專利名稱：一種層狀的圓筒形玻璃纖維結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種層狀的圓筒形玻璃纖維結(jié)構(gòu)及由這種結(jié)構(gòu)制成的熱水器組件。
各種不同類型的熱水器是公知的，但大部分熱水器都是由金屬制成的，因此就可能銹蝕。獻(xiàn)身的陽極僅用于延緩銹蝕，但不能解決銹蝕問題。
近年來，已經(jīng)有人使用某些纖維加強(qiáng)塑料來解決銹蝕問題，例如在南非專利82/6865中所公開的那種熱水器。這種類型的壓力熱水器通常不能在重量和強(qiáng)度之間找到完全令人滿意的折衷方案。這樣，就需要提供一種既輕且具有足夠強(qiáng)度，而且不會(huì)過高增加成本的防銹蝕熱水器。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面提供一種層狀的圓筒形玻璃纖維結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)限定一中心軸線，并包括至少一個(gè)定向的纖維層和至少一個(gè)相鄰的非定向纖維層，該非定向纖維層疊在定向纖維層上，其中定向纖維層包括一第一組單軸纖維和一第二組單軸纖維，第一組單軸纖維沿垂直于所述軸線的方向延伸，以提供環(huán)向強(qiáng)度，第二組單軸纖維沿平行于軸線的方向延伸，以提供軸向強(qiáng)度。
非定向?qū)幼詈檬侨S向的，即不考慮該層受拉伸的方向，該非定向?qū)哟篌w表現(xiàn)出相同的強(qiáng)度特性。
在本發(fā)明的一種形式中，定向纖維層包括一織造層，在該織造層內(nèi)，第一和第二組纖維包括以0-90度的構(gòu)形編織在一起的經(jīng)紗和緯紗。
在本發(fā)明的另一種形式中，第一和第二組纖維沒有被織造在一起，而是構(gòu)成了單獨(dú)的層，這些單獨(dú)的層可被縫合在一起，同時(shí)非織造的非定向?qū)釉谄溟g延伸。
定向纖維層可被夾在兩個(gè)非定向?qū)又g。最好將多個(gè)(一般為三個(gè))非定向?qū)优c相應(yīng)數(shù)量(一般也為三個(gè))的非定向?qū)右詫訝畹慕Y(jié)構(gòu)方式交替設(shè)置。
該非定向?qū)右话阌伤楣刹ＡЮw維墊(chop strand fibreglass mat)構(gòu)成，而定向纖維層一般由織造的纖維墊構(gòu)成，同時(shí)以玻璃纖維布的形式存在的纖維之密度至少為325gm-2。
這些層在樹脂轉(zhuǎn)換模制工藝(resin transfer mouldingoperation)或手工層壓工序(hand 1aminating procedure)中應(yīng)用樹脂被層壓在一起。在本發(fā)明的一種形式中，所用的樹脂為環(huán)氧乙烯基樹脂(epoxy vinyl esther resin)。此外，所用的樹脂還可以包括通常用于層狀結(jié)構(gòu)之外層內(nèi)的間苯二酸(isophthalic)或類似樹脂，而環(huán)氧乙烯基樹脂被用于內(nèi)層。
本發(fā)明還提供一種包括上述層狀圓筒形玻璃纖維結(jié)構(gòu)的熱水器組件。
這種熱水器組件包括一圓筒形的承壓內(nèi)部容器和多個(gè)附件，在該內(nèi)部容器的一端設(shè)置有一接頭安裝部分并包括多個(gè)孔，至少一個(gè)接頭穿過該孔延伸并以壓力密封配合的形式被機(jī)械固定到該安裝部分上，而且在制造過程中不被置于玻璃纖維中，所述多個(gè)附件被安裝到接頭上并延伸到內(nèi)部容器內(nèi)。
內(nèi)部容器有利地包括一半球形的內(nèi)部容器頂部，一圓筒形的主體部分，在半球形內(nèi)部容器的頂部?jī)?nèi)限定有一接頭裝配部分，所述圓筒形的主體部分設(shè)置有一開口端和一半球形端，主體的開口端通過一上述類型的層狀圓筒形玻璃纖維結(jié)構(gòu)與頂部的開口端相連接。
層狀的圓筒形玻璃纖維結(jié)構(gòu)并非限于熱水器，其可以被用于其它受到內(nèi)部壓力的圓筒形結(jié)構(gòu)中，例如玻璃纖維管道。


