PVC衬塑钢管的研究及在城镇供水系统的应用

PVC衬塑钢管的研究及在城镇供水系统的应用
在我国建筑业迅速发展的形势下，衬塑钢管的市场推广与应用也迎来了发展契机。

建设部于2006年3月18日发布的《建设部推广应用和限制禁止使用技术》中也规定了“普通塑料管”在高层建筑中仅适用于横管，这些规定出台也进一步促进衬塑钢管在城镇供水系统中的应用与发展。

本文就PVC衬塑钢管结构特点，分析讨论了如何进一步提高PVC衬塑钢管的产品质量，拓宽其使用的范围，使其在城镇建设供水系统中得到更好的应用。

标签：衬塑钢管热熔胶羧基氯醋树脂粘合强度
1、前言
衬塑钢管同时兼具钢管和塑料管各自的优点，又能弥补各自的缺陷。

它是以普通碳素钢管作为基体，内衬化学稳定性优良的热塑性塑料管，经复成型，它既有钢管的机械性能，又有塑料管的耐化学腐蚀、无污染、内壁光滑、不积垢、流体阻力小、不易生长微生物等优点，是输送酸、碱、盐、有腐蚀性气体等介质的理想管道。

衬塑钢管是通过热熔胶将塑料与钢管粘接在一起具有钢/热熔胶/塑料三层结构的复合管材，其中热熔胶是复合管质量好坏的关键因素之一。

随着钢塑复合管市场需求的不断扩大，衬塑钢管专用热熔胶的市场需求也随之增加。

PVC衬塑钢管普遍使用EV A热熔胶对PVC塑胶内衬管和钢管内壁进行粘合，但EV A热熔胶对钢管的粘合力不强，衬塑管成品粘合强度不稳定，合格率低。

因普通的树脂（包括EV A）与金属的粘合机理是通过分子間的物理吸附力（范德华力）实现粘合，故树脂对金属表面湿润良好及触面积大粘合就好些，但始终是弱粘合。

而含羧基（-COOH）的聚合物对金属的粘合和附着特别好，因羧基可与金属表面众多的活性基团产生反应，在金属与树脂之间能形成较强的化学键，粘合力将会大幅提高。

2、行业现状
钢塑复合管生产的大致工艺为：先用挤出机挤出塑料芯管，把热熔胶通过第二挤出机覆在芯管的外层，其制作的塑料管的外径略小于钢管的内径，再把芯管放入钢管内部，进入加热炉内加热，加热的同时由塑料管的两端向内部充入压缩空气，塑料管在压缩空气的压力作用下膨胀贴紧钢管内壁，热熔胶受热融化将钢管和塑料管粘接到一起，再经过冷却定型形成衬塑复合管。

衬塑复合钢管的质量问题突出反映在“复合”上，若钢与塑料没有很好的复合，就会出现管端缩口，内部管部分脱胶的现象。

由于基体钢管的性能在衬塑前后不发生变化，所以内衬塑料管（包括热熔胶层）的质量和性能是影响衬塑钢管质量的关键因素。

目前，公司的PVC衬塑钢管使用EV A类热熔胶来粘接钢管和PVC塑料管，EV A热熔胶粘结强度较低，导致生产合格率较低，产生较多的不合格品需返工回收利用，造成了很大的经济损失。

为了提高塑料芯管与基体钢管的粘合强度，选用一种带羧基（-COOH）的氯醋树脂，通过配方优化制备出一种氯醋树脂为基体的热熔胶，用作PVC衬塑芯管和钢管之间的粘合剂，氯醋树脂与PVC树脂具有很高的相容性，且氯醋树脂中的羧基官能团与金属表面的活性基团反应形成牢固的化学键，粘合效果优异，可大幅提高PVC衬塑钢管芯管与基管之间的结合强度的，提高衬塑钢管的耐腐蚀和耐高温性能。

同时研究预处理工艺、温度条件及压力条件对粘合强度的影响，优化生产工艺提高芯管和基管的粘合强度，提高生产过程合格率，降低返工回收的成本。

3、技术水平及市场前景
衬塑复合钢管兼具钢管和塑料管的优点，在国内得到广泛的应用。

但塑料管是有机聚合物材料，与钢基本没有黏结力，其界面必须依靠热熔胶进行黏合。

热熔胶的种类繁多，不同的热熔胶，其熔点、软化点、熔融指数、剥离强度等各项参数都不尽相同，而在各项参数中，最重要的则是软化点温度和剥离强度。

用于热水型衬塑钢管所使用的热熔胶较冷水型更可苛刻。

对预处理工艺及生产工艺进行设计和优化，以优良的生产工艺提升芯管和基管的粘结强度，以优良的生产工艺提升芯管和基管的粘结强度，得到综合性能优异的钢塑复合管热熔胶，有效解决传统EV A热熔胶粘合强度低、耐高温性能差的缺陷，目前生产过程不稳定，生产合格率不高的缺陷，使用本项目开发的热熔胶生产的衬塑钢管应符合国标GB/T 28897-2012《钢塑复合管》相关要求，适合产业化推广。

4、技术方案
PVC衬塑钢管普遍使用EV A热熔胶对PVC塑胶内衬管和钢管内壁进行粘合，但EV A热熔胶对钢管的粘合力不强，衬塑管成品粘合强度不稳定，合格率低。

因普通的树脂（包括EV A）与金属的粘合机理是通过分子间的物理吸附力（范德华力）实现粘合，故树脂对金属表面湿润良好及触面积大粘合就好些，但始终是弱粘合。

而含羧基（-COOH）的聚合物对金属的粘合和附着特别好，因羧基可与金属表面众多的活性基团产生反应，在金属与树脂之间能形成较强的化学键，粘合力将会大幅提高。

本项目拟选用一种带羧基（-COOH）的氯醋树脂，通过配方优化制备出一种氯醋树脂为基体的热熔胶，用作PVC衬塑芯管和钢管之间的粘合剂，氯醋树脂树脂与PVC树脂具有很高的相容性，且氯醋树脂中的羧基官能团与金属表面的活性基团反应形成牢固的化学键，粘合效果优异，可大幅提高PVC衬塑钢管芯管与基管之间的结合强度的，提高衬塑钢管的耐腐蚀和耐高温性能。

5 产品技术指标
5.1 主要技术指标
应用本项目成果生产出的PVC衬塑钢管符合国标GB/T 28897-2012《钢塑复合管》相关要求。

5.2 产品外观及规格要求
外观：衬塑管内外表面塑层应光滑，不允许有气泡、裂纹、脱皮、划痕、凹陷和色泽不均等外观缺陷。

适用规格：DN15～500PVC衬塑钢管
5.3 产品功能要求
冷水用衬塑复合钢管的基管与内衬塑料层之间结合强度不应小于1.0MPa，热水用衬塑复合钢管的基管与内衬塑料层之间结合强度不应小于1.5MPa。

6 结论
（1）选用带羧基（-COOH）的氯醋树脂与金属表面的活性基团反应形成牢固的化学键，大幅提高粘合强度，解决了传统EV A热熔胶粘合强度低、耐高温性能差的缺陷，使其能够广泛的适用于城市建筑物内的供水系统。

（2）通过对预处理工艺及生产工艺进行设计和优化，可以优良的生产工艺提升芯管和基管的粘结强度，可解决目前生产过程不稳定性，提高产品合格率，避免不合格产品流入市场给消费者带来困扰。