复合材料结构的应用始于公元前1500年，其显著的发展可以追溯到1940年，在海洋工业中，gfrp被用来取代传统的木材或金属结构。这种应用主要是由于其耐腐蚀性能，高刚度重量比，增加疲劳寿命。这些特点增加了GFRP的价值，使其成为建造小艇、船、船的首要考虑因素。除了这个行业，其他关键行业，如航空航天、国防、汽车和石油，预计需求将会增加。先进的复合材料主要用于航空航天，以增强商用和军用飞机[2]。这些材料仍然在当前和潜在的未来航空航天部件中发挥着重要作用。目前，空客A350 XWB及其美国同类机型波音787梦想客机的复合材料比例超过50%。
复合管道系统的组成
纤维增强聚合物(FRP)主要由三种重要原料开发而成，即:
- 光纤系统:天然(玄武岩，棉花，亚麻等)或合成(玻璃，碳，凯夫拉尔等)。
- 矩阵/树脂系统:环氧树脂，乙烯酯，聚酯等。
- 固化剂系统:脂肪胺、芳香胺、酸酐等。
复合管道系统的制造
制造玻璃钢手工铺层是一种众所周知的技术，从复合材料结构开始使用。尽管设计更加灵活，易于应用，但它不适合圆柱形玻璃钢结构如管道、管道、油管、套管以及压力容器．因此，本文介绍了一种更为优化的制备方法，即纤维缠绕。根据圆柱形结构的设计，这种方法可以完全自动化或半自动化。
纤维缠绕复合材料管广泛应用于航空航天、汽车、船舶、建筑和体育行业。一般来说，复合材料中的纤维增强剂用于增强在恶劣条件下的机械性能和耐环境性。商业合成连续纤维，如碳和e玻璃使复合管越来越受欢迎[1-4]。碳纤维和玻璃纤维作为增强材料具有优异的力学性能、热性能和耐久性。而树脂中最常见的纤维增强材料GFRP，由于其优异的力学性能和化学稳定性，近年来被广泛应用于钢构件的结构更换或改造[4-6]。GFRP结构可以通过在切向方向上定位纤维来增加箍强，从而承受流体静力，使GFRP管状结构在各向异性上比金属结构更强。然而，CFRP比其他类型的frp成本更高。为了降低材料成本，采用厚GFRP代替[7,8]。GFRP管道系统是较易腐蚀的金属管道和非增强热塑性塑料更具成本效益的替代品。复合材料的进步和作为一种临时修复机制的应用被完全接受，可以归因于将其用作金属替代品的拉动因素。
复合材料应用的增加推动了大量的研究活动，特别是在复合材料力学和在一定载荷条件下的失效预测方面。由于老化，特别是没有适当的控制和缓解机制，大多数金属结构将需要在使用寿命内进行维修和维护。这一问题将导致一系列不必要的资产停产，影响其他设备的完整性，增加运营支出。
复合管道系统的优点
GFRP的优点包括消除腐蚀和腐蚀相关的成本。与传统碳钢相比，它具有优越的耐腐蚀性，并且不需要昂贵的缓蚀剂和阴极保护等缓蚀剂。此外，它不需要维护和检查。当应用GFFP系统时，可以节省智能清管和/或监测碳钢管道腐蚀的检测成本。对于消防管道、洒水器和洪水系统，传统管道(如碳钢)的内部腐蚀会导致消防洒水器堵塞，危及系统的安全运行。此外，GFRP系统不需要为埋地管道提供外部涂层。对于地上管道，集成的uv稳定包避免了外部涂层的使用。
此外，由于内径更大，没有结垢和内径限制问题，它具有优越的流体流动性能。与相同名义直径的碳钢相比，GFRP的摩擦较小，压力损失较小，从而降低了泵送成本。除此之外，他们受欢迎的主要原因是杰出的weight-specific刚度强度值，使结构更轻，从而降低能源消耗，适合于海洋船舶的改造应用。它的重量比钢的轻;因此，较低的重量可以更直接、更经济地处理管道。对于海上结构，减重对于限制结构总重量和减少所需的结构占地面积至关重要。更轻的重量促进了更容易的搬运，减少了对起重设备的需求，从而减少了生命周期和安装成本。然而，这些好处是以较高的材料成本获得的。通过更换海洋和海上资产中的金属管道系统，较低的装配成本可以抵消较高的材料成本。
金属与复合管道系统
尽管有这些优势，但与金属管道相比，玻璃纤维产品有许多复杂的因素。材料的性能因箍和轴向不同而不同，性能的不同是因为它们可以针对每种特定的应用进行定制。材料的各向异性行为相对于其各向同性金属相对物更难以设计。在设计和制造中，高效的研究理念将使玻璃钢管道系统的质量和性能突出，在整个设计寿命周期内无需维护。与金属管道产品相比，金属管道产品的设计和制造相对容易，在整个设计生命周期内需要更多的努力来解决腐蚀问题、日常维护、资产关闭和故障风险。
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引用:
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