FRP塑料復合管道內襯層的加工工藝與技術要點分析

鄧志，李家玉，姜濤，葉非華，周靜茹

（廣東順德工業設計研究院，廣東 佛山 528300）

FRP塑料復合管道內襯層的加工工藝與技術要點分析

Analysis on processing technology and techniques of FRP plastic composite pipe lining layer

鄧志，李家玉，姜濤，葉非華，周靜茹

（廣東順德工業設計研究院，廣東 佛山 528300）

隨著社會、企業的發展，許多的工程所用材料要求越來越高。FRP塑料復合管道是一種新型的利用玻璃鋼圍繞塑料內襯管外部來制作的復合材料。本文主要探析FPR塑料復合管道內襯管道的加工工藝和技術進行一定深度的探討。

FRP塑料復合管道；內襯層；加工工藝和技術

FRP塑料復合管道是一種新型的利用玻璃鋼圍繞塑料內襯管外部來制作的復合材料，不僅僅有著非常好的耐磨性、耐腐蝕性、完好的密封性等多個塑料材質特點，還具有低密度、高強度、抗低溫、抗老化和耐振動的玻璃鋼的特性，普遍的使用年限為60年以上，這兩種材質的特點相互彌補之后，能夠揚長避短，充分體現符合材料的優勢。

1 FRP塑料復合管道的基本技術需求

1.1 界面的粘黏

因為FRP塑料復合管道普遍使用過程當中的溫差比較大，一般都存在50 ℃以上，這對復合管道的彈性、膨脹系數等有著非常大的要求。按照HGJ515的工業標準，要求玻璃鋼界面的黏貼強度≥2 MPa，這個標準是復合管道是否合格的基本要求［1］。通過保障黏貼強度從而達到玻璃鋼、塑料復合管完美的協調，這樣才能長期可靠地工作。

1.2 端部的密封性

塑料內襯管具有非常好的韌性，斷裂伸長比非常高，能夠為復合管道提供優秀的密封性，這種情況之下，玻璃鋼層厚度如果剛好恰當的話，即便是在百兆以上的高壓情況之下，管道也不會出現破裂、滲漏的情況［2］。有著膨脹系數高的彈性模量變化劇烈的塑料內襯與玻璃鋼，在應力、溫差的情況下也不會出現滲漏的情況。如果將結構設計為不平滑的結構，對于管道對抗高壓的能力有著更好的提升。

2 塑料內襯管加工方案

2.1 專業設備的改進方案

依據玻璃管管道的行業標準，玻璃管道的最長長度是12 m，但是普遍的玻璃鋼廠一般都沒有能夠生產12 m的塑料內襯管道的設備，就算是在普通的機械廠也無法找到這樣長的機床，如果想要為此工序專門指導專用的加工設備會造成資金的浪費。經過分析發現玻璃鋼管、玻璃鋼和塑料復合管的廠商都是采用的纖維纏繞技藝，一般玻璃鋼管纏繞機纏繞長度最長能夠達到12 m。為此，筆者推薦的就是充分的發揮纏繞機的功能，在纏繞機的小車上同時安裝使玻璃纖維鑲嵌于槽內的浸膠槽、纏繞機構和切削螺旋槽道具，將塑料內襯管穩固在纏繞機機芯軸的運作位置上，將纏繞機的運作程序加入塑料內襯管的環向螺旋槽的切削和玻璃纖維鑲嵌工序。另外也可以使用塑料內襯管的旋轉運作外加一個傳動控制系統，將纏繞機小車的纏繞運動、切削運動轉速相匹配。如今纏繞機芯軸相連定位部分將不會再約束到塑料管的定位、旋轉工裝等，會實現更加得靈活和簡單化。

2.2 塑料管的加緊定位

塑料管道內徑的定位基礎是依靠塑料管定位加緊工藝來確定的。每一種規格的內襯管，需要使用各種不一樣的定位加緊方式。對于內徑大于200 m的內襯管需要利用鋼管來為中心作支撐。利用塑料的中心線對準鋼管的中心線，位盤的外徑根據塑料管的內徑最小值來確定，鋼管和位盤進行配合，要求將盤間距制定為1 000 mm和800 mm之間。在盤外緣按照120°分為3個U型槽，利用和塑料管規格一樣的細鋼管放入到U型槽內。因為U型槽的各個數據和剛剛相同，所以鋼管的外緣和盤外徑會平均對齊。

