淺析連續(xù)纏繞玻璃鋼管道的市場(chǎng)前景

許華明 任梅英

【摘要】在競(jìng)爭(zhēng)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(jiǎn)述了玻璃鋼管道的特性及優(yōu)點(diǎn)、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(xué)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(xué)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(tái)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(tái)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(dāng)時(shí)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(yùn)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(xué)性能。

纖維纏繞增強(qiáng)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(qiáng)、摩阻小、抗老化性能及抗凍性能等管材特點(diǎn)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(diǎn)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(qiáng)：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?yàn)椴Ａт撝械倪B續(xù)纖維有較高的拉伸強(qiáng)度及彈性模量，其機(jī)械強(qiáng)度可以達(dá)到或超過普通碳鋼的水平，比強(qiáng)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(kuò)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(qiáng)度與軸向強(qiáng)度，從而與受力狀態(tài)相匹配。玻璃纖維的極限拉伸強(qiáng)度1400MPa，彈性模量70GPa。相同管徑較其他材質(zhì)管道比較，重量?jī)H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(shí)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(gè)管徑等級(jí)。

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(shí)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(shí)內(nèi)高溫材料。玻璃鋼管道因環(huán)向拉伸強(qiáng)度高，具有良好的抗凍性能，在-20℃時(shí)，管內(nèi)結(jié)冰后不會(huì)發(fā)生凍裂。

5.設(shè)計(jì)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(qiáng)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(qiáng)度設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(chǎng)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(gè)接頭具有10～30。的偏轉(zhuǎn)作用，對(duì)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(biāo)準(zhǔn)件外，非標(biāo)準(zhǔn)件難以制作。

6.玻璃鋼管耐磨性和韌性高：經(jīng)試驗(yàn)，在相同條件下經(jīng)過250，000次負(fù)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(fù)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(duì)玻璃鋼管道內(nèi)襯的磨損可忽略不計(jì)，管道的內(nèi)襯層是符合國家衛(wèi)生要求的食品級(jí)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(duì)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(qiáng)度較高的玻璃纖維起著骨架作用，而耐壓耐磨性較強(qiáng)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(hù)層。內(nèi)襯層起防腐、防滲作用，纏繞層與樹脂砂漿層擔(dān)負(fù)管道的強(qiáng)度和剛度作用，外保護(hù)層起抗老化、防腐蝕、抗日曬的作用，是復(fù)合材料可設(shè)計(jì)性的最優(yōu)體現(xiàn)。

此種工藝特點(diǎn)是生產(chǎn)設(shè)備造價(jià)低，工藝簡(jiǎn)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(xiàng)目的供應(yīng)需求，逐漸在競(jìng)爭(zhēng)激烈的管道市場(chǎng)中顯露疲態(tài)。

為迎合現(xiàn)今競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)，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(gè)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(gè)凸轉(zhuǎn)盤來推動(dòng)鋼帶連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)形成管材纏繞內(nèi)芯模具，鋼帶的前后循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)，在移動(dòng)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(diǎn)，在大型輸水管道項(xiàng)目中優(yōu)勢(shì)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(jìng)爭(zhēng)尤為激烈，誰能率先領(lǐng)跑于其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)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(jìng)爭(zhēng)力，在今后的發(fā)展趨勢(shì)中，連續(xù)纏繞玻璃鋼管道必將引發(fā)一場(chǎng)新的玻璃鋼行業(yè)變革。