高强度模压玻璃钢沼气池及其低投资模压设施——高频激振式无框架液压成型机

摘要：一种高强度的模压玻璃钢沼气池及其低投资的模压生产设施，模压玻璃钢沼气池的特征是由内衬富胶层、抗拉伸结构层和抗压缩结构层构成，抗拉伸结构层由无碱玻璃纤维布与不饱和聚酯树脂构成，抗压缩结构层由短切纤维和高填料不饱和聚酯树脂构成，符合并适应沼气池的受力原理。为其专门设计制造的低投资的液压模压设施是“高频激振压式无框架液压成型机”，其由一个阴模和二个阳模构成，其造价比现有SMC模压玻璃钢沼气池的压制设备节省资金90%，本实用新型具有强度高、寿命长、造价低、易推广的优点。

本技术的研制已经历经5年之久，他更大的用武之地是SMC模压玻璃钢制品，乃至国内尚没有开发的豪华游艇，电影中豪华游艇充满港湾的景象在中国还会遥远吗？在新的一年里，希望能遇志同道合。

现做技术公开，以期抛砖引玉，可电话直接交流   13653350148

背景技术

2005年，国家发改委、科技部、环保总局在2005-65号国家公告：《国家鼓励发展的资源节约、综合利用和环境保护技术》第2-36号项目中提出：“我国农村户用沼气池的建造一直采用混凝土现场浇铸和预制构件现场安装的方式，难以适应沼气建设与商品化、市场化发展的要求。而聚酯树脂玻璃钢沼气池技术……是一个可以推广应用的商品化沼气池生产技术”。公告发布前后，全国的玻璃钢沼气池百花齐放。在历经几年的的研制和生产实践之后，农业部总结了行业的经验，于2009年5月1日颁布、实施了行业标准NY/T1699-2009《玻璃纤维增强塑料户用沼气池技术条件》，对现有玻璃钢沼气池的种类及技术条件进行了规范。该标准按玻璃钢的生产工艺将玻璃钢沼气池的种类划分为4种：手糊玻璃钢沼气池，片状模塑料（简称SMC）模压玻璃钢沼气池，纤维缠绕玻璃钢沼气池，树脂传递模塑（RTM）玻璃钢沼气池。其中，后两种产品由于生产速度慢、成本高已逐步退出市场，由此，目前市场供应的玻璃钢沼气池就只剩手糊玻璃钢沼气池和SMC模压玻璃钢沼气池二个品种。本申请将对这两个品种的相同和不同之处进行分析和比较。在标准NY/T1699-2009中，手糊玻璃钢沼气池和SMC模压玻璃钢沼气池相同之处在于都必须采用不饱和聚酯树脂和中碱玻璃纤维这二种材料制造；不同之处在于①弯曲强度不同:手糊是100MPa,而SMC是80 Mpa，手糊高于SMC。其原因是各自采用的玻璃纤维材料的长度不同，手糊玻璃钢沼气池为中碱玻璃纤维布，属于连续纤维。而SMC模压玻璃钢沼气池则采用长度为25 mm的短切中碱玻璃纤维，连续纤维玻璃钢的强度必然高于短切纤维玻璃钢；②手糊玻璃钢沼气池的池壁结构为内衬富胶防渗层和结构层相结合，而SMC只有一层，在SMC的工艺中它没有办法加上这个防渗层，因此手糊的抗渗性要好于SMC；③虽然弯曲强度要求不同但池体的荷载要求却相同，如6m3的沼气池，不论手糊或SMC，同样都要承受18Kpa的荷载，如此，在同样荷载条件下，就手糊玻璃钢沼气池弯曲强度高于SMC这一点来说，手糊安全系数或寿命就要高于SMC了。在上述3个项目的比较中，SMC模压玻璃钢沼气池都劣于手糊玻璃钢沼气池。再有，压制SMC模压玻璃钢沼气池必须要3000吨的四柱式巨型液压机，这个巨型四柱式液压机框架的跨内宽度要达到3米，框架内的高度要达到4米，框架外形尺寸在4×4×10米上下，否则，那个必须承受3000吨压力，直径3米、高1米多的沼气池模具就无法进入液压机的框架之内。一套这样的液压机和压制模具投资巨大，一个年产3万台SMC模压玻璃钢沼气池的压制设备需投资千余万元，这当然不是一般的玻璃钢企业能够承受的，由此，其产品的生产成本高于手糊也是必然的。而对于手糊玻璃钢沼气池来说投资极低，任何人都可以轻而易举的投资生产：一个农民花2000元买一台玻璃钢沼气池就可以当作2个生产模具，在自己家的院子里就可以照猫画虎的生产玻璃钢沼气池了，就可以在本村和邻村销售赚钱了——这可以说是手糊玻璃钢工艺的优点，但这也正是手糊玻璃钢沼气池的致命弱点！其导致手糊玻璃钢沼气池的质量千差万别，即便是比较正规的玻璃钢厂家，对控制手糊玻璃钢沼气池质量的一致性也是很难做到的。就这一点来讲，SMC模压玻璃钢沼气池由于生产设备和生产条件相对固定而质量一致性必然极高，而且可以快速、大规模的生产，因此，SMC模压玻璃钢沼气池以高质量和大规模而满足了行业市场的大量需求，受到了越来越多的用户的普遍欢迎。由此，在NY/T1699-2009标准于2009年5月1日颁布后的几个月内，行业市场的需求已经趋向以SMC模压玻璃钢沼气池为主。例如,2009年12月30日四川省新能源办公室招标50万台沼气池建设项目的{dy}个10万台招标，就要求必须是模压玻璃钢沼气池，河北枣强玻璃钢集团投资5000万元的一条年产3万台7m3模压玻璃钢沼气池生产线因供不应求又投资5000万元建设第二条生产线等等，总之，目前全国的模压玻璃钢沼气池的总产量不足30万台，距市场需求还相距甚远。但是，SMC模压玻璃钢沼气池的强度低于能够达标的手糊产品，这是事实；一套设备动辄几千万投资又的确太高，这些确实都是SMC存在的缺点，这极大的制约了行业的发展，更无法满足国家通过沼气池节能减排的规模和速度的需要。因此，SMC模压玻璃钢沼气池的强度要以手糊玻璃钢沼气池为方向进行提高，而投资则要以手糊玻璃钢沼气池为方向设法降低。即：实现高强度的模压玻璃钢沼气池及其低投资的模压生产设施是现有模压玻璃钢沼气池技术的改进方向。

