1  前言
    随着材料工业的发展，非金属管材在国民经济建设中的应用领域和市场不断扩大。玻璃钢管是玻璃纤维增强塑料管的俗称，是一种新型的复合材料管，它主要以玻璃纤维纱作为增强材料和树脂作为基体制成，具有许多其它管材无法取代的优越性能，越来越多地应用于油气输送、农业灌溉、海水输送、电厂循环水以及城市给水排水工程等许多领域。
    近年来玻璃钢管在船舶上也得到越来越广泛的应用，例如在我公司建造的系列化学品船和粤海火车渡船上，玻璃钢管取代镀锌钢管，应用于压载系统和污水处理系统，取得很好的使用效果。
2  玻璃钢在船舶上应用的历史
    发展玻璃钢纤维缠绕技术的初目的，是为军事工业的需要。用这种技术制造的玻璃钢制品主要有：固体火箭发动机壳体、航空用压力气瓶、机头雷达罩以及鱼雷发射管等，以后逐渐将些技术扩大到民用领域，其中应用广泛的就是玻璃钢管道及贮罐等，迄今已有五十多年的历史。随着近代技术和材料科学的发展，纤维缠绕技术与设备日趋完善，可以说，在发达中，用纤维缠绕法制造玻璃钢管道和贮罐，是一门相当成熟的技术，已经形成行业，进入大规模工业化和应用阶段。
    玻璃钢管在船用领域的广泛使用却是近二十年的事。在早期，由于象PVC等非金属材料在船舶上使用后效果非常差，使得人们对非金属材料在船舶上的使用普遍产生怀疑，玻璃钢管在船上的应用因此受到很大的制约。直到后来船级社和有关当局对玻璃钢管性能有了足够的认识，制定了相应的技术标准，玻璃钢管才得到日益广泛的使用。
    如下图所示，船用玻璃钢管的使用大致经历四个时期：[-page-] 
   
    (1)1960年~1972年，试用期。一些船东出于研究非传统材料在船舶领域适用性的目的，在船上进行了少量应用。可以看出，这段时期装船量基本稳定，几乎没有增长。
    (2)1972年~1975年，初步接受期。装船量有较大增长，这部分是由于试用期内玻璃钢管表现出的优良性能，另外是由于1972年SOLAS对原油船的惰气系统提出了更高的要求，这段时期很大部分玻璃钢管被应用于油船的惰气系统。
    (3)1975年~1978年，规则制定观望期，玻璃钢管的应用有所减少，这是由于有关当局正在考虑制定船用玻璃钢管的技术标准和规范，船东和船舶设计者对在船上采用玻璃钢管持慎重和观望态度。
    (4)1979年~今，普遍接受期，玻璃钢就用于船舶管路得到船东、船检和有关当局的普遍接受，除1982年由于造船工业的萧条而有所影响外，玻璃钢管得到越来越广泛的应用，装船量快速增长。[-page-] 
    船用玻璃钢管发展过程中一个重要的历程碑是1977年美国海岸警卫队发布“玻璃钢管使用初步指导”，1983年进一步修订发布海上航行和船舶检查NO.483通告“接受USCG检查的船舶上玻璃钢管的使用指导”，对船用玻璃钢管制定了不同于其它塑料管的单独的技术标准，从而使玻璃钢管在船舶上的使用得到大幅度提高。1993年11月通过的IMO Resolution A.753(18)使得所有船级社和有关当局对船用玻璃钢管的材料、设计和安装有了统一公认可以接受的技术标准。
3  玻璃钢管的优点
    玻璃钢管所以能够在船舶上得到越来越广泛的应用，在于它具有金属管材无法比拟的优越性，主要优点如下：
3.1  具有优良的耐腐蚀性能
    普通船用钢管的内外防腐非常麻烦。例如常用的热镀锌法，要经过酸洗、清洗、烘干、浸锌、固化等多个工序，质量很难控制，而且只要有一点质量缺陷，容易形成点腐蚀，造成整根管子防腐失败。对需现场焊接施工的钢管，焊完后只能手工涂富锌涂料，质量不易控制。
    玻璃钢管内衬层及外保护层富含树脂，玻璃钢管耐腐蚀程度主要取决于这两层中所用的树脂种类，不需要任何额外防腐处理。通过对内衬层及外保护层所用树脂进行合理选择，可使玻璃钢管具有良好的内外防腐蚀性能，可广泛用于酸、碱、盐、氧化剂、有机溶剂、各类油脂、污水、海水等介质。
3.2  比重小、重量轻
    玻璃钢管比重仅为钢管的1/4―1/5，其壁厚虽较同规格的钢管略厚，但其总重量一般不到后者的1/2，因此可以减轻管路的重量。玻璃钢的船舶上的广泛应用，可以大大减轻船舶的自重，提高装货量。[-page-]
3.3  安装简便、迅速、维修方便
    由于玻璃钢管重量轻，易于搬运，降低了吊装费用。玻璃钢管之间连接方式有多种，可根据具体施工条件，灵活选择接头方式，安装简便迅速，安装费用低。玻璃钢管不生锈、不结垢、耐腐蚀性能好，一般情况下无需维护；即使需要维护也十分容易，在管路损坏不是很严重的情况下，只要清洁表面，重新加涂树脂即可。
3.4  水力学性能优异
    玻璃钢管具有光滑的内表面，磨阻系数小，水力特性好，且非常耐磨。正是这一特点，在管道输送流体流量相同的情况下，工程上可以采用内径较小的玻璃钢管代替钢管，从而降低了一次性的工程投入。使用玻璃钢管输送液体与采用相同口径的船用钢管相比，可以大大减少压头损失，节能泵的功率和能源。而且玻璃钢管在使用过程中不结垢、不生锈、不滋生藻类和其它的微生物，因此使用时间越长，其优势越明显。
3.5  设计灵活、产品适应性强
    玻璃钢管可以根据用户的各种特殊的使用要求，通过改变设计，制造出各种规格、压力等级、刚度等级或其它特殊性能的产品，适用范围广。
3.6  使用寿命长、安全可靠
    玻璃钢管经久耐用，其使用寿命比钢管高几倍。
4  玻璃钢管的结构[-page-] 
    如图2所示，典型玻璃钢管管壁结构为由内衬层、结构层和外保护层组成；
   
