內襯PE鋼塑復合管材耐低溫性能實驗rev

1、無內襯內襯 PE 鋼塑復合管材耐低溫性能實驗鋼塑復合管材耐低溫性能實驗楊偉芳*顧蘇民徐志茹（浙江金洲管道科技股份有限公司 浙江 湖州 313000）摘摘要要：簡要介紹了我國內襯復合鋼管的應用和技術發(fā)展現(xiàn)狀，利用高頻直縫熱浸鍍鋅鋼管為基管，內表預處理后以馬來酸酐接技枝聚乙烯為熱熔膠，采用電磁中頻感應加熱加壓內襯 LLDPE 和 PE-X塑料管，并在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線上隨機抽取試樣，在 CJ/T136-2007給水襯塑復合鋼管行業(yè)標準技術指標的基礎上，通過參考 GB/T 5135.20-2010 等標準的耐低溫試驗，進行了耐冷熱循環(huán)、耐低溫冷熱循環(huán)和耐低溫等等拓展性試驗，得出鋼塑層復合完好良好的試樣其結

2、合力受-40范圍內環(huán)境溫度變化的影響很小，為內襯塑復合鋼管的擴大應用提供理論依據(jù)。關鍵詞：關鍵詞：襯塑復合鋼管結合力耐低溫試驗中圖分類號：中圖分類號：TG174.464文獻標識碼：文獻標識碼：A文章編號：文章編號：0. 引言襯塑復合管是我國鋼塑復合管產(chǎn)品體系中的一個主要品種， 其產(chǎn)業(yè)化起步于上世紀九十年代末，基于經(jīng)濟社會發(fā)展和人民生活水平提高的總體要求和依靠我國大力發(fā)展新型建材的產(chǎn)業(yè)政策，為襯塑型鋼塑復合管的推廣應用創(chuàng)造了很好的條件，產(chǎn)品迅速推廣并隨著整個鋼塑復合管行業(yè)并和其它新型建筑管道一起廣泛應用于城鎮(zhèn)建筑給排水、燃氣等領域的流體輸送，得到了快速的發(fā)展1-5。近幾年，給水襯塑復合鋼管在北京

3、奧運場館、上海世博會、北京地鐵、上海地鐵、南京地鐵和北京延慶長距離城鎮(zhèn)供水管線等高標準建筑和重點工程的應用6-7，加快了襯塑復合鋼管的增長和發(fā)展。目前襯塑復合鋼管產(chǎn)品的生產(chǎn)應用執(zhí)行 CJ/T136-2007給水襯塑復合鋼管 、CJ/T137-2008給水襯塑可鍛鑄鐵管件等2個給水襯塑復合管道產(chǎn)品的主流行業(yè)標準和 CECS125:2001建筑給水襯塑復合管管道工程技術規(guī)程 、CECS151:2003溝槽式連接管道工程技術規(guī)程等工程規(guī)范，以上產(chǎn)品標準的制訂部分參照和采用了日本、美國等發(fā)達國家相關協(xié)會行業(yè)標準，如日本水道協(xié)會標準 JWWAK140給水用耐熱硬聚氯乙烯內襯鋼管 、JWWAK116給水用

4、硬聚氯乙烯內襯鋼管 、美國材料與試驗協(xié)會 ASTM F1545-2003塑料襯里黑色金屬管、管件和法蘭規(guī)格 ，日本、美國等國家具有了20多年的鋼塑復合管使用經(jīng)驗，具有代表性和先進性，在未等同采用的前提下并結合我國的實際情況制訂而成，這是比較科學的。與日本標準選用 PVC、CPVC 等無定型硬塑料內襯材料不同，我國襯塑復合鋼管的內襯材料主要選用 PE、PP-R、PE-X 和 PE-RT 等聚烯烴材料，眾所周知，該些塑料材料與鋼材的線膨脹系數(shù)比值最高達20倍，鋼與塑之間的結合強度理所當然是評價襯塑復合管質量的關鍵指標，目前CJ/T136-2007給水襯塑復合鋼管標準規(guī)定冷水用襯塑復合管的結合強度為

5、0.3MPa，熱水用襯塑復合管的結合強度為1.0 MPa，應該說很好地指導了產(chǎn)品的生產(chǎn)和工程應用。但同時，由于行業(yè)也存在著無序競爭、以次充好、安裝使用不規(guī)范等現(xiàn)象，所引起的質量異議、管道失效直接影響了行業(yè)的健康發(fā)展，針對該這些出現(xiàn)的問題，鋼塑復合管聯(lián)合會王顯功會長、北京塑料集團公司吳念總工等專家先后撰文指出了存在的問題并提出了相關對策8-9。2008年開始，浙江金洲管道科技股份有限公司承擔了鋼塑復合管國家標準的制定任務，為推動行業(yè)技術進步，拓展襯塑復合鋼管的應用領域，在 CJ/T136-2007給水襯塑復合鋼管行業(yè)標準技術指標的基礎上，項目承擔單位進行了產(chǎn)品的耐低溫性能等拓展性試驗和研究。無1

