內(nèi)襯PE鋼塑復(fù)合管材耐低溫性能實(shí)驗(yàn)rev

1、無(wú)內(nèi)襯內(nèi)襯 PE 鋼塑復(fù)合管材耐低溫性能實(shí)驗(yàn)鋼塑復(fù)合管材耐低溫性能實(shí)驗(yàn)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(jiǎn)要介紹了我國(guó)內(nèi)襯復(fù)合鋼管的應(yīng)用和技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，利用高頻直縫熱浸鍍鋅鋼管為基管，內(nèi)表預(yù)處理后以馬來(lái)酸酐接技枝聚乙烯為熱熔膠，采用電磁中頻感應(yīng)加熱加壓內(nèi)襯 LLDPE 和 PE-X塑料管，并在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線上隨機(jī)抽取試樣，在 CJ/T136-2007給水襯塑復(fù)合鋼管行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，通過(guò)參考 GB/T 5135.20-2010 等標(biāo)準(zhǔn)的耐低溫試驗(yàn)，進(jìn)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(yàn)，得出鋼塑層復(fù)合完好良好的試樣其結(jié)

2、合力受-40范圍內(nèi)環(huán)境溫度變化的影響很小，為內(nèi)襯塑復(fù)合鋼管的擴(kuò)大應(yīng)用提供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：襯塑復(fù)合鋼管結(jié)合力耐低溫試驗(yàn)中圖分類號(hào)：中圖分類號(hào)：TG174.464文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：文章編號(hào)：0. 引言襯塑復(fù)合管是我國(guó)鋼塑復(fù)合管產(chǎn)品體系中的一個(gè)主要品種， 其產(chǎn)業(yè)化起步于上世紀(jì)九十年代末，基于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民生活水平提高的總體要求和依靠我國(guó)大力發(fā)展新型建材的產(chǎn)業(yè)政策，為襯塑型鋼塑復(fù)合管的推廣應(yīng)用創(chuàng)造了很好的條件，產(chǎn)品迅速推廣并隨著整個(gè)鋼塑復(fù)合管行業(yè)并和其它新型建筑管道一起廣泛應(yīng)用于城鎮(zhèn)建筑給排水、燃?xì)獾阮I(lǐng)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(fù)合鋼管在北京

3、奧運(yùn)場(chǎng)館、上海世博會(huì)、北京地鐵、上海地鐵、南京地鐵和北京延慶長(zhǎng)距離城鎮(zhèn)供水管線等高標(biāo)準(zhǔn)建筑和重點(diǎn)工程的應(yīng)用6-7，加快了襯塑復(fù)合鋼管的增長(zhǎng)和發(fā)展。目前襯塑復(fù)合鋼管產(chǎn)品的生產(chǎn)應(yīng)用執(zhí)行 CJ/T136-2007給水襯塑復(fù)合鋼管 、CJ/T137-2008給水襯塑可鍛鑄鐵管件等2個(gè)給水襯塑復(fù)合管道產(chǎn)品的主流行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和 CECS125:2001建筑給水襯塑復(fù)合管管道工程技術(shù)規(guī)程 、CECS151:2003溝槽式連接管道工程技術(shù)規(guī)程等工程規(guī)范，以上產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的制訂部分參照和采用了日本、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家相關(guān)協(xié)會(huì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如日本水道協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn) JWWAK140給水用耐熱硬聚氯乙烯內(nèi)襯鋼管 、JWWAK116給水用

4、硬聚氯乙烯內(nèi)襯鋼管 、美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì) ASTM F1545-2003塑料襯里黑色金屬管、管件和法蘭規(guī)格 ，日本、美國(guó)等國(guó)家具有了20多年的鋼塑復(fù)合管使用經(jīng)驗(yàn)，具有代表性和先進(jìn)性，在未等同采用的前提下并結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況制訂而成，這是比較科學(xué)的。與日本標(biāo)準(zhǔn)選用 PVC、CPVC 等無(wú)定型硬塑料內(nèi)襯材料不同，我國(guó)襯塑復(fù)合鋼管的內(nèi)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(dá)20倍，鋼與塑之間的結(jié)合強(qiáng)度理所當(dāng)然是評(píng)價(jià)襯塑復(fù)合管質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，目前CJ/T136-2007給水襯塑復(fù)合鋼管標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定冷水用襯塑復(fù)合管的結(jié)合強(qiáng)度為

