淺析玻璃鋼法蘭制作工藝

王朝春

【摘要】玻璃鋼管道已廣泛應用于長距離輸水、市政公用等項目中，作為與其它材質連接的主要方式，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，主要結構形成有整體法蘭、粘接法蘭和活套法蘭。

整體法蘭一般為等壁厚平板法蘭。該結構的優(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，其缺點是等壁厚結構與法蘭內應力分布不匹配，難以實現(xiàn)等強度、等剛度設計要求；使用中，法蘭環(huán)與筒體交接處易在縱向應力作用下出現(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。該結構應用很普遍，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，結果造成粘接處縱向應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)產生彎曲、撓度過大所導致的泄漏現(xiàn)象。但是，如前所述，等壁厚結構仍不符合法蘭內應力分布狀況。為此，仍續(xù)根據法蘭內應力分布情況，充分利用玻璃鋼性能的可設計性、易成型等特點，選擇更為合理的法蘭結構形式。

根據應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構是不合理的，宜在法蘭環(huán)與筒體之間設置一個過渡錐頸，隨應力增加而壁厚增加，隨應力降低壁厚減薄。這樣既可大大降低法蘭由于結構不合理而出現(xiàn)的局部應力集中和變形過大。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，采用錐頸式結構可使玻璃鋼法蘭實現(xiàn)等強度、等剛度設計原則，是一種合理的法蘭結構形式。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，縮短生產周期，也可將錐頸式結構演變?yōu)橹徒Y構。取柱直徑等于錐大端直徑，高度不變。該結構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、預成型增強材料或預設墊料的幾種模塑方法；以及為了達到制品高性能指標而設計制造的，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，它們的技術水平要求相差很大，其對原材料、模具、設備投資等的要求，也各不相同，當然它們所生產產品的批量和質量，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，是樹脂基復合材料生產中最早使用和應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合，使二者粘接在一起，制造玻璃鋼制品的一種工藝方法?；w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，機械設備使用較少，它適于非標件、小批量制品的生產，而且不受制品種類和形狀的限制。

2.成型工藝流程

根據生產工單所列產品的規(guī)格及數量，以及原材料消耗定額數據，從倉庫領用原材料，然后按生產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%，內襯層固化后取出模具進行結構加強，結構層亦采用不飽和樹脂制作。先在清理好或經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：如此重復上述鋪層操作直到達到設計厚度，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浸物，導致分層等影響質量的隱患，錐頸鋪層重疊層應錯開鋪制以防受力不均勻，另根據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，導致制品燒毀，影響制品質量，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量的隱患。

3.成型設備

手糊成型工藝所用的設備較少，制作模型的設備有木工車床、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生過大撓度而引起介質滲透，泄漏。如靠增加玻璃鋼法蘭環(huán)厚度提高剛度，則會導致成本上升，采用錐頸結構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，其結構與應力分布不協(xié)調，易出現(xiàn)應力集中、應變集中、微裂紋、開裂等不良現(xiàn)象。采用在線型模具上進行加工，來制得結構合理的與法蘭整體成型的容器、異型管道。