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组合式菱镁无机玻璃钢通风管道模具的研究与应用
摘要：根据多年的生产经验及研究，对玻璃钢通风管道模具的制作工艺要点(如木型的处理、模具的糊制及表面处理)进行了较详细的分析介绍，可为通风管道制造高质量的玻璃钢产品提供一些参考。
1 玻璃纤维的发展历程及其基本性能
玻璃纤维在复合材料领域具有极其重要的作用，很早就引起人们的关注，20世纪30年代末，自玻璃纤维问世并且出现环氧树脂和不饱和聚酯以来，形成了无机材料与有机材料相结合而形成的具有新型功能的复合材料时代，为玻璃纤维气层压材料和玻璃纤维增强塑料(FRP)的发展奠定了基础。
通常，玻璃纤维外表呈光滑的圆柱状，其截面呈完整的圆形。近20年来，国外已研究出异形的玻璃纤维。
玻璃纤维密度一般在2.50~2.70g/cm3左右，主要取决于玻璃成分。
3~9μm玻璃纤维拉伸强度为1470~4800MPa，远远超过其它天然纤维、合成纤维及各种合金材料。
根据胡克定律原理拉伸纤维，测出纤维的断裂伸长，计算出弹性模量为E=0.098·C2·P/g。
由于玻璃纤维具有良好的电绝缘性能和介电性能，故可作各种绝缘材料、雷达罩、透波材料等。
玻璃纤维在自然条件下，经过阳光、风、雨和水气或其它气体的长期作用，会发生老化现象，强度也会逐渐丧失或产生其它的物理化学变化。
玻璃纤维具有很高的耐热性，其软化温度为550~750℃。
对细纤维而言，如长期处于张力作用下，就会在很大程度上“疲劳”。
由于玻璃纤维是脆性材料，断裂伸长很小，故其柔性较小或脆性较大，这是玻璃纤维的主要特点。
玻璃纤维的吸水作用比天然纤维和人造纤维小得多。
玻璃纤维在复合材料中起增加强度的作用。
2 玻璃钢复合材料的应用
自从1953年世界上第一部FRP汽车·GMCorvette制造成功以后，玻璃钢/复合材料即成为汽车工业的一支生力军。传统的手糊成型工艺只适用于小批量生产，无法满足汽车工业不断发展的需要。从20世纪70年代开始，由于SMC材料的成功开发和机械化模压技术以及模内涂层技术的应用，促使玻璃钢/复合材料在汽车应用领域的年增长速度达到25%，形成汽车玻璃钢制品发展的第一个快速发展时期。
中国的复合材料发展起始于1958年，首先用于军工制品，而后逐渐扩展到民用。1958年以手糊工艺研制了玻璃钢艇，以层压和卷制工艺研制玻璃钢板、管；1962年引进不饱和聚酯树脂，喷射成型和蜂窝夹层结构成型技术，并制造了玻璃钢的直升机螺旋桨叶和风洞叶片，同年开始纤维缠绕工艺研究并生产出一批氧气瓶等压力容器。
3 项目研究的背景、目的及意义
无机玻璃钢通风管(又称玻璃纤维氯氧镁水泥通风管)是以氯氧镁水泥为胶结料，中碱玻璃纤维为增强材料、加入填充材料和改性剂等所制成的一种管材，无机玻璃钢通风管道是继树脂基玻璃钢通风管道和铁皮通风管道之后出现的新一代通风管道，现在已成为工程通风中的道选产品。它具有不燃烧，属不燃材料A级、耐腐蚀、强度高和重量轻等特点。在建筑工程、地下工程以及工业厂房的通风中，它也已经安全取代了不耐燃的有机玻璃钢通风管，并在逐步取代防腐性能差的镀锌皮通风管。
尤其是在湿度大的地下工程和长江以南地区，它的优越性更为显著。
随着我国经济的持续高速发展，工业、民用建采用集中式空调通风的范围越来越广泛，而无机玻璃钢通风管道作为其主要末端设备，因为其有耐腐蚀、防潮性、成本低等特点，所以它的主要应用包括纺织、化工、印染、发电、大型超市、商场、办公楼等诸多领域。德州市在改革开放中，已成为全国最大的玻璃钢产品基地，仅此一项年产值约3亿元，发展前景十分广阔。中央空调及末端产品已成为我市的支柱产业之一。
