許華明 任梅英

【摘要】在競爭不斷的激烈的玻璃鋼管道制造行業(yè)中，傳統(tǒng)制造工藝已無法滿足現(xiàn)今需求，一種新興的連續(xù)纏繞玻璃鋼管道工藝正在逐漸替代傳統(tǒng)制造工藝。本文簡述了玻璃鋼管道的特性及優(yōu)點、往復(fù)式玻璃鋼管道制造工藝、連續(xù)纏繞玻璃鋼管道制造工藝。

【關(guān)鍵詞】玻璃鋼管道；連續(xù)纏繞

國家建設(shè)部化學建材協(xié)調(diào)組在《“十五”規(guī)劃綱要》中指出：“加速淘汰耗能高、壽命短、不符合節(jié)能環(huán)保政策的落后產(chǎn)品，大力推廣使用新型化學建材，在2010年城市排水管系統(tǒng)，基本淘汰混凝土管、鋼筋水泥管及鑄鐵管”。上海市已率先在1998年發(fā)文禁止使用≤400mm的埋地水泥管和鑄鐵排水管，推廣使用環(huán)保型排水管。從此我國各省市陸續(xù)出臺了限制、禁止使用一部分規(guī)格的埋地水泥管和鑄鐵排水管，推廣使用環(huán)保型排水管。2002年國家建設(shè)部出臺了在市政管網(wǎng)工程中禁止使用≤600mm的埋地水泥管和鑄鐵排水管。當時在國內(nèi)取而代之的產(chǎn)品是塑料纏繞管道，產(chǎn)品規(guī)格可以300-3000mm.但通過幾年的運行塑料管道暴露了許多難以克服的弊端，比如：承壓底、剛性差、適溫變性能弱、成本高、施工要求高等難以克服的缺陷。因此玻璃鋼管道是替代上述管道的理想產(chǎn)品，而且玻璃鋼管道具有埋地水泥管和鑄鐵管的剛性。體現(xiàn)出非凡的物理性能和良好的耐酸堿化學性能。

纖維纏繞增強熱固性樹脂壓力管道，俗稱玻璃鋼管道。我國現(xiàn)今玻璃鋼管道憑借著自身優(yōu)良的耐腐蝕性、輕質(zhì)高強、摩阻小、抗老化性能及抗凍性能等管材特點已廣泛應(yīng)用于長距離輸水、核電工程及海水淡化等領(lǐng)域。其顯著特點如下：

1.耐腐蝕性：玻璃鋼管道可以抵御酸性、堿性、鹽水、海水、化工廢水、含腐蝕性土壤的介質(zhì)的腐蝕，在正常使用下壽命是50年以上。相較于鋼管、鑄鐵管道使用壽命大大提升。

2.輕質(zhì)高強：玻璃纖維纏繞生產(chǎn)的玻璃鋼管道，玻璃鋼的密度在1.6-2.0g/cm3之間；因為玻璃鋼中的連續(xù)纖維有較高的拉伸強度及彈性模量，其機械強度可以達到或超過普通碳鋼的水平，比強度為鋼材的4倍；玻璃鋼材料的抗疲勞性能好；而纖維復(fù)合材料中纖維與基體的界面能阻止裂紋擴展，其疲勞破壞總是從材料的薄弱環(huán)節(jié)開始，玻璃鋼管道可按照環(huán)向與軸向受力的不同，通過改變結(jié)構(gòu)纖維鋪層，使管道具有不同的環(huán)向強度與軸向強度，從而與受力狀態(tài)相匹配。玻璃纖維的極限拉伸強度1400MPa，彈性模量70GPa。相同管徑較其他材質(zhì)管道比較，重量僅有鑄鐵管的1/3，約為混凝土管的1/10。

3.摩阻?。翰Ａт摴艿来植诙鹊?，摩擦阻力小，由于內(nèi)壁光滑長時間使用后也無附著物掛壁，減少管道堵塞可能，能顯著地減少液體的水頭損失，提高液體輸送能力。玻璃鋼管是光滑管，在輸送流速和流量相同的情況下，選用玻璃鋼管，其管道直徑可比選用鋼管縮小1～2個管徑等級。

4.抗老化性能及抗凍性能：玻璃鋼是一種優(yōu)良的絕緣材料，其導(dǎo)熱系數(shù)一般為1.254～1.672kJ/（m·h·℃），只有金屬的1/100～1/1000，在有溫差時所產(chǎn)生的熱應(yīng)力比金屬低的多，可用作良好的隔熱材料和瞬時內(nèi)高溫材料。玻璃鋼管道因環(huán)向拉伸強度高，具有良好的抗凍性能，在-20℃時，管內(nèi)結(jié)冰后不會發(fā)生凍裂。

5.設(shè)計靈活，產(chǎn)品適應(yīng)性高：玻璃鋼是一種可以改變其原材料種類、數(shù)量比例和排列方式，以適應(yīng)各種不同工況條件要求下的復(fù)合材料。一般可通過以下各種途徑改善其性能，來滿足各種不同要求。

