47凉水塔玻璃钢空腹风机叶片所用硅橡胶气袋每只价几百元，用数次就报废，加之制造工艺复杂，因而成本较高。
本发明目的在于提供一种新的玻璃钢空腹风机叶片，既满足玻璃钢空腹风机叶片运行时对模量和强度的要求，又解决了我国目前玻璃钢空腹风机叶片原料来源困难，制造时毒性大、成本高、工艺复杂、不适用内腔狭窄叶片生产等缺点，且耐腐、耐候性好。
本发明所述的玻璃钢空腹风机叶片，玻璃钢的增强材料是增强型中碱单向方格布。增强型中碱玻璃纤维与一般中碱玻璃纤维不同处是用复合偶联剂处理过，这种复合偶联剂是甲基丙烯酸氯化铬络合物加上有机硅烷类化合物，如γ-胺基丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酸丙基三甲氧基硅烷等。用复合偶联剂处理后，改善了中碱玻璃纤维和树脂界面的粘结性能，制成的中碱玻璃钢强度可提高25%以上。用增强型中碱玻璃纤维织成的单向方格布，结构合理，因单向布结构可提高玻璃钢的单向强度，而方格布是用无捻纱织成，浸渍性好，比高密度斜纹、缎纹布厚，克服了目前玻璃钢空腹风机叶片所用高密度斜纹、缎纹玻璃布铺层增厚慢、浸渍性差、不易脱泡等缺点。而成本可比目前无腊型无碱玻璃布成本降低40%左右。风机叶片应用结果表明，用增强型中碱玻璃纤维单向方格布制成的玻璃钢，其技术性能已达到无蜡型无碱玻璃钢性能指标。本发明常用的增强型中碱玻璃纤维单向方格布是由南京玻璃纤维研究院四所和马鞍山玻璃纤维厂生产的产品，其品种为CWR300-90;CWR350-90;CWR450-90。其经纬比分别为7∶1;4∶1;2∶1。另还有经纬比为1∶1的产品，品种为CWR400-90、CWR600-90，市场上均有出售。产品的主要性能见表1。
表1
本发明玻璃钢的基体是乙烯基树脂(又称环氧丙烯酸酯树脂或称不饱和环氧树脂)，不仅具有环氧树脂的基本特性，即耐腐、耐候性好，粘结强度高，且在工艺性能方面，与环氧树脂相比，它具有粘度小、适用温度范围广、适用期调整范围大、浸渍性好、室温固化制品脱模期短、树脂固化剂毒性小、价格低等优点。本发明常用的乙烯基树脂有反丁烯二酸改性的乙烯基树脂、甲苯二异氰酸酯改性的乙烯基树脂。
本发明的叶片表面结构采用表面毡富树脂层。根据叶片运行的环境不同，可选用不同的表面毡材料，如无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维、涤纶纤维、锦纶纤维等。常用的树脂有环氧树脂〔由二酚基丙烷(双酚A)与环氧氯丙烷缩聚而成的二酚基丙烷型环氧树脂(双酚A型环氧树脂)〕，乙烯基树脂(如反丁烯二酸改性的乙烯基树脂、甲苯二异氰酸酯改性的乙烯基树脂)。表面毡富树脂层中的树脂含量较高，一般为70～90%。如果风机叶片运行环境要求耐弱酸、耐候性好，可选用中碱玻璃纤维或无碱玻璃纤维作表面毡材料，树脂可用环氧树脂或乙烯基树脂，如叶片运行环境含带有氢氟酸的水蒸汽，可选用锦纶或涤纶纤维作表面毡材料，树脂可用环氧树脂或乙烯基树脂。
本发明的另一特点是用气袋内压空腹工艺制造玻璃钢空腹风机叶片时，所用的气袋是聚氯乙烯气袋，替代了原来所用的较厚、较重的硅橡胶气袋(上海玻璃钢结构材料研究所就是使用硅橡胶气袋)。聚氯乙烯气袋薄而轻(如生产L47凉水塔玻璃钢空腹风机叶片所用聚氯乙烯气袋厚度仅0.1mm左右、重100～120克)，叶片固化后留在内腔里，风机叶片运行时不会影响叶片的质量，故不必作聚氯乙烯气袋脱模处理，简化了工艺。由于聚氯乙烯气袋薄，叶片固化后又不必从内腔内取出，因而不仅适用于内腔宽的叶片，对内腔狭窄的叶片也适用，解决了原用硅橡胶气袋不适于内腔狭窄叶片生产的问题。另聚氯乙烯气袋价廉，如生产L47凉水塔玻璃钢空腹风机叶片所用聚氯乙烯气袋，每只才5元左右，加上用聚氯乙烯气袋生产空腹风机叶片工艺简单，因而成本低。由于聚氯乙烯气袋的延伸率及强度低于硅橡胶袋，因而聚氯乙烯气袋尺寸只能比叶片内腔尺寸小10～15%左右。这样聚氯乙烯气袋充气膨胀至叶片内腔尺寸时而不致于破裂。另因制造玻璃钢的基体乙烯基树脂中还有苯乙烯，聚氯乙烯气袋与苯乙烯长期接触有溶胀现象，因而调整聚氯乙烯气袋放置的时间很重要，一般控制在聚氯乙烯气袋充气放置好合模后15分钟左右，树脂凝胶固化。聚氯乙烯气袋的厚度根据叶片不同而异，所用聚氯乙烯气袋厚度为0.05mm～0.1mm。