圖1為熱水器組件沿圖6之剖示線1-1的剖視圖，該組件形成了本發(fā)明之玻璃纖維結(jié)構(gòu)的一部分；圖2為沿圖1之剖示線2-2的局部細(xì)節(jié)剖視圖；圖3為沿圖1之剖示線3-3的局部細(xì)節(jié)剖視圖；圖4為沿圖1之剖示線4-4的局部細(xì)節(jié)剖視圖；圖5為圖1中的熱水器組件沿箭頭5的方向的端部視圖；圖6為圖1中的熱水器組件的頂部立體視圖。
參照?qǐng)D1，一熱水器10包括一內(nèi)部容器12，一外部殼體14和一充填在內(nèi)部容器12之外表面與外部殼體14之內(nèi)表面之間空隙內(nèi)的膨化聚氨脂泡沫材料。內(nèi)部容器12由一圓筒形主體構(gòu)成，該圓筒形主體設(shè)置有一半球形的端部18和一相對(duì)的部分半球形的頂部20，該頂部20設(shè)置有第一和第二部件裝配區(qū)22和24，這兩個(gè)裝配區(qū)各包括一平面部分，用于安裝包括溫度及壓力閥26、出口管28、入口管30和加熱部件32在內(nèi)的熱水器組件。各種不同的組件通過接頭38和40以壓力密封的配合形式機(jī)械裝配在接頭安裝區(qū)22和24內(nèi)，其中接頭38和40是由硬耐熱塑料例如加強(qiáng)的玻璃Zytel經(jīng)注塑制成。接頭38和40具有8字的形式，具體見同為未審結(jié)的南非專利申請(qǐng)97/1758及相應(yīng)的外國(guó)專利申請(qǐng)，在本說明書中，其細(xì)節(jié)作為參考引用。
參照?qǐng)D2，內(nèi)部容器或缸的圓筒形主體17由多層狀的層材41形成。該容器通過樹脂轉(zhuǎn)移模制工藝或手工層壓工藝制造而成，現(xiàn)接合附圖具體說明。
一種以密度為32gm-2的非織造織物形式存在的化學(xué)穩(wěn)定的玻璃纖維第一層42被放置在圓筒形的模具上，并被一預(yù)先催化的Derakane牌環(huán)氧乙烯基樹脂浸濕。根據(jù)周圍的溫度條件，使用質(zhì)量介于1.5％與2.5％之間的MEKP催化劑，當(dāng)周圍溫度低于16℃時(shí)使用2.5％的催化劑，當(dāng)周圍溫度高于16℃時(shí)，使用1.5％的催化劑。接著，將有化學(xué)彈性的織物層44放置在第一層42上并用Derakane牌的411-45號(hào)環(huán)氧乙烯基樹脂浸濕。使用一輥，以確保所有的氣泡都被擠出織物層。然后，將密度為450gm-2(CSM450)的第一層碎股玻璃纖維墊46放置在第二織物層44的頂部。接下來，將一密度為300(CSM300)的碎股玻璃纖維墊48覆蓋于其上。這兩個(gè)層46和48都是全軸向的，即玻璃纖維為非織造物，而且在不考慮其被拉伸的方向或軸線的前提下，其表現(xiàn)出大體相同的強(qiáng)度特性。當(dāng)層48被放置后，第一層的織造織物50被放置在CSM300層頂上。織物50的密度為325gm-2并由玻璃纖維股織造而成。織物的緯紗沿平行于‘垂直容器10之中心軸線的’一個(gè)平面延伸，而經(jīng)紗則沿平行中心軸線的方向延伸。這樣，經(jīng)紗就為容器提供了環(huán)向強(qiáng)度，而經(jīng)紗則沿平行容器主軸的方向?yàn)槿萜魈峁┝溯S向強(qiáng)度。
接著，將一密度為450gm-2(CSM450)的另一短股玻璃纖維墊52放置在織造層50上，此后將密度為325gm-2的織造玻璃纖維織物54被放置在CSM450層52的頂上。該織物沿相同于織物50的方向定位，同時(shí)經(jīng)紗沿平行于熱水器中心軸線的方向延伸，而緯紗在垂直圓筒形熱水器之中心軸線的平面內(nèi)延伸，以為其提供環(huán)向強(qiáng)度。
這樣，就形成了最終的整個(gè)層狀結(jié)構(gòu)41，并在將其從模具上取下之前，干燥約2小時(shí)。這種層狀結(jié)構(gòu)41為能夠承受約400kPa正常工作壓力的50、100、150或2001容器創(chuàng)造了條件。對(duì)于100kPa的容器而言，僅使用頭四層42至48即可。
作為另一種造價(jià)較低的實(shí)施例，可以使用高熱變形的間苯二酸樹脂將最后三個(gè)外層52至54層壓在一起，而不是使用上述的Derakane牌環(huán)氧乙烯基樹脂，因?yàn)檫@將明顯增加成本。
