可稀釋使用鋼絲管粘接樹脂的性能及其應(yīng)用研究

伍金奎 孔智勇 倪奉堯 孔濤 魏鵬 孔偉川 孫之狀 孔德彬

摘 要：自制EN312是一種高性能的、可稀釋使用的鋼絲復(fù)合管用粘接樹脂。測試了其主要性能，并研究了其添加不同比例管道級聚乙烯2480稀釋應(yīng)用的管材的性能。結(jié)果表明：EN312添加60%～80%的2480使用，對鋼絲的剪切強(qiáng)度影響不大;EN312添加60%～80%的2480作為粘接樹脂應(yīng)用于dn160×2.5MPa鋼絲管，管材的剝離強(qiáng)度、爆破壓力、20℃、2PN、1h靜液壓、60℃、1.2PN、165h靜液壓均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求;EN312稀釋使用表現(xiàn)出良好的抗高低溫沖擊穿絲及扣壓穿絲能力。

關(guān)鍵詞：鋼絲復(fù)合管;粘接樹脂;稀釋使用

中圖分類號：TQ433.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）09-0008-05

Study on Properties and Application of Diluted Adhesive Resin for Steel Wire Pipe

Wu Jinkui1，2，3， Kong Zhiyong1，2，3， Ni Fengyao1，2，3， Kong Tao3， Wei Peng3， Kong Weichuan3，

Sun Zhizhuang2， Kong Debin2

（1.National Enterprise Technology Center of Shandong Donghong Pipe Industry Co.， Ltd.，Qufu 273150， China;

2. Shandong Polymer Composite Pipeline Engineering Research Center，Qufu 273150， China; 3.Shandong Donghong Pipe Industry Co.， Ltd.， Qufu 273150， China）

Abstract：Self-made EN312 is a high-performance， dilutable bonding resin for steel wire composite pipes.Tested its main performance and studied the performance of pipes diluted with different proportions of pipe-grade polyethylene 2480. The results showed that the use of EN312 with 60%～80% of 2480 has little effect on the shear strength of the steel wire; EN312 adds 60%～80% of 2480 as the bonding resin to be used for dn160×2.5MPa steel wire pipes， and the peeling strength of the pipes ， Bursting pressure， 20℃， 2PN， 1h hydrostatic pressure， 60℃， 1.2PN， 165h hydrostatic pressure all meet the standard requirements; EN312 diluted use shows good resistance to high and low temperature impact threading and crimping and threading capabilities.

Key words：steel wire composite pipe;adhesive resin;diluted use

鋼絲網(wǎng)骨架增強(qiáng)復(fù)合管（簡稱鋼絲管）是我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的高新技術(shù)復(fù)合管道產(chǎn)品，結(jié)合了鋼絲和塑料各自的優(yōu)點(diǎn)，使之具有更高的耐壓能力。同時(shí)，該復(fù)合管具有優(yōu)良的柔性，廣泛應(yīng)用于長距離埋地用供水、輸氣管道系統(tǒng)。

鋼絲管的增強(qiáng)體鋼絲是通過鋼絲在塑料芯管左旋纏繞、右旋纏繞后用馬來酸酐接枝改性的粘接樹脂對鋼絲進(jìn)行固定而得到的。因而粘接樹脂對鋼絲的粘接效果至關(guān)重要。鋼絲管的粘接樹脂[1-4]主要通過馬來酸酐接枝改性而來，由于聚乙烯接枝馬來酸酐過程中存在交聯(lián)副反應(yīng)，一般選用熔體質(zhì)量流動(dòng)速率較高的聚乙烯為基體，而具有耐壓能力強(qiáng)度的PE80或PE100級原料因流動(dòng)性差一般不適合作為接枝反應(yīng)的基體。針對目前作為增強(qiáng)鋼絲層的粘接樹脂一般為非管道級原料、100%純用現(xiàn)狀，本研究利用專利技術(shù)制備的高性能的馬來酸酐接枝改性的粘接樹脂EN312[5]，在鋼絲管領(lǐng)域首次提出與管道級原料稀釋使用，系統(tǒng)研究了不同稀釋比例對鋼絲管性能的影響，確定了高性價(jià)比粘接樹脂EN312的應(yīng)用方法。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

PE100級高密度聚乙烯（PN049-030-122），工業(yè)級，中沙石化有限公司;PE80級高密度聚乙烯（2480），工業(yè)級，中國石油大慶石化公司;粘接樹脂（EN312，可稀釋使用）、黑色母（EM105G，炭黑含量42%），金屬扣壓接頭（DN160型號），工業(yè)級，山東東宏管業(yè)股份有限公司;鍍銅鋼絲（直徑0.8mm），工業(yè)級，山東大業(yè)股份有限公司。