发明内容　

为了实现对现有模压玻璃钢沼气池生产技术的提高和改进，本实用新型提供一种高强度的模压玻璃钢沼气池及其低投资的模压生产设施，一并解决了现有技术的上述二个问题。

一种高强度模压玻璃钢沼气池，采用不饱和聚酯树脂，玻璃纤维布模压压制，池壁结构具有内衬富胶防渗层（1）和结构层（2），其特征是：结构层（2）由抗拉伸结构层（3）和抗压缩结构层（4）构成，抗拉伸结构层（3）采用无碱玻璃纤维布与不饱和聚酯树脂构成，抗拉伸结构层（3）在结构层（2）靠近内壁侧并与内衬富胶层（1）紧密粘接，在沼气池池壁的最外层是由短切纤维和高填料含量的不饱和聚酯树脂糊构成的抗压缩结构层（4），且抗压缩结构层（4）与抗拉伸结构层（3）与防渗层（1）紧密粘接为一个整体。本实用新型能够实现这个高强度模压玻璃钢沼气池的关键，除结构的合理之外，更重要的是在于成功的设计和制造了这个高强度模压玻璃钢沼气池的低投资的模压生产设施，它就是：高频激振式无框架液压成型机。

本实用新型在保持手糊玻璃钢沼气池高强度的前提下以低投资生产设施实现了模压玻璃钢沼气池的生产。将手糊玻璃钢沼气池中的中碱玻璃纤维布改进提高为无碱玻璃纤维布，其目的在于，虽然无碱玻璃纤维布的价格比中碱玻璃纤维布要高15%，而强度却高出20%以上，以这个20%强度的提高为基础，减少了20%的中碱玻璃纤维布的用量，其结果首先是缩短了用于20%中碱玻璃纤维布的操作时间，由此在确保提高强度，保持成本的前提下降低了人工费用，提高了生产速度。并且，无碱纤维玻璃钢，在耐水性和使用寿命方面都优于有碱纤维玻璃钢。另外，沼气池主要承受外压，在结构层（2）内表面的拉伸受力面设置抗拉伸结构层（3），在外表面的压缩受力面设置抗压缩结构层（4），符合力学原理，满足了沼气池外压状况下的弯曲受力的需要，{zd0}限度的发挥了材料的性能，由此而进一步提高了沼气池的弯曲强度及刚度。     

