大型拉挤玻璃钢电缆桥架的研制
摘要：本文以480*360*6大型拉挤玻璃钢电缆桥架为例，针对拉挤成型尺寸的玻璃钢电缆桥架的外形设计、结构、性能设计，以及生产设备、模具、工艺、产品性能等技术问题进行探讨。
1 前言
随着我国改革开放的不断深入，西部大开发的进一步实施，我国交通、通讯等基础设施的建设又迎来了一个新的周期。为满足目前先进的通讯、电力输送线路的平衡运行，需要相应高质量的产品配套，寻找一种电张电缆架空铺设桥架的理想材料是工程建设中迫切需要解决的问题。多年来，人们对电线电缆桥架材料通过从木材、铁板、镀锌板到手糊、模压玻璃钢电缆桥架的变革过程，逐渐认识到玻璃钢桥架的优越性。随着现代工业的迅猛发展，对现代厂房跨度增大，内部装饰要求提高，地铁、大桥用电缆桥架需免维护、延长使用寿命的提出，要求外形美观、接头少、免维护、使用寿命长的拉挤玻璃钢电缆桥架，尤其是大尺寸、长度长的拉挤玻璃钢电缆桥架的研制引起人们的关注。为此，我们有针对性、系统、全面地从拉挤玻璃钢电缆桥架的结构设计、性能设计、材料设计、24吨大型机组的设计与制造、模具设计及制造、预成型模设计与制造、胶液配方的确定、固化体系的改进、生产工艺技术的改进、性能测试等方面进行了研究。
2 大尺寸拉挤玻璃钢电缆桥架研究内容
2.1 拉挤玻璃钢电缆桥架的结构设计
拉挤玻璃钢电缆桥架根据使用条件不同，我们在调研的基础上，吸取国外拉挤玻璃钢电缆桥架、国内手糊、模压玻璃钢桥架的经验，在外形上制造了三个品种的玻璃钢桥架(详见表1、图1)。
[-page-]
2.2 24吨拉挤成型机组的研究
在产品结构设计定型的基础上，公司原有大的13吨拉挤成型机组仅能满足组合或阶梯式桥架的试制要求，而对南京长江二桥封闭式大尺寸电缆桥架试制，已有设备显然不符合要求。为此，我们专门设计制造了一条24吨拉挤玻璃钢成型机组。在该机组设计制造中，在以下几个方面有突破：
1、拉挤成型机组牵引力、夹持力为24吨，型材大截面尺寸为1000*800，创造了国内大的拉挤成型机组；
2、成型区由原来的8米增加到15米，确保大型型材的固化度，并增加了辅助牵引设备，为生产大型截面的产品提供了强有力的技术保证；
3、采用乔能仪表控温，控温误差在±2℃以内，电加热由上下加热板加热改为四面环抱模具加热及内部加热补偿相结合的方式，确保了拉挤成型大型制品的温控要求，提高了控温先进性；
4、自制了带有吸尘装置全自动的切割机，解决了大型拉挤产品成型中切割的难题及拉挤车间环境因切割造成的灰尘污染问题。
2.3 480×360×6拉挤玻璃钢电缆桥架模具设计与加工研究
根据480×360×6拉挤玻璃钢电缆桥架结构设计、尺寸设计要求，我们选用P20模具钢材质，约重3吨，为国内大的拉挤玻璃钢成型模具。其结构采用分片组合的模具结构，模腔采用渗碳处理，表面硬度HRC>50。模具中空带有加热棒辅助加热，确保制品在模腔内内外温差一致，产品固化均匀、不易开裂。模具的分型线设计为圆弧型，既减少尖角应力集中，又提刘了抗冲、抗弯强度，增加美感，同时降低阻力，便于拉挤成型工艺。
2.4 拉挤玻璃钢电缆桥架工艺参数的研究
2.4.1 拉挤玻璃钢电缆桥架增强材料设计与研究
