1、熱熔膠對鋼絲網骨架塑料聚乙烯復合管道的影響上海邦中高分子材料摘要：鋼絲網骨架塑料聚乙烯復合管道以下簡稱sRTP是以纏繞鋼絲網為增強層的復合聚乙烯管道。由于sRTP通過熱熔管件連接，所以單根管道端部的鋼絲并未固定到管件上，即鋼絲僅通過其周圍的熱熔膠進展固定。顯然，鋼絲與熱熔膠之間的粘接強度直接影響到sRTP在不同條件下的使用。本文分析了sRTP中承壓鋼絲的受力機理，并分析了熱熔膠作為粘接及應力傳導介質的重要作用。 結果說明：鋼絲在sRTP中的受力情況，主要是沿管道軸向的剪切應力，故鋼絲與熱熔膠之間的界面剪切強度能更真實地反映其粘接效果。由于鋼絲纏繞構造是通過熱熔膠進展固定的，所以熱熔膠與鋼絲之間

2、的粘接效果對于sRTP的承壓穩定性起到關鍵作用。通過提高鋼絲與熱熔膠的粘接剪切強度，可以提高管道的整體性能；通過提高熱熔膠對鋼絲的浸潤性可以提高復合層間的應力傳導，防止應力集中所導致的破壞。關鍵詞：sRTP、熱熔膠、粘接、剪切強度1. sRTP復合構造的受力分析 眾所周知，在內壓作用下連續的管道中管材承受軸向力FA，FA等于管材橫截面積 dn2/4，dn是管材直徑和最大壓力Pmax的乘積。FA = dn2/4× Pmax常用鋼絲的抗拉強度為2000N/mm2，sRTP的現行行業標準CJ/T189中規定的鋼絲纏繞角度為：54.760°。假設鋼絲網的構造穩定且保持統一的角度和間

3、距，且鋼絲直徑dm及張力均勻，那么管道中所有鋼絲可承受的最大軸向力FB為：FBn×2000× dm2/4×cos假設熱熔膠層的最小屈服強度與sRTP中聚乙烯層相當，那么塑料局部所能承受的最大軸向力FC為：聚乙烯的最小屈服強度與管道截面中塑料面積S的乘積。FC×S圖1 sRTP的構造示意圖考慮到管道平安因素，可根據管道的實際穩定性設定平安因子aa<1。當sRTP中復合層構造可滿足以下公式時，管道可以承受最大壓力。FBFC×aFA因為鋼絲的彈性模量遠高于聚乙烯，所以sRTP內壓造成的負載大多是由鋼絲承受的。sRTP的軸向拉力也根本上都是由其中

4、的鋼絲層承受的。當管道的管徑越大，公稱壓力越大，其中聚乙烯的承壓局部越可忽略。2. 鋼絲與熱熔膠的受力分析 如前所述，鋼絲的主要作用在增強管材,承受內壓形成的徑向和軸向應力。因為此sRTP采用電熔管件連接，需要通過熱熔膠與鋼絲的粘接在管端固定鋼絲并保證軸向力的傳遞。sRTP的軸向拉力傳遞到電熔管件，再經過電熔管件傳遞到另一sRTP管段的力學過程見圖2是：sRTP的軸向拉力從鋼絲層傳遞到電熔管件內，通過鋼絲層的外面與熱熔膠之間的粘接界面A傳遞到熱熔膠層，后從熱熔膠層通過熱熔膠-PE界面P傳遞到sRTP的外聚乙烯層，再由外聚乙烯層通過與電熔管件熔接的PE-PE熔接界面R傳遞到電熔管件。圖2 軸向拉

5、力的傳遞方式 假設sRTP管道與電熔管件之間熔接可靠，由于熱熔膠與聚乙烯的粘接強度高于鋼絲與熱熔膠的粘接強度，所以其界面破壞首先發生于鋼絲與熱熔膠界面。 因此熔膠與鋼絲的粘接強度是質量關鍵，為了測定真實的鋼絲與熱熔膠的粘接剪切強度，邦中公司設計了如下試驗： 將粘接加熱熔融后，通過模具熱壓制備如下列圖3左圖所示樣條。所使用鋼絲的直徑為1mm，外表清潔無油脂。粘接樹脂膠塊的尺寸為：1×1×1cm。樣品制備過程須保證鋼絲筆直無變形，粘接樹脂方塊兩端無剩余樹脂，實際樣條圖片見下列圖3中圖。用下列圖3右圖所示上下夾具，在萬能試驗機上測定樣品的最大力，用以計算鋼絲與熱熔膠的剪切強度：s

6、F/×dm× L 式中：s剪切強度，單位為兆帕Mpa；F試驗過程中，樣品所受的最大負荷，單位為牛N；dm鋼絲的直徑，單位為毫米mm；L粘接樹脂膠塊的粘接長度，單位為毫米mm。 圖3 鋼絲與熱熔膠的粘接剪切試驗 在SRTP中，可以簡化得用單根鋼絲可能承受的最大拉力FS來分析。FS等于鋼絲的橫截面積乘以鋼絲抗拉強度。FS= dm2/4 × 2000FS= 500dm2要求保證鋼絲不被拔出，鋼絲承受的最大拉力Fs必須小于鋼絲抗拔的拉力Fk：FS< FK 即500dm2< s× dm × L3. 熱熔膠在sRTP中的作用由于sRTP中鋼絲網

7、纏繞構造是通過熱熔膠進展固定的，所以熱熔膠與鋼絲之間的粘接效果對于sRTP的承壓穩定性起到關鍵作用。假設熱熔膠粘接效果不佳，那么鋼絲網構造易產生滑移，導致網格角度或均勻度不佳，這將導致sRTP中存在缺陷或應力集中點。此外，熱熔膠在sRTP中起到應力傳導的作用，熱熔膠與鋼絲之間更好的浸潤性對于提高界面應力傳導和分散起到關鍵作用。假設熱熔膠浸潤性不良，那么會導致應力傳導受阻，應力無法分散最終導致局部粘接破壞，從而使管道整體性能下降。但是sRTP的粘接質量不僅取決于熱熔膠質量，還取決于生產過程中包覆熱熔膠的工藝。同時，熱熔膠更高的本體強度，也可以為sRTP提供更大的耐壓能力。綜上所述，優良的sRTP

8、用粘接樹脂應包括以下特點：1較高的鋼絲與熱熔膠粘接剪切強度；2較好的鋼絲浸潤效果；3較高的熱熔膠本體強度；因此，優良的sRTP用粘接樹脂可以為管道提供：1更可靠的復合層粘接效果，更持久的復合層靜液壓試驗時間；2更高的管道耐壓等級；3更穩定的管道耐壓性能。結論：鋼絲在sRTP中的受力情況，主要是沿管道軸向的剪切應力，故鋼絲與熱熔膠之間的界面剪切強度能更真實地反映其粘接效果。優秀的SRTP用粘接樹脂具有更高的鋼絲與熱熔膠的粘接剪切強度、更良好的鋼絲與熱熔膠的浸潤性、更可靠的熱熔膠本體強度，其有利于提高SRTP的耐壓、復合層粘接效果，以及更穩定的管道質量。適宜的sRTP涂膠工藝，更有利于充分出發揮熱熔膠的最正確效果。內容總結1熱熔膠對鋼絲網骨架塑料聚乙烯