   
5  玻璃钢管的制作工艺
    玻璃钢管及其附件的生产方法有很多，如手糊法、缠绕法、压制法、拉挤法、离心浇注法等等。本文主要介绍缠绕法生产玻璃钢管。[-page-] 
    缠绕法是在控制张力和预定线型的条件下，以浸有树脂胶液的连续玻璃纤维纱缠绕到模具上来制作玻璃钢管的一种方法。纤维缠绕法制造玻璃钢管道是一门相当成熟的技术，已经形成行业，进入大规模工业化和应用阶段。生产工艺流程为经过制衬、缠绕、固化、修整、脱模、试压等工序，完成整个制作过程。所用的设备按制作流程主要包括制衬机、混料设备、缠绕机、固化装置、修整机、脱模机等。
    纤维缠绕成型原理如图3所示，模具在动力系统的作用下旋转，导丝头按一定的轨迹运动，使充分浸透树脂的连续玻璃纤维通过导丝头有规律地缠绕在模具上，直到厚度达到设计要求。
   
6  玻璃钢管的连接及附件
    玻璃钢管之间连接方式有多种，主要包括：“O”型密封圈承插连接、粘接、键锁紧“O”型密封圈快速接头连接、键锁紧“O”型密封圈套筒连接、法兰连接等，如下图所示：
6.1  “O”型密封圈承插连接[-page-] 
    “O”型密封圈承插连接分为单密封圈承插连接和双密封圈承插连接两种方式。每管段的一端为承口，另一端为插口。插口端有一个或两个凹槽，“O”型密封圈置于凹槽中，起到密封作用。
   
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6.2  粘接
    粘接方式是指两管段之间直接用树脂相接，这是一种永久性的连接方式。粘接又包括平端对接和插入对接两种方式，其中前一种方式适用于大口径管件的连接，后一种方式适用于中小口径管件的连接。船上管件常用插入对接的型式，如下图所示：
   
6.3  键锁紧“O”型密封圈快速接头连接
    每段管的一端为承口，另一端为插口。在插口外侧和承口内侧，开精确的“O”型槽，两个“O”型键从中穿过。安装时，轻压“O”型环，把键插入键座中。这样，就可以把两管段锁紧。
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6.4  键锁紧“O”型密封圈套筒连接
    用套筒把两管段联接在一起，在每一管段的一端及套筒内侧，开精确的“O”型槽，两个“O”型键从中穿过。这样，把两管段与套筒牢牢锁紧。
   
6.5  法兰连接
    玻璃钢管与其它金属管、阀件、滤器、泵浦之间的连接采用法兰连接的方式，玻璃钢法兰采用手糊或压制法制作，并与玻璃钢管之间采用粘接方式相连接。
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    玻璃钢管的附件采用手糊或压制的方法制作，主要管路附件如下所示。
   