在常用的拉挤玻璃钢角钢、槽钢、工字钢、实心棒结构中，主要使用玻纤粗纱，少量使用玻纤毡材，即使使用玻纤毡材仅是外表面一层，而拉挤玻璃钢电缆桥架作为电缆的支承结构件使用，使用中不仅需要具有抗拉强度，而且更需要具有较高的抗弯、抗冲力学性能以及较好的外观。仅用一层玻纤毡外包，其抗弯、抗冲、外观显然不能满足拉挤玻璃钢电缆桥架要求。为了提高拉挤玻璃钢电缆桥架抗弯、抗冲、外观性能和工程经济的可行性，先我们进行了玻纤含量的确定。由于制品外形尺寸大、壁薄，玻纤含量过高，则阻力大、易阻塞，常常因断裂而拉不出产品；玻纤含量过低，也由于壁薄、产品强度不够，既满足不了拉挤工艺要求而拉断，又不能满足终产品性能和机械强度要求。此外，我们分别以玻纤含量70%、65%、60%三档进行试验。近选定63%~65%左右玻纤含量较合适。在玻纤含量确定后，在一定玻纤含量范围内，通过不同规格的连续毡、不同型号的缝编毡试验，以及在不同工程中应用特性和工程经济可行性研究。在外观要求高、耐腐蚀环境恶劣的场合下，拉挤玻璃钢电缆桥架选以玻纤连续毡为主要毡材，缝编毡次之。在抗压、抗弯强度要求高、造价要求相对低的桥架中，选择缝编毡为主。这样较合理地运用玻璃钢可设计性特点，佳设计生产出性能可靠、经济可行的拉挤玻璃钢电缆桥架。
2.4.2 拉挤玻璃钢电缆桥架的配方研究
拉挤玻璃钢电缆桥架的配方是拉挤玻璃钢桥架中一个关键技术。拉挤玻璃钢电缆桥加的配方除了要考虑耐腐蚀性、机械性能、拉挤工艺性，还要考虑拉挤玻璃钢电缆桥架的阻燃性、抗静电性能。为此，我们在型材配方的基础上选用了添加型阻燃剂、抗静电剂，进行不同用量的试验。通过产品的性能比较，选用了填料较高的树脂胶液配方，既达到了产品的机械性能，又确保了阻燃性、抗静电性能满足使用要求。[-page-]
2.4.3 拉挤玻璃钢电缆桥架组装方式的研究
能否生产出拉挤玻璃钢电缆桥架型材是拉挤玻璃钢电缆桥架的研究重点，而将拉挤出的拉挤玻璃钢电缆桥架型材组装成桥架制品更是该项目能否推广应用取得更好社会经济效益的关键。我们研制的拉挤玻璃钢电缆桥架是为南京长江二桥重点工程配套产品，其专用性强。因此，我们在吸取国外同类产品技术基础上，采用下为“U”型槽体，上为镶嵌式盖板。其设计的上盖不仅可以做盖板，而且可以做下部“U”型槽体接头的粘结件使用。这样既方便施工、省材省工、降低工程造价，又使连接头连接得既美观又经济，深受用户好评。
2.4.4 生产工艺的技术改进
1、树脂浸渍胶槽及模具头温度的控制，在以往的小型制品的生产中影响并不大，而对于南京长江二桥产品截面积大、使用纱量陡增、所需浸胶槽尺寸巨大(1500*1200*500)、贮放树脂量高达200kg，且模具大、贮存热量大、散热慢，造成模口胶液回流量大、温度高、连续生产易造成树脂胶槽树脂贮存期短，甚至会出现料槽局部凝胶或暴聚现象，其后果不堪设想。为此，胶槽及模头采用水冷却系统，解决了胶槽、模头温度控制的难题，确保了正常生产。
2、由于拉挤的大型玻璃钢电缆桥架制品的截面积大，但壁厚又很薄，从模具中拉出来的产品未达到一定的固化度，不具有较高的强度，易变形。除了设备上采用加上长型区的方法，还添加了定型导辊，控制产品变形量，确保定型后的产品尺寸完全达到设计及使用要求。