5、0.3MPa，熱水用襯塑復(fù)合管的結(jié)合強(qiáng)度為1.0 MPa，應(yīng)該說(shuō)很好地指導(dǎo)了產(chǎn)品的生產(chǎn)和工程應(yīng)用。但同時(shí)，由于行業(yè)也存在著無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)、以次充好、安裝使用不規(guī)范等現(xiàn)象，所引起的質(zhì)量異議、管道失效直接影響了行業(yè)的健康發(fā)展，針對(duì)該這些出現(xiàn)的問(wèn)題，鋼塑復(fù)合管聯(lián)合會(huì)王顯功會(huì)長(zhǎng)、北京塑料集團(tuán)公司吳念總工等專家先后撰文指出了存在的問(wèn)題并提出了相關(guān)對(duì)策8-9。2008年開(kāi)始，浙江金洲管道科技股份有限公司承擔(dān)了鋼塑復(fù)合管國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定任務(wù)，為推動(dòng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，拓展襯塑復(fù)合鋼管的應(yīng)用領(lǐng)域，在 CJ/T136-2007給水襯塑復(fù)合鋼管行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，項(xiàng)目承擔(dān)單位進(jìn)行了產(chǎn)品的耐低溫性能等拓展性試驗(yàn)和研究。無(wú)1

6、. 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)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(fù)合管試樣的基管和內(nèi)襯塑料管均系項(xiàng)目承擔(dān)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(nèi)毛刺，內(nèi)表噴砂預(yù)處理達(dá)到 Sa2.5級(jí)，冷水管用的內(nèi)襯塑料為線性低密度聚乙烯（LLDPE） 、熱水管用的內(nèi)襯塑料為可硅烷交聯(lián)高密度聚乙烯（PE-X） ，復(fù)合工藝為電磁中頻感應(yīng)加熱至220加壓復(fù)合，熱熔膠采用馬來(lái)酸酐接技枝聚乙烯，試樣系在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線上隨機(jī)抽取，冷、熱水用襯塑復(fù)合管試樣各五組。1.2. 試驗(yàn)設(shè)備及方法除試樣制取的襯塑復(fù)合管專業(yè)生產(chǎn)線以外，試驗(yàn)設(shè)備包括游標(biāo)卡尺

7、、UH-F500KNI 型萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、DW75NC 型彎管機(jī)、ESPEC GSL-10K 高低溫箱，試驗(yàn)方法執(zhí)行或參考了 CJ/T 136-2007給水襯塑復(fù)合鋼管 、GB/T 244-2008金屬管彎曲試驗(yàn)方法 、GB/T 246-2007金屬管壓扁試驗(yàn)方法 、GB/T 5135.20-2010自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)第20部分：涂敷鋼管等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。1.3. 試驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)按現(xiàn)行的 CJ/T136-2007給水襯塑復(fù)合鋼管行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行的尺寸、外觀、力學(xué)性能（結(jié)合性能、彎曲或壓扁） 、耐冷熱循環(huán)試驗(yàn)（對(duì)熱水管）外，增加了以下試驗(yàn)項(xiàng)目：（1）耐低溫冷熱循環(huán)性能（非標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，對(duì)冷水管和熱水管試樣）測(cè)試流

8、程：-40（12h）常溫(1h)觀察內(nèi)襯塑料變化情況50（12h）常溫(1h)觀察內(nèi)襯塑料變化情況結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試（2）耐低溫性能（非標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，參考 GB/T 5135.20-2010自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)第20部分：涂敷鋼管國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)冷水管和熱水管試樣）測(cè)試流程：-40（1h）常溫(47h)觀察內(nèi)襯塑料有無(wú)分層結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試-30（1h）常溫(47h)觀察內(nèi)襯塑料有無(wú)分層結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試-20（1h）常溫(47h)觀察內(nèi)襯塑料有無(wú)分層結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試-10（1h）常溫(47h觀察內(nèi)襯塑料有無(wú)分層結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試0（1h）常溫(47h)結(jié)束結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試2. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果2.1. 試樣尺寸、外觀結(jié)果見(jiàn)表1。表1 襯塑復(fù)合