1.2 試驗(yàn)儀器

XRL-400A型熔體質(zhì)量流動(dòng)速率儀，河北承德精密有限公司;WDS-W型電子萬能試驗(yàn)機(jī)，河北承德精密有限公司;XLB25-D型平板硫化機(jī)，湖州雙力自動(dòng)化科技裝備有限公司;XRW-300M型熱變形維卡軟化點(diǎn)溫度測定儀，石家莊開發(fā)區(qū)中實(shí)檢測設(shè)備有限公司;DSC131EVO型差示掃描量熱儀，SETARAM公司;GDW-1500型高低溫試驗(yàn)箱，無錫科隆實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;dn250鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管生產(chǎn)線，四川金石東方新材料設(shè)備股份有限公司;XGNB-N-B型耐壓爆破試驗(yàn)機(jī)，河北承德精密有限公司。

1.3 試驗(yàn)制備

1.3.1 不同稀釋比粘接樹脂與鋼絲剪切強(qiáng)度試樣制備

將EN312/2480按照0/100、20/80、25/75、30/70、40/60、100/0的質(zhì)量比混合后，用開煉機(jī)在190℃混煉均勻，壓成2mm厚的板，用切刀切成2mm×2mm小塊備用，按照GB/T32439附錄A制備剪切強(qiáng)度樣品。

1.3.2 鋼絲管的制備

鋼絲管芯管及外層采用95%的PN049、5%的黑色母混配使用，芯管及外層擠出機(jī)的加工溫度為195℃;粘接樹脂按照表2的5種不同比例復(fù)配使用，擠出溫度為230℃;管材型號為dn160，管材公稱壓力（PN）為2.5MPa，擠出的速度為0.75m/min。

1.3.3 鋼絲管扣壓金屬接頭的的制備

選取長度1.2m的鋼絲管，端面磨平后不焊接封口環(huán)，將dn160鋼絲管配套的金屬接頭套裝在管材的端頭，用壓機(jī)按照正常生產(chǎn)扣壓深度5.4mm進(jìn)行扣壓，觀察扣壓后鋼絲管端面鋼絲的穿出情況。

1.4 測試表征

（1）粘接樹脂熔體質(zhì)量流動(dòng)速率：按照GB/T3682進(jìn)行測定。

（2）力學(xué)性能：按照GB/T1040.2進(jìn)行測定。

（3）維卡軟化點(diǎn)：按照GB/T1633進(jìn)行測定。

（4）鋁片剝離強(qiáng)度：按照GB/T2790進(jìn)行測定。

（5）氧化誘導(dǎo)時(shí)間：按照GB/T19466.6進(jìn)行測定。

（6）管材高低溫交變循環(huán)試驗(yàn)：將長度為1.2m、端面磨平的鋼絲管放入高低溫循環(huán)試驗(yàn)箱，以-20℃×12h、60℃×12h為一個(gè)循環(huán)，循環(huán)14次，在3、7、14個(gè)循環(huán)后測試鋼絲從端面穿出的長度。

（7）管材的爆破及靜液壓試驗(yàn)：按照GB/T32439進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 EN312的性能測試

針對目前鋼絲管粘接樹脂主要采用非管道級聚乙烯進(jìn)行接枝改性且100%純用導(dǎo)致成本高的問題，專門開發(fā)了高性價(jià)比、可添加管道級聚乙烯稀釋使用的粘接樹脂EN312。EN312為高接枝率的馬來酸酐接枝改性的聚乙烯，表1列出了EN312的主要性能指標(biāo)，熔體質(zhì)量流動(dòng)速率、拉伸屈服強(qiáng)度、斷裂伸長率、維卡軟化點(diǎn)、氧化誘導(dǎo)時(shí)間、鋁片剝離強(qiáng)度、鋼絲抽離剪切強(qiáng)度均滿足GB/T32439標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 不同稀釋比的粘接效果

表2列出了EN312添加不同比例PE80級管道專用料2480的粘接性能數(shù)據(jù)。從表2可知，未添加粘接樹脂的配方1的鋼絲剪切強(qiáng)度僅為0.15MPa，添加60%～80%的2480的稀釋使用的粘接樹脂與鋼絲剪切強(qiáng)度為19.5～20.4MPa，與純EN312的剪切強(qiáng)度22.4MPa相差不大，均大于GB/T32439要求的13MPa，因此EN312經(jīng)過高倍稀釋后對鋼絲仍具有優(yōu)異的粘接效果。從管材的剝離強(qiáng)度數(shù)據(jù)來看，5個(gè)配方的剝離強(qiáng)度均大于25N/mm，高于GB/T32439要求的15N/mm。圖1為不同稀釋比粘接樹脂的管材的剝離狀態(tài)，均為粘接樹脂層內(nèi)聚破壞，表現(xiàn)為對芯管和外層良好的粘接效果。

2.3 高低溫交變循環(huán)試驗(yàn)