2.4.5 生产工艺技术参数确定
(1)生产工艺流程
(2)树脂配方及成型工艺参数阻燃、抗静电配方
[-page-]
(3)增强材料
玻璃纤维粗纱 7200 Tex
玻璃纤维缝编毡 450g/m2
(4)拉挤速度
20~40cm/min
(5)设计温度
Ⅰ区 90~100℃
Ⅱ区 110~140℃
Ⅲ区 120~150℃
2.5 性能测试结果
通过性能测试(详见性能测试表2)，各项指标达到了预期指定性能目标，超过企业标准要求，尤其阻燃、抗静电性能，均满足了用户要求，实现本项目的研制目标，为大批量生产提供了质量保证。
[-page-]
3 应用情况
试制的480*360*6大尺寸拉挤玻璃钢电缆桥架在南京长江二桥重点工程上应用，由于拉挤玻璃钢产品具有外观美、强度高、耐腐蚀、电绝缘、阻燃、防静电优越性能，深受用户欢迎，已销售约300多万元，其社会经济效益明显，开发应用前途广阔。
4 结束语
(1)材料设计合量可行、产品质量完全符合《拉挤玻璃钢桥架》企业标准技术要求，且原材料充足，能够稳定、连续的大批量生产。
(2)本项目研制的大尺寸封闭式480*360*6的拉挤玻璃钢电缆桥架从生产设备、模具结构、产品截面尺寸、生产技术、产品性能等方面，经系统研究达国内水平。
(3)拉挤玻璃钢电缆桥架在石油、化工、电力、大桥等领域的工程应用，外观美、重量轻、耐腐蚀、不生锈、免维护等特性深受用户好评。南京长江二桥重点工程一次使用达300多万元，该项目具有较好的社会经济效益，市场前景广阔。
(4)抓住新一轮基础设施扩大的机遇，加大推广力度，尽快使该项目取得更好的效益。同时，该项技术也可为同行起到抛砖引玉的作用，为提高和普及我国的拉挤成型玻璃负技术水平做出贡献。
1 前言
随着我国改革开放的不断深入，西部大开发的进一步实施，我国交通、通讯等基础设施的建设又迎来了一个新的周期。为满足目前先进的通讯、电力输送线路的平衡运行，需要相应高质量的产品配套，寻找一种电张电缆架空铺设桥架的理想材料是工程建设中迫切需要解决的问题。多年来，人们对电线电缆桥架材料通过从木材、铁板、镀锌板到手糊、模压玻璃钢电缆桥架的变革过程，逐渐认识到玻璃钢桥架的优越性。随着现代工业的迅猛发展，对现代厂房跨度增大，内部装饰要求提高，地铁、大桥用电缆桥架需免维护、延长使用寿命的提出，要求外形美观、接头少、免维护、使用寿命长的拉挤玻璃钢电缆桥架，尤其是大尺寸、长度长的拉挤玻璃钢电缆桥架的研制引起人们的关注。为此，我们有针对性、系统、全面地从拉挤玻璃钢电缆桥架的结构设计、性能设计、材料设计、24吨大型机组的设计与制造、模具设计及制造、预成型模设计与制造、胶液配方的确定、固化体系的改进、生产工艺技术的改进、性能测试等方面进行了研究。
2 大尺寸拉挤玻璃钢电缆桥架研究内容
2.1 拉挤玻璃钢电缆桥架的结构设计
拉挤玻璃钢电缆桥架根据使用条件不同，我们在调研的基础上，吸取国外拉挤玻璃钢电缆桥架、国内手糊、模压玻璃钢桥架的经验，在外形上制造了三个品种的玻璃钢桥架(详见表1、图1)。
[-page-] 2.2 24吨拉挤成型机组的研究