3 刀具利用環向螺旋槽來進行加工

3.1 塑料管道削切注意點

FRP塑料復合管道是采用的熱塑塑料材料，其密度非常小（0.9～2.1），強度又比較高，還具有非常好的絕緣性，不易腐蝕、磨損等多方面的優質性能特點。但是仍然還是有一些不足點的，比如耐熱性不高，普遍的塑料只能存在于70 ℃左右的環境下進行工作；不易導熱，只占鋼鐵的1/400；容易出現熱膨脹現象，比金屬更容易出現熱膨脹，平均為4倍左右；易出現蠕變性，如果長時間承載一定的負荷，會緩慢的發生永久性蠕動變化；易老化，塑料如果經常在陽光、外力、大氣這些條件的影響之下工作，容易出現變色、裂紋、蠕變、氧化和韌度降低等現象。

在這些不足點中，不易導熱、不耐熱、易熱膨脹這三個特點，在塑料削、切的加工中都會造成一定的影響。為此，應當在切削的加工中加以重視，盡可能防止對管道出現影響，達到揚長避短的目的，盡量在切削過程當中以不出現對塑料管的破壞為前提，盡量提高切削效率和切削質量。

筆者建議從以下幾點進行防治：

（1）因為塑料的彈性不佳，在徑向的切削加工當中可能會出現變形的現象，假設削、切的精度要求高或者車削又細又長的熱塑塑料的時候，最好使用刀架，從而提高加工的精度；

（2）盡量給削、切部位輸送高壓壓縮氣流，這樣既可以將被削下來的塑料廢屑能夠吹出工作區，還能降低刀具的溫度，加強刀具的工作性能；

（3）切削速度過快，切削深度過多，都會讓進給量導致削、切的工作問題過高，可以依據下列公式進行協調。

式中：

T——削、切工作當中的，℃；

f——進給量，mm/r，

Ad——削、切的深度，mm。

（4）削、切所使用的刀具材料的導熱系數對削、切溫度高低有主要影響，為此應當使用不易導熱的材料刀具，推薦使用金屬刀具，以此來給削、切溫度進行降低控制。

3.2 環向旋轉切削刀具切削塑料管

玻璃鋼、塑料復合管道是將經過浸樹脂后的無捻連續玻璃纖維紗纏繞于塑料內襯管螺旋槽內和表面，等待其固化之后將玻璃鋼塑料牢固粘接而成。所以需要將塑料內襯管的表面先進行螺旋槽加工，而后再將其纏繞于玻璃鋼層。根據沃丁柱［3］所發表的“復合材料大全”中所介紹的，削、切熱塑塑料的刀具主要的幾何參數要求。具體見表1。

表1 撤銷熱塑塑料時刀具的要求參數

由此可見塑料旋轉槽所使用的刀具和普通的刀具有一定的不同，沒有偏角和主角［4］。刀具和工件應當保持中心線的水平。在實際的操作過程當中，應當根據刀具的質量、材料的不同適當地進行調整，保證塑料管在環向螺旋槽切削過程當中不受損壞［5］。

4 總結

利用管內內徑進行定位和刀具夾上和FRP纏繞機的芯模轉動系統、纏繞線型控制相融合便可以保證內襯管在加工設計時的技術性。在負荷管道纏繞的工藝過程當中，需要確保玻璃纖維紗束進入到螺旋槽，進而利用界面樹脂，能夠有效地利用樹脂的特性對FRP塑料的界面進行牢固，從而得到更好的粘結韌度。

綜上所述，利用塑料的內襯管加工，能夠讓FRP塑料復合管的質量更好，界面更加的牢固，結構更加合理，連接更加簡便、輕松、可靠，公稱壓力更大，技術性、科學性更好。

［1］ 李學文. 中、高壓塑料復合管道連接設計［J］. 玻璃鋼復合材料，2014，3（12）：1～5 .

［2］ 范忠仁. 塑料的機械加工［M］. 北京：化學工業出版社，2014，3（12）：1～5 .

［3］ 沃丁柱. 負荷材料大全［M］. 北京：化學工藝出版社，2014，3（13）：18～20 .

［4］ 模板設計編寫組.塑料模具設計手冊［M］. 北京：機械工業出版社，2015，2（05）：12～13 .

［5］ 東北工學院. 機械零件設計手冊［M］. 北京：冶金工業出版社，2014，3（13）：18～20 .

TQ320.724

1009-797X （2015） 16-0063-03

A

10.13520/j.cnki.rpte.2015.16.019

鄧志（1985-），男，畢業于湖北大學，從事高分子復合材料研發、生產，以及科研成果轉化工作。

2015-07-20