当前无机玻璃钢风道生产一直采用木制模具制作，其缺点是①该模具为一次性使用，用完后即拆，虽然大规格模具也可改为小规格模具继续使用，但仍造成很大的木材浪费，在我国木材资源日益紧张的环境下，这一点显得尤为重要；②由于无机玻璃钢原料在化学反应过程中释放出大量的热量，易使木制模具发生变形，从而使风管的平面垂直度产生一度的偏差；③木制模具表面存在许多小的凹陷，这样会使风管的内表面的光洁度受到影响，使摩擦阻力系数增加；④机械化程度低，增加劳动力成本。
组合式玻璃钢通风管道模具设计的目的，主要是使模具由固定型式改为拆装组合式，即可模面为板式紧固结构，不同规格的模板可自由组合，从而达到各种不同规格的模具可重复利用的功效。同时由于轻型钢板的耐热性较强，故不会出现变形，减小了平面度偏差，也提高了产品内表面光洁度，减小磨擦阻力系数，加上附属设备的配套使用，提高了劳动生产率、降低了劳动生产成本，对进一步提升该产品在同行业的竞争力，提高我市在该领域的经济效益具有十分重要的意义。
4 设计原理及研制过程
4.1 设计原理
本模具主要依据机械设计、机械制造理论和机械制造工艺，结合夫机玻璃钢通风管道的生产工艺，进行设计制作。
无机玻璃钢通风管道均为矩形，将四个模具板面均设为活动型式，每个板面的两端均设置四个套管，两端的法兰盘的四角均设置四个插销，因此和四个模板面连接固定，管腔内部采用拉紧条，对整个模具进行拉紧加固。
4.2 研制概述
该项目的设计理念多为结构简单、紧凑、轻便实用且精确度要高。玻璃钢的固化反应是一个放热反应，玻璃钢模具在固化成型后会产生一定的收缩，并且由于玻璃纤维铺置方法不同，收缩率也不一致，因而会产生许多微裂纹。同时，由于树脂喷涂、搅拌过程中带进的气泡在模具固化后会留下许多微孔。针对这些情况，再根据多年来翻制玻璃钢模具的经验体会，我们在选用放热峰低的树脂基础上，要严格控制模具的放热峰温度，尽量减少由此而产生的固化收缩，即采用分次糊制的办法，每次糊制的厚度控制在2~3mm范围内。为了严格控制模具的几何形状和尺寸精度，采用角钢、方钢、木材等进行加强，来提高玻璃钢模具的整体强度和刚度，防止使用过程中出现变形，影响模具的使用寿命。
(1)模具主要材料的选择
用于模板的材料我们采用2500×1250×0.95mm的冷轧钢板，其特点是强度高、重量轻、刚性好；用于法兰盘的角钢，采用25×25×4mm的热轧等边角钢。
(2)加工设备的选择
要主设备有SNVMER IK801数控机度；QC12Y多功能剪板车床；线性切割机床；ZX7GBT逆变式直流手工电焊机等。
4.3 模具材料的选择
用料规格为角钢，25×25×4mm(实选为25×25×2mm)，热轧等边角钢；圆管，φ=20mm，h=2mm，焊管两端有等角；薄铁板，2500×2500×0.95mm，采用冷轧钢板，其强度高，刚性好；法兰盘框架，25×25×2mm角铁，法兰盘外围铁条(端部定位铁板里侧均厚2mm)；风管内导向斜铁板，厚2mm加紧螺旋，采用梯形螺纹φ18mm，铁管φ50/φ42mm
模具规格为管长2000mm；管宽1000mm；管高630mm；管壁厚5mm；法兰盘宽×厚为40×6mm；尺寸按1000×630mm计算。
底面俯视图、端面视图及法兰正面图分别见图1、2、3。
5 存在问题和进一步打算
目前存在的问题是模具的模板材料重量还稍重，强度还不够，模板连接处的缝隙稍大。今后应继续完善工艺及技术水平，进一步减轻模板重量，进一步加固结构。在提高产品质量的同时，尽快批量生产该模具，以满足市场日益扩大的需要。
6 结束语
在近几年内，我国的玻璃钢业及住宅产业的飞速发展为玻璃钢通风管道提供了广阔的市场。玻璃钢通风管道市场有非常大的潜力，在刚刚开发的玻璃钢通风管道市场竞争激烈，而这种竞争主要是质量的竞争。而高质、高档的玻璃钢通风管道才能具有竞争力，这其中模具设计是关键。因此，玻璃钢通风管模具的设计具有重要意义。
