玻璃鋼拉擠結(jié)構(gòu)件在建筑、交通、防腐等領(lǐng)域的應(yīng)用由于其特的的耐腐蝕性、高的比強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)正越來越受到重視。國內(nèi)拉擠產(chǎn)品中結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)量正逐年增加。然而，由于結(jié)構(gòu)件一般的使用環(huán)境和受力情況復(fù)雜，要求使用壽命長，所以對其的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程控制均有嚴(yán)格要求。國內(nèi)關(guān)于拉擠結(jié)構(gòu)件的各項(xiàng)工作都處于起步階段，對于結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、原材料選擇以及生產(chǎn)過程的控制等問題尚未引起足夠重視，這往往會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的早期失效。本文不打算討論結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的內(nèi)容，這些內(nèi)容過于專業(yè)與復(fù)雜，讀者有興趣可以參閱有關(guān)專業(yè)書籍[1]。本文只簡單討論在原材料選擇與生產(chǎn)過程中未引起人們足夠重視的若干問題。
一、關(guān)于原材料的選擇
結(jié)構(gòu)件的使用場合通常較復(fù)雜。首先是自然氣候條件的復(fù)雜多變，既可能遇到潮濕環(huán)境，也可能遇到嚴(yán)寒酷暑等溫度的極端變化，還可能受到強(qiáng)烈陽光的長期照射。其次是化學(xué)條件的嚴(yán)酷考驗(yàn)?；S、核電廠、油井平臺等場合使用的結(jié)構(gòu)件將長期處于腐蝕性化學(xué)環(huán)境中。不同的氣候和化學(xué)環(huán)境對結(jié)構(gòu)的影響是極不一樣的。這就要求針對不同的環(huán)境選用不同的原材料，以盡量提高結(jié)構(gòu)對環(huán)境的耐受性。通常來說，不同的原材料對環(huán)境的耐受性是有很大的區(qū)別的。在增強(qiáng)材料方面，中堿玻璃纖維耐潮濕環(huán)境的能力不如無堿玻璃纖維，耐化學(xué)腐蝕性也相對較差。在耐化學(xué)腐蝕性上，不同的樹脂差別也很大，通常鄰苯樹脂的耐受性最差，間苯樹脂相對較好，乙烯基樹脂更好。另外，同樣是間苯樹脂，不同的生產(chǎn)廠家或不同的樹脂牌號之間也有很大的區(qū)別，在選用時(shí)應(yīng)詳細(xì)咨詢樹脂的生產(chǎn)廠家。在樹脂的耐溫性上，也存在同樣的區(qū)別，乙烯基樹脂好于間苯樹脂，更好于鄰苯樹脂。對于某些性能，也可以通過添加某些助劑來加發(fā)改善，比如十堰三洲科技有限公司生產(chǎn)的PE粉可以顯著增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件的耐水性。總之，由于環(huán)境的復(fù)雜性及原材料的特性不同，在選擇原材料時(shí)應(yīng)詳細(xì)咨詢生產(chǎn)廠家，以避免因材料選擇不當(dāng)造成結(jié)構(gòu)的早期失效。
在結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中有一個(gè)經(jīng)常被人們忽視的問題是時(shí)間效應(yīng)。我們知道，增強(qiáng)塑料也是一種塑料，而塑料在持續(xù)的應(yīng)力和應(yīng)變下是會發(fā)生蠕變和松馳。由于結(jié)構(gòu)件一般要求的使用年限較長，且在使用過程中的負(fù)荷情況也是復(fù)雜多變的，因此它們在使用過程中的蠕變松馳現(xiàn)象更不容忽視。根據(jù)材料的靜態(tài)短期強(qiáng)度所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)很容易由于使用中材料的蠕變松馳而發(fā)生早期失效?？紤]到時(shí)間效應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有專著進(jìn)行討論[1]。在原材料的選擇上，樹脂是起著關(guān)鍵作用的。通常鄰苯樹脂的抗蠕變性最差，間苯次之，乙烯基樹脂較好。另外，同種類型的樹脂，也存在著生產(chǎn)廠家和牌號之間的區(qū)別。此外，在生產(chǎn)中大量地使用熱塑性樹脂（如低收縮樹脂）也顯著降低結(jié)構(gòu)件的抗蠕變性。
結(jié)構(gòu)件在實(shí)際使用上還可能會受到?jīng)_擊力或動態(tài)力，這更增加了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇上的復(fù)雜性。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者和產(chǎn)品生產(chǎn)者在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)時(shí)應(yīng)予以充分考慮。
