1  前言
    隨著材料工業的發展，非金屬管材在國民經濟建設中的應用領域和市場不斷擴大。玻璃鋼管是玻璃纖維增強塑料管的俗稱，是一種新型的復合材料管，它主要以玻璃纖維紗作為增強材料和樹脂作為基體制成，具有許多其它管材無法取代的優越性能，越來越多地應用于油氣輸送、農業灌溉、海水輸送、電廠循環水以及城市給水排水工程等許多領域。
    近年來玻璃鋼管在船舶上也得到越來越廣泛的應用，例如在我公司建造的系列化學品船和粵?；疖嚩纱?，玻璃鋼管取代鍍鋅鋼管，應用于壓載系統和污水處理系統，取得很好的使用效果。
2  玻璃鋼在船舶上應用的歷史
    發展玻璃鋼纖維纏繞技術的初目的，是為軍事工業的需要。用這種技術制造的玻璃鋼制品主要有：固體火箭發動機殼體、航空用壓力氣瓶、機頭雷達罩以及魚雷發射管等，以后逐漸將些技術擴大到民用領域，其中應用廣泛的就是玻璃鋼管道及貯罐等，迄今已有五十多年的歷史。隨著近代技術和材料科學的發展，纖維纏繞技術與設備日趨完善，可以說，在發達中，用纖維纏繞法制造玻璃鋼管道和貯罐，是一門相當成熟的技術，已經形成行業，進入大規模工業化和應用階段。
    玻璃鋼管在船用領域的廣泛使用卻是近二十年的事。在早期，由于象PVC等非金屬材料在船舶上使用后效果非常差，使得人們對非金屬材料在船舶上的使用普遍產生懷疑，玻璃鋼管在船上的應用因此受到很大的制約。直到后來船級社和有關當局對玻璃鋼管性能有了足夠的認識，制定了相應的技術標準，玻璃鋼管才得到日益廣泛的使用。
    如下圖所示，船用玻璃鋼管的使用大致經歷四個時期：[-page-] 
   
    (1)1960年~1972年，試用期。一些船東出于研究非傳統材料在船舶領域適用性的目的，在船上進行了少量應用?？梢钥闯?，這段時期裝船量基本穩定，幾乎沒有增長。
    (2)1972年~1975年，初步接受期。裝船量有較大增長，這部分是由于試用期內玻璃鋼管表現出的優良性能，另外是由于1972年SOLAS對原油船的惰氣系統提出了更高的要求，這段時期很大部分玻璃鋼管被應用于油船的惰氣系統。
    (3)1975年~1978年，規則制定觀望期，玻璃鋼管的應用有所減少，這是由于有關當局正在考慮制定船用玻璃鋼管的技術標準和規范，船東和船舶設計者對在船上采用玻璃鋼管持慎重和觀望態度。
    (4)1979年~今，普遍接受期，玻璃鋼就用于船舶管路得到船東、船檢和有關當局的普遍接受，除1982年由于造船工業的蕭條而有所影響外，玻璃鋼管得到越來越廣泛的應用，裝船量快速增長。[-page-] 
    船用玻璃鋼管發展過程中一個重要的歷程碑是1977年美國海岸警衛隊發布“玻璃鋼管使用初步指導”，1983年進一步修訂發布海上航行和船舶檢查NO.483通告“接受USCG檢查的船舶上玻璃鋼管的使用指導”，對船用玻璃鋼管制定了不同于其它塑料管的單獨的技術標準，從而使玻璃鋼管在船舶上的使用得到大幅度提高。1993年11月通過的IMO Resolution A.753(18)使得所有船級社和有關當局對船用玻璃鋼管的材料、設計和安裝有了統一公認可以接受的技術標準。
3  玻璃鋼管的優點
    玻璃鋼管所以能夠在船舶上得到越來越廣泛的應用，在于它具有金屬管材無法比擬的優越性，主要優點如下：
3.1  具有優良的耐腐蝕性能
    普通船用鋼管的內外防腐非常麻煩。例如常用的熱鍍鋅法，要經過酸洗、清洗、烘干、浸鋅、固化等多個工序，質量很難控制，而且只要有一點質量缺陷，容易形成點腐蝕，造成整根管子防腐失敗。對需現場焊接施工的鋼管，焊完后只能手工涂富鋅涂料，質量不易控制。
    玻璃鋼管內襯層及外保護層富含樹脂，玻璃鋼管耐腐蝕程度主要取決于這兩層中所用的樹脂種類，不需要任何額外防腐處理。通過對內襯層及外保護層所用樹脂進行合理選擇，可使玻璃鋼管具有良好的內外防腐蝕性能，可廣泛用于酸、堿、鹽、氧化劑、有機溶劑、各類油脂、污水、海水等介質。
3.2  比重小、重量輕
    玻璃鋼管比重僅為鋼管的1/4―1/5，其壁厚雖較同規格的鋼管略厚，但其總重量一般不到后者的1/2，因此可以減輕管路的重量。玻璃鋼的船舶上的廣泛應用，可以大大減輕船舶的自重，提高裝貨量。[-page-]
3.3  安裝簡便、迅速、維修方便
    由于玻璃鋼管重量輕，易于搬運，降低了吊裝費用。玻璃鋼管之間連接方式有多種，可根據具體施工條件，靈活選擇接頭方式，安裝簡便迅速，安裝費用低。玻璃鋼管不生銹、不結垢、耐腐蝕性能好，一般情況下無需維護；即使需要維護也十分容易，在管路損壞不是很嚴重的情況下，只要清潔表面，重新加涂樹脂即可。
3.4  水力學性能優異
    玻璃鋼管具有光滑的內表面，磨阻系數小，水力特性好，且非常耐磨。正是這一特點，在管道輸送流體流量相同的情況下，工程上可以采用內徑較小的玻璃鋼管代替鋼管，從而降低了一次性的工程投入。使用玻璃鋼管輸送液體與采用相同口徑的船用鋼管相比，可以大大減少壓頭損失，節能泵的功率和能源。而且玻璃鋼管在使用過程中不結垢、不生銹、不滋生藻類和其它的微生物，因此使用時間越長，其優勢越明顯。
3.5  設計靈活、產品適應性強
    玻璃鋼管可以根據用戶的各種特殊的使用要求，通過改變設計，制造出各種規格、壓力等級、剛度等級或其它特殊性能的產品，適用范圍廣。
3.6  使用壽命長、安全可靠
    玻璃鋼管經久耐用，其使用壽命比鋼管高幾倍。
4  玻璃鋼管的結構[-page-] 
    如圖2所示，典型玻璃鋼管管壁結構為由內襯層、結構層和外保護層組成；
   
