玻璃鋼夾砂管道生產(chǎn)工藝探索

秦 晉，周賀達

（吉林省水利水電勘測設計研究院，吉林 長春 130021）

1 制襯工序問題分析

內(nèi)襯層中起到防滲漏作用的是被樹脂浸透的表面氈。在內(nèi)襯層的生產(chǎn)過程中一般有兩種方法：一是先上樹脂后纏表面氈，二是先纏表面氈后上樹脂，但兩種方法取得的防滲漏效果卻不大一樣。通過觀察發(fā)現(xiàn)采用先纏表面氈后上膠的方法，內(nèi)表面常出現(xiàn)針織、皺折及浸漬不良等現(xiàn)象，而采用先上膠后纏表面氈的方法則能夠得到一個光滑、質(zhì)密的內(nèi)表面。比較而言先上樹脂后纏表面氈的方法更可取。同時，對防滲漏要求嚴格的部位采用多層表面氈防滲，效果會更好。

內(nèi)襯制作過程中常出現(xiàn)的問題有2個：

1）由于樹脂具有一定的粘度，所以流動性并不是很好，在內(nèi)襯層制作過程中并不能自動把表面氈和針織氈里的空氣排除，此時若不加以處理，將導致管道內(nèi)襯層產(chǎn)生大量氣泡，在外部壓力作用下，氣泡破裂，管道就可能滲漏，從而使內(nèi)襯層失去防滲漏作用。為了杜絕這種情況發(fā)生，就需要采取一定的趕壓氣泡的措施，目前常用的方法是當內(nèi)襯層纏繞完成后，人工使用壓輥驅(qū)趕氣泡。由于是人為操作，具體操作的壓輥壓力比較難以控制，若壓力過大則可能將內(nèi)襯層的樹脂擠出來，使內(nèi)襯層的樹脂含量不足；若壓力過小，則可能趕不盡氣泡，達不到驅(qū)趕氣泡的目的。為此，部分生產(chǎn)廠家提出利用機械張力通過控制最后纏繞網(wǎng)格布張力的方法，來達到趕氣泡的目的。該方法張力均勻，可以有效驅(qū)趕內(nèi)襯層內(nèi)氣泡，值得研究推廣。

2）從事玻璃鋼夾砂管道生產(chǎn)和安裝的同志可能都看到過管道內(nèi)襯層出現(xiàn)或大或小的白斑，這種現(xiàn)象在南方的一些生產(chǎn)廠家更為普遍。產(chǎn)生白斑的主要原因是原材料的存放工作沒有做好，內(nèi)襯層原材料（表面氈和針織氈）受潮所致。為了能和樹脂產(chǎn)生良好的浸潤效果，纖維制品（表面氈、針織氈和纏繞纖維）在出廠之前都經(jīng)過高溫處理，以便降低纖維制品的含水率。主要原因是水和樹脂是互不相溶的，水分含量過高的地方樹脂不能很好地浸潤纖維制品。而有些生產(chǎn)廠家并未注意到這一點，尤其在南方地區(qū)多雨潮濕，空氣濕度很大，若不對纖維制品進行專門的儲存，更容易使纖維制品受潮，含水量提高，從而在生產(chǎn)時產(chǎn)生白斑。管道上白斑面積較小的地方，基本不會影響管道的使用性能。白斑面積較大就會產(chǎn)生嚴重后果，甚至導致內(nèi)襯層分層現(xiàn)象，從而使內(nèi)襯不能很好地起到防滲防漏的作用。預防產(chǎn)生白斑的方法很簡單，只要存放纖維制品過程中做好防潮工作，對不使用的纖維制品放置在干燥的地方存放即可。

內(nèi)襯制作完成后，應及時進行纏繞，避免內(nèi)襯放置時間過長，表面被灰塵覆蓋，導致結(jié)構(gòu)層樹脂不能與內(nèi)襯層很好結(jié)合，使結(jié)構(gòu)層和內(nèi)襯層分層。

2 纏繞工序問題分析

纏繞工序是管道生產(chǎn)的一個重要環(huán)節(jié)，也是制約管道生產(chǎn)時間的關(guān)鍵工序。纏繞時芯模轉(zhuǎn)速加快能夠提高管道的生產(chǎn)效率，事實上，纏繞時芯模轉(zhuǎn)速是不宜過快的。若芯模轉(zhuǎn)速過快，在離心力的作用下，樹脂會被甩出，從而浪費了材料，降低了管道結(jié)構(gòu)層的樹脂含量，同時還污染了環(huán)境。另外，若纏繞速度過快，玻璃纖維通過膠槽時時間過短，導致玻璃纖維不能被良好浸透。根據(jù)已有資料顯示纏繞纖維的線速度以不超過0.9 m/s為宜。