二、結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)過程控制
結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)過程與其它拉擠制品的生產(chǎn)過程大致是相同的，但也存在著其特殊性。大致有兩個(gè)方面是拉擠廠感到難以控制的。首先是結(jié)構(gòu)件一般截面較大較厚，這樣在生產(chǎn)過程中很容易產(chǎn)生裂紋，尤其是內(nèi)部裂紋，很難消除。而結(jié)構(gòu)件中存在裂紋對結(jié)構(gòu)將是致命的，因?yàn)樵诔掷m(xù)應(yīng)力下裂紋很容易擴(kuò)展，這將很快導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的早期崩潰，結(jié)果可能是災(zāi)難性的。一個(gè)很典型的例子是玻璃鋼抽油桿，無缺陷的玻璃鋼抽油桿在井下一般能正常工作一年半以上，甚至高至使用5年以上不壞，而有裂紋的玻璃鋼抽油桿在井下最多只能工作3個(gè)月，有的不到1個(gè)月就斷裂。消除裂紋人們通常采用的方法有以下幾種，一種是使用微波對制品內(nèi)部進(jìn)行預(yù)熱，以達(dá)到制品的整個(gè)截面均勻固化的目的，但這只對桿狀制品適用，對于型材，特別是加氈的型材使用起來較困難。另一種方法是添加較大量的低收縮樹脂如聚醋酸乙烯樹脂，但這一方法也存在降低結(jié)構(gòu)件的物理機(jī)械性能和抗蠕變性的缺點(diǎn)，并且它與不飽和樹脂和顏料的相容性差，對制品的外觀和顏色均產(chǎn)生不利的影響。針對這一問題，十堰三洲科技有限公司開發(fā)出了PE粉，可以較好地解決這一問題，它的添加量相對較低（為樹脂量的2~5%，視制品的厚度而定），對制品的性能影響不大，且它與樹脂和顏料能較好相容，所生產(chǎn)的制品表面光滑，顏色均勻。它的防裂機(jī)理已有專文介紹[2]。
固化體系也是影響制品開裂的重要原因。由于存在貯運(yùn)安全性和夏天使用的穩(wěn)定性等問題，國內(nèi)目前使用低溫固化劑還不普遍。人們通常更愿意使用中溫加高溫的組合體系，但這樣的體系由于固化溫度較高，固化時(shí)間較遲，導(dǎo)致制品的整個(gè)截面固化不均勻，因而很容易開裂。事實(shí)上，對較厚的制品，使用低溫加高溫或低溫加中溫加高溫的組合體系對于減少制品開裂是有很大好處的，因?yàn)榇藭r(shí)制品的固化溫度較低，固化較早，且制品的內(nèi)外部固化時(shí)間相差不大，固化能更均勻。常用的低溫固化劑為過氧化二碳酸酯類[3]，如P-16，BPPD等。太原格萊特化工有限公司生產(chǎn)的BPPD是一種較好的低溫固化劑，它的成本相對P-16較低，且安全性較好，固化性能優(yōu)異。采用BPPD加TBPB或BPPD加TBPO加TBPB或BPPD加BPO加TBPB的組合對于減少制品的裂紋是有很大幫助的。
在結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)中，模具溫度和速度的適當(dāng)設(shè)置也是控制裂紋的關(guān)鍵因素之一。如何通過工藝參數(shù)的控制來達(dá)到質(zhì)量和效率的最優(yōu)化視制品的結(jié)構(gòu)、壁厚、原材料和設(shè)備狀況而不同，各生產(chǎn)廠家應(yīng)能仔細(xì)體會。
第二個(gè)困難在于結(jié)構(gòu)件有許多的開狀較復(fù)雜，在其截面上存在有溝槽、凸起等結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)給成型帶來了較大的困難。這樣的部位通常很難保證增強(qiáng)材料的準(zhǔn)確定位，而且在生產(chǎn)過程中，增強(qiáng)材料尤其是粗紗會逐漸偏離它的定位跑到其它的地方，造成局部的玻璃含量偏低，使這些部位很容易發(fā)生樹脂在模具內(nèi)剝離，造成制品缺角，嚴(yán)重的會在模具內(nèi)發(fā)生阻塞。這上問題主要靠合理設(shè)計(jì)預(yù)成型模具以及操作人員的認(rèn)真負(fù)責(zé)來解決。十堰三洲科技有限公司現(xiàn)正試圖開發(fā)一種強(qiáng)效的內(nèi)脫模劑來減少制品在模具內(nèi)的阻塞，相信這一產(chǎn)品開發(fā)成功之后會在一定程度上減少拉擠廠在生產(chǎn)過程中的停機(jī)率。但從根本上克服這一問題還應(yīng)是預(yù)成型器的合理設(shè)計(jì)和生產(chǎn)操作員工的認(rèn)真負(fù)責(zé)。
三、結(jié)束語
以上簡單討論了結(jié)構(gòu)件的材料選擇和生產(chǎn)過程控制中的幾個(gè)問題。事實(shí)上，結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中存在的問題遠(yuǎn)不止這些。限于作者的知識與經(jīng)驗(yàn)的不足，文中定有諸多謬見，歡迎廣大讀者能不吝指正，并歡迎與本人溝通討論生產(chǎn)過程中所遇到的問題。相信我國在拉擠結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)生產(chǎn)上會在有關(guān)各方的不斷探索與交流中不斷得到提高。
