可稀释使用钢丝管粘接树脂的性能及其应用研究

伍金奎 孔智勇 倪奉尧 孔涛 魏鹏 孔伟川 孙之状 孔德彬

摘 要：自制EN312是一种高性能的、可稀释使用的钢丝复合管用粘接树脂。测试了其主要性能，并研究了其添加不同比例管道级聚乙烯2480稀释应用的管材的性能。结果表明：EN312添加60%～80%的2480使用，对钢丝的剪切强度影响不大;EN312添加60%～80%的2480作為粘接树脂应用于dn160×2.5MPa钢丝管，管材的剥离强度、爆破压力、20℃、2PN、1h静液压、60℃、1.2PN、165h静液压均达到标准要求;EN312稀释使用表现出良好的抗高低温冲击穿丝及扣压穿丝能力。

关键词：钢丝复合管;粘接树脂;稀释使用

中图分类号：TQ433.4 文献标识码：A 文章编号：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

钢丝网骨架增强复合管（简称钢丝管）是我国拥有自主知识产权的高新技术复合管道产品，结合了钢丝和塑料各自的优点，使之具有更高的耐压能力。同时，该复合管具有优良的柔性，广泛应用于长距离埋地用供水、输气管道系统。

钢丝管的增强体钢丝是通过钢丝在塑料芯管左旋缠绕、右旋缠绕后用马来酸酐接枝改性的粘接树脂对钢丝进行固定而得到的。因而粘接树脂对钢丝的粘接效果至关重要。钢丝管的粘接树脂[1-4]主要通过马来酸酐接枝改性而来，由于聚乙烯接枝马来酸酐过程中存在交联副反应，一般选用熔体质量流动速率较高的聚乙烯为基体，而具有耐压能力强度的PE80或PE100级原料因流动性差一般不适合作为接枝反应的基体。针对目前作为增强钢丝层的粘接树脂一般为非管道级原料、100%纯用现状，本研究利用专利技术制备的高性能的马来酸酐接枝改性的粘接树脂EN312[5]，在钢丝管领域首次提出与管道级原料稀释使用，系统研究了不同稀释比例对钢丝管性能的影响，确定了高性价比粘接树脂EN312的应用方法。

1 试验部分

1.1 试验材料

PE100级高密度聚乙烯（PN049-030-122），工业级，中沙石化有限公司;PE80级高密度聚乙烯（2480），工业级，中国石油大庆石化公司;粘接树脂（EN312，可稀释使用）、黑色母（EM105G，炭黑含量42%），金属扣压接头（DN160型号），工业级，山东东宏管业股份有限公司;镀铜钢丝（直径0.8mm），工业级，山东大业股份有限公司。

1.2 试验仪器

XRL-400A型熔体质量流动速率仪，河北承德精密有限公司;WDS-W型电子万能试验机，河北承德精密有限公司;XLB25-D型平板硫化机，湖州双力自动化科技装备有限公司;XRW-300M型热变形维卡软化点温度测定仪，石家庄开发区中实检测设备有限公司;DSC131EVO型差示扫描量热仪，SETARAM公司;GDW-1500型高低温试验箱，无锡科隆实验设备有限公司;dn250钢丝网骨架聚乙烯复合管生产线，四川金石东方新材料设备股份有限公司;XGNB-N-B型耐压爆破试验机，河北承德精密有限公司。

1.3 试验制备

1.3.1 不同稀释比粘接树脂与钢丝剪切强度试样制备

将EN312/2480按照0/100、20/80、25/75、30/70、40/60、100/0的质量比混合后，用开炼机在190℃混炼均匀，压成2mm厚的板，用切刀切成2mm×2mm小块备用，按照GB/T32439附录A制备剪切强度样品。

