玻璃钢夹砂管道生产工艺探索

秦 晋，周贺达

（吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林 长春 130021）

1 制衬工序问题分析

内衬层中起到防渗漏作用的是被树脂浸透的表面毡。在内衬层的生产过程中一般有两种方法：一是先上树脂后缠表面毡，二是先缠表面毡后上树脂，但两种方法取得的防渗漏效果却不大一样。通过观察发现采用先缠表面毡后上胶的方法，内表面常出现针织、皱折及浸渍不良等现象，而采用先上胶后缠表面毡的方法则能够得到一个光滑、质密的内表面。比较而言先上树脂后缠表面毡的方法更可取。同时，对防渗漏要求严格的部位采用多层表面毡防渗，效果会更好。

内衬制作过程中常出现的问题有2个：

1）由于树脂具有一定的粘度，所以流动性并不是很好，在内衬层制作过程中并不能自动把表面毡和针织毡里的空气排除，此时若不加以处理，将导致管道内衬层产生大量气泡，在外部压力作用下，气泡破裂，管道就可能渗漏，从而使内衬层失去防渗漏作用。为了杜绝这种情况发生，就需要采取一定的赶压气泡的措施，目前常用的方法是当内衬层缠绕完成后，人工使用压辊驱赶气泡。由于是人为操作，具体操作的压辊压力比较难以控制，若压力过大则可能将内衬层的树脂挤出来，使内衬层的树脂含量不足；若压力过小，则可能赶不尽气泡，达不到驱赶气泡的目的。为此，部分生产厂家提出利用机械张力通过控制最后缠绕网格布张力的方法，来达到赶气泡的目的。该方法张力均匀，可以有效驱赶内衬层内气泡，值得研究推广。

2）从事玻璃钢夹砂管道生产和安装的同志可能都看到过管道内衬层出现或大或小的白斑，这种现象在南方的一些生产厂家更为普遍。产生白斑的主要原因是原材料的存放工作没有做好，内衬层原材料（表面毡和针织毡）受潮所致。为了能和树脂产生良好的浸润效果，纤维制品（表面毡、针织毡和缠绕纤维）在出厂之前都经过高温处理，以便降低纤维制品的含水率。主要原因是水和树脂是互不相溶的，水分含量过高的地方树脂不能很好地浸润纤维制品。而有些生产厂家并未注意到这一点，尤其在南方地区多雨潮湿，空气湿度很大，若不对纤维制品进行专门的储存，更容易使纤维制品受潮，含水量提高，从而在生产时产生白斑。管道上白斑面积较小的地方，基本不会影响管道的使用性能。白斑面积较大就会产生严重后果，甚至导致内衬层分层现象，从而使内衬不能很好地起到防渗防漏的作用。预防产生白斑的方法很简单，只要存放纤维制品过程中做好防潮工作，对不使用的纤维制品放置在干燥的地方存放即可。

内衬制作完成后，应及时进行缠绕，避免内衬放置时间过长，表面被灰尘覆盖，导致结构层树脂不能与内衬层很好结合，使结构层和内衬层分层。

2 缠绕工序问题分析

缠绕工序是管道生产的一个重要环节，也是制约管道生产时间的关键工序。缠绕时芯模转速加快能够提高管道的生产效率，事实上，缠绕时芯模转速是不宜过快的。若芯模转速过快，在离心力的作用下，树脂会被甩出，从而浪费了材料，降低了管道结构层的树脂含量，同时还污染了环境。另外，若缠绕速度过快，玻璃纤维通过胶槽时时间过短，导致玻璃纤维不能被良好浸透。根据已有资料显示缠绕纤维的线速度以不超过0.9 m/s为宜。