9、管試樣外觀、尺寸測(cè)試結(jié)果試樣外觀復(fù)合管外徑(mm)塑層厚度(mm)塑層顏色類型編號(hào)熱水用襯塑復(fù)合鋼管(DN25)1#光滑無(wú)缺陷33.711.52紅色2#光滑無(wú)缺陷33.781.51紅色3#光滑無(wú)缺陷33.791.52紅色4#光滑無(wú)缺陷33.751.52紅色5#光滑無(wú)缺陷33.831.50紅色冷水用襯塑復(fù)合鋼管(DN65)1#光滑無(wú)缺陷76.191.48白色2#光滑無(wú)缺陷76.251.49白色3#光滑無(wú)缺陷76.211.49白色無(wú)4#光滑無(wú)缺陷76.211.50白色5#光滑無(wú)缺陷76.271.51白色CJ/T 136-2007 標(biāo)準(zhǔn)要求光滑無(wú)缺陷/1.50.2/2.2. 結(jié)合性能襯塑復(fù)合鋼管結(jié)合

10、性能見(jiàn)圖1，冷水用襯塑復(fù)合鋼管結(jié)合力平均值為5.19MPa，熱水用襯塑復(fù)合鋼管的結(jié)合力平均值為6.08 MPa，測(cè)試結(jié)果分別是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定指標(biāo)值的17.3、6.08倍。2.3. 彎曲或壓扁試驗(yàn)按 CJ/T136-2007給水襯塑復(fù)合鋼管標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求，熱水管進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，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(jìn)行壓扁試驗(yàn)，焊縫合與載荷呈90度，壓縮量為管徑的1/4。試驗(yàn)結(jié)果均未發(fā)現(xiàn)肉眼可見(jiàn)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(yàn)熱水管試樣按 CJ/T136-2007給水襯塑復(fù)合鋼管標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)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(jìn)行耐低溫冷熱循環(huán)試驗(yàn)，試驗(yàn)條件見(jiàn)本文第1.3條（1）所述，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2、表3。表2 耐冷熱循環(huán)性能測(cè)試結(jié)果編號(hào)塑層有無(wú)分層離拆壓力(kN)結(jié)合強(qiáng)度(MPa)結(jié)合強(qiáng)度平均值(MPa)1#無(wú)10.4385.725.802#無(wú)10.7505.843#無(wú)10.7195.774#無(wú)10.2505.445#無(wú)11.0946.24CJ/T 136-2007標(biāo)準(zhǔn)要求無(wú)/1.01.0表3 耐低溫冷熱循環(huán)性能測(cè)試結(jié)果試樣-40C,12h 后塑層有無(wú)分層50C,12h 后塑層有無(wú)分層結(jié)合強(qiáng)度(MPa)結(jié)合強(qiáng)度平均值(MPa)類型編

12、號(hào)熱水用襯塑復(fù)合鋼管(DN25)1#無(wú)無(wú)6.285.942#無(wú)無(wú)5.681#2#3#4#5#12345678結(jié)合力，MPa試樣號(hào) 熱水管試樣 冷水管試樣 圖1 襯塑復(fù)合鋼管結(jié)合性能測(cè)試結(jié)果 無(wú)3#無(wú)無(wú)6.034#無(wú)無(wú)5.935#無(wú)無(wú)5.78冷水用襯塑復(fù)合鋼管(DN65)1#無(wú)無(wú)3.904.482#無(wú)無(wú)5.173#無(wú)無(wú)5.014#無(wú)無(wú)3.975#無(wú)無(wú)4.36CJ/T 136-2007標(biāo)準(zhǔn)要求DN25無(wú)無(wú)1.01.0DN65無(wú)無(wú)0.30.32.5. 耐低溫性能試驗(yàn)參考 GB/T 5135.20-2010 自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)第20部分： 涂敷鋼管 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)并按本文第1.3條 （2）進(jìn)行對(duì)熱水管、冷水管

