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(guó)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(zhǎng)，所以對(duì)其的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程控制均有嚴(yán)格要求。國(guó)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(duì)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(huì)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(jiǎn)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(chǎng)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(yáng)光的長(zhǎng)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(tái)等場(chǎng)合使用的結(jié)構(gòu)件將長(zhǎng)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(duì)結(jié)構(gòu)的影響是極不一樣的。這就要求針對(duì)不同的環(huán)境選用不同的原材料，以盡量提高結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)境的耐受性。通常來說，不同的原材料對(duì)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(duì)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(duì)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(hào)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(duì)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(huì)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(zhǎng)，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?cè)谑褂眠^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。考慮到時(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(hào)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(huì)受到?jīng)_擊力或動(dòng)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(duì)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(duì)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(duì)桿狀制品適用，對(duì)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(duì)制品的外觀和顏色均產(chǎn)生不利的影響。針對(duì)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(duì)較低（為樹脂量的2~5%，視制品的厚度而定），對(duì)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(guó)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(huì)。
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(huì)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(huì)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(huì)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(jiǎn)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(shí)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(guó)在拉擠結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)生產(chǎn)上會(huì)在有關(guān)各方的不斷探索與交流中不斷得到提高。
