熱熔膠對鋼絲網(wǎng)骨架塑料(聚乙烯)復(fù)合管道的影響

1、熱熔膠對鋼絲網(wǎng)骨架塑料聚乙烯復(fù)合管道的影響上海邦中高分子材料摘要：鋼絲網(wǎng)骨架塑料聚乙烯復(fù)合管道以下簡稱sRTP是以纏繞鋼絲網(wǎng)為增強(qiáng)層的復(fù)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(jìn)行固定.顯然,鋼絲與熱熔膠之間的粘接強(qiáng)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(jī)理,并分析了熱熔膠作為粘接及應(yīng)力傳導(dǎo)介質(zhì)的重要作用.結(jié)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(yīng)力,故鋼絲與熱熔膠之間的界面剪切強(qiáng)度能更真實(shí)地反映其粘接效果.由于鋼絲纏繞結(jié)構(gòu)是通過熱熔膠進(jìn)行固定的,所以熱熔膠與鋼絲之間的

2、粘接效果對于sRTP的承壓穩(wěn)定性起到關(guān)鍵作用.通過提升鋼絲與熱熔膠的粘接剪切強(qiáng)度,可以提升管道的整體性能；通過提升熱熔膠對鋼絲的浸潤性可以提升復(fù)合層間的應(yīng)力傳導(dǎo),避免應(yīng)力集中所導(dǎo)致的破壞.關(guān)鍵詞：sRTP、熱熔膠、粘接、剪切強(qiáng)度1 .sRTP復(fù)合結(jié)構(gòu)的受力分析眾所周知,在內(nèi)壓作用下連續(xù)的管道中管材承受軸向力Fa,Fa等于管材橫截面積冗dn2/4,dn是管材直徑和最大壓力Pmax的乘積.Fa=兀d/4xPmax常用鋼絲的抗拉強(qiáng)度為2000N/mm2,sRTP的現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ/T189中規(guī)定的鋼絲纏繞角度為：a-54.760°.假設(shè)鋼絲網(wǎng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且保持統(tǒng)一的角度和間距,且鋼絲直徑dm

3、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：FB=nX2000X兀4Xcosa假設(shè)熱熔膠層的最小屈服強(qiáng)度與sRTP中聚乙烯層相當(dāng),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(qiáng)度與管道截面中塑料面積S的乘積.Fc=(TXS內(nèi)展冊料G用拉希依圖1sRTP的結(jié)構(gòu)示意圖考慮到管道平安因素,可根據(jù)管道的實(shí)際穩(wěn)定性設(shè)定平安因子a(a<1)0當(dāng)sRTP中復(fù)合層結(jié)構(gòu)可滿足以下公式時,管道可以承受最大壓力.(Fb+Fc)xa>Fa由于鋼絲的彈性模量遠(yuǎn)高于聚乙烯,所以sRTP內(nèi)壓造成的負(fù)載大多是由鋼絲承受的.sRTP的軸向拉力也(根本上)都是由其中的鋼絲層承受的.當(dāng)管道的管徑

4、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(qiáng)管材,承受內(nèi)壓形成的徑向和軸向應(yīng)力.由于此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(jīng)過電熔管件傳遞到另一sRTP管段的力學(xué)過程見圖2是：sRTP的軸向拉力從鋼絲層傳遞到電熔管件內(nèi),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軸向拉力的傳遞方式假設(shè)sRTP管道與電

5、熔管件之間熔接可靠,由于熱熔膠與聚乙烯的粘接強(qiáng)度高于鋼絲與熱熔膠的粘接強(qiáng)度,所以其界面破壞首先發(fā)生于鋼絲與熱熔膠界面.因此熔膠與鋼絲的粘接強(qiáng)度是質(zhì)量關(guān)鍵,為了測定真實(shí)的鋼絲與熱熔膠的粘接剪切強(qiáng)度,邦中公司設(shè)計了如下試驗(yàn)：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：ixixicm.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(shí)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(yàn)機(jī)上測定樣品的最大力,用以計算鋼絲與熱熔膠的剪切強(qiáng)度：6=F/(TtXdmXL)式中:剪切強(qiáng)度,單位為兆帕Mpa;

6、F試驗(yàn)過程中,樣品所受白最大負(fù)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(yàn)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(qiáng)度.Fs=71dm2/4X2000Fs=500：dm2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500：dm2<©義：dmXL3 .熱熔膠在sRTP中的作用由于sRTP中鋼絲網(wǎng)纏繞結(jié)構(gòu)是通過熱熔膠進(jìn)行固定的,所以熱熔膠與鋼絲之間的粘接效果對于sRTP的承壓穩(wěn)定性起到關(guān)鍵作用.假設(shè)熱熔膠

7、粘接效果不佳,那么鋼絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生滑移,導(dǎo)致網(wǎng)格角度或均勻度不佳,這將導(dǎo)致sRTP中存在缺陷或應(yīng)力集中點(diǎn).止匕外,熱熔膠在sRTP中起到應(yīng)力傳導(dǎo)的作用,熱熔膠與鋼絲之間更好的浸潤性對于提升界面應(yīng)力傳導(dǎo)和分散起到關(guān)鍵作用.假設(shè)熱熔膠浸潤性不良,那么會導(dǎo)致應(yīng)力傳導(dǎo)受阻,應(yīng)力無法分散最終導(dǎo)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(zhì)量不僅取決于熱熔膠質(zhì)量,還取決于生產(chǎn)過程中包覆熱熔膠的工藝.同時,熱熔膠更高的本體強(qiáng)度,也可以為sRTP提供更大的耐壓能力.綜上所述,優(yōu)良的sRTP用粘接樹脂應(yīng)包括以下特點(diǎn)：(1)較高的鋼絲與熱熔膠粘接剪切強(qiáng)度；(2)較好的鋼絲浸潤效果；(3)較高的熱熔膠本體強(qiáng)度；因此,優(yōu)良的sRTP用粘接樹脂可以為管道提供：(1)更可靠的復(fù)合層粘接效果,更持久的復(fù)合層靜液壓試驗(yàn)時間；(2)更高的管道耐壓等級；(3)更穩(wěn)定的管道耐壓性能.結(jié)論：鋼絲在sRTP中的受力情況,主要是沿管道軸向的剪切應(yīng)力,故鋼絲與熱熔膠之間的界面剪切強(qiáng)度能更真實(shí)地反映其粘接效果.優(yōu)秀