我國的“纖維纏繞玻璃鋼夾砂管道”(RPM管道)是在八十年代后期引進(jìn)并發(fā)展起來的，隨著我國經(jīng)濟(jì)繁榮，國力增強(qiáng)和科技進(jìn)步的飛快發(fā)展，目前已經(jīng)走向規(guī)模化產(chǎn)業(yè)。

      眾所周知，由于RPM管道獨(dú)特的可設(shè)計(jì)性所具有的優(yōu)異質(zhì)量性能，而受到市場歡迎并引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注，使這一新生事物得以迅速發(fā)展。

     RPM管道可根據(jù)市場的不同需求而設(shè)計(jì)制造，現(xiàn)已在眾多領(lǐng)域中應(yīng)用，如水利、電力、化工、輕工、礦山等工程中，成為輸送管道中一顆閃亮的新星。但是市場是個(gè)無情的戰(zhàn)場，要參與競爭必須經(jīng)受住相應(yīng)的質(zhì)量及價(jià)格兩大要素的考驗(yàn)。就當(dāng)今市場而言，RPM管道價(jià)格競爭十分嚴(yán)峻，因此降低成本是硬道理，是競爭力的核心，是RPM管推廣的關(guān)鍵所在。為擴(kuò)大行業(yè)優(yōu)勢在競爭中取勝，眾多企業(yè)都期盼在保證質(zhì)量條件下降低成本的新理論、新技術(shù)能早日誕生并投入市場。

      筆者是從事玻璃鋼事業(yè)有40余年的科技工作者，有長期研究與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。退休后又從事五年夾砂管道的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)工作，一自在潛心研究“低成本RPM管道”課題，并已取得可喜的進(jìn)展。對原有的管道設(shè)計(jì)理論有了新的見解，創(chuàng)立了“插口夾砂管道安全閥設(shè)十理論”及“實(shí)體全及限設(shè)計(jì)理論”(及限意為左到限位，并非極限之意)的理念，在此基礎(chǔ)上我們幾位又完成了新的設(shè)計(jì)模式，獲得“大累旋角纏繞玻璃鋼管”等三項(xiàng)國家專利。在設(shè)計(jì)中還采用了新型功能的復(fù)合晶纖FSMF)，可降低樹脂用量。．綜合這些新的設(shè)計(jì)與技術(shù)的應(yīng)用，在確保管道質(zhì)量性能的前是下，大幅度降低成本的研究成果，為RPM管道在市場激烈競爭中贏得優(yōu)勢提供有力的技術(shù)條件。為此，筆者愿把此成果與同行合作，以推動(dòng)我國RPM管道產(chǎn)業(yè)的大步前進(jìn)做出努力。

這里我們將取得的研究成果簡介如下：

一、降低富裕的樹脂含量

      實(shí)踐和研究顯示玻璃纖維增強(qiáng)塑料中樹脂含量占25％一30％，纏繞玻璃鋼強(qiáng)度和模量都較高；夾砂層中的樹脂含量在20％一25％，強(qiáng)度和模量指標(biāo)均達(dá)到高限。但這里有一個(gè)重要條件做為整體工作的保證，就是要求材質(zhì)密度必須要達(dá)到或略高于2．0g／cm3，即要排出材料中的氣泡是極其必要的。為此，采用以下三種辦法來實(shí)施。

      1．在纏繞樹脂中添加一定比例的礦物復(fù)合晶纖(FSMF)降低樹脂含量。復(fù)合晶纖結(jié)構(gòu)中活性基團(tuán)及不同價(jià)位的金屬離子團(tuán)，可與不飽和樹脂中的基團(tuán)產(chǎn)生氫鍵離子鍵結(jié)合成“無機(jī)與有機(jī)”鍵荷復(fù)合體系，同時(shí)晶纖結(jié)構(gòu)又可與玻纖(或砂粒)組成三維絮狀復(fù)合體系，從而協(xié)同樹脂促進(jìn)管道性能的提高，據(jù)一些非加砂管道生產(chǎn)廠家資料介紹在樹脂中添加20％一30％的晶纖，可降低成本10％一15％。

      2．工藝制造時(shí)采用擠壓方法使夾砂層密實(shí)，擠出多余的樹脂和氣泡，同時(shí)也增加了膠液的滲透力，增加樹脂的均勻分布，有益于樹脂對砂粒的完全包裹和對砂粒之間孔隙的充滿，并在壓力作用下使樹脂對砂粒表面的親合力增強(qiáng)。這樣就可制造出彈性模量高的堅(jiān)固夾砂層。

