热熔胶对钢丝网骨架塑料(聚乙烯)复合管道的影响

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1、热熔胶对钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管道的影响上海邦中高分子材料有限公司摘要：钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管道（以下简称sRTP）是以缠绕钢丝网为增强层的复合聚乙烯管道。由于sRTP通过热熔管件连接，所以单根管道端部的钢丝并未固定到管件上，即钢丝仅通过其周围的热熔胶进行固定。显然，钢丝与热熔胶之间的粘接强度直接影响到sRTP在不同条件下的使用。本文分析了sRTP中承压钢丝的受力机理，并分析了热熔胶作为粘接及应力传导介质的重要作用。结果表明：钢丝在sRTP中的受力情况，主要是沿管道轴向的剪切应力，故钢丝与热熔胶之间的界面剪切强度能更真实地反映其粘接效果。

2、由于钢丝缠绕结构是通过热熔胶进行固定的，所以热熔胶与钢丝之间的粘接效果对于sRTP的承压稳定性起到关键作用。通过提高钢丝与热熔胶的粘接剪切强度，可以提高管道的整体性能；通过提高热熔胶对钢丝的浸润性可以提高复合层间的应力传导，避免应力集中所导致的破坏。关键词：sRTP、热熔胶、粘接、剪切强度1.sRTP复合结构的受力分析众所周知，在内压作用下连续的管道中管材承受轴向力FA，FA等于管材横截面积（πdn2/4，dn是管材直径）和最大压力Pmax的乘积。FA=πdn2/4×Pmax常用钢丝的抗拉强度为2000N/mm2，sRTP的现行行业标准CJ/T189中

3、规定的钢丝缠绕角度为：α＝54.7～60°。假设钢丝网的结构稳定且保持统一的角度和间距，且钢丝直径dm及张力均匀，那么管道中所有钢丝可承受的最大轴向力FB为：FB＝n×2000×πdm2/4×cosα假设热熔胶层的最小屈服强度与sRTP中聚乙烯层相当，那么塑料部分所能承受的最大轴向力FC为：聚乙烯的最小屈服强度σ与管道截面中塑料面积S的乘积。FC＝σ×S图1sRTP的结构示意图考虑到管道安全因素，可根据管道的实际稳定性设定安全因子a（a<1）。当sRTP中复合层结构可满足以下公式时，管道可以承受最大压力。（FB＋FC）×a≥FA因为钢丝的弹性模量远高于

4、聚乙烯，所以sRTP内压造成的负载大多是由钢丝承受的。sRTP的轴向拉力也（基本上）都是由其中的钢丝层承受的。当管道的管径越大，公称压力越大，其中聚乙烯的承压部分越可忽略。2.钢丝与热熔胶的受力分析如前所述，钢丝的主要作用在增强管材,承受内压形成的径向和轴向应力。因为此sRTP采用电熔管件连接，需要通过热熔胶与钢丝的粘接在管端固定钢丝并保证轴向力的传递。sRTP的轴向拉力传递到电熔管件，再经过电熔管件传递到另一sRTP管段的力学过程（见图2）是：sRTP的轴向拉力从钢丝层传递到电熔管件内，通过钢丝层的外面与热熔胶之间的粘接界面A传递到热熔胶层，后从热熔

5、胶层通过热熔胶-PE界面P传递到sRTP的外聚乙烯层，再由外聚乙烯层通过与电熔管件熔接的PE-PE熔接界面R传递到电熔管件。图2轴向拉力的传递方式假设sRTP管道与电熔管件之间熔接可靠，由于热熔胶与聚乙烯的粘接强度高于钢丝与热熔胶的粘接强度，所以其界面破坏首先发生于钢丝与热熔胶界面。因此熔胶与钢丝的粘接强度是质量关键，为了测定真实的钢丝与热熔胶的粘接剪切强度，邦中公司设计了如下试验：将粘接加热熔融后，通过模具热压制备如下图3左图所示样条。所使用钢丝的直径为1mm，表面清洁无油脂。粘接树脂胶块的尺寸为：1×1×1cm。样品制备过程须保证钢丝笔直无变形，粘

6、接树脂方块两端无残余树脂，实际样条图片见下图3中图。用下图3右图所示上下夹具，在万能试验机上测定样品的最大力，用以计算钢丝与热熔胶的剪切强度：σs＝F/（π×dm×L）式中：σs——剪切强度，单位为兆帕（Mpa）；F——试验过程中，样品所受的最大负荷，单位为牛（N）；dm——钢丝的直径，单位为毫米（mm）；L——粘接树脂胶块的粘接长度，单位为毫米（mm）。图3钢丝与热熔胶的粘接剪切试验在SRTP中，可以简化得用单根钢丝可能承受的最大拉力FS来分析。FS等于钢丝的横截面积乘以钢丝抗拉强度。FS=πdm2/4×2000FS=500πdm2要求保证钢丝不

7、被拔出，钢丝承受的最大拉力Fs必须小于钢丝抗拔的拉力Fk：FS

8、道整体性能下降。但是sRTP的粘接质量不仅取决于热熔胶质量，还取决于生产过程中包覆热熔胶的工艺