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

14、5#01234567 0試驗(yàn) -10試驗(yàn) -20試驗(yàn) -30試驗(yàn) -40試驗(yàn)結(jié)合力試驗(yàn)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(jié)合力平均值（ MPa）試驗(yàn)溫度（ ） 熱水管試樣 冷水管試樣無(wú)響很小。同樣，采用材料熱應(yīng)力（或稱溫度應(yīng)力）公式經(jīng)計(jì)算可以得出內(nèi)襯鋼塑復(fù)合管的受環(huán)境溫度變化而引起的變形張力，客觀地評(píng)估鋼塑間的相互結(jié)合力。F=A=EtA(1)式（1）中，F(xiàn) 為熱變形張力，為熱應(yīng)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(shí)驗(yàn)溫

15、度、塑料材料和規(guī)格口徑為條件經(jīng)計(jì)算，我們發(fā)現(xiàn)經(jīng)計(jì)算而得的熱變形張力要遠(yuǎn)低于結(jié)合強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)時(shí)得到的離拆壓力。不僅如此，按現(xiàn)行 CJ/T136-2007給水襯塑復(fù)合鋼管標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行結(jié)合強(qiáng)度與熱變形張力的對(duì)比驗(yàn)算，仍發(fā)現(xiàn)管材具有1.2以上的安全系數(shù)。當(dāng)然，實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，低溫環(huán)境應(yīng)用的內(nèi)襯塑復(fù)合鋼管還是選用低彈性模量的塑料材料為宜。通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)和理論模型分析，我們認(rèn)為熱復(fù)合良好的襯塑鋼管，不僅能承受壓彎和彎曲時(shí)塑料和鋼之間的滑移力，而且能承受在溫度變化時(shí)塑料和鋼管之間的滑移力，低溫環(huán)境對(duì)內(nèi)襯塑復(fù)合鋼管的結(jié)合性能影響較小。4. 結(jié)束語(yǔ)本文僅以焊接鋼

16、管內(nèi)襯熱塑性材料作為試樣進(jìn)行耐低溫及其綜合性能的研究，襯塑復(fù)合鋼管應(yīng)用的質(zhì)量保證是一個(gè)系統(tǒng)性問(wèn)題， 不僅取決于企業(yè)所采用的材料設(shè)計(jì)和整個(gè)生產(chǎn)工藝是否先進(jìn)科學(xué)，同時(shí)還與工程應(yīng)用的施工處理密切相關(guān)。根據(jù)其輸送的流體和使用環(huán)境因素不同，什么樣的應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)選用何種材質(zhì)和技術(shù)指標(biāo)是一個(gè)系統(tǒng)性的問(wèn)題，應(yīng)由專業(yè)的工程技術(shù)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)確定。隨著國(guó)內(nèi)襯塑復(fù)合管加工和管件配套以及工程施工技術(shù)的進(jìn)步，內(nèi)襯塑復(fù)合鋼管一定會(huì)在更加苛刻環(huán)境中得到更為廣泛的應(yīng)用。參考文獻(xiàn)：參考文獻(xiàn)：1 翁子懋, 鋼塑復(fù)合管的應(yīng)用技術(shù)J. 腐蝕與防護(hù), 2000,21(5):202-2052 原芝泉,揚(yáng)洪東,張敏玲等. 鋼塑復(fù)合管及其應(yīng)用J. 工業(yè)用水與廢水, 2002, 33(6):49503 溫巨鵬. 做大做強(qiáng)鋼塑復(fù)合管的探討J. 南方金屬, 2003,133(8):30-314 劉輝義. 鋼塑復(fù)合管的性能特點(diǎn)及其在給水領(lǐng)域的應(yīng)用J. 焊管