冷却塔生产工艺及制作

工艺概述

1.工艺流程

玻璃钢冷却塔手工（糊）成型的工艺流程如图11-20所示。虽然工艺形式有多种，但生产过程基本相同，大致都可归结为定型、浸渍、固化三个方面。

（1）定型

定型的关键是按设计制作的模具，将增强材料均匀地配置。把增强材料预先定型的过程称为预定型。预定型应做到与最终定型形状一致。

（2）浸渍

浸渍是把增强材料周围的空气用树脂基体置换的过程，浸渍过程分脱泡和浸透两个步骤。基体黏度、基体和增强材料的组成比例、增强材料的形态是支配浸渍好与差、易与难的主要因素。

（3）固化

固化是化学反应的过程，是分子结构由一维变为三维的过程。通常基体稳定在不妨碍际应用的状态，为使固化表现出来而采用反应引发剂进行化学激发，用促进剂或加热来促进反应。

成型过程中三个方面之间存在着相互影响、相互制约的关系，可用图11-21表示。

2.准备工作

（1）模具处理

冷却塔质量的好与否，表面是否光洁美观，主要决定于模具，因此不仅仅是用清洁剂和清水冲洗（忌用有溶解作用的丙酮），而应对模具进行表面处理，去除模面上的一切尘埃、微粒、油迹等，使模面和冷却塔表面达到镜面效果。

表面处理流程如图11-22所示，所用的工具、材料以及操作，在前面已进行过论述，这里不再重复。

（2）制作工具

在制作之前，应把图11-1，图11-4的有关施工制作工具准备妥当。工具应设专人管理和清理，用后工具上的树脂、物件应及时清理干净，避免操作时工具上的灰尘、生产中的碎杂物粘在湿树脂上，影响冷却塔质量。

1）为配料工和糊制工提供清洁的工具，并做好工作使用情况及损坏情况记录。

2）工具上的残存树脂清除后，工具放在封闭的容器内，聚丙酮浸泡（玻璃钢制的工具除外）备用。

3）交付使用的任何工具，都应是清洁及干燥。

4）打蜡用的毛巾、羊毛垫子（毡），要用热的肥皂水或清洁剂清洗，再经清水过净，干燥后才能使用。清洁剂也有用热的纯碱水溶液代用，要改变价格较贵又危险的丙酮作为清洁剂。

5）盛胶衣的专用容器，每次用完都应清洗，不允许有结皮及颗粒存在，也不允许为了方便清洗而在器具内壁涂蜡。

3.铺层计算

玻璃钢冷却塔的大小不同。风筒上部设置风机、电机、支架、传动装置等的荷载不同，故塔体铺设的玻璃纤维布层数和厚度也不同，应通过计算确定。大致有以下几种计算方法。

（1）手糊玻璃钢塔体厚度与层数计算

①厚度测算

手糊玻璃钢塔体厚度计算式为：t=m×k（11-6）

式中t———塔体厚度（mm）；

m———材料单位面积重量（kg／m2）；

k———厚度常数（mm／（kg·m-2））即每1kg／m2材料的厚度，k值见表11-18。

②铺层层数计算

手糊玻璃钢冷却塔铺层层数计算式为：

（2）玻璃钢塔体的重量计算法

1）按塔的形状尺寸和纤维含量计算法

玻璃钢塔体是由几种不同材料组合而成，其配合比不同，重量也不同。最大的不同往往是由玻璃纤维含量的差异引起。胶衣树脂与铺层树脂虽然有差别，但差别并不大，所以可按照铺层树脂的密度来处理。

设玻璃纤维和树脂的混合密度为ρ，则：ρ=ρg·α+ρr（1-α）（11-8）

式中ρg———玻璃纤维密度，一般为2.5～2.7g／cm3；

α———玻璃纤维含量（%）；

ρr———树脂密度，一般为1.1～1.2g／cm3。

重量为：

式中A———成品表面积（cm2）；

ρ———玻璃纤维密度（g／cm3）；

t———成品（塔体）厚度（mm）；

tr———胶衣层厚度（mm）；

ρr———同式（11-8）。

2）按塔铺层结构计算

在上述计算中，没有考虑实际操作中铺层重叠，计算结果有一定误差。实际中常采用玻璃纤维含量与使用树脂品种来计算重量。

根据工艺及结构设计确定玻璃纤维含量，充分考虑增强材料的重叠部分，然后根据图11-23查出对应树脂与玻璃纤维的比值（倍率）B。

式中B———树脂与玻璃纤维的重量比；

α———玻璃纤维含量（%）；

Wr———树脂重量（kg）；

Wf———玻璃纤维重量（kg）。

4.基本要求

（1）成型工艺环境条件

成型时要求室温≥15℃，相对温度≤80℃。

（2）外观质量

冷却塔塔体外表面胶衣层应均匀，平均厚度不大于0.5mm，表面光滑无裂纹，色调均匀。玻璃钢塔体外表面的气泡和缺损允许修补，但应保持色调一致。修补后塔体外表面上直径3～5mm气泡在1m2内不允许超过3个。塔体内表面为富树脂层。塔体边缘整齐，厚度均匀，无分层，加工断面应加封树脂。

