浅谈玻璃钢管道性能与应用

关辉

摘 要：随着近年来我国经济的快速发展，市场对复合材料玻璃的认识日益加强，我国市场对玻璃钢复合材料的需求日益加大。本文的主要对复合材料管道材料的选择、应用、展望等玻几个方面进行浅析。

关键词：玻璃钢；复合材料；耐热性

中图分类号：TQ327.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）05-0240-02

1 复合管道原材料选择

材料的设计选择有以下几点原则性的要求：工艺性，是所选材料体系的依据，必须要与拟采用的工艺成型方法配套；可靠性，是所选材料体系的保障，选择材料体系时应尽量选则技术定型的、已经在市面上批量生产的、质量相对稳定的产品；适用性，材料的各种性能，如强度、刚度等性能应适用于绝大部分的工作环境；经济性，在满足其他几点特性的前提下综合考虑，最大限度的提高材料选择的性价比。

1.1 内衬层材料

1.1.1 聚丙烯

聚丙烯是在市场上定位是相对中高端的复合材料，它的主要特点是无污染、无毒、气密性好、质量轻等，正常情况下工作温度在负四十五度到正一百度之间，耐腐蚀性非常好，除HSO3Cl、HCL等几种具有强氧化性质的酸以外，几乎能够耐大部分酸碱盐类腐蚀，特别是盐水、HCL和浓碱。聚丙烯具有强度低、刚性差的缺陷，所以该材料不适合用于管道管路等方向，因其本身质量较轻不能承担较大负荷二变形下垂，填充质量较大时会脆裂影响安全性。但该材料用于泵阀储罐是完全可以胜任的。

1.1.2 硬聚氯乙烯

硬聚氯乙烯具有阻燃、耐化学药品性较高、机械强度和电绝缘性良好的优点，其中阻燃值为零上四十度以上、耐濃度值为百分之二十的氢氧化钠、浓度为百分之九十的硫酸、浓盐酸和浓度为百分之六十硝酸。硬聚氯乙烯还具有相对稳定的物理化学性质，主要是不溶于水、汽油、酒精，水汽、气体渗漏性相对较低。该材料的缺点是其耐热性相对较差，软化点为零上八十度，在零上一百三十度时开始分解变色，同时析出HCl。

1.2 基本材料

玻璃钢管道的主要材料是树脂，其作用是传递载荷，并使载荷平衡，耐腐蚀、耐热性等特性应是所选基本材料的主要指标，也是决定玻璃钢管道整体性能的关键所在。通常情况下选择基本材料树脂有以下三种：不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂三大类。

1.2.1 不饱和聚酯树脂

不饱和聚酯树脂是由不饱和二元羧酸（或酸酐）或它们与饱和二元羧酸（或酸酐）组成的混合酸与多元醇缩聚而成的。它的主要特点是具有酯键和不饱和双键的线型高分子化合物。不饱和聚酯树脂的形成过程如下，在正常情况下，聚醇化缩聚反应是在零上一百九十度至二百二十度之间，在达到预期的酸值或粘度后，趁热加入一定量的乙烯基单体，调配成粘稠的液体，该聚合物溶液就是不饱和聚酯树脂。

不饱和聚酯树脂的相对密度在1.11～1.20g/cm3，固化时体积的收缩率相对较大，物理性质有以下几点：

（1）耐热性。不饱和聚酯树脂的热变形温度绝大多数都在五十度至六十度之间；但还存在一些特殊的树脂，这些树脂的耐热性可达到一百二十度；线热膨胀系数α1为 （130～150）×10-6℃。

（2）力学性能。较高强度的拉伸、弯曲、压缩等力学性能是不饱和聚酯树脂的特性。

（3）化学腐蚀性能。不饱和聚醇树脂在化学腐蚀方面的性能主要表现为耐水、稀酸、稀喊，缺点是耐有机溶剂的性能相对较差，与此同时，树脂的化学结构和几何形状的不同对其耐化学腐蚀性能影响较大。

（4）介电性能。较好的介电性能良也是不饱和聚酯树脂的主要特点。

1.2.2 环氧树脂

通常分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物叫做，大部分的环氧树脂的相对分子质量都较低。

环氧树脂的分子结构是，其明显的特征就是分子链中的活泼环氧基团，该环氧基团可以位于分子链的末端、可以位于中间，也可以成环状结构。环氧树脂分子具有可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不落、不熔的具有三向网状结构的高聚物，其原因也是结构中含有活泼的环氧基团的结果。

环氧树脂的主要性能和特性如下：

（1）适用工况多样性。因上述特性，环氧树脂可以适用于绝大部分工作环境，其范围可以是极低的粘度，也可以是高熔点的固体。

（2）固化方便。因环氧树脂的特性（可以在零度至一百八十度的范围内实现固化），可以适用该树脂的固化剂有很多。

（3）粘附力强。环氧树脂对各种物质具有很高的粘附力，是因为其分子链中固有的极性羟基和醚键。环氧树脂其粘附力强还因为在其固化时收缩性低，产生的内应力较小。

（4）收缩性低。环氧树脂和所用的固化剂的反应是没有水或其它挥发性副产物放出的，他们是通过树脂分子中环氧基的开环聚合反应或直接加成反应来行的，它们与其他几种树脂相比，在固化的过程中具有很低的收缩性（小于百分之二）。

