淺談玻璃鋼管道性能與應(yīng)用

關(guān)輝

摘 要：隨著近年來我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，市場對復(fù)合材料玻璃的認(rèn)識日益加強(qiáng)，我國市場對玻璃鋼復(fù)合材料的需求日益加大。本文的主要對復(fù)合材料管道材料的選擇、應(yīng)用、展望等玻幾個(gè)方面進(jìn)行淺析。

關(guān)鍵詞：玻璃鋼；復(fù)合材料；耐熱性

中圖分類號：TQ327.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）05-0240-02

1 復(fù)合管道原材料選擇

材料的設(shè)計(jì)選擇有以下幾點(diǎn)原則性的要求：工藝性，是所選材料體系的依據(jù)，必須要與擬采用的工藝成型方法配套；可靠性，是所選材料體系的保障，選擇材料體系時(shí)應(yīng)盡量選則技術(shù)定型的、已經(jīng)在市面上批量生產(chǎn)的、質(zhì)量相對穩(wěn)定的產(chǎn)品；適用性，材料的各種性能，如強(qiáng)度、剛度等性能應(yīng)適用于絕大部分的工作環(huán)境；經(jīng)濟(jì)性，在滿足其他幾點(diǎn)特性的前提下綜合考慮，最大限度的提高材料選擇的性價(jià)比。

1.1 內(nèi)襯層材料

1.1.1 聚丙烯

聚丙烯是在市場上定位是相對中高端的復(fù)合材料，它的主要特點(diǎn)是無污染、無毒、氣密性好、質(zhì)量輕等，正常情況下工作溫度在負(fù)四十五度到正一百度之間，耐腐蝕性非常好，除HSO3Cl、HCL等幾種具有強(qiáng)氧化性質(zhì)的酸以外，幾乎能夠耐大部分酸堿鹽類腐蝕，特別是鹽水、HCL和濃堿。聚丙烯具有強(qiáng)度低、剛性差的缺陷，所以該材料不適合用于管道管路等方向，因其本身質(zhì)量較輕不能承擔(dān)較大負(fù)荷二變形下垂，填充質(zhì)量較大時(shí)會脆裂影響安全性。但該材料用于泵閥儲罐是完全可以勝任的。

1.1.2 硬聚氯乙烯

硬聚氯乙烯具有阻燃、耐化學(xué)藥品性較高、機(jī)械強(qiáng)度和電絕緣性良好的優(yōu)點(diǎn)，其中阻燃值為零上四十度以上、耐濃度值為百分之二十的氫氧化鈉、濃度為百分之九十的硫酸、濃鹽酸和濃度為百分之六十硝酸。硬聚氯乙烯還具有相對穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)，主要是不溶于水、汽油、酒精，水汽、氣體滲漏性相對較低。該材料的缺點(diǎn)是其耐熱性相對較差，軟化點(diǎn)為零上八十度，在零上一百三十度時(shí)開始分解變色，同時(shí)析出HCl。

1.2 基本材料

玻璃鋼管道的主要材料是樹脂，其作用是傳遞載荷，并使載荷平衡，耐腐蝕、耐熱性等特性應(yīng)是所選基本材料的主要指標(biāo)，也是決定玻璃鋼管道整體性能的關(guān)鍵所在。通常情況下選擇基本材料樹脂有以下三種：不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂三大類。

1.2.1 不飽和聚酯樹脂

不飽和聚酯樹脂是由不飽和二元羧酸（或酸酐）或它們與飽和二元羧酸（或酸酐）組成的混合酸與多元醇縮聚而成的。它的主要特點(diǎn)是具有酯鍵和不飽和雙鍵的線型高分子化合物。不飽和聚酯樹脂的形成過程如下，在正常情況下，聚醇化縮聚反應(yīng)是在零上一百九十度至二百二十度之間，在達(dá)到預(yù)期的酸值或粘度后，趁熱加入一定量的乙烯基單體，調(diào)配成粘稠的液體，該聚合物溶液就是不飽和聚酯樹脂。

不飽和聚酯樹脂的相對密度在1.11～1.20g/cm3，固化時(shí)體積的收縮率相對較大，物理性質(zhì)有以下幾點(diǎn)：

（1）耐熱性。不飽和聚酯樹脂的熱變形溫度絕大多數(shù)都在五十度至六十度之間；但還存在一些特殊的樹脂，這些樹脂的耐熱性可達(dá)到一百二十度；線熱膨脹系數(shù)α1為 （130～150）×10-6℃。