在另一可替換的實(shí)施例中，層50、52和54被標(biāo)號(hào)為UNS-E的Saertex牌雙向聯(lián)合體BID織物55所替代。這包括第一單向玻璃纖維層50A，該纖維層包括許多以0度角相互平行定向且密度為515gm-2的單軸纖維。密度為300或400gm-2的第二中間非織造短股層52A被夾在第一層50A和相對(duì)其角度為90度定向的且密度為315gm-2的單軸平行玻璃纖維股的第三層54A之間。整個(gè)結(jié)構(gòu)55通過聚合物壓合法連接在一起。
參照?qǐng)D3，圖中示出了容器的頂部20之疊層58的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)僅包括一個(gè)織物層42，接下來是CSM450層46，該層上覆蓋有密度為400gm-2的斜紋織物層59，該斜紋織物的定向是平行于和垂直于(以0°-90°的角度)頂部的垂直軸線“y”。該斜紋織物層59上設(shè)置有一CSM450層60，層60上設(shè)置有交替排列的斜紋織物層和CSM450層，如圖中的62至70所示。斜紋織物作為一個(gè)完整的織物層設(shè)置于頂部模具之倒圓的且平坦的表面上，故不會(huì)切割纖維。
一旦完成容器的頂部20和圓筒形的主體部分12A，那么就可通過對(duì)接接頭76將容器的開口端72連接到頂部的開口端74上，其中對(duì)接接頭76如圖4所示。當(dāng)所有的接頭及部件都被機(jī)械地固定在頂部20內(nèi)的合適位置上之后，才能執(zhí)行所述連接工序。一旦頂部20與圓筒形主體12A對(duì)準(zhǔn)，那么就可以使用上述的樹脂轉(zhuǎn)移工藝以平行于對(duì)接接頭76的主軸或平面的方式將織物78及隨后交替排列的CSM450層80、84、88及織物粗紗82、86和90的條帶設(shè)置在接頭上。
分別在圖3和4中示出的頂部及疊層連接中，最后六層(在頂部敷層的情況下)和最后四層(在連接疊層的情況下)可同樣使用高熱變形的間苯二酸樹脂，因?yàn)檫@種樹脂比環(huán)氧乙烯基樹脂的造價(jià)低。
參照?qǐng)D5和6，熱水器的外層14設(shè)置有一被修平的底部92和一被修平的頂部94。熱水器的頂端設(shè)置有一突出的平臺(tái)部分96，該部分設(shè)置有一大體為平坦的外表面。在外殼14上設(shè)置有安裝孔98A、98B、98C和98D，用于安裝溫度及壓力閥26，一用于出口管28的出口接頭，一接電箱100和相關(guān)的加熱部件32，一用于入口管30的接頭。各種不同的部件通過接頭38和40被裝配到內(nèi)部容器的內(nèi)部部分22和24上。還可在部分22和24上額外設(shè)置孔102和104，用于安裝太陽能加熱的出口接頭和入口接頭。
權(quán)利要求
1．一種層狀的圓筒形玻璃纖維和樹脂結(jié)構(gòu)，其限定一中心軸線并包括至少一個(gè)定向的纖維層和至少一個(gè)疊壓到所述定向織物層上的相鄰非定向織物層樹脂，所述定向纖維層包括沿垂直于所述軸線方向延伸以提供環(huán)向強(qiáng)度的第一組單軸玻璃纖維和平行于所述軸線方向延伸以提供軸向強(qiáng)度的第二組單軸玻璃纖維。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的層狀圓筒形玻璃纖維和樹脂結(jié)構(gòu)，其特征在于所述非定向?qū)邮侨S向的，即不管該層被拉伸的方向如何，其表現(xiàn)出基本相同的強(qiáng)度特性。
3．根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的層狀圓筒形玻璃纖維和樹脂結(jié)構(gòu)，其特征在于所述定向織物層包括一織造層，在該織造層內(nèi)，第一和第二組纖維包括以0-90°的構(gòu)形編織在一起的經(jīng)紗和緯紗。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的層狀圓筒形玻璃纖維和樹脂結(jié)構(gòu)，其特征在于第一和第二組纖維不是被織造在一起，而是形成能夠被縫合在一起的獨(dú)立的層，同時(shí)一非織造的非定向?qū)釉诘谝缓偷诙M纖維之間延伸。