实践证明，通过以上工艺处理，生产出的玻璃钢通风管道能达到镜面效果，大大提高了手糊玻璃钢制品的内外观质量。组合式玻璃钢通风管道模具特别适合于大批量的玻璃钢通风管道的生产，能反复多次使用，省时、省工，是目前最理想的玻璃钢通风管道模具之一。用它生产的玻璃钢通风管道表面凹槽及小孔都被填平，使表面光洁平滑。
1 玻璃纤维的发展历程及其基本性能
玻璃纤维在复合材料领域具有极其重要的作用，很早就引起人们的关注，20世纪30年代末，自玻璃纤维问世并且出现环氧树脂和不饱和聚酯以来，形成了无机材料与有机材料相结合而形成的具有新型功能的复合材料时代，为玻璃纤维气层压材料和玻璃纤维增强塑料(FRP)的发展奠定了基础。
通常，玻璃纤维外表呈光滑的圆柱状，其截面呈完整的圆形。近20年来，国外已研究出异形的玻璃纤维。
玻璃纤维密度一般在2.50~2.70g/cm3左右，主要取决于玻璃成分。
3~9μm玻璃纤维拉伸强度为1470~4800MPa，远远超过其它天然纤维、合成纤维及各种合金材料。
根据胡克定律原理拉伸纤维，测出纤维的断裂伸长，计算出弹性模量为E=0.098·C2·P/g。
由于玻璃纤维具有良好的电绝缘性能和介电性能，故可作各种绝缘材料、雷达罩、透波材料等。
玻璃纤维在自然条件下，经过阳光、风、雨和水气或其它气体的长期作用，会发生老化现象，强度也会逐渐丧失或产生其它的物理化学变化。
玻璃纤维具有很高的耐热性，其软化温度为550~750℃。
对细纤维而言，如长期处于张力作用下，就会在很大程度上“疲劳”。
由于玻璃纤维是脆性材料，断裂伸长很小，故其柔性较小或脆性较大，这是玻璃纤维的主要特点。
玻璃纤维的吸水作用比天然纤维和人造纤维小得多。
玻璃纤维在复合材料中起增加强度的作用。
2 玻璃钢复合材料的应用
自从1953年世界上第一部FRP汽车·GMCorvette制造成功以后，玻璃钢/复合材料即成为汽车工业的一支生力军。传统的手糊成型工艺只适用于小批量生产，无法满足汽车工业不断发展的需要。从20世纪70年代开始，由于SMC材料的成功开发和机械化模压技术以及模内涂层技术的应用，促使玻璃钢/复合材料在汽车应用领域的年增长速度达到25%，形成汽车玻璃钢制品发展的第一个快速发展时期。
中国的复合材料发展起始于1958年，首先用于军工制品，而后逐渐扩展到民用。1958年以手糊工艺研制了玻璃钢艇，以层压和卷制工艺研制玻璃钢板、管；1962年引进不饱和聚酯树脂，喷射成型和蜂窝夹层结构成型技术，并制造了玻璃钢的直升机螺旋桨叶和风洞叶片，同年开始纤维缠绕工艺研究并生产出一批氧气瓶等压力容器。
3 项目研究的背景、目的及意义
无机玻璃钢通风管(又称玻璃纤维氯氧镁水泥通风管)是以氯氧镁水泥为胶结料，中碱玻璃纤维为增强材料、加入填充材料和改性剂等所制成的一种管材，无机玻璃钢通风管道是继树脂基玻璃钢通风管道和铁皮通风管道之后出现的新一代通风管道，现在已成为工程通风中的道选产品。它具有不燃烧，属不燃材料A级、耐腐蚀、强度高和重量轻等特点。在建筑工程、地下工程以及工业厂房的通风中，它也已经安全取代了不耐燃的有机玻璃钢通风管，并在逐步取代防腐性能差的镀锌皮通风管。
尤其是在湿度大的地下工程和长江以南地区，它的优越性更为显著。
随着我国经济的持续高速发展，工业、民用建采用集中式空调通风的范围越来越广泛，而无机玻璃钢通风管道作为其主要末端设备，因为其有耐腐蚀、防潮性、成本低等特点，所以它的主要应用包括纺织、化工、印染、发电、大型超市、商场、办公楼等诸多领域。德州市在改革开放中，已成为全国最大的玻璃钢产品基地，仅此一项年产值约3亿元，发展前景十分广阔。中央空调及末端产品已成为我市的支柱产业之一。
当前无机玻璃钢风道生产一直采用木制模具制作，其缺点是①该模具为一次性使用，用完后即拆，虽然大规格模具也可改为小规格模具继续使用，但仍造成很大的木材浪费，在我国木材资源日益紧张的环境下，这一点显得尤为重要；②由于无机玻璃钢原料在化学反应过程中释放出大量的热量，易使木制模具发生变形，从而使风管的平面垂直度产生一度的偏差；③木制模具表面存在许多小的凹陷，这样会使风管的内表面的光洁度受到影响，使摩擦阻力系数增加；④机械化程度低，增加劳动力成本。