       3．給纏繞纖維施加一定的纏繞張力，關(guān)鍵是均勻的纖維張力。
這一技術(shù)常用于高壓容器和高壓管道制品，對RPM壓力管道也很重要，張力可以使每一根彎曲的纖維伸直，隨一定的預(yù)應(yīng)力。試想有相當(dāng)一些纖維處于彎曲狀態(tài)，待那些已伸直的纖維先被拉斷，彎曲的纖維再伸直，勢必減弱了纖維束的整體拉伸強(qiáng)度。當(dāng)前的試驗(yàn)說明RPM管道環(huán)向強(qiáng)度通常只能發(fā)揮70％一80％左右，而縱向強(qiáng)度由于纖維松弛因素也只能發(fā)揮30％一50％。當(dāng)然纏繞的張力也能擠出部分多余的膠液，同時(shí)還增加纏繞層和夾砂層的牢固聯(lián)接，從而使剛度試驗(yàn)“B”水平提高。

二、提高RPM管道剛度

       RPM管道埋人地下要承擔(dān)地面和土壤荷載，因此剛度就是RPM管道的關(guān)鍵所在。所以，提高剛度又能降低成本就是急待要解決的問題。

1．增強(qiáng)夾砂層

       采用在夾砂層中配添一定比例的復(fù)合晶纖或其它物增強(qiáng)石英砂層，使堆積理論的球形與棒形的合理配比混合，強(qiáng)力的樹脂侵入，達(dá)到更佳的樹脂浸潤及充填效果，進(jìn)一步增加了夾砂層的整體強(qiáng)度，提高夾砂層的彈性模量，使管道剛度有所提高，這樣增強(qiáng)的夾砂層可以提高剛度標(biāo)準(zhǔn)的“B”水平，同時(shí)還可有效地降低夾砂層厚度，從而使成本得到下降。

 2．密實(shí)夾砂層

       筆者早年曾研究過以石英細(xì)砂、金剛石粉等填料的酚醛樹脂熱固性模壓塑料，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明試件的密度達(dá)到2．0g／cm3以上遠(yuǎn)比低于2．0g／cm3的力學(xué)性能高的多。因此壓密的夾砂層與合理的級配使填料在夾砂層中起骨架作用，從而提高夾砂層的單層厚度和彈性模量，有效地提高管道剛度的同時(shí)也相應(yīng)地降低了成本。

3．提高固化度

       提高樹脂的固化度是提高夾砂層和纏繞層整體RPM管道剛度的最有效方法之一，實(shí)踐證明2—3年的舊管道要比新生產(chǎn)出來的管道剛度高出40％一50％，但這一點(diǎn)卻恰恰被急于快速生產(chǎn)的廠家所忽視。就目前水平來講，加溫是提高固化度的有效辦法，但多數(shù)廠家卻認(rèn)為這樣額外浪費(fèi)能源而增加成本遲遲不肯這樣做。當(dāng)然生產(chǎn)環(huán)境和埋設(shè)環(huán)境均在18℃以上，那么生產(chǎn)出的新管道隨時(shí)間推移管道剛度也還會(huì)相應(yīng)提高，但如果此時(shí)再迂低溫固化度就會(huì)就此停止增加，因此出廠的RPM管道的固化程度是個(gè)要極其慎重掌握的參數(shù)。

三、科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1．兩項(xiàng)理論依據(jù)

       一項(xiàng)是“承插口夾砂管道的安全閥設(shè)計(jì)理論”(纖維復(fù)合材料1999年第一期)挑戰(zhàn)傳統(tǒng)的玻璃鋼管道設(shè)計(jì)規(guī)則，所謂環(huán)向比軸向應(yīng)力為2：1的理論，從而打破了一直必須遵守螺旋纏繞角：54．75o的定律，有效的節(jié)約了纖維和樹脂的用量。

       另一項(xiàng)是“實(shí)體全及限設(shè)計(jì)理論”(纖維復(fù)合材料2002年第二期)，我們提出的這項(xiàng)RPM管道設(shè)計(jì)理論是借用木桶拼裝原理，就是說由多塊木板拼裝起來的木桶其最大裝水量不是決定于那些最長的木板條，而是取決于最短的那一根木板條。因此，科學(xué)的設(shè)計(jì)必須是全部木板條應(yīng)該是等長度等質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。如果說其中有若干條木板是超長的，甚至有兩條是極珍貴的木料乃至是金子鑄造的，其實(shí)并不具備什么優(yōu)點(diǎn)，只能是白白的浪費(fèi)，對盛水量毫無益處。聯(lián)想到RPM管道的組成與制造工藝有400個(gè)因素影響管道質(zhì)量。科學(xué)的設(shè)計(jì)應(yīng)該是把所有的影響和組成因素都設(shè)計(jì)成同時(shí)達(dá)到50年壽命，而不應(yīng)該把有些因素設(shè)計(jì)成100年，而又忽略了某些因素乃至連30年都達(dá)不到。