缠绕工序的的一个重要环节是夹砂，就是在结构层中夹入一层或数层石英砂。操作过程对工人的操作水平和设备的要求都比较高，稍有不慎，便会出现漏砂断砂等现象，使得夹砂层不能连续均匀。那么出现这种问题后是否可以处理补救呢？就目前而言，一般常用的就是在漏砂断砂处使用玻璃纤维缠绕填平。因为从管道的外观来看，玻璃纤维代替石英砂的部位是透明的，给人直接的感官印象是比较单薄的。一些人机械的认为石英砂比较硬，所以夹砂是为了提高管道的刚度。如果断砂漏砂了，管道的刚度就降低了。其实这种想法是不完全正确的，夹砂层的直接作用确实是为了提高管道的环向刚度。管道环向刚度的计算方法：

式中：Sn——管道环向刚度，Pa；E——环向弯曲弹性模量，Pa；I——单位长度管的环弯曲惯性矩，对于均匀壁厚管道I=t3/12（t为管道的壁厚），m4/m；D——平均管径（管道直径+管道壁厚），m。

从上面公式可以看出影响管道环向刚度的因素有3个：环向弯曲弹性模量E；环弯曲惯性距I（与管道壁厚t有关）；平均管径D。由于玻璃钢夹砂管道环向弯曲弹性模量主要由玻璃纤维缠绕层决定，漏砂并没有影响到纤维缠绕层（暂不考虑补救时漏砂处纯环向玻璃钢缠绕的增加对环向弯曲弹性模量E的增强），故可认为漏沙处的环向弯曲弹性模量E没有改变；由于补救时用玻璃纤维缠绕填平了漏砂的空隙，故漏砂处的壁厚没有改变，所以环弯曲惯性距和平均管径都没有变化。可以推断管道的刚度也没有发生改变。所以可以说针对漏砂情况所采用的这种补救方法是有效的，补救后的玻璃钢管道的力学性能（主要指刚度）没有受到影响。因此，目前管道生产所采用的夹砂工艺根本目的是为了降低管道的生产成本。事实上有资料表明：随着夹砂层中砂层的不断加厚，管道环向弯曲弹性模量E随着夹砂层中夹砂厚度增大而下降，管道的刚度反而成下降趋势。

3 固化工序问题分析

缠绕完成后，进入固化阶段，目前常用的固化方法有两种，一种是常温固化，这种方法，不需要任何辅助设施，但需要添加过量的固化剂，一段时间之后，由于固化剂的作用，使得树脂固化成型。另一种方法是缠绕完成后利用电加热片，进行加热固化。这种方法则不需要添加过量的固化剂。两种方法相比较，常温固化方法需要添加的固化剂多，固化剂的含量往往偏高，会导致部分固化剂在管体内残留，引起管道性能的下降。同时，生产时固化剂的含量偏高，可能导致胶液固化时间加快，使得部分树脂提前固化，既不满足生产需要又浪费了材料、增加了成本。加热固化是在管道生产完成后通过对管体的加热，使得管体的温度升高，从而加快管道的固化速度，减少了固化所需的时间。该种方法只需加入适量的固化剂，就可以大大提高生产效率，且最终管道性能也得到了提高。因此，加热固化则更适用于生产。但由于加热固化增加了额外的加热费用，部分生产厂家还是选择了常温固化的方法。

4 修整工序问题分析

管道生产完成后，要进行最终的修整，特别是承插连接的管道，承插口的修整状况更加关系到管道最终安装的密封性能。修整过程中需要注意的是，在使用修整刀进行修整承、插口时，必须一边修整一边往刀头处喷水。

修整工序不适合修整过短的承插连接的管道（低于3 m）。这是因为过短的管道在修整时不能方便装夹。一般的修整机装夹时管道下面有托盘托住管身，以保证管身前后水平，所以装夹的管道的长度受到托盘底座的限制，从目前国内部分厂家的托盘底座来看，长度低于3 m的管道是无法支托的。若不使用托盘，则很难保证管身前后水平，修整出来的管道插口平台，就会产生锥形，在安装时将会影响管道的密封性能。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锥度，导致管道的前后管径产生偏差，而这种偏差在较短的管道上产生的问题越明显。