淺談玻璃鋼管道性能與應用

關輝

摘 要：隨著近年來我國經濟的快速發展，市場對復合材料玻璃的認識日益加強，我國市場對玻璃鋼復合材料的需求日益加大。本文的主要對復合材料管道材料的選擇、應用、展望等玻幾個方面進行淺析。

關鍵詞：玻璃鋼；復合材料；耐熱性

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

1 復合管道原材料選擇

材料的設計選擇有以下幾點原則性的要求：工藝性，是所選材料體系的依據，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，選擇材料體系時應盡量選則技術定型的、已經在市面上批量生產的、質量相對穩定的產品；適用性，材料的各種性能，如強度、剛度等性能應適用于絕大部分的工作環境；經濟性，在滿足其他幾點特性的前提下綜合考慮，最大限度的提高材料選擇的性價比。

1.1 內襯層材料

1.1.1 聚丙烯

聚丙烯是在市場上定位是相對中高端的復合材料，它的主要特點是無污染、無毒、氣密性好、質量輕等，正常情況下工作溫度在負四十五度到正一百度之間，耐腐蝕性非常好，除HSO3Cl、HCL等幾種具有強氧化性質的酸以外，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，因其本身質量較輕不能承擔較大負荷二變形下垂，填充質量較大時會脆裂影響安全性。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、耐化學藥品性較高、機械強度和電絕緣性良好的優點，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定的物理化學性質，主要是不溶于水、汽油、酒精，水汽、氣體滲漏性相對較低。該材料的缺點是其耐熱性相對較差，軟化點為零上八十度，在零上一百三十度時開始分解變色，同時析出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、耐熱性等特性應是所選基本材料的主要指標，也是決定玻璃鋼管道整體性能的關鍵所在。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，聚醇化縮聚反應是在零上一百九十度至二百二十度之間，在達到預期的酸值或粘度后，趁熱加入一定量的乙烯基單體，調配成粘稠的液體，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，固化時體積的收縮率相對較大，物理性質有以下幾點：

（1）耐熱性。不飽和聚酯樹脂的熱變形溫度絕大多數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到一百二十度；線熱膨脹系數α1為 （130～150）×10-6℃。

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

（3）化學腐蝕性能。不飽和聚醇樹脂在化學腐蝕方面的性能主要表現為耐水、稀酸、稀喊，缺點是耐有機溶劑的性能相對較差，與此同時，樹脂的化學結構和幾何形狀的不同對其耐化學腐蝕性能影響較大。

（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。

1.2.2 環氧樹脂

通常分子中含有兩個或兩個以上環氧基團的有機高分子化合物叫做，大部分的環氧樹脂的相對分子質量都較低。

環氧樹脂的分子結構是，其明顯的特征就是分子鏈中的活潑環氧基團，該環氧基團可以位于分子鏈的末端、可以位于中間，也可以成環狀結構。環氧樹脂分子具有可與多種類型的固化劑發生交聯反應而形成不落、不熔的具有三向網狀結構的高聚物，其原因也是結構中含有活潑的環氧基團的結果。

環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，環氧樹脂可以適用于絕大部分工作環境，其范圍可以是極低的粘度，也可以是高熔點的固體。

（2）固化方便。因環氧樹脂的特性（可以在零度至一百八十度的范圍內實現固化），可以適用該樹脂的固化劑有很多。

（3）粘附力強。環氧樹脂對各種物質具有很高的粘附力，是因為其分子鏈中固有的極性羥基和醚鍵。環氧樹脂其粘附力強還因為在其固化時收縮性低，產生的內應力較小。

（4）收縮性低。環氧樹脂和所用的固化劑的反應是沒有水或其它揮發性副產物放出的，他們是通過樹脂分子中環氧基的開環聚合反應或直接加成反應來行的，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不少于五的情況下，會形成形成體型結構的高聚物。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、力學性、耐熱性都是酚醛樹脂的性能特點，各行業用其以上特點將其廣泛應用在防腐蝕、膠粘劑、阻燃、砂輪片制造等領域。

1.3 增強材料

對玻璃鋼管道的強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，也叫玻璃鋼的增強材料。較為常用的增強材料（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。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，因其性能優點是對水、弱堿介質的化學穩定性較高，電性能好，老化性能好。它的缺點是耐無機酸侵蝕性能較差。同時中堿玻璃纖維的價格比無堿玻璃纖維的價格便宜。

1.4 輔助材料

為了改善一些樹脂產品的的性能（如耐磨、阻燃抗靜電等）以及使樹脂按照一定的工藝要求進行固化，現國內外各大企業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、也可以是引發劑等等。這些助劑的類型與投入量都是根據實際的工作工況進行選擇的。

2 玻璃鋼復合管道的應用與展望

近年來，國家各大領域的都實現了騰飛式的發展，復合材料也在其列，復合材料在各個領域的廣泛引用似乎已經是斯通見慣，本文中主要提到的是復合材料管道的特點及應用。眾所周知，時間上很多先進的國家在復合材料領域的發展和使用已經有近50年的歷史，譬如美國、英國等。在他們這些國家發展和使用符合材料的同時，技術也在不斷的革新，如今這些國家具有較為成熟的設計和使用經驗，同時在長時間的設計和使用情況下，制定出了一系列符合他們國家自身發展的配套方法，在原材料選擇和管道安裝、施工方面也制訂了相應的規范，形成較為完善的體系。我國近年來對復合材料管道方向的發展也進入了一個嶄新的篇章，先后從發達國家各種引進先進的配套生產線，同時，國產制造的設備及自主研發的生產線在生產過程中也發揮著越來越大的作用。目前，我國已經頒布了符合我國國情的玻璃鋼管道行業標準和產品檢驗方法，使我國的玻璃鋼管道行業走向標準化、規范化。

3 管道氣力輸送物料技術的研究進展及趨勢

管道發展已有很長一段時間的歷史，尤其是在管道氣力輸送技術方面已達百年，該領域的發展并非一帆風順，曾在很長的一段時間內停滯不前，主要原因就是能耗、物料破碎、不見磨損、管道堵塞等在實際使用中出現的一些問題。在1980年以后的20年，是復合材料技術快速發展的20年，在這20年里由于低速密相氣力輸送技術、計算機技術、制造技術、控制技術、傳感技術等等技術的的快速發展，使得以往復雜的、難以解決的問題得到的解決。譬如氣力輸送技術從基理應用上有了質的突破、氣力輸送過程管道中的復雜流態的模型建立問題、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還提高了系統的可靠性和工程的經濟性。

利用空氣為輸送介質，以系統內和外界的壓力差為推動力，在封閉的管線和裝置內實現粉狀物料的輸送，這種傳輸方式為管道氣力輸送。因其管道氣力輸送系統的分類不同，使其使用范圍也用所不同。根據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 結語

根據本文中對玻璃鋼管道的基本介紹，可以發現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中可以有著很大的優勢，也使得玻璃鋼材料管道適用于多種行業。同時玻璃鋼復合材料在具備以上優勢的情況下價格方面也有一定的優勢，價格便宜使得其性價比非常高，所以，現在的國內市場，玻璃鋼復合材料的制品（管道、風力葉片等）正在逐步軀體其他材料，占領主要的市場份額。