本文介紹了一種能夠輸送熱水的鋼絲網增強聚乙烯復合管道用新型粘接樹脂材料,并介紹了該粘接樹脂材料的性能評價方法,從材料耐熱性、加工性、粘接性等多個角度對該粘接樹脂在鋼絲網增強聚乙烯熱水管中的應用進行了全方位可行性分析。結果表明,該新型粘接樹脂材料不僅能夠與聚乙烯材料、鋼絲網增強層形成穩定可靠粘接,而且在高溫、高壓環境下表現出優異的穩定性。該研究的目的在于探索并拓寬鋼絲網增強聚乙烯復合管新的應用領域,同時是推動增強熱塑性塑料管(RTP)發展及應用領域拓展的一次有效嘗試。


1、鋼絲網增強聚乙烯復合管應用簡介


鋼絲網增強聚乙烯復合管是十余年來發展迅速的一種增強熱塑性塑料管(RTP),具有承壓力強、線性膨脹系數低、耐腐蝕、不結垢、重量輕、環保無毒等特點。鋼絲網增強聚乙烯復合管兼具了熱塑性塑料和金屬增強層的各自優點,在性能上達到了塑料和金屬材料的優勢互補[2],廣泛應用于市政、化工、消防等領域[3]。通過長期且廣泛的市場應用案例表明,鋼絲網增強聚乙烯復合管是一種性能優異且得到市場認可的增強熱塑性塑料管。目前,鋼絲網增強聚乙烯復合管主要在冷水管領域應用,在熱水管領域的應用未見報道及應用實例。


粘接樹脂作為連接鋼絲和內外層聚乙烯管材的關鍵原材料,其性能優劣直接影響到鋼絲網增強聚乙烯復合管的品質。通過粘接樹脂性能升級能夠改善復合管粘接界面的耐熱性能,促進復合管在熱水輸送領域應用的可行性。另外,通過優化聚乙烯、鋼絲、生產工藝、管材結構設計等生產要素可以進一步促進鋼絲網增強聚乙烯復合管在熱水輸送領域的應用可行性。


2、鋼絲網增強聚乙烯熱水管專用粘接樹脂性能表征


以提高鋼絲網增強聚乙烯復合管耐熱水性能為基礎,以通過高溫高壓靜液壓強度試驗為核心,對粘接樹脂進行配方優化設計,并從加工性能、粘接性能、耐熱性能等多個角度對粘接樹脂進行綜合性能評估。


2.1 鋼絲網增強聚乙烯熱水管專用粘接樹脂加工性能


熱水管專用粘接樹脂通過配方組分優化升級提高耐溫性,在產品優化過程不影響加工性能是必須滿足的前提條件,通過哈克轉矩流變儀和流延設備評價產品的加工性能。其中,熱水管專用粘接樹脂和普通粘接樹脂的哈克流變曲線對比效果見圖1。


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從流變數據中可知,熱水管專用粘接樹脂和常規粘接樹脂塑化性能及平衡扭矩非常相似,加工性能非常接近。


另外,通過流延設備將熱水管專用粘接樹脂進行流延,考察其塑化性能和加工性能。流延時熔體溫度為230℃,流延后的膜帶見圖2。


從圖2中可以看出,熱水管專用粘接樹脂流延后的片材塑化性能良好,無晶點或不熔物存在。說明熱水管粘接樹脂在提高材料耐熱性的前提下加工性能未出現降低。


2.2 鋼絲網增強聚乙烯熱水管專用粘接樹脂耐熱性能


高溫高壓靜液壓強度試驗要求在試驗過程中粘接樹脂能夠對鋼絲網產生持續穩定包裹承載,防止鋼絲網變形后沖破內外管產生破裂滲漏。粘接樹脂的軟化點和熱變形溫度是影響試驗過程中復合界面測試穩定性的重要指標。在此,對比熱水管專用粘接樹脂和常規粘接樹脂的熱變形溫度和軟化點,結果見表1。


鋼絲網增強聚乙烯復合管道


從測試數據可以看出,熱水管專用粘接樹脂軟化點及熱變形溫度均比常規粘接樹脂有明顯提高。粘接樹脂耐溫性提高能夠保證靜液壓強度試驗中高溫高壓條件下粘接界面的穩定性。軟化點和熱變形溫度測試原始數據見圖3和圖4所示。


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2.3鋼絲網增強聚乙烯熱水管專用粘接樹脂粘接性能


在鋼絲網增強聚乙烯復合管中,粘接樹脂是連接內外層聚乙烯和鋼絲網增強層的關鍵材料,其粘接性能直接決定了復合管的使用壽命。行業標準CJ/T189-2007規定管材剝離強度≥100N/cm;B/T32439-2015規定粘接樹脂/鋁材質180°剝離強度≥100N/25mm,鋼絲/粘接樹脂剪切強度≥13MPa,管材平均剝離強度≥150N/cm且Z小剝離強度≥120N/cm。


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實驗室分別測試熱水管專用粘接樹脂與PE80級管材料、鋼材質、鋁材質等不同材質的剝離強度,并與常規粘接樹脂進行對比,復合好的剝離強度測試樣品見圖5所示,測試的剝離強度數據見表2。


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從上面數據中可以看出,熱水管專用粘接樹脂對聚乙烯管材料、鋼材質、鋁材質復合后剝離強度與常規粘接樹脂無明顯差異,粘接效果優良。熱水管粘接樹脂能夠有效將鋼絲和聚乙烯復合界面連接起來,在鋼絲增強聚乙烯復合管多層之間形成優異的粘接界面。


3、鋼絲網增強聚乙烯熱水管專用粘接樹脂工業化應用探索


熱水管粘接樹脂于2016年上半年進行了工業化探索應用,對產品進行了性能測試。熱水管粘接樹脂加工性能評價在管材制備時直接得到驗證:在不改變擠出機擠出溫度和擠出轉速的前提下,熱水管粘接樹脂塑化性能、涂覆均勻性均表現優異,生產出的成品管外觀優良,見圖6。


鋼絲網增強聚乙烯熱水管剝離強度測試時現沿管材軸向裁出25mm寬、150mm長的測試樣條,沿鋼絲與聚乙烯之間的粘接界面進行剝離強度測試,測試過程圖片見圖7。


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熱水管專用粘接樹脂與普通粘接樹脂制備的成品管剝離強度和界面破壞形態測試結果見表3。


依據上面的測試數據,與鋼絲網增強聚乙烯冷水管相比,鋼絲網增強聚乙烯熱水管不僅常溫下剝離強度優異,而且高溫時仍然保持非常高的粘接強度,同時剝離后界面破壞方式為韌性破壞。熱水管粘接樹脂在成品管界面中粘接效果優異。


鋼絲網增強聚乙烯熱水管靜液壓強度測試溫度為95℃,壓力7.0MPa。測試樣管測試時間為103h。目前正在通過管材結構及材料優化提高靜液壓試驗效果。



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