纏繞工序的的一個重要環(huán)節(jié)是夾砂，就是在結(jié)構(gòu)層中夾入一層或數(shù)層石英砂。操作過程對工人的操作水平和設備的要求都比較高，稍有不慎，便會出現(xiàn)漏砂斷砂等現(xiàn)象，使得夾砂層不能連續(xù)均勻。那么出現(xiàn)這種問題后是否可以處理補救呢？就目前而言，一般常用的就是在漏砂斷砂處使用玻璃纖維纏繞填平。因為從管道的外觀來看，玻璃纖維代替石英砂的部位是透明的，給人直接的感官印象是比較單薄的。一些人機械的認為石英砂比較硬，所以夾砂是為了提高管道的剛度。如果斷砂漏砂了，管道的剛度就降低了。其實這種想法是不完全正確的，夾砂層的直接作用確實是為了提高管道的環(huán)向剛度。管道環(huán)向剛度的計算方法：

式中：Sn——管道環(huán)向剛度，Pa；E——環(huán)向彎曲彈性模量，Pa；I——單位長度管的環(huán)彎曲慣性矩，對于均勻壁厚管道I=t3/12（t為管道的壁厚），m4/m；D——平均管徑（管道直徑+管道壁厚），m。

從上面公式可以看出影響管道環(huán)向剛度的因素有3個：環(huán)向彎曲彈性模量E；環(huán)彎曲慣性距I（與管道壁厚t有關(guān)）；平均管徑D。由于玻璃鋼夾砂管道環(huán)向彎曲彈性模量主要由玻璃纖維纏繞層決定，漏砂并沒有影響到纖維纏繞層（暫不考慮補救時漏砂處純環(huán)向玻璃鋼纏繞的增加對環(huán)向彎曲彈性模量E的增強），故可認為漏沙處的環(huán)向彎曲彈性模量E沒有改變；由于補救時用玻璃纖維纏繞填平了漏砂的空隙，故漏砂處的壁厚沒有改變，所以環(huán)彎曲慣性距和平均管徑都沒有變化?？梢酝茢喙艿赖膭偠纫矝]有發(fā)生改變。所以可以說針對漏砂情況所采用的這種補救方法是有效的，補救后的玻璃鋼管道的力學性能（主要指剛度）沒有受到影響。因此，目前管道生產(chǎn)所采用的夾砂工藝根本目的是為了降低管道的生產(chǎn)成本。事實上有資料表明：隨著夾砂層中砂層的不斷加厚，管道環(huán)向彎曲彈性模量E隨著夾砂層中夾砂厚度增大而下降，管道的剛度反而成下降趨勢。

3 固化工序問題分析

纏繞完成后，進入固化階段，目前常用的固化方法有兩種，一種是常溫固化，這種方法，不需要任何輔助設施，但需要添加過量的固化劑，一段時間之后，由于固化劑的作用，使得樹脂固化成型。另一種方法是纏繞完成后利用電加熱片，進行加熱固化。這種方法則不需要添加過量的固化劑。兩種方法相比較，常溫固化方法需要添加的固化劑多，固化劑的含量往往偏高，會導致部分固化劑在管體內(nèi)殘留，引起管道性能的下降。同時，生產(chǎn)時固化劑的含量偏高，可能導致膠液固化時間加快，使得部分樹脂提前固化，既不滿足生產(chǎn)需要又浪費了材料、增加了成本。加熱固化是在管道生產(chǎn)完成后通過對管體的加熱，使得管體的溫度升高，從而加快管道的固化速度，減少了固化所需的時間。該種方法只需加入適量的固化劑，就可以大大提高生產(chǎn)效率，且最終管道性能也得到了提高。因此，加熱固化則更適用于生產(chǎn)。但由于加熱固化增加了額外的加熱費用，部分生產(chǎn)廠家還是選擇了常溫固化的方法。

4 修整工序問題分析

管道生產(chǎn)完成后，要進行最終的修整，特別是承插連接的管道，承插口的修整狀況更加關(guān)系到管道最終安裝的密封性能。修整過程中需要注意的是，在使用修整刀進行修整承、插口時，必須一邊修整一邊往刀頭處噴水。

修整工序不適合修整過短的承插連接的管道（低于3 m）。這是因為過短的管道在修整時不能方便裝夾。一般的修整機裝夾時管道下面有托盤托住管身，以保證管身前后水平，所以裝夾的管道的長度受到托盤底座的限制，從目前國內(nèi)部分廠家的托盤底座來看，長度低于3 m的管道是無法支托的。若不使用托盤，則很難保證管身前后水平，修整出來的管道插口平臺，就會產(chǎn)生錐形，在安裝時將會影響管道的密封性能。不宜制做承插口短管（低于3 m）的另一原因是，由于一般的模具都具有一定的錐度，導致管道的前后管徑產(chǎn)生偏差，而這種偏差在較短的管道上產(chǎn)生的問題越明顯。