王朝春

【摘要】玻璃鋼管道已廣泛應(yīng)用于長距離輸水、市政公用等項目中，作為與其它材質(zhì)連接的主要方式，法蘭連接已成為必不可少的連接方式。本文簡述了玻璃鋼法蘭的制造工藝及制造特點。

【關(guān)鍵詞】玻璃鋼法蘭；手糊成型

法蘭是管道及容器中使用最廣的可拆卸連接部件，隨著玻璃鋼管道、容器使用日益廣泛，玻璃鋼法蘭的性能和制作也逐漸受到普遍重視。

常用玻璃鋼法蘭多用于壓力不大于3MPa的中低壓力管道、容器，主要結(jié)構(gòu)形成有整體法蘭、粘接法蘭和活套法蘭。

整體法蘭一般為等壁厚平板法蘭。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于法蘭環(huán)與筒體為整體成型，增強玻璃纖維及織物是連續(xù)的，能充分發(fā)揮玻璃鋼強度高、易成型的特性，其缺點是等壁厚結(jié)構(gòu)與法蘭內(nèi)應(yīng)力分布不匹配，難以實現(xiàn)等強度、等剛度設(shè)計要求；使用中，法蘭環(huán)與筒體交接處易在縱向應(yīng)力作用下出現(xiàn)較大變形，甚至出現(xiàn)微裂紋和開裂破壞。

粘接法蘭是將法蘭環(huán)與筒體分別加工，然后再將二者粘接在一起而成。該結(jié)構(gòu)應(yīng)用很普遍，它充分發(fā)揮了玻璃鋼易成型的優(yōu)點，模具簡單，便于制造，適于制造大直徑、小批量和異型玻璃鋼法蘭。但其最大的不足是法蘭環(huán)與筒體間的玻璃纖維不連續(xù)，因而連接處的強度下降較大，即使在轉(zhuǎn)角處采用玻璃布、短切氈進行補強，但法蘭所承受的彎矩、剪力、拉力等主要還是靠粘接面上的樹脂基體承擔，結(jié)果造成粘接處縱向應(yīng)力最大而強度又最低的局面，易出現(xiàn)破壞，安全性不足，且隨使用溫度增高，安全性還要降低。相對來說，活套法蘭既具有整體法蘭的特長，同時又充分利用活套金屬法蘭環(huán)剛度大的優(yōu)勢，大大降低了玻璃鋼法蘭在緊固后的使用過程中因兩螺栓間法蘭環(huán)產(chǎn)生彎曲、撓度過大所導(dǎo)致的泄漏現(xiàn)象。但是，如前所述，等壁厚結(jié)構(gòu)仍不符合法蘭內(nèi)應(yīng)力分布狀況。為此，仍續(xù)根據(jù)法蘭內(nèi)應(yīng)力分布情況，充分利用玻璃鋼性能的可設(shè)計性、易成型等特點，選擇更為合理的法蘭結(jié)構(gòu)形式。

根據(jù)應(yīng)力分布曲線可以看出，法蘭采用與筒體壁厚相同的等壁厚結(jié)構(gòu)是不合理的，宜在法蘭環(huán)與筒體之間設(shè)置一個過渡錐頸，隨應(yīng)力增加而壁厚增加，隨應(yīng)力降低壁厚減薄。這樣既可大大降低法蘭由于結(jié)構(gòu)不合理而出現(xiàn)的局部應(yīng)力集中和變形過大。提高整體強度、剛度，又可減小法蘭環(huán)的撓度，使墊片受壓較均勻，變形基本一致，可提高密封性，也就是說，采用錐頸式結(jié)構(gòu)可使玻璃鋼法蘭實現(xiàn)等強度、等剛度設(shè)計原則，是一種合理的法蘭結(jié)構(gòu)形式。從成型工藝方面講，采用手糊、冷壓、壓注等工藝制造錐頸式玻璃鋼法蘭是完全可行的，但對于大型、異型、小批量手糊玻璃鋼法蘭，為了減少模具投資，縮短生產(chǎn)周期，也可將錐頸式結(jié)構(gòu)演變?yōu)橹徒Y(jié)構(gòu)。取柱直徑等于錐大端直徑，高度不變。該結(jié)構(gòu)僅原材料消耗稍有增加，性能不下降，而制造更方便。

現(xiàn)如今玻璃鋼法蘭的成型工藝方法有很多種。其中有最簡單易學(xué)的手工糊制方法，也有比較容易建立的模壓工藝成型方法；更有一些綜合注射、真空、預(yù)成型增強材料或預(yù)設(shè)墊料的幾種模塑方法；以及為了達到制品高性能指標而設(shè)計制造的，由計算機進行程序控制的先進的自動化成型方法。

