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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。由于钢丝缠绕结 构是通过热熔胶
2、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（n d：/4,义是管材直径）和最大压力Pmax的乘积。FA =n d 2/4X P常用钢丝的抗拉强度为2000N/mm2, sRTP的现行行业标准CJ/T189中规定 的钢丝缠绕角度为：a = 54.760。假设钢丝网的结
3、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F为：F =nX2000Xn d 2/4Xcosa假设热熔胶层的最小屈服强度与sRTP中聚乙烯层才目当，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。与管道截面中塑料面积S的乘 积。F =aXS图1 sRTP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(aF因为钢丝的弹性模量远高于聚乙烯，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
4、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
5、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：1X1X1cm。样品制 备过程须保证钢丝笔直无变形，粘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：b=F/ (nXd X L )式中：。剪切强度，单位为兆帕（Mpa）；sF试验过程中，样品所受的
6、最大负荷，单位为牛（N）;d 钢丝的直径，单位为毫米（mm）；mL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廿来分析。廿等于 钢丝的横截面积乘以钢丝抗拉强度。Fs= ndm2/4 X 2000Fs= 500ndm2要求保证钢丝不被拔出，钢丝承受的最大拉力二必须小于钢丝抗拔的拉力Fk：F F 即 500ndm2 a X ndm X L3. 热熔胶在sRTP中的作用由于sRTP中钢丝网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。若热熔胶粘接效果不佳， 则钢丝网
7、结构易产生滑移，导致网格角度或均匀度不佳，这将导致sRTP中存在 缺陷或应力集中点。此外，热熔胶在sRTP中起到应力传导的作用，热熔胶与钢丝之间更好的浸 润性对于提高界面应力传导和分散起到关键作用。若热熔胶浸润性不良，则会导 致应力传导受阻，应力无法分散最终导致局部粘接破坏，从而使管道整体性能下 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。同时，热熔胶更高的本体强度，也可以为sRTP提供更大的耐压能 力。综上所述，优良的sRTP用粘接树脂应包括以下特点：（1）较高的钢丝与热熔胶粘接剪切强度；（2）较好的钢丝浸润效果；（3）较高的热熔胶本体强度；因此，优良的sRTP用粘接树脂可以为管道提供：（1）更可靠的复合层粘接效果，更持久的复合层静液压试验时间；（2）更高的管道耐压等级；（3）更稳定的管道耐压性能。结论：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。优秀的SRTP用粘接树脂 具有更高的钢丝与热熔胶的粘接剪切强度、更良好的钢丝与热熔胶的浸润性、更 可靠的热熔胶本体强度，其有利于提高SRTP的耐压、复合层粘接效果，以及更 稳定的管道质量。合适的sRTP涂胶工艺，更有利于充分出发挥热熔胶的最佳效 果。