在产品结构设计定型的基础上，公司原有大的13吨拉挤成型机组仅能满足组合或阶梯式桥架的试制要求，而对南京长江二桥封闭式大尺寸电缆桥架试制，已有设备显然不符合要求。为此，我们专门设计制造了一条24吨拉挤玻璃钢成型机组。在该机组设计制造中，在以下几个方面有突破：
1、拉挤成型机组牵引力、夹持力为24吨，型材大截面尺寸为1000*800，创造了国内大的拉挤成型机组；
2、成型区由原来的8米增加到15米，确保大型型材的固化度，并增加了辅助牵引设备，为生产大型截面的产品提供了强有力的技术保证；
3、采用乔能仪表控温，控温误差在±2℃以内，电加热由上下加热板加热改为四面环抱模具加热及内部加热补偿相结合的方式，确保了拉挤成型大型制品的温控要求，提高了控温先进性；
4、自制了带有吸尘装置全自动的切割机，解决了大型拉挤产品成型中切割的难题及拉挤车间环境因切割造成的灰尘污染问题。
2.3 480×360×6拉挤玻璃钢电缆桥架模具设计与加工研究
根据480×360×6拉挤玻璃钢电缆桥架结构设计、尺寸设计要求，我们选用P20模具钢材质，约重3吨，为国内大的拉挤玻璃钢成型模具。其结构采用分片组合的模具结构，模腔采用渗碳处理，表面硬度HRC>50。模具中空带有加热棒辅助加热，确保制品在模腔内内外温差一致，产品固化均匀、不易开裂。模具的分型线设计为圆弧型，既减少尖角应力集中，又提刘了抗冲、抗弯强度，增加美感，同时降低阻力，便于拉挤成型工艺。
2.4 拉挤玻璃钢电缆桥架工艺参数的研究
2.4.1 拉挤玻璃钢电缆桥架增强材料设计与研究
在常用的拉挤玻璃钢角钢、槽钢、工字钢、实心棒结构中，主要使用玻纤粗纱，少量使用玻纤毡材，即使使用玻纤毡材仅是外表面一层，而拉挤玻璃钢电缆桥架作为电缆的支承结构件使用，使用中不仅需要具有抗拉强度，而且更需要具有较高的抗弯、抗冲力学性能以及较好的外观。仅用一层玻纤毡外包，其抗弯、抗冲、外观显然不能满足拉挤玻璃钢电缆桥架要求。为了提高拉挤玻璃钢电缆桥架抗弯、抗冲、外观性能和工程经济的可行性，先我们进行了玻纤含量的确定。由于制品外形尺寸大、壁薄，玻纤含量过高，则阻力大、易阻塞，常常因断裂而拉不出产品；玻纤含量过低，也由于壁薄、产品强度不够，既满足不了拉挤工艺要求而拉断，又不能满足终产品性能和机械强度要求。此外，我们分别以玻纤含量70%、65%、60%三档进行试验。近选定63%~65%左右玻纤含量较合适。在玻纤含量确定后，在一定玻纤含量范围内，通过不同规格的连续毡、不同型号的缝编毡试验，以及在不同工程中应用特性和工程经济可行性研究。在外观要求高、耐腐蚀环境恶劣的场合下，拉挤玻璃钢电缆桥架选以玻纤连续毡为主要毡材，缝编毡次之。在抗压、抗弯强度要求高、造价要求相对低的桥架中，选择缝编毡为主。这样较合理地运用玻璃钢可设计性特点，佳设计生产出性能可靠、经济可行的拉挤玻璃钢电缆桥架。
2.4.2 拉挤玻璃钢电缆桥架的配方研究
拉挤玻璃钢电缆桥架的配方是拉挤玻璃钢桥架中一个关键技术。拉挤玻璃钢电缆桥加的配方除了要考虑耐腐蚀性、机械性能、拉挤工艺性，还要考虑拉挤玻璃钢电缆桥架的阻燃性、抗静电性能。为此，我们在型材配方的基础上选用了添加型阻燃剂、抗静电剂，进行不同用量的试验。通过产品的性能比较，选用了填料较高的树脂胶液配方，既达到了产品的机械性能，又确保了阻燃性、抗静电性能满足使用要求。[-page-]