（3）树脂含量

塔体的树脂量（不计胶衣层和富树脂层）控制在45%～55%，富树脂层的树脂含量在70%以上；喷射成型部分在65%以上；阴模对压成型玻璃钢风机叶片的树脂含量控制在43%～50%。

（4）固化度

不饱和聚酯树脂玻璃钢的固化度要求不小于80%，环氧树脂玻璃钢的固化度要求不小于90%。

（5）玻璃钢弯曲强度

不饱和聚酯树脂玻璃钢的弯曲强度不低于MPa（kgf／cm2），环氧树脂玻璃钢的弯曲强度不低于MPa（kgf／cm2）

制作工艺

1.配方

这里讲的是树脂配方，在FRP冷却塔中常用的为不饱和聚酯树脂和环氧树脂，故这里只叙述这两种树脂的配方。

（1）环氧树脂

1）常用配方（重量分数，见表11-19）

2）参考配方（重量分数）

●环氧树脂，间苯二胺15，二丁酯15，短切玻璃纤维10，冷固化，用于修补。

●环氧树脂，多乙烯多胺8～10，苯乙烯10～25，通用，冷固化。

●环氧树脂，HHPA，吡啶6，23℃／h。

●环氧树脂，PMDA24，热固化，耐热（℃）玻璃钢。

●环氧树脂，NA40，Al2O，玻璃钢成型及胶接耐热，℃／30h。

●环氧树脂，＃30，℃／40h。

●环氧树脂＃，β2羟乙基乙二胺20，稀释剂10，室温固化，玻璃用沃蓝处理，含胶量50%。

●环氧树脂＃，＃聚酰胺45，三乙烯四胺5，稀释剂10，玻璃布用沃蓝处理，含胶量50%。

（2）聚酯树脂

1）聚酯树脂配方I（重量分数）

●＃聚酯树脂，过氧化环己酮二丁酯糊（50%）1～4，萘酸酤苯乙烯溶液（10%）1～4，邻苯二甲酸二丁酯5～10。

●＃聚酯树脂，过氧化苯甲酰糊（50%）2～3，二甲基苯胺苯乙烯溶液（10%）0.1～0.3。

●聚酯树脂，过氧化甲乙酮2，环烷酸钴（或辛酸钴）2。

●聚酯树脂，过氧化二苯甲酰2。

热固化：室温+60℃／1h+80℃／4h+℃／4h+℃／4h。

2）聚酯树脂配方Ⅱ（重量分数）

＃聚酯树脂，过氧化苯甲酰糊（50%）2～3，二甲基苯胺乙烯溶液（10%）0.1～0.3。上述各配方中固化剂等用量可在一定范围内变动，可根据糊制时的温度、湿度、塔体大小等加以调整。

2.配料

（1）大配料。在大的容器中每次放入几十公斤树脂，加入需要的颜料糊、填料、稀释剂等。采用机械搅拌，搅拌器叶片最好为双层，搅拌时应使物料上下翻动，搅拌时间由搅拌效果决定，一般在2h以上，搅拌速度为～r／min。若工艺上需要，可在大配料中预先加入促进剂，但不宜加入固化剂，否则不宜多配，因加固化剂后用不完不宜贮存。

配制黏度大的环氧树脂，一般先将树脂用水加热到40℃左右，加入稀释剂，搅拌均匀后再加固化剂，立即使用。

（2）配小料。小料是指现场制作时每次所用的料。应是用多少配多少，每次以5kg左右为宜。在夏季，若需要可将配好的小料，连桶浸在水中，同时搅拌，以散热延缓凝胶时间到来。

（3）小样试验。因材料变更或气候变化，应进行小样实验——小块玻璃钢试验。以此来确定大致配方，并做记录。对于聚酯树脂的常规配方，其他因素不变的情况下，适合操作的凝胶时间为40～60min，环境温度与促进剂E的用量关系，可参考表11-20，促进剂E用量与凝胶的关系见表11-21。

