CN103343845B - 一种连续缠绕玻璃钢管 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种连续缠绕玻璃钢管，包括内衬层、结构层和外保护层，所述结构层由多层长纤层和短纤层上下间隔交错组合而成；所述长纤层是由长切玻璃纤维和树脂构成的，所述短纤层是由短切玻璃纤维、石英砂和树脂构成的。本发明的玻璃钢管是以树脂为基体、玻璃纤维为增强材料、石英砂为填料，采用连续缠绕工艺技术制成，同时由于结构层采用多层长纤层与短纤层交错而成，其层间结合强度高，使得玻璃钢管整体强度和刚度较强；同时本发明的玻璃钢管还具有极强的耐腐蚀性和柔韧性，拉伸强度也远远高于现有产品，同时其使用寿命能达到50年以上。

Description

一种连续缠绕玻璃钢管

技术领域

本发明属于玻璃钢管技术领域，具体涉及一种连续缠绕玻璃钢管。

背景技术

目前，我国玻璃钢管的生产有三种工艺，即连续缠绕工艺、定长缠绕工艺和离心浇铸工艺。其中定长缠绕管的生产线是半自动化生产设备，产品质量的稳定性主要取决于操作工的熟练程度，生产效率低，而且定长缠绕管的加砂采用的是裹砂工艺，即用玻璃纤维布将石英砂包裹在里边，由于其夹砂层孤立无援，浸润石英砂所用树脂来源是玻璃纤维布在缠绕时，挤处本身浸润树脂传递给石英砂，可见夹砂层的贫胶缺陷是必然的；离心浇铸管的生产线是全自动化生产设备，生产效率高，但是生产成本高，制管所用玻璃纤维全是短切纤维，而且离心浇铸管是将短切玻璃纤维、石英砂和树脂按比例喷到旋转的钢模中制成的，不采用连续玻璃纤维，因此机械性能差，要提高管子的性能，只能通过增加管壁厚度实现，工作压力相同时，三类管子中离心浇铸管壁厚度最大，故而成本也最高，为了降低成本，其树脂添加碳酸钙填料，填料的增加会造成挠曲水平的降低；而连续缠绕玻璃钢管具有三大特点：自动化程度高、产品质量稳定、生产效率高。

广义的玻璃钢管管壁结构都是分为内衬层、结构层和外保护层三层，所述结构层是单独的石英砂与树脂浸润而成，玻璃钢管管壁层间无吸附力，故而管壁层间结合力较差，层间强度低，柔韧性较差，拉伸强度和刚度均不太理想。