本实用新型的有益效果是对现有玻璃钢沼气池池壁的结构进行了改进，在不增加产品成本的前提下实现了玻璃钢沼气池强度的提高，增大了沼气池的使用安全性，延长了使用寿命，并且，专门设计制造了低投资的模压设施——高频激振式无框架液压成型机，在此基础上实现了玻璃钢沼气池的低成本机械模压生产，集手糊和模压优点于一身，克服了手糊和SMC二个产品各自的缺点，有助于我国沼气事业的发展，有助于国家的节能减排和环境治理。

具体实施方式

在实际生产中，这种高强度模压玻璃钢沼气池，按照本实用新型的上述结构分布，以现有技术中的方法，严格操作、精心管理即可。

根据生产实践，实现本实用新型高强度模压玻璃钢沼气池生产的首要条件就是必须首先实现其低投资的模压生产设施，否则，这个高强度模压玻璃钢沼气池就无从谈起。申请人为此专门设计制造了这个高强度模压玻璃钢沼气池的专用生产设施——高频激振式无框架液压成型机，该生产设施以极低的造价代替了现有技术中的四柱式液压机和模具，这二个设施的造价差异悬殊：由本实用新型的“高频激振式无框架液压成型机”组成的生产线，在同样年产3万台模压玻璃钢沼气池的前提条件下，其造价为120万元，仅为现有SMC技术1100万元造价的10%，节省投资90%！这个90%的节省是通过以下一系列的技术创新实现的：

1.首次在模压玻璃钢技术领域使用振动压力成型，由此节省压力95%：低频振动压制技术，以往都用于大型炭素材料和大型耐火材料的压制成型，与单纯的直接压制成型相比，振动成型可以节省95%的压力。原因是：对于颗粒状物体，振动降低了颗粒之间的粘接材料的黏度，减小了在压制中颗粒移动的阻力，并使材料及模具内气体排气的通畅。但将振动压制技术用于SMC模压玻璃钢时能否同样节省95%的压力呢？在本实用新型之前没有人进行过尝试，但能够降低95%的压力这无疑是申请人所期待的。为此，申请人制造了专用的高频振动式压力机，用现有的SMC片材进行了“高频激振”式的压制试验，试验表明：按现有技术对SMC模压玻璃钢片材的直接压制必须要（5~7）Mpa的压强SMC片材才开始流动性，而在我们的高频振动压制时不足0.5Mpa即已经流动。这个实验结果说明：采用高频振动压制法压制SMC模压玻璃钢同样可以节省95%的压力。究其原理：①振动压制降低了树脂糊的表面张力，降低了物料的运动粘度，降低了树脂糊流动及玻璃纤维移动的阻力，并同样使排气通畅。②振动压制，实际上是就是把直接压制变成了冲击压制，对压制的强度具有数倍乃至数十倍的放大作用，并且，频率越高等同冲击次数越多。

2.xx液压机、模具一体化的无框架液压机，节省压机造价90%：能够压制沼气池的液压机，其液压缸的行程至少要达到3m以上。上模要抬起的高度要包括压制深度的1米、成品出模的1米和上模本身的高度的1米，并且还需加上上下模具的安装高度。但是，这个庞然大物在压制池壁厚度仅4mm的模压玻璃钢沼气池时，液压机在压制和脱模时的有效行程仅仅10mm就已足矣，而一旦完成这个压制和脱模的10mm的有用机械效率之后，液压缸剩下的2.99米长的上行、下行程只是带着个上模具上下行走，对这个3000吨的压力来说，几乎就是空行！按此计算，液压缸的行程效率就只有10㎜/3000㎜=0.3%喽。而在本实用新型的高频激振无框架液压机中，则将上模具的上、下行程由巨大的液压机完成“转交”给一个仅2吨起重量的小小的电动葫芦来完成，这一个“转交”意义重大，效果卓著！显然，在这3米的行程中，是由巨型液压机来完成上模具的上、下行、还是由2吨电葫芦来完成，其效果可以说是一样的，都是带动上模具上和下，但就设备结构的简、繁，资金耗用的多、少而论，就相差数十倍喽！

另外，要模压、就必须有压制的“压”力，有脱模的“拉”力，在现有技术的液压机中，是由底座、立柱和上横梁形成的液压机框架来承受和实现这个“压”力和“拉”力，而几十吨重的模具端坐其中，仅仅是承受压、拉而已，别无他用。而在本实用新型中，则直接利用模具本身的材料及结构安装起液压缸并建立起模压和脱模时的拉、压受力点，从而一举舍弃了液压机庞大的框架，由此形成压机、模具一体化的无框架的专用液压机，从而节省了90%以上的钢材和机械加工费用。而节省80%的用电及由此而降低了产品的成本等，则是另外的问题。