（1）改變樹脂種類并提高與介質(zhì)相接觸表面層的樹脂含量，以提高耐腐蝕性。

（2）選用不同纖維的種類和控制玻璃鋼中纖維的含量，以適應(yīng)不同耐腐蝕性和強度的要求。

（3）改變纖維的排列，以適應(yīng)環(huán)向、軸向等不同方向的強度設(shè)計要求。

（4）管配件制作方便。玻璃鋼管的法蘭、彎頭、三通、變徑管等可任意制作，如法蘭可與任意符合國家標準的同等壓力同等管徑的鋼制法蘭相連接，彎頭可根據(jù)施工現(xiàn)場的需要制作成任意角度。此外，由于接頭采用柔性橡膠圈密封，每個接頭具有10～30。的偏轉(zhuǎn)作用，對于較小的轉(zhuǎn)彎可通過接頭借轉(zhuǎn)而不用制作彎頭。而其他管材，彎頭、三通等配件除規(guī)定規(guī)格的標準件外，非標準件難以制作。

6.玻璃鋼管耐磨性和韌性高：經(jīng)試驗，在相同條件下經(jīng)過250，000次負荷循環(huán)，鋼管磨損約為8.4mm，石棉水泥管磨損約5.5mm，混凝土管磨損約2.6mm（內(nèi)表面結(jié)構(gòu)與PCCP相同），陶土管磨損約2.2mm，高密度聚乙烯管磨損約0.9mm，而玻璃鋼管磨損僅為0.3mm。玻璃鋼管表面磨損極小，在大負荷作用的情況下，僅為0.3mm，如果在正常壓力情況下，介質(zhì)對玻璃鋼管道內(nèi)襯的磨損可忽略不計，管道的內(nèi)襯層是符合國家衛(wèi)生要求的食品級樹脂和短切玻璃纖維原絲氈構(gòu)成，而內(nèi)表面的純樹脂層有效地屏蔽了纖維裸露情況的發(fā)生。

現(xiàn)如今我國絕大多數(shù)玻璃鋼生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)工藝采用定長往復(fù)式纏繞工藝制作，這種工藝是由玻璃纖維浸樹脂在定長模具上往復(fù)式纏繞，以一定的斜角徑向連續(xù)纏繞，可生產(chǎn)任意長的管段，它的承水壓能力一般在2.5MPa以下，對于有高剛度要求的管材可以加石英砂，但承受內(nèi)壓較高的管材一般不加砂。由拉伸強度較高的玻璃纖維起著骨架作用，而耐壓耐磨性較強的合成樹脂作為基本材料粘接纖維，使其起共同承受壓力作用。纖維纏繞管材管壁結(jié)構(gòu)從內(nèi)到外依次為：內(nèi)襯層、內(nèi)部纏繞層、樹脂砂漿層、外部纏繞層、外部保護層。內(nèi)襯層起防腐、防滲作用，纏繞層與樹脂砂漿層擔負管道的強度和剛度作用，外保護層起抗老化、防腐蝕、抗日曬的作用，是復(fù)合材料可設(shè)計性的最優(yōu)體現(xiàn)。

此種工藝特點是生產(chǎn)設(shè)備造價低，工藝簡單可普遍推廣。但由于制作工序較多，操作麻煩，制品質(zhì)量不穩(wěn)定，長度固定使其成產(chǎn)效率也受到了一定的限制，無法滿足工期緊供貨量大項目的供應(yīng)需求，逐漸在競爭激烈的管道市場中顯露疲態(tài)。

為迎合現(xiàn)今競爭激烈的市場，一種新的玻璃鋼管道生產(chǎn)工藝悄然興起-連續(xù)纏繞式生產(chǎn)。連續(xù)纏繞式玻璃鋼管道生產(chǎn)技術(shù)在我國是一個新興的玻璃鋼管道生產(chǎn)工藝，國際上在意大利、英國、挪威等國技術(shù)已趨于成熟。其技術(shù)核心是采用一個凸轉(zhuǎn)盤來推動鋼帶連續(xù)運轉(zhuǎn)形成管材纏繞內(nèi)芯模具，鋼帶的前后循環(huán)運轉(zhuǎn)，在移動的內(nèi)芯模具上連續(xù)地完成玻璃纖維纏繞、復(fù)合、夾砂、固化等工藝過程。由于是連續(xù)生產(chǎn)，所以具有工藝控制比較便利，工作環(huán)境好，制品質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，在大型輸水管道項目中優(yōu)勢尤為明顯。在我國玻璃鋼制造企業(yè)遍地開花，行業(yè)內(nèi)競爭尤為激烈，誰能率先領(lǐng)跑于其他競爭對手在生產(chǎn)工藝上完成突破至關(guān)重要，連續(xù)纏繞玻璃鋼管道工藝不僅可以提高產(chǎn)能，還節(jié)約了生產(chǎn)成本，使企業(yè)具有核心競爭力，在今后的發(fā)展趨勢中，連續(xù)纏繞玻璃鋼管道必將引發(fā)一場新的玻璃鋼行業(yè)變革。