1.3.2 钢丝管的制备

钢丝管芯管及外层采用95%的PN049、5%的黑色母混配使用，芯管及外层挤出机的加工温度为195℃;粘接树脂按照表2的5种不同比例复配使用，挤出温度为230℃;管材型号为dn160，管材公称压力（PN）为2.5MPa，挤出的速度为0.75m/min。

1.3.3 钢丝管扣压金属接头的的制备

选取长度1.2m的钢丝管，端面磨平后不焊接封口环，将dn160钢丝管配套的金属接头套装在管材的端头，用压机按照正常生产扣压深度5.4mm进行扣压，观察扣压后钢丝管端面钢丝的穿出情况。

1.4 测试表征

（1）粘接树脂熔体质量流动速率：按照GB/T3682进行测定。

（2）力学性能：按照GB/T1040.2进行测定。

（3）维卡软化点：按照GB/T1633进行测定。

（4）铝片剥离强度：按照GB/T2790进行测定。

（5）氧化诱导时间：按照GB/T19466.6进行测定。

（6）管材高低温交变循环试验：将长度为1.2m、端面磨平的钢丝管放入高低温循环试验箱，以-20℃×12h、60℃×12h为一个循环，循环14次，在3、7、14个循环后测试钢丝从端面穿出的长度。

（7）管材的爆破及静液压试验：按照GB/T32439进行测定。

2 结果与讨论

2.1 EN312的性能测试

针对目前钢丝管粘接树脂主要采用非管道级聚乙烯进行接枝改性且100%纯用导致成本高的问题，专门开发了高性价比、可添加管道级聚乙烯稀释使用的粘接树脂EN312。EN312为高接枝率的马来酸酐接枝改性的聚乙烯，表1列出了EN312的主要性能指标，熔体质量流动速率、拉伸屈服强度、断裂伸长率、维卡软化点、氧化诱导时间、铝片剥离强度、钢丝抽离剪切强度均满足GB/T32439标准要求。

2.2 不同稀释比的粘接效果

表2列出了EN312添加不同比例PE80级管道专用料2480的粘接性能数据。从表2可知，未添加粘接树脂的配方1的钢丝剪切强度仅为0.15MPa，添加60%～80%的2480的稀释使用的粘接树脂与钢丝剪切强度为19.5～20.4MPa，与纯EN312的剪切强度22.4MPa相差不大，均大于GB/T32439要求的13MPa，因此EN312经过高倍稀释后对钢丝仍具有优异的粘接效果。从管材的剥离强度数据来看，5个配方的剥离强度均大于25N/mm，高于GB/T32439要求的15N/mm。图1为不同稀释比粘接树脂的管材的剥离状态，均为粘接树脂层内聚破坏，表现为对芯管和外层良好的粘接效果。

2.3 高低温交变循环试验

高低温交变循环试验可以加速钢丝管中鋼丝残留应力的释放，因此可以作为一种验证粘接树脂对钢丝粘接效果的加速试验方法。表3列出了5个配方粘接树脂高低温交变循环试验不同时间后钢丝从端面穿出的长度。从表中可知，未添加EN312的配方1，仅3d钢丝就穿出了2.01mm;而添加60%～80%的2480的配方2～配方5，高低温冲击14d，最大的穿丝的长度也不超过0.15mm。配方1穿丝长度大，主要是由于粘接层采用的为纯的2480，因此对钢丝没有粘接力，故在不同环境温度作用下，钢丝缠绕时的应力释放，促使钢丝从管材端面穿出;而添加EN312的配方2～配方5，即使添加量仅仅20%的配方2，也表现出良好的抗穿丝性能，主要与EN312高度稀释后对钢丝具有良好粘接强度有关。