6、. 試驗方案設計1.1. 試樣制備及抽取本文試樣規(guī)格為 DN65mm3.8mm（冷水管） ，DN25mm3.25mm（熱水管） 。襯塑復合管試樣的基管和內襯塑料管均系項目承擔單位生產(chǎn)，基管采用高頻直縫焊接熱浸鍍鋅鋼管，在線去內毛刺，內表噴砂預處理達到 Sa2.5級，冷水管用的內襯塑料為線性低密度聚乙烯（LLDPE） 、熱水管用的內襯塑料為可硅烷交聯(lián)高密度聚乙烯（PE-X） ，復合工藝為電磁中頻感應加熱至220加壓復合，熱熔膠采用馬來酸酐接技枝聚乙烯，試樣系在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線上隨機抽取，冷、熱水用襯塑復合管試樣各五組。1.2. 試驗設備及方法除試樣制取的襯塑復合管專業(yè)生產(chǎn)線以外，試驗設備包括游標卡尺

7、、UH-F500KNI 型萬能試驗機、DW75NC 型彎管機、ESPEC GSL-10K 高低溫箱，試驗方法執(zhí)行或參考了 CJ/T 136-2007給水襯塑復合鋼管 、GB/T 244-2008金屬管彎曲試驗方法 、GB/T 246-2007金屬管壓扁試驗方法 、GB/T 5135.20-2010自動噴水滅火系統(tǒng)第20部分：涂敷鋼管等標準規(guī)定。1.3. 試驗項目設計按現(xiàn)行的 CJ/T136-2007給水襯塑復合鋼管行業(yè)標準規(guī)定進行的尺寸、外觀、力學性能（結合性能、彎曲或壓扁） 、耐冷熱循環(huán)試驗（對熱水管）外，增加了以下試驗項目：（1）耐低溫冷熱循環(huán)性能（非標準試驗，對冷水管和熱水管試樣）測試流

8、程：-40（12h）常溫(1h)觀察內襯塑料變化情況50（12h）常溫(1h)觀察內襯塑料變化情況結合強度測試（2）耐低溫性能（非標準試驗，參考 GB/T 5135.20-2010自動噴水滅火系統(tǒng)第20部分：涂敷鋼管國家標準，對冷水管和熱水管試樣）測試流程：-40（1h）常溫(47h)觀察內襯塑料有無分層結合強度測試-30（1h）常溫(47h)觀察內襯塑料有無分層結合強度測試-20（1h）常溫(47h)觀察內襯塑料有無分層結合強度測試-10（1h）常溫(47h觀察內襯塑料有無分層結合強度測試0（1h）常溫(47h)結束結合強度測試2. 實驗結果2.1. 試樣尺寸、外觀結果見表1。表1 襯塑復合

9、管試樣外觀、尺寸測試結果試樣外觀復合管外徑(mm)塑層厚度(mm)塑層顏色類型編號熱水用襯塑復合鋼管(DN25)1#光滑無缺陷33.711.52紅色2#光滑無缺陷33.781.51紅色3#光滑無缺陷33.791.52紅色4#光滑無缺陷33.751.52紅色5#光滑無缺陷33.831.50紅色冷水用襯塑復合鋼管(DN65)1#光滑無缺陷76.191.48白色2#光滑無缺陷76.251.49白色3#光滑無缺陷76.211.49白色無4#光滑無缺陷76.211.50白色5#光滑無缺陷76.271.51白色CJ/T 136-2007 標準要求光滑無缺陷/1.50.2/2.2. 結合性能襯塑復合鋼管結合

10、性能見圖1，冷水用襯塑復合鋼管結合力平均值為5.19MPa，熱水用襯塑復合鋼管的結合力平均值為6.08 MPa，測試結果分別是標準規(guī)定指標值的17.3、6.08倍。2.3. 彎曲或壓扁試驗按 CJ/T136-2007給水襯塑復合鋼管標準規(guī)定要求，熱水管進行彎曲試驗，試樣外徑的8倍作為彎曲半徑，彎曲角度為10度；冷水管試樣進行壓扁試驗，焊縫合與載荷呈90度，壓縮量為管徑的1/4。試驗結果均未發(fā)現(xiàn)肉眼可見的鋼與塑離層或分離現(xiàn)象。2.4. 耐冷熱循環(huán)和低溫冷熱循環(huán)試驗熱水管試樣按 CJ/T136-2007給水襯塑復合鋼管標準規(guī)定進行3次冷熱循環(huán)周期，單次冷熱循環(huán)周期條件為95C(保溫30min)常溫

11、(保溫10min)5C(保溫30min)常溫(保溫10min)，并在同一試樣上取樣進行耐低溫冷熱循環(huán)試驗，試驗條件見本文第1.3條（1）所述，試驗結果見表2、表3。表2 耐冷熱循環(huán)性能測試結果編號塑層有無分層離拆壓力(kN)結合強度(MPa)結合強度平均值(MPa)1#無10.4385.725.802#無10.7505.843#無10.7195.774#無10.2505.445#無11.0946.24CJ/T 136-2007標準要求無/1.01.0表3 耐低溫冷熱循環(huán)性能測試結果試樣-40C,12h 后塑層有無分層50C,12h 后塑層有無分層結合強度(MPa)結合強度平均值(MPa)類型編

