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玻璃钢管道技术性能说明

浏览次数:438发布日期:2022-04-12

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一、玻璃钢管的特点



玻璃钢管是一种轻质,高强,耐腐蚀的非金属管道。它是将有树脂基体的玻璃纤维按工艺要求逐层缠绕到旋转的芯模上。其管壁结构合理先进,能充分发挥材料的作用,在满足使用强度的前提下,提高了刚度,保证了产品的稳定性和可靠性。以其优异的耐化学腐蚀,轻质高强度,不结垢,抗震性强,与普通钢管及铸铁管比较使用寿命长,综合造价低,安装快捷,安全可靠等优点,被用户所接受。玻璃钢管道应用领域涉及石油,化工,给排水等行业,近年来,我国玻璃钢管道生产发展很快,数量逐年上升,应用范围及部门也越来越广。

具体特点如下:

a)玻璃钢管材具有优良的物理性能,它的比重为1.8-2.2,约为钢管的1/5-1/4,比钢、铸铁或塑料的强度高,玻璃钢管道的重量一般不大于同规格钢管的1/3,物理力学性能优良,此外,玻璃钢管的膨胀系数与钢管的大体相当,热传导系数只有钢管的0.5‰,具有很好的热、电的绝缘性能。

b)耐化学腐蚀、抗老化、使用寿命长,使用寿命长达50年以上。适合输送自来水、污水、各种酸、碱、盐及有机溶剂等不同介质。

c)水力特性是玻璃钢管道的重要特征之一。水力特性优异意味着流体压头损失小,可以选用较小管径或功率较小的输送泵,从而减少管线工程初期投资、节省电能、降低运行成本。玻璃钢内表面相当光滑,管及管件表面无裂纹管及管件没有妨碍使用的凹凸不平的缺陷。一般表面粗糙率≤0.009,几乎可以认为是“水力学光滑管",在运行中,钢管、铸铁管、水泥管等的内表面,经常发生局部腐蚀,变得越来越粗糙,而玻璃钢始终保持着新生管的表面光滑状态。

d)安装、维护费用低,一般来说,玻璃钢管道埋地不需要特殊的防腐处理;保温层可以减薄,甚至不另做保温处理;管道比较轻,吊装设备吨位小,功率消耗少,玻璃钢管长度比水泥管及铸铁管长,接头相对减少,这些都会降低安装和维护费用。

e)设计灵活性大,改型周期短。玻璃钢是将浸有树脂基体的纤维增加材料,按照特定工艺条件逐层缠绕到芯模上并进行适当固化而制成的,管壁是一种层状结构,可以通过改变树脂系统或采用不同的增强材料来调整玻璃钢管的各项物理和化学性能,以适应不同介质和工作条件制成不同压力等级或具有某种特殊性能的玻璃钢管。改型周期短,是纤维缠绕复合材料的显著特点,各向同性的金属管材无法与其相比。


二、标准和规范规程



1、《玻璃纤维增强塑料夹砂管》           GB/T21238-2007

2、《埋地给水排水玻璃纤维增强热固性树脂夹砂管管道工程施工程序及验收规程》  

 CECS 129:2001

3、《给水排水管道工程施工程序及验收规程》   GB50268-1997

4、《玻璃纤维无捻粗纱》         GB/T18369

5、《给排水管道用的橡胶密封圈材料规范》     HG/T3091-1997

6、《纤维增强塑料拉伸性能试验方法》     GB/T1447

7、《纤维增强塑料弯曲性能试验方法》    GB/T1449

8、《纤维缠绕增强塑料环形试样拉伸试验方法》  GB/T1458

9、《纤维缠绕增强塑料树脂不可溶分含量试验方法》 GB/T2576

10、《玻璃纤维增强塑料树脂含量试验方法》   GB/T2577

11、《增强塑料巴柯尔硬度试验方法》     GB/T3854


三、设计方案



本设计严格按照《玻璃纤维增强塑料夹砂管》GB/T21238-2007要求进行设计,提出先进合理的设计条件、原材料选择、铺层设计、强度设计及刚度设计等系列设计方案。

管材采用玻璃钢管,标准管有效长度为12m。

管沟槽回填:按照《埋地给水排水玻璃纤维增强热固性树脂夹砂管管道工程施工程序及验收规程-CECS129:2001》

(1)原材料选择及性能

1、增强材料

玻璃纤维表面毡:无碱,规格30g/m2

针织毡:无碱,规格380 g/m2

缠绕纱:无碱玻璃纤维无捻粗纱,2400TEX

玻璃纤维增强布:无碱,规格55g/m2

2、结构层树脂

采用196#不饱和树脂

树脂浇筑体力学性能:

拉伸强度≥60Mpa

   拉伸弹性模量≥3.0Gpa

   断裂伸长率≥2.5%

   热变形温度≥70℃

3、内衬树脂

采用3301#树脂。

树脂浇筑体力学性能:

拉伸强度≥60Mpa

   拉伸弹性模量≥2.5Gpa

   断裂延伸率≥3.5%

(2)玻璃钢管道设计

本设计是依据复合材料结构铺层设计原理,依据本公司的实际工艺条件、材料与结构性能的实验结果进行设计的。

管材由内衬层、内结构层、外结构层及外保护层组成。

(3)管材外观设计

管的内表面光滑平整,无对使用性能有影响的龟裂、分层、针孔、杂质、贫胶区和气泡;管端部平齐;边棱无毛刺;外表面无明显缺陷。

(4)管道连接设计

连接方式:承插连接,接头采用双“O"型橡胶密封圈进行密封。“O"型橡胶密封圈采用三元乙丙橡胶圈。

玻璃钢夹砂管的具体工艺流程如下:

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◆具体制作方法如下:

1、模具清理及准备工作

将新换上的模具用纱布蘸上丙酮擦去模具表面油污,清除残物,然后均匀打一层脱模蜡后,抛光处理,用滑石粉均匀擦拭模具表面,在脱模环处刷一层聚乙烯醇脱模剂,不得漏涂,晾干,成模。

2、缠绕聚酯薄膜

用胶带纸将聚酯薄膜固定到插口端,让芯模均速旋转,等张力缠绕聚酯薄膜,薄膜缠近承口时,降低芯模转速,使芯模和承口环接封平齐,用剪刀剪断薄膜,再用胶带纸将接缝胶一圈,但胶带纸不得起皱。最终保证薄膜平整,薄膜重叠宽度为20±5mm。

3、内表层制作

在模具上的薄膜外面均匀喷一层内衬树脂,不得有漏喷处,在管道内衬层内表面形成一层富树层。然后缠绕表面毡,要求表面毡浸透树脂,不起皱,表面毡的搭接为表面毡宽度的一半,既上一遍表面毡即可形成两层由表面毡加强的内表层。用钢卷尺测量搭接宽度以保护尺寸,赶尽气泡,控制单位面积的树脂用量,树脂含量保证90%以上。

4、次表层制作

首先均匀喷一层内衬树脂,不得有漏喷处,然后缠绕无碱短切原丝毡或无碱针织缝边毡,再喷一遍树脂,缠绕玻纤网眼布并用气压辊滚压,赶尽气泡,控制单位面积的树脂用量,使该层树脂含量在65%以上。短切毡网眼布搭接20±5mm,用钢卷尽测量。

5、内缠绕结构层缠绕

在合格的内衬层上,按设计铺层缠绕内缠绕层,首先应按工艺设计中纱的根数和宽度穿纱,准备好树脂,并将计量泵上的固化剂调节杆调到要求的档次(依化验室的结构树脂此温度下的指导配方而定),按设计方案向计算机输入缠绕铺层及缠绕角进行缠绕,整个缠绕过程要求浸胶均匀,纱片不间纱、不重叠、不滑纱。环向缠绕树脂含量为28%-35%,螺旋缠绕树脂含量为28%-35%。

6、外缠绕结构层缠绕

按设计铺层缠绕外缠绕层。首先按工艺设计中的纱的根数和宽度穿纱,准备好树脂,按设计方案向计算机输入缠绕铺层及缠绕角进行缠绕,整个缠绕过程要求浸胶均匀,纱布不间纱、不重叠、不滑纱。环向缠绕树脂含量为28%-35%,螺旋缠绕树脂含量为28%-35%。

7、外保护层制作

外保护层是缠绕管道最外层时在树脂中加入抗老化剂,并缠绕聚酯薄模,使管体表面形成一层富树脂层。外保证层树脂中紫外线吸收剂的加入,可以防止长期露天存放造成管道外表面老化。

8、固化

待固化至一定程度后进行修整,胶圈装入槽和承插口两端面,然后进行脱模,待检。

9、后固化

室外温度较低时采用80℃、3h固化炉后固化处理,室外温度较高时需存放至少24小时,使得管道*固化,满足食品级卫生要求。

五、产品的寿命与经营成本

5.1产品寿命说明

关于地下玻璃钢管的使用寿命,在《玻璃纤维增强塑料夹砂管》GB/T21238-2007标准中规定其设计使用寿命为50年。

本公司产品的寿命依据是:

1.采用高质量的无碱玻璃纤维和自动化缠绕工艺进行缠绕,符合国际规范要求,可以满足50年的使用寿命。

2.玻璃钢管的破坏压力是按工作压力的6倍进行设计的;可以确保50年使用寿命(AWWA、ASTM标准)。

3.良好的耐腐蚀性能和耐水性,是确保玻璃钢管道50年寿命的基本保证。

本公司之所以采用无碱玻璃纤维而不采用中碱玻璃纤维,其理由如下:

目前尚无针对中碱玻璃纤维增强材料管道的使用寿命的实验依据。因此采用中碱玻璃纤维无捻粗纱,在确保玻璃钢管道的50年使用寿命方面缺乏依据。

按照无碱无捻玻璃纤维纱JC277-80标准和中碱无捻玻璃纤维纱JC278-80的标准,中碱无捻玻璃纤维的强度标准要求为无碱无捻玻璃纤维纱强度标准的83%。依据武汉理工大学的实验结果,对采用中碱玻璃纤维制成的玻璃钢制品的实验结果,其强度为无碱玻璃纤维的70%左右。

中碱无捻玻璃纤维的拉伸弹性模量为无碱无捻玻璃纤维纱的85%左右。

玻璃钢管长期处在水环境中,其耐水性十分重要。其耐水性取决于玻璃纤维的化学稳定性,而其化学稳定性主要取决于玻璃的化学组成。玻璃钢的耐水性实验目前主要是通过在玻璃纤维中析出Na2O量(mg)的实验来定量确定的。有文献分析耐水性实验数据为:无碱玻璃纤维:4.1 mg,而中碱玻璃纤维:9.9 mg。因此,无碱玻璃纤维I级水解,而中碱玻璃属于II级水解,无碱玻璃纤维的耐水性较中碱玻璃纤维好。

5.2经营成本分析

玻璃钢管的内壁非常光滑,糙率系数为0.0084,50年后的糙率系数为0.009,其能耗损失非常低。以DN700为例:设水力坡降为2%,初始的流量为0.641m3/s,50年后降为0.598m3/s,流量损耗仅为6.56%。因此运行过程中的能耗稳定,损失小,可减小运行过程中的经营成本。

另外,由于玻璃钢管道是一种优良的耐腐蚀产品,在正常运行过程中无须维护与修复,也是减小运行过程中的经营成本特征之一。


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