从表11-21可见：促进剂用量在0.5%～2%之间对凝胶时间影响很大。2%以上凝胶时间减少不多，说明引发所需要的促进剂E的用量，并非越多越好。

（4）配料工与糊制工要合作配合。未经工艺员批准不得更改配方。配料工要及时向糊制工提供配好的树脂，督促糊制工按工艺要求使用材料和掌握糊制进度。

（5）聚酯树脂配料原则：

1）加料顺序一般先钴化物后酮化物，先酮化物后钴化物也可以，但不能同时加入，应搅拌均匀后再加另一种。

2）搅拌时速度要慢，特别是小配料或配胶衣时，否则空气混入会给产品造成气泡。

3）有关工具、容器要严格分开，不应共用。

4）不论聚酯树脂还是环氧树脂，凡是冷固化配方加入固化剂和促进剂后，要在规定时间内用完。

（6）所用颜料，为了分散均匀，建议使用颜料糊，而且必须充分搅拌。可用少量苯乙烯等稀释剂将颜料糊稀释，浸泡一定时间再投入大料中搅拌。

（7）配置带色胶衣时，为使同批冷却塔有同样深浅的颜色，应大配料。配好的胶衣应静置2h后再加入固化剂、促进剂，稍加搅拌再使用，以免空气混入。

（8）要加入足够量的固化剂以固化，并利用固化反应热来加速树脂固化。故当气温低时可适当多用促进剂，还可采取适当保暖措施。

（9）配料时对固化剂、促进剂等各种添加剂精确称量，严禁不称量凭经验的做法。

3.胶衣制备

胶衣是冷却塔表面的既起保护作用，使塔面光洁明亮，又有装饰作用的树脂层。上胶衣时的有关问题如下。（1）必须待脱模剂完全干燥后才上胶衣。

（2）涂刷或喷涂要均匀，不宜过厚或过薄，用量宜～g／m2，厚度为0.25～0.4mm。最好涂两层，待第一层初凝后再涂第二层，每次间隔时间约40～60min。

（3）胶衣层可用表面毡为增强；胶衣黏度可用3%～5%的丙酮调节；环境湿度过大时，可用风机送热风或用红外线灯加热降湿。

（4）在紧靠胶衣的1～2层布或毡中用与胶衣相同颜色的树脂，使胶衣用量减少，又可避免下面的纤维或其他颜色显露。

（5）胶衣中不应混入机械杂质，可用旧的薄尼龙袜过滤；胶衣涂后如要加快固化，可用阳光直照，也可用红外线灯照射，但要保持湿度平衡。

（6）冬季低温时，为降低胶衣或树脂的黏度，应在使用前2～3h将胶衣或树脂转入到暖室内。

胶衣颜色由冷却塔的颜色需要而定，一般来说淡色比深色美观，色彩的调配见表11-22。

胶衣中间色的调配见表11-23。

4.糊制

糊制是手工（糊）工艺中主要环节，需多次训练，以求熟练。

（1）待胶衣初凝，手感软而不黏时，立即铺层糊制。

（2）冷却塔表面层的主要功能是美观、保护内层，对强度并无过高要求。因树脂固化收缩，易使布纹凸起，造成表面不平滑，故表层除用胶衣外还可用0.06～0.1mm厚的薄布、表面毡等。

（3）紧贴胶衣的增强材料，最好用1～2层断切纤维毡，或用0.2方格布，要注意排除气泡。树脂也要饱和，以利浸透和排除气泡。

（4）大塔厚度超过7mm，可分两次成型，待放热缓慢时再继续。如果使用有蜡树脂糊制厚壁塔体时，为防止固化时发热量过大，却需途中停下来时，只有将前次已固化的含蜡表面磨去才能继续。

（5）玻璃布之间的接缝应互相错开，搭缝宽度不小于50mm，有的是采用搭接布的1／2，糊完一层后再于第二层补上1／2。转弯受力处等可增加布层。棱角处尽量不搭接。

（6）如玻璃布正交铺覆，则玻璃钢两个方向上的力学性能相同，要想玻璃钢各向同性，则需用毡作增强材料，多角度缝合毡为理想，或将布做0°、45°、90°、°、0°依次铺覆即可。