本发明用增强型中碱玻璃纤维取代了用无腊型无碱玻璃纤维织成的单向方格布来作为玻璃钢空腹风机叶片的增强材料，解决了我国无碱玻璃纤维紧缺、生产玻璃钢空腹风机叶片原料来源困难之难题，扩大了我国独有的中碱玻璃纤维的应用领域。用乙烯基树脂作基体，使之兼有原环氧树脂耐腐、耐候性好、粘结强度高之优点，且毒性小，工艺性能好。用增强型中碱玻璃纤维单向布及乙烯基树脂制成的玻璃钢可以代替目前无腊型无碱玻璃纤维编织布及环氧树脂制成的玻璃钢，且成本下降30%左右。由于叶片表面结构采用表面毡富树脂层，叶片在腐蚀性及野外试验环境下长期运行证明，耐腐、耐候性优于表面涂有普通硝基喷漆的叶片。本发明用气袋内压空腹工艺制造玻璃钢空腹风机叶片所用的气袋是聚氯乙烯气袋，与原来所用的硅橡胶气袋相比，具有生产成本低、制造叶片工艺简便、对内腔宽及狭窄的叶片均适用等优点。
玻璃钢空腹风机叶片类型及规格有多种，但基本结构如图所示，凡不偏离本发明特征者，均属本发明构思范围。
图1是本发明的正视图。
图2是本发明轴线剖视图。
图3是本发明B向视图。
图4是本发明最大弦宽处A-A截面剖视1∶2放大图。其中1为表面毡富树脂层。2为玻璃钢强度层，其增强材料铺放程序是以增强型中碱玻璃纤维单向方格布经向铺放以提高单向强度，上面再以经纬比为1∶1的增强型中碱玻璃纤维方格布以45°蒙皮，其作用是抗扭。3为叶片内腔聚氯乙烯气袋。
实施例L47凉水塔玻璃钢空腹风机叶片，叶片直径为4.7米，最大弦宽540mm。玻璃钢强度层的增强材料铺放程序是以经纬比为4∶1的增强型中碱玻璃纤维单向方格布(品种为CWR-350-90主要性能见表1)经向铺放，上面再以经纬比为1∶1的增强型中碱玻璃纤维方格布(品种为CWR-400-90，主要性能见表1)蒙皮。玻璃钢的基体是反丁烯二酸改性的乙烯基树脂。叶片表面采用表面毡富树脂层结构，表面毡材料是中碱玻璃纤维，树脂是反丁烯二酸改性的乙烯基树脂，表面毡富树脂层的树脂含量为80%。该叶片是用聚氯乙烯气袋内压法制成，聚氯乙烯气袋厚度为0.1mm，聚氯乙烯气袋充气放置好合模后15分钟，树脂凝胶固化。叶片装在L47凉水塔风机上在露天下运行，接触介质为带微弱酸性的水，1987年3月运行至今，情况良好。
权利要求
1.一种玻璃钢空腹风机叶片，是用气袋内压法制成，其特征在于a、玻璃钢的增强材料是增强型中碱玻璃纤维单向方格布，玻璃钢的基体是乙烯基树脂；b、叶片表面采用表面毡富树脂层；c、叶片是用聚氯乙烯气袋内压法制成。
2.根据权利要求1所述的玻璃钢空腹风机叶片，其特征在于表面毡富树脂层的毡材料可用无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维、涤纶纤维、锦纶纤维中的一种，表面毡富树脂层的树脂含量为70～90%，树脂种类是乙烯基树脂或环氧树脂。
3.根据权利要求1所述的玻璃钢空腹风机叶片，其特征在于制造叶片所用的聚氯乙烯气袋厚度为0.05mm～0.1mm。
全文摘要
本发明公开了一种用增强型中碱玻璃纤维单向方格布为增强材料，乙烯基树脂为基体制成的玻璃钢空腹风机叶片，其玻璃钢技术性能可达到用无蜡型无碱玻璃纤维单向编织布为增强材料、环氧树脂为基体制成的玻璃钢性能指标。叶片表面采用表面毡富树脂层，树脂含量为70～90％，该叶片是用聚氯乙烯气袋内压法制成。本发明的原料来源广泛，成本较低，生产时毒性小，工艺较简便，内腔宽的及狭窄的均适用，耐腐、耐候性好。
文档编号F04D29/38GK1042591SQ8810560
公开日1990年5月30日 申请日期1988年11月7日 优先权日1988年11月7日
发明者朱润元, 张焕武, 刘少华 申请人:上海化工机械二厂