1.2.3 酚醛树脂

酚类（苯酚、甲酚、二甲酚等）和醛类（甲醛、糠醛等）在酸或碱的催化作用下合成的缩聚物叫做酚醛树脂。在两种原料单体的官能度总数不少于五的情况下，会形成形成体型结构的高聚物。其不少于五的情况是指，苯酚的官能度为的单体，甲醛的官能度为二的单体。除了不饱和醛（如糠醛）以外，碳链较长的甲醛同系物与酚类合成热固性树脂是很难的。

通过选用不同的催化剂，合成的酚醛树脂的性能也是不同的。不同催化剂所合成的酚醛树脂可分为两大类，一是热固性，二是热塑性。耐酸性、力学性、耐热性都是酚醛树脂的性能特点，各行业用其以上特点将其广泛应用在防腐蚀、胶粘剂、阻燃、砂轮片制造等领域。

1.3 增强材料

对玻璃钢管道的强度和刚度有着直接影响的是玻璃纤维及其织物，它是玻璃钢主要的承载组分材料，也叫玻璃钢的增强材料。较为常用的增强材料（缠绕工艺）包括：无捻粗纱、表面毡、针织毡、短切毡、方格布等。

耐化学腐蚀性、工艺性、相容性、可靠性、垂性较小等都是玻璃纤维纱的主要特点。常用的有无碱和中碱玻璃纤维。

无碱玻璃纤维适用于接触水的制品或电器绝缘制品，因其性能优点是对水、弱碱介质的化学稳定性较高，电性能好，老化性能好。它的缺点是耐无机酸侵蚀性能较差。同时中碱玻璃纤维的价格比无碱玻璃纤维的价格便宜。

1.4 辅助材料

为了改善一些树脂产品的的性能（如耐磨、阻燃抗静电等）以及使树脂按照一定的工艺要求进行固化，现国内外各大企业通常树脂配方中加入一些助剂，这些助剂可以是固化剂，可以使助燃剂、也可以是引发剂等等。这些助剂的类型与投入量都是根据实际的工作工况进行选择的。

2 玻璃钢复合管道的应用与展望

近年来，国家各大领域的都实现了腾飞式的发展，复合材料也在其列，复合材料在各个领域的广泛引用似乎已经是斯通见惯，本文中主要提到的是复合材料管道的特点及应用。众所周知，时间上很多先进的国家在复合材料领域的发展和使用已经有近50年的历史，譬如美国、英国等。在他们这些国家发展和使用符合材料的同时，技术也在不断的革新，如今这些国家具有较为成熟的设计和使用经验，同时在长时间的设计和使用情况下，制定出了一系列符合他们国家自身发展的配套方法，在原材料选择和管道安装、施工方面也制订了相应的规范，形成较为完善的体系。我国近年来对复合材料管道方向的发展也进入了一个崭新的篇章，先后从发达国家各种引进先进的配套生产线，同时，国产制造的设备及自主研发的生产线在生产过程中也发挥着越来越大的作用。目前，我国已经颁布了符合我国国情的玻璃钢管道行业标准和产品检验方法，使我国的玻璃钢管道行业走向标准化、规范化。

3 管道气力输送物料技术的研究进展及趋势

管道发展已有很长一段时间的历史，尤其是在管道气力输送技术方面已达百年，该领域的发展并非一帆风顺，曾在很长的一段时间内停滞不前，主要原因就是能耗、物料破碎、不见磨损、管道堵塞等在实际使用中出现的一些问题。在1980年以后的20年，是复合材料技术快速发展的20年，在这20年里由于低速密相气力输送技术、计算机技术、制造技术、控制技术、传感技术等等技术的的快速发展，使得以往复杂的、难以解决的问题得到的解决。譬如气力输送技术从基理应用上有了质的突破、气力输送过程管道中的复杂流态的模型建立问题、物料破碎管道磨损高耗能等问题，在解决一系列问题的同时还提高了系统的可靠性和工程的经济性。

利用空气为输送介质，以系统内和外界的压力差为推动力，在封闭的管线和装置内实现粉状物料的输送，这种传输方式为管道气力输送。因其管道气力输送系统的分类不同，使其使用范围也用所不同。根据大致的工作原理分可分为吸送式与压送式两种类型。如今，在企业常见的有以下几种输送方式：吸引式稀相输送、压送式稀相输送、间歇冲气罐密相输送、脉冲式密相输送。

4 结语

根据本文中对玻璃钢管道的基本介绍，可以发现玻璃钢材料管道在某些方面的特性是非常显著的，如耐磨、耐腐蚀等。这些特性在一些企业中可以有着很大的优势，也使得玻璃钢材料管道适用于多種行业。同时玻璃钢复合材料在具备以上优势的情况下价格方面也有一定的优势，价格便宜使得其性价比非常高，所以，现在的国内市场，玻璃钢复合材料的制品（管道、风力叶片等）正在逐步躯体其他材料，占领主要的市场份额。