12、號熱水用襯塑復合鋼管(DN25)1#無無6.285.942#無無5.681#2#3#4#5#12345678結合力，MPa試樣號 熱水管試樣 冷水管試樣 圖1 襯塑復合鋼管結合性能測試結果 無3#無無6.034#無無5.935#無無5.78冷水用襯塑復合鋼管(DN65)1#無無3.904.482#無無5.173#無無5.014#無無3.975#無無4.36CJ/T 136-2007標準要求DN25無無1.01.0DN65無無0.30.32.5. 耐低溫性能試驗參考 GB/T 5135.20-2010 自動噴水滅火系統(tǒng)第20部分： 涂敷鋼管 國家標準并按本文第1.3條 （2）進行對熱水管、冷水管

13、試樣耐低溫試驗，試驗后試樣均未發(fā)現(xiàn)鋼塑離層和肉眼明顯發(fā)現(xiàn)的內襯塑料管收縮現(xiàn)象，之后再進行的結合力測試指標值分別見圖2、圖3，結合力平均值見圖4。圖2熱水襯塑復合鋼管耐低溫試驗結合性能測試結果圖3冷水襯塑復合鋼管耐低溫試驗結合性能測試結果圖4耐低溫試驗結合性能試驗平均值3. 結果分析本文采用行業(yè)中常規(guī)應用的可硅烷交聯(lián)高密度聚乙烯（PE-X）熱水用襯塑復合管和線性低密度取乙烯（PE） ，實驗的結果是在確保鋼塑不分層的情況下其結合力受-40范圍內環(huán)境溫度變化的影1#2#3#4#5#0123456 0試驗 -10試驗 -20試驗 -30試驗 -40試驗結合力試驗值（ MPa）試樣組 別1#2#3#4#

14、5#01234567 0試驗 -10試驗 -20試驗 -30試驗 -40試驗結合力試驗值（ MPa）試樣組 別-40-30-20-1000.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.06.57.07.58.0結合力平均值（ MPa）試驗溫度（ ） 熱水管試樣 冷水管試樣無響很小。同樣，采用材料熱應力（或稱溫度應力）公式經(jīng)計算可以得出內襯鋼塑復合管的受環(huán)境溫度變化而引起的變形張力，客觀地評估鋼塑間的相互結合力。F=A=EtA(1)式（1）中，F(xiàn) 為熱變形張力，為熱應力，為塑料管材的線膨脹系數(shù)，E 為塑料管材的彈性模量，t 為環(huán)境差異溫度，A 為塑料管材的截面積。以此實驗溫

15、度、塑料材料和規(guī)格口徑為條件經(jīng)計算，我們發(fā)現(xiàn)經(jīng)計算而得的熱變形張力要遠低于結合強度實驗時得到的離拆壓力。不僅如此，按現(xiàn)行 CJ/T136-2007給水襯塑復合鋼管標準規(guī)定， 以高彈性模量的高密度聚乙烯、 -40環(huán)境溫度作為條件進行結合強度與熱變形張力的對比驗算，仍發(fā)現(xiàn)管材具有1.2以上的安全系數(shù)。當然，實際生產(chǎn)應用中，低溫環(huán)境應用的內襯塑復合鋼管還是選用低彈性模量的塑料材料為宜。通過以上實驗和理論模型分析，我們認為熱復合良好的襯塑鋼管，不僅能承受壓彎和彎曲時塑料和鋼之間的滑移力，而且能承受在溫度變化時塑料和鋼管之間的滑移力，低溫環(huán)境對內襯塑復合鋼管的結合性能影響較小。4. 結束語本文僅以焊接鋼

16、管內襯熱塑性材料作為試樣進行耐低溫及其綜合性能的研究，襯塑復合鋼管應用的質量保證是一個系統(tǒng)性問題， 不僅取決于企業(yè)所采用的材料設計和整個生產(chǎn)工藝是否先進科學，同時還與工程應用的施工處理密切相關。根據(jù)其輸送的流體和使用環(huán)境因素不同，什么樣的應用場合應選用何種材質和技術指標是一個系統(tǒng)性的問題，應由專業(yè)的工程技術人員進行設計確定。隨著國內襯塑復合管加工和管件配套以及工程施工技術的進步，內襯塑復合鋼管一定會在更加苛刻環(huán)境中得到更為廣泛的應用。參考文獻：參考文獻：1 翁子懋, 鋼塑復合管的應用技術J. 腐蝕與防護, 2000,21(5):202-2052 原芝泉,揚洪東,張敏玲等. 鋼塑復合管及其應用J. 工業(yè)用水與廢水, 2002, 33(6):49503 溫巨鵬. 做大做強鋼塑復合管的探討J. 南方金屬, 2003,133(8):30-314 劉輝義. 鋼塑復合管的性能特點及其在給水領域的應用J. 焊管