（7）用方格布时，含胶量控制在50%～55%；用毡时，控制在70%～75%。最好逐层计量，树脂定量使用。

（8）为提高冷却塔收缩段的强度和刚度，在设计的间距中需埋入一定厚度的弯曲钢板（弯曲角度与收缩一致）。应在铺层达到60%以上后再埋入，这样不影响表层质量。

（9）糊制时用力沿布的经向和纬向，朝一个方向赶气泡，或从中间向两头赶气泡。使布层贴紧，含胶量均匀。

（10）糊制时应打开窗户自然通风，用电风扇或吊扇通风，特别是要及时排除苯乙烯气体，否则会影响人体健康，也会影响树脂固化。糊制完毕后待固化，最后脱模。

5.喷射

喷射也是手工成型工艺的主要内容。喷射速度高于糊制，在拐角、弯边等处制作更显优势，使用喷射机（喷枪）应注意以下几方面。

（1）调整切割，使玻璃纤维切割长度在25mm以上。

（2）通过泵或压缩机的压力和调整喷头，使之能生成适当的雾状。

（3）树脂喷射器和玻璃纤维切割量要适当；树脂和玻璃纤维喷射方向相一致。

（4）一次的喷射量由厚度、脱泡作业性决定。

（5）对成型面的喷射角度只能是直角，角度大喷出的树脂和玻璃纤维飞散，损耗多。

（6）在作业现场要有充分的照明度，必须使用防爆照明器材。

采用全部喷射的玻璃钢壁厚不易控制，强度偏低，作为手工工艺的一个组成需要与布、毡的糊制相配合使用。

6.固化

在模具中糊制的玻璃纤维增强塑料需要一定时间进行固化成型，这是不可缺少的阶段。塔体的巴氏硬度随固化时间的延长而增加，吸水量随固化时间的延长而减少。硬度象征着固化度，固化8h硬度为8；固化24h后硬度可增加到40。冷却塔手糊不饱和聚酯树

脂玻璃钢塔体脱模时间不应小于24h，否则会因脱模而造成变形。为缩短脱模时间，条件许可时，可在60～80℃下处理2～3h。

塔体脱模后仍需一定时间继续自然固化。不同树脂的玻璃钢自然固化时间也不同，一般环氧树脂，聚酯树脂需要15d左右，酚醛树脂需要20d，环氧呋喃树脂需要30d。

塔体不应放在室外（除短时间加工之外），否则因太阳的不均匀照射，会使有些颜色（特别是果绿色）褪色，而且易变形；塔体较大玻璃钢单块，存放时要有合理支撑点，否则极易变形、翘曲。

因聚酯树脂固化度需要7d时间才趋于稳定，而加热固化既可缩短室温固化时间又能提高玻璃钢固化度，所以玻璃钢成型塔体在室温固化24h，硬度迅速上升的趋势已结束，应进行加热固化，或称热处理。

7.脱模

脱模是指成型的玻璃钢单块塔体与模具分离的过程。脱模对手工工艺至关重要，如不慎，有可能单块玻璃钢塔体被损坏而报废。

脱模的方法及原则为以下方面。

（1）脱模前先将超过模具边缘的玻璃钢毛边、纱头剪出或凿掉，便于顺利脱模。

（2）脱模时不能硬打硬敲，根据模具形状结构，因势利导以智脱模。若确需槌打，应用木槌或橡皮槌。

（3）脱模工具最好用木制，以防止表面划伤。脱模过程为：

1）用硬铜或硬塑料制成的锲子轻轻锲入成型体与模具之间恰当部位。

2）在上述基础上，从模具上没有气孔处吹入压缩空气或注入高水，使之逐渐分离，如图11-24所示。

3）在模具的适当位置，装上用尼龙等材料制成的顶块从模具下方用镙杆顶出，辅助脱模，如图11-25所示。顶时用力要恰当，保护好胶衣，尽量在顶块处不留下痕迹。

（4）脱模后如有分层，可用注射器从针孔中注入树脂。

脱模好与差，关系到塔体质量和模具保护，应设计者与操作人员共同研究和配合。

最后是塔体拼装，把脱模的单块塔体，按前述的连接方法拼装成完整的塔体。抽风式逆流式玻璃钢冷却塔如第3章中图3-6所示；横流式玻璃钢冷却塔如图3-7所示。

生产车间

（1）玻璃钢车间平面设计考虑因素

玻璃钢冷却塔生产车间平面设计，一般要考虑的因素为：制品种类；制品等级；制品构造和成型方法；成型条件及产品；技术水准和作业环境；周围条件及安全、卫生、保健；原材料贮存场所；树脂的配制；增强材料的裁剪；成品、模具的制作保管；成型设备的配置；起吊设备及冷却塔的组装；产品的发货运输；试验室及附属设施（工具、机械、动力、锅炉、办公等）；废物处理及环境保护等。

（2）平面布置

通常采用集中式布置和分散式布置两种，集中式布置是将主要生产工段放在一个联合车间内；分散式布置是将各主要生产工段分别设计成独立车间，用输送设备将各主要工段连接起来。复合材料手糊成型工艺采用集中式布置为妥。