组合式玻璃钢通风管道模具设计的目的，主要是使模具由固定型式改为拆装组合式，即可模面为板式紧固结构，不同规格的模板可自由组合，从而达到各种不同规格的模具可重复利用的功效。同时由于轻型钢板的耐热性较强，故不会出现变形，减小了平面度偏差，也提高了产品内表面光洁度，减小磨擦阻力系数，加上附属设备的配套使用，提高了劳动生产率、降低了劳动生产成本，对进一步提升该产品在同行业的竞争力，提高我市在该领域的经济效益具有十分重要的意义。
4 设计原理及研制过程
4.1 设计原理
本模具主要依据机械设计、机械制造理论和机械制造工艺，结合夫机玻璃钢通风管道的生产工艺，进行设计制作。
无机玻璃钢通风管道均为矩形，将四个模具板面均设为活动型式，每个板面的两端均设置四个套管，两端的法兰盘的四角均设置四个插销，因此和四个模板面连接固定，管腔内部采用拉紧条，对整个模具进行拉紧加固。
4.2 研制概述
该项目的设计理念多为结构简单、紧凑、轻便实用且精确度要高。玻璃钢的固化反应是一个放热反应，玻璃钢模具在固化成型后会产生一定的收缩，并且由于玻璃纤维铺置方法不同，收缩率也不一致，因而会产生许多微裂纹。同时，由于树脂喷涂、搅拌过程中带进的气泡在模具固化后会留下许多微孔。针对这些情况，再根据多年来翻制玻璃钢模具的经验体会，我们在选用放热峰低的树脂基础上，要严格控制模具的放热峰温度，尽量减少由此而产生的固化收缩，即采用分次糊制的办法，每次糊制的厚度控制在2~3mm范围内。为了严格控制模具的几何形状和尺寸精度，采用角钢、方钢、木材等进行加强，来提高玻璃钢模具的整体强度和刚度，防止使用过程中出现变形，影响模具的使用寿命。
(1)模具主要材料的选择
用于模板的材料我们采用2500×1250×0.95mm的冷轧钢板，其特点是强度高、重量轻、刚性好；用于法兰盘的角钢，采用25×25×4mm的热轧等边角钢。
(2)加工设备的选择
要主设备有SNVMER IK801数控机度；QC12Y多功能剪板车床；线性切割机床；ZX7GBT逆变式直流手工电焊机等。
4.3 模具材料的选择
用料规格为角钢，25×25×4mm(实选为25×25×2mm)，热轧等边角钢；圆管，φ=20mm，h=2mm，焊管两端有等角；薄铁板，2500×2500×0.95mm，采用冷轧钢板，其强度高，刚性好；法兰盘框架，25×25×2mm角铁，法兰盘外围铁条(端部定位铁板里侧均厚2mm)；风管内导向斜铁板，厚2mm加紧螺旋，采用梯形螺纹φ18mm，铁管φ50/φ42mm
模具规格为管长2000mm；管宽1000mm；管高630mm；管壁厚5mm；法兰盘宽×厚为40×6mm；尺寸按1000×630mm计算。
底面俯视图、端面视图及法兰正面图分别见图1、2、3。
5 存在问题和进一步打算
目前存在的问题是模具的模板材料重量还稍重，强度还不够，模板连接处的缝隙稍大。今后应继续完善工艺及技术水平，进一步减轻模板重量，进一步加固结构。在提高产品质量的同时，尽快批量生产该模具，以满足市场日益扩大的需要。
6 结束语
在近几年内，我国的玻璃钢业及住宅产业的飞速发展为玻璃钢通风管道提供了广阔的市场。玻璃钢通风管道市场有非常大的潜力，在刚刚开发的玻璃钢通风管道市场竞争激烈，而这种竞争主要是质量的竞争。而高质、高档的玻璃钢通风管道才能具有竞争力，这其中模具设计是关键。因此，玻璃钢通风管模具的设计具有重要意义。
实践证明，通过以上工艺处理，生产出的玻璃钢通风管道能达到镜面效果，大大提高了手糊玻璃钢制品的内外观质量。组合式玻璃钢通风管道模具特别适合于大批量的玻璃钢通风管道的生产，能反复多次使用，省时、省工，是目前最理想的玻璃钢通风管道模具之一。用它生产的玻璃钢通风管道表面凹槽及小孔都被填平，使表面光洁平滑。
