对玻璃钢低温容器发展前景的研究

摘 要：随着我国经济的迅猛发展和宇宙空间技术的进步，低温液体被广泛应用于国民经济相关领域。众所周知，对低温液体的储运条件十分苛刻，要求设备重量较轻且具有良好的绝热性能，抗磁力、绝缘性和微波透射性较好，这就为玻璃钢低温容器带来了发展机遇。

关键词：玻璃钢低温容器；性能；材料

一直以来，我国的金属低温容器生产取得了一定成绩，产品品种日益丰富。但随着对低温非金属容器需求的进一步增强，近些年，我国在非金属低温容器制造方面加大研究力度，结合玻璃钢比强度较高、热电性能良好和制造简便等性能，玻璃钢成为制造低温容器的非金属首选。1970年，我国第一只25立方米容积的玻璃钢低温容器试制成功，它具有稳定的蒸发率，无真空破坏及渗裂现象。然而，玻璃钢也并未没有缺点的，它在真空环境下较大的放气性以及无法长时期耐高温是它的缺陷所在。这也使得玻璃钢低温容器在绝热空间内保持高真空度和特殊条件下加入处理成为一大难题。后经过对玻璃钢低温容器研究的进一步深入，又试制了不同规格的玻璃钢低温容器，其中有一款容积为30立方米的ZD-03-30型球形玻璃钢低温容器，它既具备较高的液氮储存能力还能保持较低的日蒸发率，完全满足储存低温液体的能力，因而深受实验室欢迎。

一、玻璃钢基本介绍

玻璃钢（FRP）亦称作GFRP，即纤维强化塑料，一般指用玻璃纤维增强不饱和聚酯、环氧树脂与酚醛树脂基体。以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料，称谓为玻璃纤维增强塑料，或称谓玻璃钢。因所使用树脂品质差异，玻璃钢可分为聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢三大类。玻璃钢具有质轻而硬，绝缘，性能稳定.较高的机械强度被广泛应用于生产零件和汽车、船舶、宇宙空间的外壳上。

二、玻璃钢低温容器结构及材料介绍

玻璃钢低温容器具有多种结构，我们以最受实验室欢迎的ZD-03-30型球形玻璃钢低温容器做结构分析。该容器由内胆和外壳量大部分组成，除了内胆和外壳，还有包括颈管、多層绝热体、底座、支撑管、吸附剂、拉手以及抽气管罩在内的部件。玻璃钢低温容器的多层绝热结构，在内胆底部的夹层中，内置大量活性炭，以此来把残余的气体吸附，从而确保真空夹层内的真空环境。这也是其能够正常地进行低温液体储存的原因所在。

关于玻璃钢低温容器所用的材料，按照容器的结构分两部分进行介绍。

首先是内胆材料。由于内胆必须承受外工作压力且必须确保始终处于低温状态下工作，因而在选择内胆材料时，必须保证所选择的玻璃钢能够在低温环境下具备较好的机械性能。为了真正对比出不同玻璃钢性能在储存低温液体时的性能差异，笔者选用四種不同性能的玻璃钢进行试验，结果发现，由性能最佳的玻璃钢所制成的内胆在储存低温液体时机械强度和冲击韧性较高，故而在制作内胆时，必须选用性能优的玻璃钢做材料，这一点至关重要。

其次关于玻璃钢低温容器的外壳材料。玻璃钢低温容器的外壳通常需承受较高的外压负荷，还必须保证抽空时约60摄氏度的高温。这就要求玻璃钢低温容器的外壳体除了选用具有较高弹性模量的玻璃纤维之外，还需选择具有较高马丁耐热温度的树脂配方。[ 2 ]

再次，玻璃钢低温容器的内衬与真空夹套材料的选取。由于玻璃钢在真空条件下具有较大的放气量，其自身的真空性能相对较差，且在特殊压差下，低温液体具有渗透到真空绝热空间的可能，因此，保持玻璃钢低温容器中的真空条件是非常有难度的。

鉴于玻璃钢的自身缺陷，我们必须采取措施对缺陷进行有效弥补，这就必须在玻璃钢低温容器的内胆内侧壁上附加一层致密的内衬以及真空套。

三、玻璃钢低温容器成型工艺

通过实验我们知道，一般的工程塑料较之不锈钢等金属材料具有较大的放气速率，因此，我们想降低玻璃钢在真空中的放气速率，就必须在其内胆内壁上进行真空夹层涂层，实践证明采用三氟氯乙烯和氟氯乙烯溶解后均匀地、反复地涂于内壁表面，干后即可结实地黏于壁面，真正起到氟涂膜的效果。这种工艺操作起来简易，方便，而且所涂薄膜具有较强的低温性能，柔性和弹性较好，真空状态下放气量低而稳定，且机械附着力较强，被广泛应用。

在玻璃钢低温容器的内外胆全部成型后，要在容器内放入液氮，然后借助氦谱探漏仪对内胆检漏。之后，对内胆的外表面和外胆内壁做抛光处理，之后均匀地进行涂料喷涂，使其均匀地涂于表面。在此基础上，将外胆上下薄壳对口粘接，外胆上封口与内胆输液管粘接，抽气口和一不锈钢管粘接，以便焊锡管，封死真空，最后整体缠绕加固到所需厚度，容器即成型完毕。

对于成型的玻璃钢低温容器，我们对其抽空气使它处于真空条件后注入液氮，通过实验对液氮的蒸发率进行测定，数据显示每小时蒸发率为0.3%。根据数据我们可以知道，玻璃钢低温容器具备储存液氮等低温液体的性能。

随着今后对玻璃钢低温容器研究的进一步深入，我们能够不断对其设计进行创新，对其工艺进行改善，对其结构进行调整，在真空夹层喷涂物质和内胆壁厚等反复试验、不断改进，相信玻璃钢低温容器的蒸发率还会有较大的改进空间。

四、结语

总之，玻璃钢具备储运低温液体的基本性能，随着技术的进步和研究的深入，昆明中天达玻璃钢开发有限公司将致力于对该领域的研究，使玻璃钢更加广泛地被应用于低温液体储运中，发挥更大的价值。

参考文献：

[1] 浙江大学低温工程教研组.ZD-03型玻璃钢低温容器的研制.深冷科技，1975年01期：10.

[2] 玻璃钢低温容器研究小组（中国科学院物理研究所）玻璃钢低温容器：物理，1972年6月第1卷第1期：50.

作者简介：刘彦章（1979-），男，河北衡水人，本科，昆明中天达玻璃钢开发有限公司总经理，主要研究方向：玻璃钢在环保、工业中的应用与开发。