钢丝缠绕增强塑料复合管阻水性能研究

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钢丝缠绕增强塑料复合管(以下简称PSP)是一种综合性能优良的新型钢塑复合管,应用前景广阔。它以高强度钢丝左右螺旋缠绕成型的网状骨架为增强体,以高密度聚乙烯(HDPE)为基体,并通过高性能的热熔胶实现了钢丝网骨架与内、外层HDPE之间的连接,在结构上浑然一体。   研究表明:PSP主要通过增强钢丝网承载,基体层除了承担部分载荷外,主要起密封、防腐作用;而载荷是通过热熔胶与钢丝间的剪切力从HDPE传递给钢丝的。如果水渗透PSP的基体层,就可能改变热熔胶的性能,甚至腐蚀钢丝。因此,基体层的阻水性能和钢塑界面的粘结性能直接关系到PSP的整体承载能力,对PSP的强度和寿命均有重要影响。为了保证PSP长期安全可靠地运行,在国家863重点项目课题“极端条件下重大承压设备风险评估与寿命预测关键技术研究”(2009AA044801)的支持下,本文主要完成以下工作:   (1)基于菲克定律,推导出“无限大”平薄板中水的扩散模型,并通过吸水-解吸试验完成了HDPE中水的扩散系数和溶解度的测定,研究了温度对扩散系数和溶解度的影响。基于扩散模型,通过Matlab计算的方法分析了水在HDPE中扩散的过程,为后续章节预测PSP基体层的渗水时间奠定基础。   (2)采用吸水-解吸试验、拉伸试验和剥离试验相结合的方法研究了水对热熔胶性能的影响。通过对吸水后的HDPE和热熔胶进行拉伸试验发现,HDPE的屈服应力下降了1.1%,而热熔胶的屈服应力下降了10%,热熔胶的力学性能下降较为明显;对吸水后的剥离试样进行剥离破坏试验发现,热熔胶-钢丝粘结体系的破坏以热熔胶内聚破坏为主,试样剥离后大部分钢丝表面仍残存一层薄薄的热熔胶,证明热熔胶-钢丝粘结体系具有很高的粘结强度。   (3)基于前面的试验研究,完成了PSP基体层的渗水时间预测和热熔胶过塑钢丝耐水性能试验。研究发现:相对于PSP的服役时间,环境中的水会在“较短时间”内渗透通过基体层;而基于渗水预测时间进行的过塑钢丝耐水性能试验中:25℃、35℃、45℃时钢丝几乎未被腐蚀,60℃、80℃时钢丝出现了不同程度的腐蚀,其中80℃条件下钢丝几乎全段腐蚀变黑,说明过塑钢丝的耐水性能与温度有直接关系。常温条件下,热熔胶-钢丝粘结体系具有良好的耐水性能,热熔胶可以很好地保护钢丝。
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