2.4.3 拉挤玻璃钢电缆桥架组装方式的研究
能否生产出拉挤玻璃钢电缆桥架型材是拉挤玻璃钢电缆桥架的研究重点，而将拉挤出的拉挤玻璃钢电缆桥架型材组装成桥架制品更是该项目能否推广应用取得更好社会经济效益的关键。我们研制的拉挤玻璃钢电缆桥架是为南京长江二桥重点工程配套产品，其专用性强。因此，我们在吸取国外同类产品技术基础上，采用下为“U”型槽体，上为镶嵌式盖板。其设计的上盖不仅可以做盖板，而且可以做下部“U”型槽体接头的粘结件使用。这样既方便施工、省材省工、降低工程造价，又使连接头连接得既美观又经济，深受用户好评。
2.4.4 生产工艺的技术改进
1、树脂浸渍胶槽及模具头温度的控制，在以往的小型制品的生产中影响并不大，而对于南京长江二桥产品截面积大、使用纱量陡增、所需浸胶槽尺寸巨大(1500*1200*500)、贮放树脂量高达200kg，且模具大、贮存热量大、散热慢，造成模口胶液回流量大、温度高、连续生产易造成树脂胶槽树脂贮存期短，甚至会出现料槽局部凝胶或暴聚现象，其后果不堪设想。为此，胶槽及模头采用水冷却系统，解决了胶槽、模头温度控制的难题，确保了正常生产。
2、由于拉挤的大型玻璃钢电缆桥架制品的截面积大，但壁厚又很薄，从模具中拉出来的产品未达到一定的固化度，不具有较高的强度，易变形。除了设备上采用加上长型区的方法，还添加了定型导辊，控制产品变形量，确保定型后的产品尺寸完全达到设计及使用要求。
2.4.5 生产工艺技术参数确定
(1)生产工艺流程
(2)树脂配方及成型工艺参数阻燃、抗静电配方
[-page-] (3)增强材料
玻璃纤维粗纱 7200 Tex
玻璃纤维缝编毡 450g/m2
(4)拉挤速度
20~40cm/min
(5)设计温度
Ⅰ区 90~100℃
Ⅱ区 110~140℃
Ⅲ区 120~150℃
2.5 性能测试结果
通过性能测试(详见性能测试表2)，各项指标达到了预期指定性能目标，超过企业标准要求，尤其阻燃、抗静电性能，均满足了用户要求，实现本项目的研制目标，为大批量生产提供了质量保证。
[-page-] 3 应用情况
试制的480*360*6大尺寸拉挤玻璃钢电缆桥架在南京长江二桥重点工程上应用，由于拉挤玻璃钢产品具有外观美、强度高、耐腐蚀、电绝缘、阻燃、防静电优越性能，深受用户欢迎，已销售约300多万元，其社会经济效益明显，开发应用前途广阔。
4 结束语
(1)材料设计合量可行、产品质量完全符合《拉挤玻璃钢桥架》企业标准技术要求，且原材料充足，能够稳定、连续的大批量生产。
(2)本项目研制的大尺寸封闭式480*360*6的拉挤玻璃钢电缆桥架从生产设备、模具结构、产品截面尺寸、生产技术、产品性能等方面，经系统研究达国内水平。
(3)拉挤玻璃钢电缆桥架在石油、化工、电力、大桥等领域的工程应用，外观美、重量轻、耐腐蚀、不生锈、免维护等特性深受用户好评。南京长江二桥重点工程一次使用达300多万元，该项目具有较好的社会经济效益，市场前景广阔。
(4)抓住新一轮基础设施扩大的机遇，加大推广力度，尽快使该项目取得更好的效益。同时，该项技术也可为同行起到抛砖引玉的作用，为提高和普及我国的拉挤成型玻璃负技术水平做出贡献。
