手糊法制备玻璃钢集装箱的设计开题报告

 2021-08-14 18:32:10

1. 研究目的与意义(文献综述包含参考文献)

文献综述

复合材料作为一种新型的材料在当今社会已经被人们所认可,其以良好的物理化学性能在各个领域得到广泛运用,而以复合材料制成的玻璃钢集装箱比传统材料制成的集装箱更能满足工业以及运输业的需求,得到各界好评[15]。

1.1集装箱的用途、分类与特点

集装箱(Container)是在海、陆、空不同运输方式进行联运时用以装运货物的一种容器。香港称之为货箱。台湾称为货柜。关于集装箱的定义,国际上不同国家、地区和组织的表述有所不同。国际标准化组织(ISO)将集装箱定义为是一种运输设备;具有足够的强度,可长期反复使用;为便于商品运送而专门设计的,在一种或多种运输方式下运输时,无需中途换装;具有快速装卸和搬运的装置,特别是从一种运输方式转移到另一种运输方式时;设计时注意到便于货物装满或卸空;内容积为1m3或1m3以上[7]~[10]。

集装箱的种类繁多,按箱内所装货物一般分为:

(1)通用干货集装箱(DryCargoContainer)

(2)保温集装箱(KeepConstantTemperatureContainer)

(3)罐式集装箱(TankContainer)

(4)台架式集装箱(PlatformBasedContainer)

(5)平台集装箱(PlatformContainer)

(6)敞顶集装箱(OpenTopContainer)

(7)汽车集装箱(CarContainer)

(8)动物集装箱(PenContainerorLiveStockContainer)

(9)服装集装箱(GarmentContainer)

按结构分,有折叠式集装箱、固定式集装箱等,在固定式集装箱中还可分密闭集装箱、开顶集装箱、板架集装箱等;

按总重分,有30吨集装箱、20吨集装箱、10吨集装箱、5吨集装箱、2.5吨集装箱等。

按材料分,主要有:

(1)钢制集装箱。用钢材制成,强度大,价格适中,质量大,防腐性能差。

(2)铝合金集装箱。由铝合金板材和型材构成,质量小,箱体尺寸不大,但造价高,在航空领域中应用较多。

(3)不锈钢集装箱。与钢质集装箱相比,质量小,防腐蚀性能好。

(4)木集装箱。不能经久耐用,浪费木材资源,不利于可持续发展。

(5)玻璃钢集装箱。用玻纤和合成树脂混合在一起制成薄薄的加强材料,用黏合剂粘在胶合板的表面上形成玻璃钢板材而制成。

集装箱之所以成为一种很受欢迎的运输工具,主要在于它有如下特点:

(1)能长期反复使用,具有足够的强度;

(2)途中转运,不需动集装箱内的货物,可以直接换装;

(3)可以进行快速装卸,可以从一种运输工具直接方便地换装到另一个运输工具;

(4)便于货物的装满与卸空;

我们本次毕业设计主要研究和设计的是玻璃钢集装箱。

1.2玻璃钢

1.2.1玻璃钢的定义和特点

不同的集装箱制备方法不同,本课题主要是研究玻璃钢集装箱。玻璃钢学名玻璃纤维增强塑料。它是以玻璃纤维及其制品(玻璃布、带、毡、纱等)作为增强材料,以合成树脂作基体材料的一种复合材料[1]~[4]。由于其强度相当于钢材,又含有玻璃组分,也具有玻璃那样的色泽、形体、耐腐蚀、电绝缘、隔热等性能,像玻璃那样,历史上形成了这个通俗易懂的名称玻璃钢。随着我国玻璃钢事业的发展,作为塑料基的增强材料,已由玻璃纤维扩大到碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、氧化铝纤维和碳化硅纤维等,无疑这些新型纤维制成的增强塑料,是一些高性能的纤维增强复合材料,再用玻璃钢这个俗称就无法概括了[5]~[6]。

1.2.2玻璃钢集装箱的定义及其优缺点

玻璃钢集装箱:是在钢制的集装箱框架上镶装上玻璃钢复合板构成的。玻璃钢复合板主要用于制作侧壁、端壁、箱顶板和箱底板,玻璃钢复合板是在胶合板的两表面涂敷玻璃钢而构成的,实际上是由胶合板、树脂和玻璃纤维组成的板。