由此可見，玻璃鋼法蘭的制作成型方法有很多種，它們的技術(shù)水平要求相差很大，其對原材料、模具、設(shè)備投資等的要求，也各不相同，當然它們所生產(chǎn)產(chǎn)品的批量和質(zhì)量，也不會相同。

1.手糊成型法原理

手糊成型工藝又稱接觸成型，是樹脂基復(fù)合材料生產(chǎn)中最早使用和應(yīng)用最普遍的一種成型方法。手糊成型工藝是以加有固化劑的樹脂混合液為基體，以玻璃纖維及其織物為增強材料，在涂有脫模劑的模具上以手工鋪放結(jié)合，使二者粘接在一起，制造玻璃鋼制品的一種工藝方法。基體樹脂通常采用不飽和聚酯樹脂或環(huán)氧樹脂，增強材料通常采用無堿或中堿玻璃纖維及其織物。在手糊成型工藝中，機械設(shè)備使用較少，它適于非標件、小批量制品的生產(chǎn)，而且不受制品種類和形狀的限制。

2.成型工藝流程

根據(jù)生產(chǎn)工單所列產(chǎn)品的規(guī)格及數(shù)量，以及原材料消耗定額數(shù)據(jù)，從倉庫領(lǐng)用原材料，然后按生產(chǎn)需求進行玻纖布的裁剪、模具的準備及處理（清理、修整、打磨、上臘）。鋪層，所有準備工作就位后，按基地規(guī)定的鋪層方案進行制作，法蘭的內(nèi)襯層采用不飽和樹脂制作，與模具接觸的鋪層必須是富樹脂層，樹脂含量大于90%，內(nèi)襯層固化后取出模具進行結(jié)構(gòu)加強，結(jié)構(gòu)層亦采用不飽和樹脂制作。先在清理好或經(jīng)過表面處理好的模具成型面上涂脫模劑，待脫模劑充分干燥好后，將加有固化劑（引發(fā)劑）、促進劑、顏料糊等助劑攪拌均勻的膠衣或樹脂混和料涂刷在模具成型面上，隨之在其上鋪放裁剪好的玻璃布（氈）等增強材料（如果涂刷的是膠衣，需等膠衣固化后方可鋪放增強材料），并注意浸透樹脂、排除氣泡：如此重復(fù)上述鋪層操作直到達到設(shè)計厚度，然后進行固化脫模、后處理及檢驗等。每次鋪層必須用壓輥壓實，以防樹脂未完全浸透玻纖布等預(yù)浸物，導(dǎo)致分層等影響質(zhì)量的隱患，錐頸鋪層重疊層應(yīng)錯開鋪制以防受力不均勻，另根據(jù)制品的厚度可分幾次進行糊制，每次制作厚度不宜過厚以防固化時放熱溫度過高，導(dǎo)致制品燒毀，影響制品質(zhì)量，下次制作時必須對制品的膠接面進行打磨，以防制品層間膠接不充分或分層等影響質(zhì)量的隱患。

3.成型設(shè)備

手糊成型工藝所用的設(shè)備較少，制作模型的設(shè)備有木工車床、木工刨床、木工圓鋸；脫模一般會用到空氣壓縮機、吊裝設(shè)備等。

由于玻璃鋼彈性模量僅有金屬的1/20-1/10，因此玻璃鋼法蘭剛度遠低于鋼法蘭。當法蘭承壓后，法蘭環(huán)上相鄰兩螺栓之間易產(chǎn)生過大撓度而引起介質(zhì)滲透，泄漏。如靠增加玻璃鋼法蘭環(huán)厚度提高剛度，則會導(dǎo)致成本上升，采用錐頸結(jié)構(gòu)活套法蘭是解決這一問題的有效途徑，其特點為：1.取金屬彈性模具高之長，補玻璃鋼之短，與達到相同剛度的玻璃鋼法蘭相比成本不增加；2.減少玻璃鋼法蘭生產(chǎn)加工工序，提高效率；3.拆卸、安裝、維修比較方便。

目前容器法蘭、異型管道法蘭的制造一般采用筒體與法蘭環(huán)粘接和筒體翻邊為法蘭兩種方法。這些方法雖然簡便易行，但嚴格說來法蘭均為平板式，如前所述，其結(jié)構(gòu)與應(yīng)力分布不協(xié)調(diào)，易出現(xiàn)應(yīng)力集中、應(yīng)變集中、微裂紋、開裂等不良現(xiàn)象。采用在線型模具上進行加工，來制得結(jié)構(gòu)合理的與法蘭整體成型的容器、異型管道。