聚丙烯塑料螺纹焊接节点轴心拉力试验研究

张昊　席晗　李凯　周丹栓

摘 要：聚丙烯塑料栓钉与塑料板采用螺纹连接，然后施加6道焊缝，组成试验试件。为测定聚丙烯塑料螺纹焊接节点在轴心拉力下的强度，本研究将试件放在万能试验机上进行拉拔试验，得到不同螺纹长度的螺纹焊接的破坏形态以及节点轴心拉力与螺纹长度之间的关系。

关键词：聚丙烯;螺纹焊接节点;轴心拉力

中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）23-0112-02

Research on Axial Tension Test of Polypropylene

Plastic Thread Welded Joints

ZHANG Hao XI Han LI Kai ZHOU Danshuan

（College of Civil Engineering and Architecture， Henan University of Technology，Zhengzhou Henan 450001）

Abstract： The polypropylene plastic studs are threaded with the plastic plates and then 6 welds are applied to form the test piece. In order to determine the strength of polypropylene plastic threaded joints under axial tension， this study put the test pieces on the universal testing machine for drawing test， and obtained failure mode of thread welding with different thread lengths and the relationship between the axial force of the joint and the length of the thread.

Keywords： polypropylene;threaded joint;axial tension

在地下糧仓中，防水防潮问题是其关键问题，因此选择防水防潮材料成为重中之重，聚丙烯塑料材料以其自身优越性成为地下粮仓防水防潮材料的首选。聚丙烯（PP）为无毒、无味、无嗅的乳白色高结晶聚合物[1]，它具有防水性能好、易于加工制作和施工轻便等特点。聚丙烯应用于地下粮仓中，其具有以下优势[2]：一是便于施工，聚丙烯密度较小，质量轻，易于加工、搬运和施工;二是适用于地下，聚丙烯适用于-35～150℃，总体上与地下粮仓中的温度相适应;三是水稳定性好，聚丙烯吸水率为0.01%，说明在水中很稳定，可用于阻隔地下水;四是连接方式多样，聚丙烯尺寸稳定性好，可使用焊接、胶结等方法连接;五是理学性能良好，聚丙烯塑料拉伸强度和弯曲强度均较高，可用于工程中;六是聚丙烯塑料安全卫生、无毒无害，符合绿色储粮的要求。

1 试件设计与制作

试验的构件由聚丙烯塑料栓钉、塑料板和塑料焊缝组成并以《塑料 拉伸性能的测定》（GB/T 1040—2018）[3]为标准，对试件进行设计和制作。试验的塑料栓钉采用直径30mm、长度500mm的聚丙烯塑料棒制作而成，同时采用一端车丝的形式，塑料栓钉的车丝螺纹长度有20mm、25mm和30mm三种，每种螺纹长度分为一组，每组4个试件，共12个。塑料板采用边长为100mm的正方形板，试验中，塑料板的厚度应与塑料栓钉车丝长度相同，在其中心处进行与塑料栓钉直径相同的螺纹攻丝并采用攻透处理，所以塑料板攻丝螺纹长度也有20mm、25mm和30mm三种，每种螺纹攻丝长度分为一组，每组试件4块，共12块。

塑料栓钉与塑料板之间的抗拉强度依靠二者之间的螺纹咬合力，但是这种方法不能拥有很高的承载力。为了使得塑料节点的承载力有大幅度的提高，塑料栓钉与塑料板连接处要实施焊接处理，焊接所用的焊缝采用《钢结构设计规范》（GB 50017—2017）[4]规定的标准角焊缝形式，焊接形式为四面围焊。施焊期间，采用与塑料节点相同材质的聚丙烯塑料双股式焊条。焊接时对连接处进行均匀施焊，同时为了确保螺纹焊接节点拥有较高的承载力，将焊缝的道数定为6道，如图1所示。

试件形式存在以下优点：焊接使得试件的抗拔力大幅增加;当存在少量的非轴心拉力时，连接处的焊缝可以起到防止侧向力的作用。

2 试验加载

试验用的电液伺服万能试验机最大荷载为600kN，力值分辨率为1/2 000。利用万能试验机，按照图2的形式进行螺纹焊接节点的轴心拉力加载试验，以100N/s的速度进行持续加载，直到塑料栓钉被拔断方可停止加载，同时保存数据并导出试验报告。

3 试验结果

3.1 试验破坏形式

试验中的螺纹焊接节点试件的破坏形式为聚丙烯塑料栓钉在焊缝处被拔断。当塑料栓钉被拔断时，塑料栓钉的螺纹连接部分均存留在塑料板内，说明在施加6道焊缝后，试件的抗拔力大幅增加。

3.2 试验破坏荷载

定义试件编号20-1h、20-2h、20-3h和20-4h为试件组1，试件编号25-1h、25-2h、25-3h和25-4h为试件组2，试件编号30-1h、30-2h、30-3h和30-4h为试件组3。试验前对加工的螺纹焊接节点的螺纹长度进行游标卡尺的手工测量，测出螺纹焊接节点的实测螺纹长度，如表1所示。

试验数据表明，试件组5相对于试件组4平均螺纹长度增加了6.96mm，同时平均破坏荷载增加了4.63kN;试件组6相对于试件组5平均螺纹长度增加了1.9mm，同时平均破坏荷载增加了2.99kN。由表1数据可以看出，聚丙烯螺纹焊接节点的破坏荷载与螺纹长度之间存在一定的相关性，螺纹焊接节点的破坏荷载随着螺纹长度的增加而增加。

4 结论

聚丙烯塑料栓钉和塑料板通过螺纹和焊缝连接起来，形成螺纹焊接节点形式，使得节点具有较大的承载力;通过对聚丙烯塑料螺纹焊接节点进行轴心拉力试验，本文得出了轴心破坏荷载与螺纹长度之间的关系，即螺纹焊接节点的破坏荷载随着螺纹长度的增加而增加，这就为螺纹焊接节点的应用提供了试验成果。

参考文献：

[1]焦亦麟.国内聚丙烯市场现状及其发展趋势[J].广州化工，2013（8）：58-59.

[2]张淑媛，塑料-混凝土地下粮仓中塑料连接件的抗拔试验研究[D].郑州：河南工业大学，2017.

[3]国家市场监督管理总局，中国国家标准化管理委员会.塑料 拉伸性能的测定：GB/T 1040—2018[S].北京：中国标准出版社，2018.

[4]住房和城乡建设部，国家质量监督检验检疫总局.钢结构设计规范：GB 50017—2017[S].北京：中国建筑工业出版社，2017.