发明内容

本发明所要解决的技术问题便是针对上述现有技术的不足，提供一种连续缠绕玻璃钢管，它能够有效解决现有玻璃钢管层间强度低、柔韧性较差以及拉伸强度和刚度均不理想的缺陷。

本发明所采用的技术方案是：一种连续缠绕玻璃钢管，包括内衬层、结构层和外保护层，所述结构层由多层长纤层和短纤层上下间隔交错组合而成；

所述长纤层是由按重量配比的下列组分构成：

长切玻璃纤维，占55%-65%；树脂，占35%-45%；

所述短纤层是由按重量配比的下列组分构成：

短切玻璃纤维，占10%-20%；石英砂，占40%-50%；树脂，占40%-50%。

作为优选，所述内衬层是由按重量配比的下列组分构成：

玻璃纤维表面毡，占5%-15%；树脂，占85%-95%。

作为优选，所述外保护层是由按重量配比的下列组分构成：

聚酯表面毡，占5%-15%；树脂，占85%-95%。

作为优选，所述结构层与内衬层之间还设有次内层。

作为优选，所述次内层是由按重量配比的下列组分构成：

短切玻璃纤维，占25%-35%；树脂，占65%-75%。

本发明的有益效果在于：本发明的玻璃钢管是以树脂为基体、玻璃纤维为增强材料、石英砂为填料，采用连续缠绕工艺技术制成，同时由于结构层采用多层长纤层与短纤层交错而成，其层间结合强度高，使得玻璃钢管整体强度和刚度较强；同时本发明的玻璃钢管还具有极强的耐腐蚀性和柔韧性，拉伸强度也远远高于现有产品，同时其使用寿命能达到50年以上。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中：1、内衬层；2、结构层；21、长纤层；22、短纤层；3、外保护层；4、次内层。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种连续缠绕玻璃钢管，包括内衬层1、结构层2和外保护层3，所述结构层2由多层长纤层21和短纤层22上下间隔交错组合而成；

