杜壯¹ 唐舫成¹ 馮金茂² 霍福磊² 孔超¹ 汪加勝¹

1 廣州鹿山新材料股份有限公司；2 浙江偉星新型建材股份有限公司

摘 要：本文介紹了一種能夠輸送熱水的鋼絲網(wǎng)增強聚乙烯復合管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(wǎng)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(wǎng)增強層形成穩(wěn)定可靠粘接，而且在高溫、高壓環(huán)境下表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。該研究的目的在于探索并拓寬鋼絲網(wǎng)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(fā)展及應用領域拓展的一次有效嘗試。

1 鋼絲網(wǎng)增強聚乙烯復合管應用簡介

鋼絲網(wǎng)增強聚乙烯復合管是十余年來發(fā)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(shù)低、耐腐蝕、不結垢、重量輕、環(huán)保無毒等特點^[1]。鋼絲網(wǎng)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(yōu)點，在性能上達到了塑料和金屬材料的優(yōu)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(wǎng)增強聚乙烯復合管是一種性能優(yōu)異且得到市場認可的增強熱塑性塑料管。目前，鋼絲網(wǎng)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(nèi)外層聚乙烯管材的關鍵原材料，其性能優(yōu)劣直接影響到鋼絲網(wǎng)增強聚乙烯復合管的品質(zhì)。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(yōu)化聚乙烯、鋼絲、生產(chǎn)工藝、管材結構設計等生產(chǎn)要素可以進一步促進鋼絲網(wǎng)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(wǎng)增強聚乙烯熱水管專用粘接樹脂性能表征

以提高鋼絲網(wǎng)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(yōu)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(wǎng)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(yōu)化升級提高耐溫性，在產(chǎn)品優(yōu)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(zhuǎn)矩流變儀和流延設備評價產(chǎn)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。

圖1 常規(guī)粘接樹脂與熱水管專用粘接樹脂加工流變測試數(shù)據(jù)圖

圖2 熱水管專用粘接樹脂流延后的片材

從流變數(shù)據(jù)中可知，熱水管專用粘接樹脂和常規(guī)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(xiàn)降低。

2.2 鋼絲網(wǎng)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?qū)︿摻z網(wǎng)產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定包裹承載，防止鋼絲網(wǎng)變形后沖破內(nèi)外管產(chǎn)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(wěn)定性的重要指標。在此，對比熱水管專用粘接樹脂和常規(guī)粘接樹脂的熱變形溫度和軟化點，結果見表1。

從測試數(shù)據(jù)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(guī)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(wěn)定性。軟化點和熱變形溫度測試原始數(shù)據(jù)見圖3和圖4所示。

圖3 常規(guī)粘接樹脂與熱水管專用粘接樹脂維卡軟化點測試數(shù)據(jù)

圖4 常規(guī)粘接樹脂與熱水管專用粘接樹脂熱變形溫度測試數(shù)據(jù)

2.3 鋼絲網(wǎng)增強聚乙烯熱水管專用粘接樹脂粘接性能

在鋼絲網(wǎng)增強聚乙烯復合管中，粘接樹脂是連接內(nèi)外層聚乙烯和鋼絲網(wǎng)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(yè)標準CJ/T189-2007規(guī)定管材剝離強度≥100N/cm；B/T32439-2015規(guī)定粘接樹脂/鋁材質(zhì)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且最小剝離強度≥120N/cm。

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(zhì)、鋁材質(zhì)等不同材質(zhì)的剝離強度，并與常規(guī)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(shù)據(jù)見表2。

圖5 熱水管專用粘接樹脂與不同被粘材質(zhì)復合后的測試樣條

圖6 熱水管專用粘接樹脂制備的成品試驗管

從上面數(shù)據(jù)中可以看出，熱水管專用粘接樹脂對聚乙烯管材料、鋼材質(zhì)、鋁材質(zhì)復合后剝離強度與常規(guī)粘接樹脂無明顯差異，粘接效果優(yōu)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(yōu)異的粘接界面。

3 鋼絲網(wǎng)增強聚乙烯熱水管專用粘接樹脂工業(yè)化應用探索

熱水管粘接樹脂于2016年上半年進行了工業(yè)化探索應用，對產(chǎn)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(zhuǎn)速的前提下，熱水管粘接樹脂塑化性能、涂覆均勻性均表現(xiàn)優(yōu)異，生產(chǎn)出的成品管外觀優(yōu)良，見圖6。

鋼絲網(wǎng)增強聚乙烯熱水管剝離強度測試時現(xiàn)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。

圖7 鋼絲網(wǎng)增強聚乙烯熱水管成品管剝離強度測試現(xiàn)場

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(tài)測試結果見表3。