（2）力學(xué)性能。較高強(qiáng)度的拉伸、彎曲、壓縮等力學(xué)性能是不飽和聚酯樹脂的特性。

（3）化學(xué)腐蝕性能。不飽和聚醇樹脂在化學(xué)腐蝕方面的性能主要表現(xiàn)為耐水、稀酸、稀喊，缺點(diǎn)是耐有機(jī)溶劑的性能相對較差，與此同時(shí)，樹脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)和幾何形狀的不同對其耐化學(xué)腐蝕性能影響較大。

（4）介電性能。較好的介電性能良也是不飽和聚酯樹脂的主要特點(diǎn)。

1.2.2 環(huán)氧樹脂

通常分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上環(huán)氧基團(tuán)的有機(jī)高分子化合物叫做，大部分的環(huán)氧樹脂的相對分子質(zhì)量都較低。

環(huán)氧樹脂的分子結(jié)構(gòu)是，其明顯的特征就是分子鏈中的活潑環(huán)氧基團(tuán)，該環(huán)氧基團(tuán)可以位于分子鏈的末端、可以位于中間，也可以成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。環(huán)氧樹脂分子具有可與多種類型的固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而形成不落、不熔的具有三向網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物，其原因也是結(jié)構(gòu)中含有活潑的環(huán)氧基團(tuán)的結(jié)果。

環(huán)氧樹脂的主要性能和特性如下：

（1）適用工況多樣性。因上述特性，環(huán)氧樹脂可以適用于絕大部分工作環(huán)境，其范圍可以是極低的粘度，也可以是高熔點(diǎn)的固體。

（2）固化方便。因環(huán)氧樹脂的特性（可以在零度至一百八十度的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)固化），可以適用該樹脂的固化劑有很多。

（3）粘附力強(qiáng)。環(huán)氧樹脂對各種物質(zhì)具有很高的粘附力，是因?yàn)槠浞肿渔溨泄逃械臉O性羥基和醚鍵。環(huán)氧樹脂其粘附力強(qiáng)還因?yàn)樵谄涔袒瘯r(shí)收縮性低，產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力較小。

（4）收縮性低。環(huán)氧樹脂和所用的固化劑的反應(yīng)是沒有水或其它揮發(fā)性副產(chǎn)物放出的，他們是通過樹脂分子中環(huán)氧基的開環(huán)聚合反應(yīng)或直接加成反應(yīng)來行的，它們與其他幾種樹脂相比，在固化的過程中具有很低的收縮性（小于百分之二）。

1.2.3 酚醛樹脂

酚類（苯酚、甲酚、二甲酚等）和醛類（甲醛、糠醛等）在酸或堿的催化作用下合成的縮聚物叫做酚醛樹脂。在兩種原料單體的官能度總數(shù)不少于五的情況下，會形成形成體型結(jié)構(gòu)的高聚物。其不少于五的情況是指，苯酚的官能度為的單體，甲醛的官能度為二的單體。除了不飽和醛（如糠醛）以外，碳鏈較長的甲醛同系物與酚類合成熱固性樹脂是很難的。

通過選用不同的催化劑，合成的酚醛樹脂的性能也是不同的。不同催化劑所合成的酚醛樹脂可分為兩大類，一是熱固性，二是熱塑性。耐酸性、力學(xué)性、耐熱性都是酚醛樹脂的性能特點(diǎn)，各行業(yè)用其以上特點(diǎn)將其廣泛應(yīng)用在防腐蝕、膠粘劑、阻燃、砂輪片制造等領(lǐng)域。

1.3 增強(qiáng)材料

對玻璃鋼管道的強(qiáng)度和剛度有著直接影響的是玻璃纖維及其織物，它是玻璃鋼主要的承載組分材料，也叫玻璃鋼的增強(qiáng)材料。較為常用的增強(qiáng)材料（纏繞工藝）包括：無捻粗紗、表面氈、針織氈、短切氈、方格布等。

耐化學(xué)腐蝕性、工藝性、相容性、可靠性、垂性較小等都是玻璃纖維紗的主要特點(diǎn)。常用的有無堿和中堿玻璃纖維。

無堿玻璃纖維適用于接觸水的制品或電器絕緣制品，因其性能優(yōu)點(diǎn)是對水、弱堿介質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性較高，電性能好，老化性能好。它的缺點(diǎn)是耐無機(jī)酸侵蝕性能較差。同時(shí)中堿玻璃纖維的價(jià)格比無堿玻璃纖維的價(jià)格便宜。