所述长纤层21是由按重量配比的下列组分构成：

长切玻璃纤维，占55%-65%；树脂，占35%-45%；

所述短纤层22是由按重量配比的下列组分构成：

短切玻璃纤维，占10%-20%；石英砂，占40%-50%；树脂，占40%-50%。

所述内衬层1是由按重量配比的下列组分构成：

玻璃纤维表面毡，占5%-15%；树脂，占85%-95%。

所述外保护层3是由按重量配比的下列组分构成：

聚酯表面毡，占5%-15%；树脂，占85%-95%。

作为优选，在所述结构层2与内衬层1之间还设有次内层4，所述次内层4是由按重量配比的下列组分构成：

短切玻璃纤维，占25%-35%；树脂，占65%-75%。

实施例1：一种连续缠绕玻璃钢管，包括内衬层1、结构层2和外保护层3，所述结构层2由多层长纤层21和短纤层22上下间隔交错组合而成；

所述长纤层21是由按重量配比的下列组分构成：

长切玻璃纤维，占60%；树脂，占40%；

所述短纤层22是由按重量配比的下列组分构成：

短切玻璃纤维，占14%；石英砂，占43%；树脂，占43%。

所述内衬层1是由按重量配比的下列组分构成：

玻璃纤维表面毡，占10%；树脂，占90%。

所述外保护层3是由按重量配比的下列组分构成：

聚酯表面毡，占10%；树脂，占90%。

在所述结构层2与内衬层1之间还设有次内层4，所述次内层4是由按重量配比的下列组分构成：

短切玻璃纤维，占30%；树脂，占70%。

实施例2：一种连续缠绕玻璃钢管，包括内衬层1、结构层2和外保护层3，所述结构层2由多层长纤层21和短纤层22上下间隔交错组合而成；

所述长纤层21是由按重量配比的下列组分构成：

长切玻璃纤维，占55%；树脂，占45%；

所述短纤层22是由按重量配比的下列组分构成：

短切玻璃纤维，占10%；石英砂，占45%；树脂，占45%。

所述内衬层1是由按重量配比的下列组分构成：

玻璃纤维表面毡，占5%；树脂，占95%。

所述外保护层3是由按重量配比的下列组分构成：

聚酯表面毡，占5%；树脂，占95%。

在所述结构层2与内衬层1之间还设有次内层4，所述次内层4是由按重量配比的下列组分构成：

短切玻璃纤维，占25%；树脂，占75%。

实施例3：一种连续缠绕玻璃钢管，包括内衬层1、结构层2和外保护层3，所述结构层2由多层长纤层21和短纤层22上下间隔交错组合而成；

所述长纤层21是由按重量配比的下列组分构成：

长切玻璃纤维，占65%；树脂，占35%；

所述短纤层22是由按重量配比的下列组分构成：

短切玻璃纤维，占20%；石英砂，占40%；树脂，占40%。

所述内衬层1是由按重量配比的下列组分构成：

玻璃纤维表面毡，占15%；树脂，占85%。

所述外保护层3是由按重量配比的下列组分构成：

聚酯表面毡，占15%；树脂，占85%。

在所述结构层2与内衬层1之间还设有次内层4，所述次内层4是由按重量配比的下列组分构成：

短切玻璃纤维，占35%；树脂，占65%。

本发明的工艺流程包括：

A、供料

内衬层1：玻璃纤维表面毡连续不断地缠绕在模具上，短切玻璃纤维均匀落在内衬供料区，经内衬树脂充分浸润，形成内衬层1。

结构层2：长切玻璃纤维连续不断地缠绕在内衬层1上，并将短切玻璃纤维、石英砂紧紧包裹，经树脂浸润后交织成一体，形成结构层2。

外保护层3：聚酯表面毡连续缠绕在结构层2外，经树脂浸润，形成外保护层3。

B、固化

制管进入聚合炉，控制制管树脂干燥点、放热峰处于固化炉的设定位置，完成固化过程。

C、切割

在制管达到设定节长，磨削切割跟踪系统自动启动，先磨削校准外圆，同时倒角切割，移出生产线。

本发明中采用了完美的石英砂添加技术，石英砂的添加是为了增加管壁厚度，提高管刚度，它处于管壁的结构层2，在结构层2中，石英砂和短切玻璃纤维一起均匀添加到结构层2的每一个小的层间，与短切玻璃纤维、长切玻璃纤维交织在一起，并得到树脂充分的浸润，因此，管壁结构浑然一体。

短切玻璃纤维的层间联系特点：短切玻璃纤维的添加一方面增强管轴向强度，另一方面起着管壁层间联系的作用。玻璃钢管是层合结构，层间结合非常重要，短切玻璃纤维吸附树脂能力强，是层间结合的最佳介面，在本发明玻璃钢管的管壁每个小的层间由于短切玻璃纤维各向同性的联系作用，层间结合非常牢固。平行板挠曲水平测试表明：A水平B水平均可满足要求，弯曲强度测试时，最大挠曲可达30%-40%。

本发明的玻璃钢管与传统产品对比分析如下：

A、管材结构可设计性

本发明的玻璃钢管可以根据要求承受的内压和外压，以及现场具体施工使用条件进行管材最经济的结构工艺设计，工作压力从0.1MPa到2.5MPa，环刚度等级从2500N/m2到20000N/m2等，同时可按照环向与轴向受力的不同，通过改变结构纤维铺层，使管道具有不同的环向强度与轴向强度，从而与受力状态相匹配。球墨铸铁管和PE塑料管的压力等级仅为规定的几个级别，PE塑料管的刚度等级一般仅有4000Pa和8000Pa两种，适用工程实际具有一定的局限性。

B、防腐性能与使用寿命

优良的防腐蚀性能是本发明最突出的优点之一，这不仅使得其在运行时无须任何维护，而且是确保玻璃钢管能使用50年以上寿命的重要因素。

尽管球墨铸铁管的耐腐蚀性能比钢管强，但其在埋入地下运行时，管内水质、周围土壤、地下水、埋设地带附近是否存在电场等因素均会该管内外壁产生腐蚀。因此，GB/T13295-2003《水及燃气管道用球墨铸铁管、管件和附件》标准规定：管体内外表面应涂敷沥青质或其他防腐材料。由于涂敷材料与球墨铸铁管材的材质不同，在长期运行中，受到气候冷热、水力冲击等作用，容易产生界面分层脱落，而逐步失去防腐涂敷层，从而使管的内表面铁分子产生氧化作用、电化学腐蚀等，必将减少使用寿命。

C、卫生性能

本发明的玻璃钢管的内衬层1采用食品级树脂，可确保水质达到国家标准，并可用于输送和贮存含氯的饮用水及生活用水。除此之外，在避光条件下的管体内壁不生长微生物，因此埋地的玻璃钢管可进一步确保自来水的质量。