 2．科學(xué)與合理的設(shè)計(jì)

      科學(xué)的設(shè)計(jì)包括RPM管道結(jié)構(gòu)層的合理設(shè)計(jì)、纖維纏繞鋪層、夾砂層的優(yōu)化設(shè)計(jì)和工藝制造工序因素的控制設(shè)計(jì)三部分。

      ①結(jié)構(gòu)層的合理設(shè)計(jì)

      RPM管道結(jié)構(gòu)層的組成應(yīng)該是能使該結(jié)構(gòu)層最大發(fā)揮效力，并且合理科學(xué)的各自分工合作形成整體的承載體系。而目前所見原有的RPM管道結(jié)構(gòu)層一直沿用至今未曾改變，筆者研發(fā)的專利則有所突破，渴望更多更新的利或新技術(shù)誕生，把RPM管道行業(yè)推向世界領(lǐng)先地位。

    ②纖維纏繞鋪層的優(yōu)化配置

     RPM管道在工作、安裝、運(yùn)輸、埋地時(shí)要承受一系列的荷載，包括內(nèi)壓產(chǎn)生的環(huán)向應(yīng)力、非內(nèi)壓產(chǎn)生的軸向應(yīng)力以及埋地土壤、地面荷載引起的外壓變形等都需要纖維纏繞的鋪層、夾砂層的優(yōu)化配置設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)的優(yōu)化不但要考慮內(nèi)壓、剛度、輸送液體介質(zhì)，還要考慮埋地深度和土質(zhì)，乃至安裝企業(yè)的技術(shù)水平與可信度以及埋設(shè)環(huán)境氣候條件等等。
      ③工藝制造工序及參數(shù)的控制設(shè)計(jì)

      優(yōu)質(zhì)的RP  管道制造，不但要有合理的制造工序，更關(guān)鍵的是要保證合理工序的貫徹實(shí)施，這就是工藝程序及參數(shù)的控制設(shè)計(jì)。因此，從原材料進(jìn)廠開 始一直到管道出廠始終都要在可控制狀態(tài)下進(jìn)行生產(chǎn)。工廠要有工程師，車間要有老技工和技術(shù)員。由化驗(yàn)員化驗(yàn)，質(zhì)檢員跟蹤記錄各環(huán)節(jié)參數(shù)及檢驗(yàn)結(jié)果；實(shí)行制襯、纏繞夾砂、固化修正，脫模、檢壓各工段驗(yàn)收放行，上下班工藝傳遞卡交接制度。賦于化驗(yàn)室，檢驗(yàn)科一票否決權(quán)。對第一線生產(chǎn)責(zé)任人實(shí)行工藝過程簽名埋標(biāo)簽制度以終身對產(chǎn)品負(fù)責(zé)?？傆^工藝制造全過程共有400多個(gè)因素影響管道質(zhì)量，必須有一套科學(xué)地、嚴(yán)格地工藝控制設(shè)計(jì)，合理地把握重要因素到人實(shí)行責(zé)任分工記錄及全過程監(jiān)控。并定期培訓(xùn)技術(shù)工人，由有技術(shù)素質(zhì)的隊(duì)伍來生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)RPM管道產(chǎn)品。

       不斷地科技進(jìn)步是企業(yè)成長，質(zhì)量提高、成本不斷下降的唯一捷徑。但違背科學(xué)規(guī)律，偷工減料造假劣產(chǎn)品，只能影響企業(yè)聲譽(yù)和造成經(jīng)濟(jì)損失。近年來我國RPM管道的飛速發(fā)展使我國這項(xiàng)事業(yè)已有了長足的進(jìn)步。尤其是西部大開發(fā)的戰(zhàn)略實(shí)施更為RPM管道帶來良好的機(jī)遇，為我們開展的科學(xué)地降低30％一40％成本的研究和專利新技術(shù)的實(shí)施與發(fā)展開創(chuàng)了一個(gè)嶄新的大好局面。相信我國RPM管道在不久將來會(huì)有一個(gè)較大的突破。立足于超越國際RPM管道發(fā)展水平，形成世界該領(lǐng)域最大的經(jīng)濟(jì)規(guī)模，挑戰(zhàn)大口徑鋼筒予應(yīng)力混凝土管道，淘汰予應(yīng)力混凝土管道的時(shí)刻就會(huì)早日到來。