   
5  玻璃鋼管的制作工藝
    玻璃鋼管及其附件的生產方法有很多，如手糊法、纏繞法、壓制法、拉擠法、離心澆注法等等。本文主要介紹纏繞法生產玻璃鋼管。[-page-] 
    纏繞法是在控制張力和預定線型的條件下，以浸有樹脂膠液的連續玻璃纖維紗纏繞到模具上來制作玻璃鋼管的一種方法。纖維纏繞法制造玻璃鋼管道是一門相當成熟的技術，已經形成行業，進入大規模工業化和應用階段。生產工藝流程為經過制襯、纏繞、固化、修整、脫模、試壓等工序，完成整個制作過程。所用的設備按制作流程主要包括制襯機、混料設備、纏繞機、固化裝置、修整機、脫模機等。
    纖維纏繞成型原理如圖3所示，模具在動力系統的作用下旋轉，導絲頭按一定的軌跡運動，使充分浸透樹脂的連續玻璃纖維通過導絲頭有規律地纏繞在模具上，直到厚度達到設計要求。
   
6  玻璃鋼管的連接及附件
    玻璃鋼管之間連接方式有多種，主要包括：“O”型密封圈承插連接、粘接、鍵鎖緊“O”型密封圈快速接頭連接、鍵鎖緊“O”型密封圈套筒連接、法蘭連接等，如下圖所示：
6.1  “O”型密封圈承插連接[-page-] 
    “O”型密封圈承插連接分為單密封圈承插連接和雙密封圈承插連接兩種方式。每管段的一端為承口，另一端為插口。插口端有一個或兩個凹槽，“O”型密封圈置于凹槽中，起到密封作用。
   
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6.2  粘接
    粘接方式是指兩管段之間直接用樹脂相接，這是一種永久性的連接方式。粘接又包括平端對接和插入對接兩種方式，其中前一種方式適用于大口徑管件的連接，后一種方式適用于中小口徑管件的連接。船上管件常用插入對接的型式，如下圖所示：
   
6.3  鍵鎖緊“O”型密封圈快速接頭連接
    每段管的一端為承口，另一端為插口。在插口外側和承口內側，開精確的“O”型槽，兩個“O”型鍵從中穿過。安裝時，輕壓“O”型環，把鍵插入鍵座中。這樣，就可以把兩管段鎖緊。
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6.4  鍵鎖緊“O”型密封圈套筒連接
    用套筒把兩管段聯接在一起，在每一管段的一端及套筒內側，開精確的“O”型槽，兩個“O”型鍵從中穿過。這樣，把兩管段與套筒牢牢鎖緊。
   