由于球墨铸铁管壁粗糙，难以达到和玻璃钢管内壁的光滑性，且长期使用后会产生腐蚀，因而会生长微生物和结垢，从而影响水质。

D、耐磨性能

国外有资料介绍，把含有大量泥浆、砂石的水装入管中进行旋转磨损影响对比试验，经300万次旋转后，管内壁的磨损深度如下：用焦油和瓷釉涂层的钢管为0.53mm，用环氧树脂和焦油涂层的钢管为0.52mm，经表面硬化处理的钢管为0.48mm，玻璃钢管仅为0.21mm。

E、水力性能

在管线输水过程中必须增加能量来克服水头损失，影响水头损失有三个因素：a、水的内部摩擦（与粘性有关）；b、地形改变水流；c、水沿着管壁的摩擦。在管线设计过程中，当水的内部摩擦和地形改变水流这两种条件一定时，我们所要考虑的就是水沿着管壁的摩擦这一要素。本发明的玻璃钢管的内表面光滑、抗磨性能好、无腐蚀、无附着、不生藻，具有优良的水力性能，曼宁糙率系数仅为n=0.008，在管径和水力坡度相同的情况下，该连续缠绕玻璃钢管所输送的液体流量是铸铁管的1.62倍。在水力坡度和流量相同的情况，选用本发明的玻璃钢管要比球墨铸铁管管径低一个规格，如果选同样的管径，本玻璃钢管的长期运行费用要低很多。

F、对水锤效应适应能力强

水锤效应的大小是流体特性、流速、管材弹性模量、壁厚等的函数，本发明的玻璃钢管弹性模量低，对压力波的传播有个衰减作用，因此对冲击压力适应能力强；而金属管道弹性模量高，压力波的量级所以很高，对冲击压力适应能力差。

G、运输、安装和维护方便

同管径同压力的连续缠绕玻璃钢管重量是球墨铸铁管的三分之一左右，这无缝给本玻璃钢管的运输和安装提供了便利，因而大大降低了布管费用、组联费用和安装费用等。同时本玻璃钢管在运行过程中无须维护，而球墨铸铁管由于耐腐蚀性能差，需要不断采取防腐维护措施，有时还需采取阴极保护等措施。

本发明的玻璃钢管是以树脂为基体、玻璃纤维为增强材料、石英砂为填料，采用连续缠绕工艺技术制成，同时由于结构层2采用多层长纤层21与短纤层22交错而成，其层间结合强度高，使得玻璃钢管整体强度和刚度较强；同时本发明的玻璃钢管还具有极强的耐腐蚀性和柔韧性，拉伸强度也远远高于现有产品，同时其使用寿命能达到50年以上。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (1)

1.一种连续缠绕玻璃钢管，包括内衬层（1）、结构层（2）和外保护层（3），其特征在于：所述结构层（2）由多层长纤层（21）和短纤层（22）上下间隔交错组合而成；

所述长纤层（21）是由按重量配比的下列组分构成：

长切玻璃纤维，占55%-65%；树脂，占35%-45%；

所述短纤层（22）是由按重量配比的下列组分构成：

短切玻璃纤维，占10%-20%；石英砂，占40%-50%；树脂，占40%-50%；

长切玻璃纤维连续不断地缠绕在内衬层（1）上，并将短切玻璃纤维、石英砂紧紧包裹，经树脂浸润后交织成一体，形成结构层（2）；

所述内衬层（1）是由按重量配比的下列组分构成：

玻璃纤维表面毡，占5%-15%；树脂，占85%-95%；

玻璃纤维表面毡连续不断地缠绕在模具上，短切玻璃纤维均匀落在内衬供料区，经内衬树脂充分浸润，形成内衬层（1）；

所述外保护层（3）是由按重量配比的下列组分构成：

聚酯表面毡，占5%-15%；树脂，占85%-95%；

聚酯表面毡连续缠绕在结构层（2）外，经树脂浸润，形成外保护层（3）；

所述结构层（2）与内衬层（1）之间还设有次内层（4），所述次内层（4）是由按重量配比的下列组分构成：

短切玻璃纤维，占25%-35%；树脂，占65%-75%。