1.4 輔助材料

為了改善一些樹脂產(chǎn)品的的性能（如耐磨、阻燃抗靜電等）以及使樹脂按照一定的工藝要求進(jìn)行固化，現(xiàn)國內(nèi)外各大企業(yè)通常樹脂配方中加入一些助劑，這些助劑可以是固化劑，可以使助燃劑、也可以是引發(fā)劑等等。這些助劑的類型與投入量都是根據(jù)實(shí)際的工作工況進(jìn)行選擇的。

2 玻璃鋼復(fù)合管道的應(yīng)用與展望

近年來，國家各大領(lǐng)域的都實(shí)現(xiàn)了騰飛式的發(fā)展，復(fù)合材料也在其列，復(fù)合材料在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛引用似乎已經(jīng)是斯通見慣，本文中主要提到的是復(fù)合材料管道的特點(diǎn)及應(yīng)用。眾所周知，時(shí)間上很多先進(jìn)的國家在復(fù)合材料領(lǐng)域的發(fā)展和使用已經(jīng)有近50年的歷史，譬如美國、英國等。在他們這些國家發(fā)展和使用符合材料的同時(shí)，技術(shù)也在不斷的革新，如今這些國家具有較為成熟的設(shè)計(jì)和使用經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)在長時(shí)間的設(shè)計(jì)和使用情況下，制定出了一系列符合他們國家自身發(fā)展的配套方法，在原材料選擇和管道安裝、施工方面也制訂了相應(yīng)的規(guī)范，形成較為完善的體系。我國近年來對復(fù)合材料管道方向的發(fā)展也進(jìn)入了一個(gè)嶄新的篇章，先后從發(fā)達(dá)國家各種引進(jìn)先進(jìn)的配套生產(chǎn)線，同時(shí)，國產(chǎn)制造的設(shè)備及自主研發(fā)的生產(chǎn)線在生產(chǎn)過程中也發(fā)揮著越來越大的作用。目前，我國已經(jīng)頒布了符合我國國情的玻璃鋼管道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品檢驗(yàn)方法，使我國的玻璃鋼管道行業(yè)走向標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。

3 管道氣力輸送物料技術(shù)的研究進(jìn)展及趨勢

管道發(fā)展已有很長一段時(shí)間的歷史，尤其是在管道氣力輸送技術(shù)方面已達(dá)百年，該領(lǐng)域的發(fā)展并非一帆風(fēng)順，曾在很長的一段時(shí)間內(nèi)停滯不前，主要原因就是能耗、物料破碎、不見磨損、管道堵塞等在實(shí)際使用中出現(xiàn)的一些問題。在1980年以后的20年，是復(fù)合材料技術(shù)快速發(fā)展的20年，在這20年里由于低速密相氣力輸送技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、制造技術(shù)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)等等技術(shù)的的快速發(fā)展，使得以往復(fù)雜的、難以解決的問題得到的解決。譬如氣力輸送技術(shù)從基理應(yīng)用上有了質(zhì)的突破、氣力輸送過程管道中的復(fù)雜流態(tài)的模型建立問題、物料破碎管道磨損高耗能等問題，在解決一系列問題的同時(shí)還提高了系統(tǒng)的可靠性和工程的經(jīng)濟(jì)性。

利用空氣為輸送介質(zhì)，以系統(tǒng)內(nèi)和外界的壓力差為推動力，在封閉的管線和裝置內(nèi)實(shí)現(xiàn)粉狀物料的輸送，這種傳輸方式為管道氣力輸送。因其管道氣力輸送系統(tǒng)的分類不同，使其使用范圍也用所不同。根據(jù)大致的工作原理分可分為吸送式與壓送式兩種類型。如今，在企業(yè)常見的有以下幾種輸送方式：吸引式稀相輸送、壓送式稀相輸送、間歇沖氣罐密相輸送、脈沖式密相輸送。

4 結(jié)語

根據(jù)本文中對玻璃鋼管道的基本介紹，可以發(fā)現(xiàn)玻璃鋼材料管道在某些方面的特性是非常顯著的，如耐磨、耐腐蝕等。這些特性在一些企業(yè)中可以有著很大的優(yōu)勢，也使得玻璃鋼材料管道適用于多種行業(yè)。同時(shí)玻璃鋼復(fù)合材料在具備以上優(yōu)勢的情況下價(jià)格方面也有一定的優(yōu)勢，價(jià)格便宜使得其性價(jià)比非常高，所以，現(xiàn)在的國內(nèi)市場，玻璃鋼復(fù)合材料的制品（管道、風(fēng)力葉片等）正在逐步軀體其他材料，占領(lǐng)主要的市場份額。