5．根據(jù)權(quán)利要求3所述的層狀圓筒形玻璃纖維和樹脂結(jié)構(gòu)，其特征在于所述定向織造織物層被夾持在兩個(gè)非定向織物層之間。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的層狀圓筒形玻璃纖維和樹脂結(jié)構(gòu)，其特征在于所述兩個(gè)定向的織造織物層與兩個(gè)非定向織物層交替配置。
7．根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的層狀圓筒形玻璃纖維和樹脂結(jié)構(gòu)，其特征在于每個(gè)非定向織物層都包括非織造的碎股玻璃纖維墊，每個(gè)定向的織物層都包括織造的織物玻璃纖維墊。
8．根據(jù)權(quán)利要求1，2或4之一所述的層狀圓筒形玻璃纖維和樹脂結(jié)構(gòu)，其特征在于所述樹脂為環(huán)氧樹脂。
9．根據(jù)權(quán)利要求1，2或4之一所述的層狀圓筒形玻璃纖維和樹脂結(jié)構(gòu)，其特征在于所述樹脂為間苯二酸樹脂。
10．根據(jù)權(quán)利要求1，2或4之一所述的層狀圓筒形玻璃纖維和樹脂結(jié)構(gòu)，其特征在于所述樹脂包括用于層狀結(jié)構(gòu)之內(nèi)層膠合的環(huán)氧樹脂和用于層狀結(jié)構(gòu)之外層膠合的間苯二酸樹脂。
11．一種熱水器組件，其特征在于，包括上述權(quán)利要求1，2或4之一所述的層狀圓筒形玻璃纖維和樹脂結(jié)構(gòu)。
12．根據(jù)權(quán)利要求11所述的熱水器組件，其特征在于，包括一圓筒形的承壓內(nèi)部容器，該內(nèi)部容器的一端上設(shè)置有一接頭安裝部分并包括多個(gè)孔，至少一個(gè)接頭穿過所述的孔延伸并以壓力密封配合的形式被機(jī)械地固定在安裝部分內(nèi)，而且在制造過程中不被置于玻璃纖維內(nèi)，和包括多個(gè)附件，其被安裝到接頭上和伸入到所述內(nèi)部容器中。
13．根據(jù)權(quán)利要求12所述的熱水器，其特征在于所述內(nèi)部容器包括一半球形的內(nèi)部容器頂部和一個(gè)圓筒形的主體部分，該頂部?jī)?nèi)限定有一接頭安裝部分，所述主體部分設(shè)置有一開口端和一個(gè)半球形的端部，所述主體的開口端通過該層狀的圓筒形玻璃纖維結(jié)構(gòu)與所述頂部的開口端相連接。
14．根據(jù)權(quán)利要求13所述的熱水器，其特征在于，還包括一外部玻璃纖維和樹脂殼體及在內(nèi)部容器與外部殼體之間延伸的膨化泡沫絕緣材料。
全文摘要
一種熱水器組件(10)包括一由層狀玻璃纖維和樹脂構(gòu)成的承壓內(nèi)部筒體(12),一外殼(14)和充填在內(nèi)部筒體與外殼之間的膨化泡沫材料(16)。筒體的壁包括一定向的織物層(50),該織物層設(shè)置有沿垂直于筒體之中心軸線延伸以提供環(huán)向強(qiáng)度的第一組單軸玻璃纖維和平行于筒體的軸線延伸以提供軸向強(qiáng)度的第二組單軸玻璃纖維。第一和第二組纖維一般包括以0—90°的構(gòu)形編織在一起的經(jīng)紗和緯紗。兩個(gè)定向的織造織物層(50;54)與至少兩個(gè)非定向織物層(48;52)交替配置,每個(gè)非定向織物層都包括非織造的碎股玻璃纖維墊。各個(gè)不同的層通過使用環(huán)氧乙烯基樹脂而被層壓在一起。本發(fā)明還擴(kuò)展至其它層狀的圓筒形玻璃纖維結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)F17C1/16GK1295514SQ99804575
公開日2001年5月16日 申請(qǐng)日期1999年3月26日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月27日
發(fā)明者D·G·里德 申請(qǐng)人:法巴羅吉克(私人控股)有限公司