本文介绍了一种能够输送热水的钢丝网增强聚乙烯复合管道用新型粘接树脂材料,并介绍了该粘接树脂材料的性能评价方法,从材料耐热性、加工性、粘接性等多个角度对该粘接树脂在钢丝网增强聚乙烯热水管中的应用进行了全方位可行性分析。结果表明,该新型粘接树脂材料不仅能够与聚乙烯材料、钢丝网增强层形成稳定可靠粘接,而且在高温、高压环境下表现出优异的稳定性。该研究的目的在于探索并拓宽钢丝网增强聚乙烯复合管新的应用领域,同时是推动增强热塑性塑料管(RTP)发展及应用领域拓展的一次有效尝试。


1、钢丝网增强聚乙烯复合管应用简介


钢丝网增强聚乙烯复合管是十余年来发展迅速的一种增强热塑性塑料管(RTP),具有承压力强、线性膨胀系数低、耐腐蚀、不结垢、重量轻、环保无毒等特点。钢丝网增强聚乙烯复合管兼具了热塑性塑料和金属增强层的各自优点,在性能上达到了塑料和金属材料的优势互补[2],广泛应用于市政、化工、消防等领域[3]。通过长期且广泛的市场应用案例表明,钢丝网增强聚乙烯复合管是一种性能优异且得到市场认可的增强热塑性塑料管。目前,钢丝网增强聚乙烯复合管主要在冷水管领域应用,在热水管领域的应用未见报道及应用实例。


粘接树脂作为连接钢丝和内外层聚乙烯管材的关键原材料,其性能优劣直接影响到钢丝网增强聚乙烯复合管的品质。通过粘接树脂性能升级能够改善复合管粘接界面的耐热性能,促进复合管在热水输送领域应用的可行性。另外,通过优化聚乙烯、钢丝、生产工艺、管材结构设计等生产要素可以进一步促进钢丝网增强聚乙烯复合管在热水输送领域的应用可行性。


2、钢丝网增强聚乙烯热水管专用粘接树脂性能表征


以提高钢丝网增强聚乙烯复合管耐热水性能为基础,以通过高温高压静液压强度试验为核心,对粘接树脂进行配方优化设计,并从加工性能、粘接性能、耐热性能等多个角度对粘接树脂进行综合性能评估。


2.1 钢丝网增强聚乙烯热水管专用粘接树脂加工性能


热水管专用粘接树脂通过配方组分优化升级提高耐温性,在产品优化过程不影响加工性能是必须满足的前提条件,通过哈克转矩流变仪和流延设备评价产品的加工性能。其中,热水管专用粘接树脂和普通粘接树脂的哈克流变曲线对比效果见图1。


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从流变数据中可知,热水管专用粘接树脂和常规粘接树脂塑化性能及平衡扭矩非常相似,加工性能非常接近。


另外,通过流延设备将热水管专用粘接树脂进行流延,考察其塑化性能和加工性能。流延时熔体温度为230℃,流延后的膜带见图2。


从图2中可以看出,热水管专用粘接树脂流延后的片材塑化性能良好,无晶点或不熔物存在。说明热水管粘接树脂在提高材料耐热性的前提下加工性能未出现降低。


2.2 钢丝网增强聚乙烯热水管专用粘接树脂耐热性能


高温高压静液压强度试验要求在试验过程中粘接树脂能够对钢丝网产生持续稳定包裹承载,防止钢丝网变形后冲破内外管产生破裂渗漏。粘接树脂的软化点和热变形温度是影响试验过程中复合界面测试稳定性的重要指标。在此,对比热水管专用粘接树脂和常规粘接树脂的热变形温度和软化点,结果见表1。


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从测试数据可以看出,热水管专用粘接树脂软化点及热变形温度均比常规粘接树脂有明显提高。粘接树脂耐温性提高能够保证静液压强度试验中高温高压条件下粘接界面的稳定性。软化点和热变形温度测试原始数据见图3和图4所示。


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2.3钢丝网增强聚乙烯热水管专用粘接树脂粘接性能


在钢丝网增强聚乙烯复合管中,粘接树脂是连接内外层聚乙烯和钢丝网增强层的关键材料,其粘接性能直接决定了复合管的使用寿命。行业标准CJ/T189-2007规定管材剥离强度≥100N/cm;B/T32439-2015规定粘接树脂/铝材质180°剥离强度≥100N/25mm,钢丝/粘接树脂剪切强度≥13MPa,管材平均剥离强度≥150N/cm且最小剥离强度≥120N/cm。


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实验室分别测试热水管专用粘接树脂与PE80级管材料、钢材质、铝材质等不同材质的剥离强度,并与常规粘接树脂进行对比,复合好的剥离强度测试样品见图5所示,测试的剥离强度数据见表2。


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从上面数据中可以看出,热水管专用粘接树脂对聚乙烯管材料、钢材质、铝材质复合后剥离强度与常规粘接树脂无明显差异,粘接效果优良。热水管粘接树脂能够有效将钢丝和聚乙烯复合界面连接起来,在钢丝增强聚乙烯复合管多层之间形成优异的粘接界面。


3、钢丝网增强聚乙烯热水管专用粘接树脂工业化应用探索


热水管粘接树脂于2016年上半年进行了工业化探索应用,对产品进行了性能测试。热水管粘接树脂加工性能评价在管材制备时直接得到验证:在不改变挤出机挤出温度和挤出转速的前提下,热水管粘接树脂塑化性能、涂覆均匀性均表现优异,生产出的成品管外观优良,见图6。


钢丝网增强聚乙烯热水管剥离强度测试时现沿管材轴向裁出25mm宽、150mm长的测试样条,沿钢丝与聚乙烯之间的粘接界面进行剥离强度测试,测试过程图片见图7。


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热水管专用粘接树脂与普通粘接树脂制备的成品管剥离强度和界面破坏形态测试结果见表3。


依据上面的测试数据,与钢丝网增强聚乙烯冷水管相比,钢丝网增强聚乙烯热水管不仅常温下剥离强度优异,而且高温时仍然保持非常高的粘接强度,同时剥离后界面破坏方式为韧性破坏。热水管粘接树脂在成品管界面中粘接效果优异。


钢丝网增强聚乙烯热水管静液压强度测试温度为95℃,压力7.0MPa。测试样管测试时间为103h。目前正在通过管材结构及材料优化提高静液压试验效果。



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