1）面积组成主要为以下方面：生产操作需要面积；设备安装与检修面积；变配电室、控制操作室、隔音室、采暖通风等面积。

2）布置的原则和要求：首先应符合总平面布置和要求；合理规划出入口、通道、楼梯、过桥等，最低高度不得小于3m；排水沟管、电缆沟、工艺设备管道的地沟、坑等地下构筑物统一合理考虑；要有足够的贮存、堆放面积。按生产顺序及流程布置，使操作连接畅通。

2.设备布置原则及要求

（1）设备布置基本原则设备布置要把车间的设备按照工艺流程（如图11-47所示）要求定位，确定各自的相对位置。设备的布置应根据工艺流程顺序，符合流水作业的要求确定相互之间满足操作要求和规定的距离。要求做到既流程顺畅又整齐美观，既便于安装、操作、维修又便于管理和运输。

（2）设备布置的工艺要求设备布置力求工艺流程线畅通、紧凑；设备、车间、人员、运输等通道和检修场地；废料处理；对于噪声大、灰尘多、潮湿的设备要实施隔音、除尘、防潮措施，尽量防止污染；要有良好的采光和通风设施；尽可能节省面积，提高车间利用率。

（3）玻璃钢生产车间

玻璃钢冷却塔成型车间位置不宜建在水边，以减少湿空气的影响。周围不堆放易燃物，要留有消防车通道及消防设施。

对玻璃钢塔体生产车间的设置要求为：车间电器灯具最好是防爆的；车间入口处备有灭火器、砂箱、灭火设备；车间创造调温、调湿措施，尽力做到冬天≥15℃，夏天≤30℃，湿度在≤75%，暂时做不到调温、调湿的，应做到机械通风；车间内有一定的有毒气体，必须排除，要有排风换气设备，要求每小时换气5次，风速≤0.7m／s；要设置吊装设备，并满足吊装高度；车间地面应采用混凝土，树脂运输定线，糊制定点，点线相连；车间以自然采光为主，人工照明应采用日光灯；配料室要防火、耐火，容器、量具、工具必须清洁、准确；纤维裁剪间要有除尘、吸尘措施，不得将尘埃排到空气中造成公害，并室内要防火；模具保养间光线充足，备有模具维修保养工具、材料等。还有对仓库、脱模剂，胶衣等方面要求，这里不作论述。

3.人员培训

对于玻璃钢手糊成型操作人员应进行培训，培训内容和要求参考表11-26。

可以说玻璃钢制品是一种手工艺品，不仅需要反复实践、精益求精，还应掌握一定的复合材料力学、有机化学理论及掌握结构设计、工艺美术的方法。手糊成型看起来方法简单及单调，也不需要过多的设备和工具，但手糊成型恰是工艺要求严格，需要熟练操作技术的操作工进行制作，所以必须对有关人员进行严格有序的培训。

4.安全生产及防护

常用于玻璃钢冷却塔的不饱和聚酯树脂对人体无多大不良影响。而苯乙烯、强氧化剂（如过氧化环己酮、过氧化二异丙苯）等有一定的毒性和危害。

高浓度的苯乙烯对人的表现有麻醉作用，对皮肤黏膜等的刺激作用。浓度达到mg／m3时，立即会引起黏膜刺激症状，眼部刺痛、流泪、结膜充血、流涕、喷嚏、易疲劳、眩晕等。在一般条件下通常不至于发生严重的急性中毒情况，但在无专用抽风机的情况下，调配聚酯树脂糊及搅拌时苯乙烯浓度可达0mg／m3，平均为mg／m3（停止搅拌30min降到66mg／m3）。长期受苯乙烯的影响，可能会出现神经系统、消化系统、皮肤黏膜等方面的变化。

过氧化环己酮、过氧化二异丙苯等强氧化剂对皮肤黏膜有刺激作用，直接与皮肤接触会引起腐蚀，眼睛所受威胁最大。但在使用已配制好的树脂糊时，上述两种氧化剂含量较少，无明显的损害作用；丙酮易燃、易挥发，沸点56.1℃，毒性较低，主要是麻醉作用和对皮肤黏膜有刺激作用。还有酚醛树脂、环氧树脂等对皮炎有一定影响。

为此，操作人员应穿戴保护眼睛、口罩、工作裤、风帽、胶皮手套等进行防护。对于会产生大量的带状、块状切屑及细小粉尘的车间及工场，必须通风除尘，一般采用高压离心通风机，进行上送下排式通风措施。总之要实行必要劳动防护和安全措施。

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