2.4 扣压接头穿丝试验

金属扣压的机械接头是钢丝管的主要连接方式之一，通过倒刺将金属件扣压在钢丝管的端头上。金属件扣压过程中，在机械力的作用下，钢丝管端面钢丝也会穿出，穿出的长度过长，会导致钢丝穿透封口环，引起钢丝管复合层进水。为验证不同稀释比粘接树脂的抗扣压穿丝效果，钢丝管端面未焊接封口环，在正常扣压深度5.4mm的条件下，对比了5种不同稀释比例的扣压穿丝的长度。图3是5种不通过稀释比例的粘接树脂的扣压金属接头后的穿丝的图片。从图中可知，采用纯2480、未添加EN312的配方1，穿丝的长度达到了15mm;而添加EN312的配方2～配方5，钢丝均未从钢丝管端面穿出，表现出良好的抗穿丝能力。这也说明了EN312对钢丝具有良好的粘接性能，即使添加80%的2480高倍稀释的配方2，在正常的扣压工艺下，钢丝未从端面穿出。

2.5 管材的爆破试验

根据GB/T32439要求，钢丝管的爆破压力应不小于3倍的公称压力。本次试验的管材为160×2.5MPa的管材，根据标准要求，管材的爆破压力要不低于7.5MPa。图4为不同稀释比的5种管材的爆破曲线。从图4中的爆破曲线可知，试验管材的爆破压力均大于10MPa，已经大于了4倍公称压力。

2.6 管材的静液压试验

根据GB/T32439要求，钢丝管静液压试验需要通过20℃、2PN、1h静液压以及60℃、1.2PN、165h静液压。图5为不同稀释比粘接树脂管材进行的20℃、2PN、12h静液压曲线，无论是以2480还是添加60%～80%的2480的配方，5种配方的管材均通过了20℃、2PN、12h静液压。图6为不同稀释比粘接树脂管材进行的60℃、1.2PN、165h静液压曲线。从图中可知，采用纯2480的配方1，压力曲线波动大，进行到10.5h，管材发生了破裂，这主要是由于没有粘接树脂对钢丝进行固定，在高温高压下，钢丝受到内压发生抽离引起管材鼓胀后破裂;而添加20%～40%的EN312的配方2～配方5，均通过了165h的静液压测试，充分证明了EN312可高倍稀释使用，即使添加80%的管道级原料，管材的静液压测试也可满足GB/T32439要求。

3 结语

测试了钢丝管粘接树脂EN312的性能，研究了EN312添加60%、70%、75%、80%的管道级聚乙烯作为粘接树脂使用的管材性能，确定了EN312可添加60%～80%的管道料2480使用。主要结论如下：

（1）EN312熔体质量流动速率、拉伸屈服强度、断裂伸长率、维卡软化点、铝片剥离强度、钢丝剪切强度均满足GB/T32439标准要求;

（2） EN312添加60%、70%、75%、80%的2480使用，管材的剥离强度、爆破压力、20℃、2PN、1h静液压、60℃、1.2PN、165h静液压均达到标准要求，稀释使用的粘接树脂表现出良好的抗高低温冲击穿丝及扣压穿丝能力;

（3）EN312可添加60%～80%的管道料2480使用，对于钢丝管行业具有重要的现实意义，可为粘接树脂生产厂家降低马来酸酐接枝过程对环境的不利影响，可为钢丝管生产厂家减少粘接树脂用量，降低管材的生产成本。

参考文献

[1]杜壮，唐舫成，冯金茂，等. 粘接树脂在钢丝网增强聚乙烯热水管中的应用研究[J].中国胶粘剂，2018，28（02）：34-35.

[2]赵连国，刘洋，张良均.马来酸酐接枝茂金属聚乙烯制备及其粘接性能[J].粘接，2011，32（01）：58-63.

[3]林松柏，苏介生.EVA与PE共混物接枝MAH的粘合性能研究[J].粘接，1995，16（01）：11-13.

[4]张汝义.聚乙烯接枝马来酸酐共聚物粘接性能的研究[J].粘接，1995，16（03）：13-14.

[5]伍金奎，倪奉尧，孔智勇，等.一种钢丝管粘接树脂及其制备方法和应用[P]. 202110550670.0，2021-05-20.