6.5  法蘭連接
    玻璃鋼管與其它金屬管、閥件、濾器、泵浦之間的連接采用法蘭連接的方式，玻璃鋼法蘭采用手糊或壓制法制作，并與玻璃鋼管之間采用粘接方式相連接。
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    玻璃鋼管的附件采用手糊或壓制的方法制作，主要管路附件如下所示。
   
7  規范規則對玻璃鋼管的要求
    玻璃鋼管作為一種非金屬管件應用于船舶管路，比應用于其它工業領域有更高的要求。玻璃鋼管在船舶上主要應用于海水管、淡水管、飲水管、污水管、空氣和測量管、惰氣系統管、液貨船貨油管和貨艙清洗掃艙管等，國際上主要船級社和當局對玻璃鋼管在船舶上的用途和使用范圍都有著十分具體的規定。玻璃鋼管除使用范圍須符合規范規則要求外，性能須經過船級社的檢驗，并終須獲得由船級社頒發的證書。
    根據IMO Resolution A.753(18)，對甩有船用玻璃鋼管性能要求包括：
    (1)內外部壓試驗  (2)軸向拉伸強度 (3)變形溫度 (4)抗沖擊性能 (5)耐老化性能 (6)耐疲勞性能 (7)防腐性能 (8)流體吸附性 (9)材料兼容性
    另外根據玻璃鋼管的特殊用途或特殊使用處所，可能額外要求的性能有：
    (1)耐火燒性能  (2)表面播焰性  (3)產煙性  (4)毒性 (5)導電性 (6)防火涂層性能
    玻璃鋼管防火性能根據IMO Resolution A.753(18)，“船上塑料管使用指導”分為O、L1、L2、L3等四個等級，分別適用于不同用途和處所，表面播焰性須滿足IMO Resolution A.653(16)，熱變形溫度須滿足ISO75-3。[-page-] 
    玻璃鋼管在受到過大軸向拉伸力時，會產類似金屬管塑性變形的狀態，但不會爆裂，如下圖所示。根據ISO527-1，ISO527-4玻璃鋼管的軸向拉伸強度須不小于50Mpa。
   
    玻璃鋼管抗沖擊性能須滿足MIL-P-28584A。
    流體在流經非導電材料管時，會產生靜電荷的積聚。在化學品船、液化氣船等船舶的危險區域，靜電荷的積聚會產生潛在危險性，因此要求玻璃鋼管具有良好的導電性能并接地。玻璃鋼管的導電性能主要通過在外保護層和內襯層中樹脂內加金屬粉、樹脂內加石墨粉或使用碳纖維來加以解決。
    除以上性能外，玻璃鋼管的尺寸、樹脂含量、表面硬度等都要滿足有關標準和行業標準。
    根據規范要求玻璃鋼管路裝船完整后，須進行密性試驗。
8  玻璃鋼管產業現狀和應用于船舶的展望
    美國是玻璃鋼工業開發早的，亦是玻璃鋼制品多的，約占全總產量的40%。美國玻璃鋼產品應用量大是汽車制造業，其次是建筑業，玻璃鋼管道和貯罐位居第三，船艇位居第四。[-page-] 
    日本玻璃鋼產品應用量大的是建筑業，玻璃鋼管道和貯罐是僅次于建筑業的第二大領域，并一直穩步增長。
    西歐諸國的玻璃鋼產量和美國相當。
    我國玻璃鋼產業起步于六十年代，但是直到八十年代，河北、江恭賀等省先后從意大利和美國引進微機控制的纖維纏繞工藝技術和主要設備，玻璃鋼產業才獲得了長足的發展。目前國內一些大型企業、合資企業起點高，技術先進，拉動了我國玻璃鋼行業的整體提升。
    我國玻璃鋼產業的發展還要得益于玻璃鋼所需原輔材料行業的快速發展，我國玻璃鋼原輔材料業發展很快，玻璃纖維(包括適用拉擠和纏繞成型 的無捻粗紗)、樹脂和固化劑等已經批量出口。
    然而目前我國船用玻璃鋼管應用還不普遍，產品還主要依賴進口。這部分是因為船東對國內產品還缺乏了解，缺乏信任；另外是因為跟用于其他工業領域相比，船用玻璃鋼管產品規格多、批量小、性能要求高、認證復雜，提高了產品成本，對國內一些大型玻璃鋼管企業缺乏足夠的吸引力。
    近幾年一些私營和鄉鎮企業整體實力增強，產品技術含量不斷提高，并逐漸取得各大船級社的質量認證。他們不但能夠為船舶系統提供靈活的設計方案，而且能夠提供包括現場安裝和完整性提交等良好的服務，以其對船舶行業極強的適應力而成為玻璃鋼管行業的一支新興力量。
    隨著我國造船事業的發展和對船用玻璃鋼管需求量的增大，我國船用玻璃鋼管產業必將獲得快速的發展。