7  规范规则对玻璃钢管的要求
    玻璃钢管作为一种非金属管件应用于船舶管路，比应用于其它工业领域有更高的要求。玻璃钢管在船舶上主要应用于海水管、淡水管、饮水管、污水管、空气和测量管、惰气系统管、液货船货油管和货舱清洗扫舱管等，国际上主要船级社和当局对玻璃钢管在船舶上的用途和使用范围都有着十分具体的规定。玻璃钢管除使用范围须符合规范规则要求外，性能须经过船级社的检验，并终须获得由船级社颁发的证书。
    根据IMO Resolution A.753(18)，对甩有船用玻璃钢管性能要求包括：
    (1)内外部压试验  (2)轴向拉伸强度 (3)变形温度 (4)抗冲击性能 (5)耐老化性能 (6)耐疲劳性能 (7)防腐性能 (8)流体吸附性 (9)材料兼容性
    另外根据玻璃钢管的特殊用途或特殊使用处所，可能额外要求的性能有：
    (1)耐火烧性能  (2)表面播焰性  (3)产烟性  (4)毒性 (5)导电性 (6)防火涂层性能
    玻璃钢管防火性能根据IMO Resolution A.753(18)，“船上塑料管使用指导”分为O、L1、L2、L3等四个等级，分别适用于不同用途和处所，表面播焰性须满足IMO Resolution A.653(16)，热变形温度须满足ISO75-3。[-page-] 
    玻璃钢管在受到过大轴向拉伸力时，会产类似金属管塑性变形的状态，但不会爆裂，如下图所示。根据ISO527-1，ISO527-4玻璃钢管的轴向拉伸强度须不小于50Mpa。
   
    玻璃钢管抗冲击性能须满足MIL-P-28584A。
    流体在流经非导电材料管时，会产生静电荷的积聚。在化学品船、液化气船等船舶的危险区域，静电荷的积聚会产生潜在危险性，因此要求玻璃钢管具有良好的导电性能并接地。玻璃钢管的导电性能主要通过在外保护层和内衬层中树脂内加金属粉、树脂内加石墨粉或使用碳纤维来加以解决。
    除以上性能外，玻璃钢管的尺寸、树脂含量、表面硬度等都要满足有关标准和行业标准。
    根据规范要求玻璃钢管路装船完整后，须进行密性试验。
8  玻璃钢管产业现状和应用于船舶的展望
    美国是玻璃钢工业开发早的，亦是玻璃钢制品多的，约占全总产量的40%。美国玻璃钢产品应用量大是汽车制造业，其次是建筑业，玻璃钢管道和贮罐位居第三，船艇位居第四。[-page-] 
    日本玻璃钢产品应用量大的是建筑业，玻璃钢管道和贮罐是仅次于建筑业的第二大领域，并一直稳步增长。
    西欧诸国的玻璃钢产量和美国相当。
    我国玻璃钢产业起步于六十年代，但是直到八十年代，河北、江恭贺等省先后从意大利和美国引进微机控制的纤维缠绕工艺技术和主要设备，玻璃钢产业才获得了长足的发展。目前国内一些大型企业、合资企业起点高，技术先进，拉动了我国玻璃钢行业的整体提升。
    我国玻璃钢产业的发展还要得益于玻璃钢所需原辅材料行业的快速发展，我国玻璃钢原辅材料业发展很快，玻璃纤维(包括适用拉挤和缠绕成型 的无捻粗纱)、树脂和固化剂等已经批量出口。
    然而目前我国船用玻璃钢管应用还不普遍，产品还主要依赖进口。这部分是因为船东对国内产品还缺乏了解，缺乏信任；另外是因为跟用于其他工业领域相比，船用玻璃钢管产品规格多、批量小、性能要求高、认证复杂，提高了产品成本，对国内一些大型玻璃钢管企业缺乏足够的吸引力。
    近几年一些私营和乡镇企业整体实力增强，产品技术含量不断提高，并逐渐取得各大船级社的质量认证。他们不但能够为船舶系统提供灵活的设计方案，而且能够提供包括现场安装和完整性提交等良好的服务，以其对船舶行业极强的适应力而成为玻璃钢管行业的一支新兴力量。
    随着我国造船事业的发展和对船用玻璃钢管需求量的增大，我国船用玻璃钢管产业必将获得快速的发展。