摘要：本文是以环氧树脂系统固化的特点与内加热固化优势，讨论快速高效的玻璃钢制造技术。
　　关键词：环氧玻璃钢管，内加热固化，树脂迁移运动，催化型固化剂
　　1前言
　　纤维缠绕环氧玻璃钢制品，上至高精尖如火箭发动机壳体， 下至民用的工业产品如气瓶、化工和油田管道，大都采用酸酐固化剂环氧树脂基体。因为这类配方工艺性能较好，制品也具有良好的机械和物理、化学性能。成型时产品要加热固化，通常是置入固化炉中进行。这种制品进炉固化的方式被称为“外加热固化方式”，或简称为“外固化”。外固化的特点显而易见是初始温度场为外高内低，即传热方向由外部空间指向制品的中心轴线。
　　与外固化方式对应的即是“内加热固化方式”简称为“内热式”固化，它是通过先加热制品内部的芯模来实现的。这些都为纤维缠绕工艺的“内热式”技术提供了可借鉴的类比模式。对于玻璃钢管这类形体仅为简单柱状体的制品，较为容易实现芯模的内加热固化；前提是只要再配以适宜的、能快速固化的树脂配方，就能够实现环氧玻璃钢管道快速、高效的工业化制造过程。
　　此外内加热模具可获的所希望的胶液流动分布状态及胶液含量，改善纤维持续浸渍，并有利于微气泡的散出，从而提高制品质量，同时节约能源。
　　2内加热式固化
　　 内加热固化是通过模腔中的较小热阻的金属管壁直接传给欲固化的玻璃纤维层。这种快捷的方式会很快使制品升温，可以恰到好处的引发环氧树脂的凝胶和固化反应。如果工艺条件设置得当时，可以在数分钟内完成树脂固化的全过程。
　　2.1内加热固化系统
　　内加热式芯模可以按照供热介质的不同，分为电、油、水和蒸汽几种内型。本文主要讨论电加热。
　　内加热传热介质向模具钢管壁输送热量，使其温度快速上升，通过传导又将热量传附在模具上的缠绕层。当温度升限达到一定温度时缠绕层所含的树脂就会逐步出现升温、粘度下降、流动迁移，进而凝胶、粘度上升、凝胶结束、进一步交链成为三维网状结构；即完全固化和后固化的过程。反应完成后，再输送冷却介质使芯模迅速冷却，将出现制品与模具因“热胀冷缩”滞后产生的空隙，以便顺利脱模。
　　2.2内加热与树脂迁移运动
　　环氧树脂在使用酸酐类固化剂时，必须添加叔胺或季胺等促进剂，以使产品性能优良。缠绕结束后便开始固化，内热式芯模将热量传给制品，树脂受热后粘度下降，使纤维能更好地继续浸渍，并有利于微气泡逸出。在这一阶段还发生了树脂分子的迁移运动，分子受热后增加了运动的能量，有了迁移运动的可能。而内热式芯模使得模上的温度场是内高外低，这个温度差便函是凝胶以前树脂分子迁移运动的动力。迁移运动的主方向由外向内，这是因为内层树脂温度高、粘度低，使得内层阻力减小，外层树脂向内迁移。这一物理过程伴随着环氧基开环加成聚合反应历程而受限制，直至树脂分子反应到凝胶为止。树脂迁移运动的结果 是在玻璃钢管道内壁形成了一层富树脂层。这一因热动力自动生成的富树脂层具有优良的力学与化学性能，正是此类管道得天独厚之处。
　　比较外热式与内热式，二者树脂迁移运动方向恰好相反。外热式由内向外，一般在固化炉中固化的环氧树脂管道内腔表层的树脂不够丰满，甚至有“缺胶”痕迹，用肉眼就可辩别。其物理原因正是由于凝胶前树脂分子迁移运动所致。
　　2.3热膨胀与加压固化
　　纤维缠绕成型的特点是经过杆系磨擦带着较大张力的纱束，紧紧地包裹住钢质芯模。缠绕完毕后，钢模壁便承受着相当大的压力。如果工艺不严格，纤维张力会散逸。
　　内热式固化给纤维缠绕层带来益处。炽热的加热介质使模体迅速膨胀，而紧裹模体的纤维缠绕层反成为模体膨胀的约束,于是，在树脂系统凝胶固化时玻璃钢层是在内加压状态下进行。这不但使松弛的纤维重新张紧，而且使用权内表层结构更加密实。
　　3促进剂的作用
　　众所周知，环氧树脂的固化剂一般分为胺与酸酐二大类。其实凡能打开环氧树脂环进行加成聚合反应的物质皆可称为固化剂。对于加成聚全反应，固化剂本身已加入其中成为网状组份之一。若其使用量过少，则尚有未能反应的环氧基，故反应不彻底。因此就有一个恰当加入量问题。
　　以阳离子或阴离子方式使环氧树脂的环氧基开环进行加成聚合，而其本身并不加入到网状结构中去的物质，就是所谓“催化型固化剂”即通常所谓的“促进剂”它不存在等当量反应的适宜量，其增加量仅使用权反应速度加快而已。
　　要与内热式固化相适应使树脂快速固化，须选用全程的促进剂，较合适的为叔胺或季胺类物质。
　　3.1潜伏性固化剂
　　潜伏性固化剂种类繁多，对纤维缠绕玻璃钢来说应用较多的是“热溶解型”，如双氰胺、咪唑化合物以及多胺盐类等。
　　其它的多胺盐也有类似特性。利用多胺盐在指定的温度下进行固化反应，而在此之前充分利用其潜伏期对胶液粘度增长较小的特性进行缠绕成型，这正是快速高效制管物理机制的妙用。
　　3.2凝胶曲线与固化温度
　　作出环氧树脂系统的凝胶曲线对制定合理的固化温度十分重要。通常通过实验测出不同温度下的凝胶时间并作图，见图1用以指导工艺实践。
　　4实验
　　NOL环试样制作与原材料
　　 胶液配置比例：
　　胶液配制程序：根据试样需用量，按比例称好各种材料。依次将环氧树脂、液态酸酐、增韧剂放入容器，搅拌均匀。添加二甲基苄胺，充分搅拌。失效时间为6小时。胶液温度为30℃―40℃。
　　内模加热固化温度为180℃，时间30―40分钟，在烘箱中80℃固化一小时。取样加工至规定尺寸，加工的试样表面平整、光洁、无裂纹，颜色为浅黄色，没有局部发白、缩孔、气泡、起层及缝隙。
　　单向NOL环力学性能
　　测试结果表明采用内模加热NOL环复合材料力学性能优异，且该树脂任性好、与玻璃纤维界面粘结强度高、耐疲劳性能好。
　　4 结论
　　通过实验证明内加热式芯模可以快速高效的解决纤维缠绕环氧玻璃钢制品的制造问题，解决了环氧玻璃钢不能快速高效进行工业化生产的技术症结，为玻璃钢的高效制造提供了技术保障。