高低溫交變循環(huán)試驗(yàn)可以加速鋼絲管中鋼絲殘留應(yīng)力的釋放，因此可以作為一種驗(yàn)證粘接樹脂對鋼絲粘接效果的加速試驗(yàn)方法。表3列出了5個(gè)配方粘接樹脂高低溫交變循環(huán)試驗(yàn)不同時(shí)間后鋼絲從端面穿出的長度。從表中可知，未添加EN312的配方1，僅3d鋼絲就穿出了2.01mm;而添加60%～80%的2480的配方2～配方5，高低溫沖擊14d，最大的穿絲的長度也不超過0.15mm。配方1穿絲長度大，主要是由于粘接層采用的為純的2480，因此對鋼絲沒有粘接力，故在不同環(huán)境溫度作用下，鋼絲纏繞時(shí)的應(yīng)力釋放，促使鋼絲從管材端面穿出;而添加EN312的配方2～配方5，即使添加量僅僅20%的配方2，也表現(xiàn)出良好的抗穿絲性能，主要與EN312高度稀釋后對鋼絲具有良好粘接強(qiáng)度有關(guān)。

2.4 扣壓接頭穿絲試驗(yàn)

金屬扣壓的機(jī)械接頭是鋼絲管的主要連接方式之一，通過倒刺將金屬件扣壓在鋼絲管的端頭上。金屬件扣壓過程中，在機(jī)械力的作用下，鋼絲管端面鋼絲也會(huì)穿出，穿出的長度過長，會(huì)導(dǎo)致鋼絲穿透封口環(huán)，引起鋼絲管復(fù)合層進(jìn)水。為驗(yàn)證不同稀釋比粘接樹脂的抗扣壓穿絲效果，鋼絲管端面未焊接封口環(huán)，在正常扣壓深度5.4mm的條件下，對比了5種不同稀釋比例的扣壓穿絲的長度。圖3是5種不通過稀釋比例的粘接樹脂的扣壓金屬接頭后的穿絲的圖片。從圖中可知，采用純2480、未添加EN312的配方1，穿絲的長度達(dá)到了15mm;而添加EN312的配方2～配方5，鋼絲均未從鋼絲管端面穿出，表現(xiàn)出良好的抗穿絲能力。這也說明了EN312對鋼絲具有良好的粘接性能，即使添加80%的2480高倍稀釋的配方2，在正常的扣壓工藝下，鋼絲未從端面穿出。

2.5 管材的爆破試驗(yàn)

根據(jù)GB/T32439要求，鋼絲管的爆破壓力應(yīng)不小于3倍的公稱壓力。本次試驗(yàn)的管材為160×2.5MPa的管材，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，管材的爆破壓力要不低于7.5MPa。圖4為不同稀釋比的5種管材的爆破曲線。從圖4中的爆破曲線可知，試驗(yàn)管材的爆破壓力均大于10MPa，已經(jīng)大于了4倍公稱壓力。

2.6 管材的靜液壓試驗(yàn)

根據(jù)GB/T32439要求，鋼絲管靜液壓試驗(yàn)需要通過20℃、2PN、1h靜液壓以及60℃、1.2PN、165h靜液壓。圖5為不同稀釋比粘接樹脂管材進(jìn)行的20℃、2PN、12h靜液壓曲線，無論是以2480還是添加60%～80%的2480的配方，5種配方的管材均通過了20℃、2PN、12h靜液壓。圖6為不同稀釋比粘接樹脂管材進(jìn)行的60℃、1.2PN、165h靜液壓曲線。從圖中可知，采用純2480的配方1，壓力曲線波動(dòng)大，進(jìn)行到10.5h，管材發(fā)生了破裂，這主要是由于沒有粘接樹脂對鋼絲進(jìn)行固定，在高溫高壓下，鋼絲受到內(nèi)壓發(fā)生抽離引起管材鼓脹后破裂;而添加20%～40%的EN312的配方2～配方5，均通過了165h的靜液壓測試，充分證明了EN312可高倍稀釋使用，即使添加80%的管道級原料，管材的靜液壓測試也可滿足GB/T32439要求。

3 結(jié)語

測試了鋼絲管粘接樹脂EN312的性能，研究了EN312添加60%、70%、75%、80%的管道級聚乙烯作為粘接樹脂使用的管材性能，確定了EN312可添加60%～80%的管道料2480使用。主要結(jié)論如下：

（1）EN312熔體質(zhì)量流動(dòng)速率、拉伸屈服強(qiáng)度、斷裂伸長率、維卡軟化點(diǎn)、鋁片剝離強(qiáng)度、鋼絲剪切強(qiáng)度均滿足GB/T32439標(biāo)準(zhǔn)要求;

（2） EN312添加60%、70%、75%、80%的2480使用，管材的剝離強(qiáng)度、爆破壓力、20℃、2PN、1h靜液壓、60℃、1.2PN、165h靜液壓均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，稀釋使用的粘接樹脂表現(xiàn)出良好的抗高低溫沖擊穿絲及扣壓穿絲能力;

（3）EN312可添加60%～80%的管道料2480使用，對于鋼絲管行業(yè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，可為粘接樹脂生產(chǎn)廠家降低馬來酸酐接枝過程對環(huán)境的不利影響，可為鋼絲管生產(chǎn)廠家減少粘接樹脂用量，降低管材的生產(chǎn)成本。

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