图3给出了这个高强度模压玻璃钢沼气池的低投资模压生产设施“高频激振式无框架液压成型机”的结构图，它所具有的特征是：阳模（5），阴模（6），电动葫芦（7）由下至上在同一个中心线上依次排列设置，阳模模腔（22）凸球面向上，球面口朝下固定在阳模十字梁（24）的水平面上，阳模十字梁（24）由4根槽钢立面相对焊接而成，它的4个端部的立面中心线上与阴模液压缸（9）中心线对准的位置上都设有液压缸销轴孔（25），其横向梁的二个端部的上水平面焊接有2个与中心线调角安装的压制定位板（28），阳模十字梁（24）底面由圆周均布固定在地面上的4个压缩弹簧（26）支撑并使阳模（5）呈上下弹性浮动状态，在阳模模腔（22）凸球面的顶部中心钻有脱模气孔（21）与中心管（27）相通，中心管（27）直立在阳模模腔（22）内的中心线上，用其上下管口将阳模模腔（22）顶部内壁与阳模十字梁（24）的上平面密封焊接联为一个密封腔体，压缩空气管道（15）焊接在中心管（27）的管壁并向阳模外部引出，阳模硅橡胶电加热板（23）在阳模模腔（22）内壁上贴紧固定；阴模（6）通过4根电葫芦钢丝绳（17）悬吊在电动葫芦（7）的吊钩上并可上下和左右的横向移动，阴模模腔（12）与阳模模腔（22）同样凸球面向上并呈阴、阳模配合状态，阴模、阳模的二个中心位置可通过人工开动电动葫芦（7）移动对准，模口外缘的2个压制定位销（19）固定在阴模模口的外套上并与阳模十字梁（24）上的2个定位板（28）的中心对准，4个液压缸支架（10）圆周均布在阴模（6）的中心十字线的外套上并将4个液压缸（9）倒置悬挂，液压缸活塞耳环（8）垂直向下，4个振动电机（11）在液压缸（9）的上部卧式安装且其中轴线与阴模的纵横十字中心线垂直，在距阴模模腔（12）外壁20mm处严密焊接并均匀包裹了一层薄钢板而形成阴模的导热油加热套（13），在其外表面用加热套保温层（14）严密包覆而实施保温隔热，在导热油加热套（13）的底部圆周均布、垂直安装了16个电加热管（18），顶部焊接有正方形的导热油膨胀箱（16），垂直焊接在阴模模腔（12）顶部中心线上的压缩空气管道（15）由导热油膨胀箱（16）中心线上穿油而过，在阴模模腔（12）顶部中心处同样钻有脱模气孔（21）与压缩空气管道（15）直接联通。在电动葫芦（7）将阴模（6）对准阳模（5）下落并扣在阳模（5）上时，4个液压缸连接销轴（20）插入在4个液压缸活塞耳环（8）和阳模液压缸销轴孔（25）中，从而将阴、阳模连接为一体，此时的4个液压缸（9）是加压成型和脱模的力源，而且也成为了液压机的4根支柱，在阴模（6）下落扣在阳模（5）上的过程中，压制定位销（19）插入阳模的压制定位板（28）的定位孔中使阴、阳模准确定位。另外还包括，一个阴模（6）与二个阳模（5-1）和（5-2）分别配合压制，且二个阳模（5-1）和（5-2）的中心连线与电动葫芦工字梁（29）的中轴线在同一个平面内，电动葫芦（7）可以延电动葫芦工字梁（29）将阴模（6）分别扣在阳模（5-1）或（5-2）上，从而实现玻璃钢沼气池的压制生产。

本实用新型的高频激振式无框架液压成型机，每分钟振动3000次，振幅约1mm，液压机{zd0}压力200吨，液压脱模推力250吨。用这个高频激振式无框架液压成型机压制出来的本实用新型的高强度模压玻璃钢沼气池，经检测符合并略高于农业部行业标准NY/T1699-2009《玻璃纤维增强塑料户用沼气池技术条件》的要求，产品检验合格。

本实用新型的缺点：由于高频激振式无框架液压成型机的造价已经降低到极限，在生产设施和生产操作上除加热温度等简单的自动控制外，主要生产操作过程全部由人工操作实现，因此对操作者要有较高的要求。在这里，投资减少了90%，但对生产管理等条件的要求不能减少90%，而应该是相应的增加。尤其对于乡镇企业，这一点要尤为注意，必须要达到正规化的生产管理才能够实现正常、稳定的生产。当然，现有技术中千余万元的SMC模压设施，它虽然各种自动控制设施应有尽有，但对操作者也仍然有较高的要求，甚至是更高的要求……