与其他材料制造的集装箱比较,玻璃钢集装箱具有如下优点:

(1)壁板可制成整块,具有较好的防水性;

(2)自重轻,侧壁可采用无柱子的结构,能扩大内部容积,多装货物;

(3)不生锈,耐腐蚀、耐化学性;

(4)隔热性好,能防止箱内结露,保护箱内货物免受湿损;

(5)易于清扫,制造维修简便,便于制造多种形状的专用集装箱,适应多种形状货物;

(6)性价比较高,具有一定的经济意义。

(7)可减少对钢材的需求量,有利于节能减排。

玻璃钢集装箱与全金属集装箱相比虽然一次性投资较大,但由于玻璃钢集装箱维修方便、维修费用低,使用年限长,总的经济效果比钢制集装箱好[11]~[14]。

1.2.3玻璃钢的成型方法

玻璃钢的生产方法基本上分两大类,即湿法接触型和干法加压成型。

按工艺特点来分,有手糊成型、层压成型、RTM法(树脂传递模塑)、挤拉法、模压成型、缠绕成型等。手糊成型又包括手糊法、袋压法、喷射法、湿糊低压法和无模手糊法。

从世界各国来看,手糊法仍占相当比重,日本的手糊法仍占50%,我国有90%以上的FRP产品是手糊法生产的,说明它仍有生命力。近年来,我国从国外引进了挤拉、喷涂、缠绕等工艺设备,随着FRP工业的发展,新的工艺方法将会不断出现[16]~[17]。

1.2.3.1手糊成型

手糊成型是用玻璃纤维及其织物等增强材料和不饱和聚脂、环氧树脂等室温固化的热固性树脂胶液在模具上铺敷成型,温室(或加热)、无压(或低压)条件下固化,脱模成制品的工艺方法。复合材料最早的一种成型方法,虽然它在各国复合材料成型工艺中所占比重呈下降趋势,但仍不失为主要成型工艺,在我国玻璃钢工业制造中占据主要地位[18]。

手糊成型的主要原辅材料有增强材料(加捻布、无捻布、短切纤维毡、表面毡等)、合成树脂(不饱和聚脂、环氧树脂等)、固化剂(过氧化物类、胺类等)、促进剂、填料、着色剂、阻燃剂、防静电剂等。一般应根据产品的性能技术要求,合理选择玻璃纤维种类、树脂配方及铺设方式。

其工艺流程如图1-1所示:

图1-1手糊成型工艺流程

手糊成型具有下列优点:

(1)不受产品尺寸和形状限制,适宜尺寸大、批量小、形状复杂产品的生产。

(2)设备简单、投资少、设备折旧费低。

(3)工艺简便。

(4)易于满足产品设计要求,可以在产品不同部位任意增补增强材料。

(5)制品树脂含量较高,耐腐蚀性好。

手糊成型的缺点为:

(1)生产效率低,劳动强度大,劳动卫生条件差。

(2)产品质量不易控制,性能稳定性不高。

(3)产品力学性能较低。

手糊成型工艺设计自由度大,适用于制造各种形状较复杂及非定型的玻璃钢产品,目前在我国各行业中得到广泛应用,可制作的FRP产品非常广泛[19]~[21]。

1.3总结

从强度、刚度和经济效益来看,用玻璃钢复合板代替波形钢板制造玻璃钢集装箱是完全可行的。此外玻璃钢优良的耐腐蚀、不生锈、质量轻等特点,使之用于制造运输某些有特殊要求货物(如化学药品等)的集装箱更具有优越性。随着我国集装箱运输事业的不断发展,玻璃钢集装箱必将拥有广阔的应用前景。而手糊工艺是最原始的制造工艺,投资小,施工方便。因此,通过这次的设计课题研究,我将运用所学知识设计出能够符合实际使用的玻璃钢集装箱。

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

本课题要研究的问题:

1)研究手糊玻璃钢的生产工艺及其影响因素;

2)研究集装箱的力学结构;

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