纖維增強HDPE承插式雙壁纏繞管是(shì)以高(gāo)密度聚乙烯（HDPE）樹(Ω✔εshù)脂為(wèi)主要(yào)原料，以不(bù)同型式的(de)纖維作(zuò)為(wèi ≤✔)增強材料，采用(yòng)纏繞成型工(gōng)藝，經加工( ↔ gōng)制(zhì)成的(de)結構壁管材。

高(gāo)密度聚乙烯（HDPE）是(shì)一(yī)種粘彈性熱(rè)塑性高(gāo)γ←聚物(wù)，是(shì)一(yī)種耐腐蝕、使用(₹≈yòng)壽命長(cháng)的(de)性能(néng)優異♣γ的(de)高(gāo)分(fēn)子(zǐ)材料，也(yě)具有(yǒu↔¥)蠕變和(hé)應力松弛的(de)特性。但(dàn)是(shì)HD×πΩPE的(de)質地(dì)軟、彈性模量低(dī)，采用(yò  ng)HDPE生(shēng)産的(de)塑料管材存在著(zh£≈≠e)力學強度低(dī)、耐熱(rè)性差、成型收縮率高(gāo)、易發生(shē♥∏§εng)蠕變或應力松弛破壞等缺點。因此，需要(yào)對(duì)HDPE進行(xíng)增強​↑ 、改性。

纖維具有(yǒu)許多(duō)優良性能(néng)，如(rú)：強度和(hé)模量♥↓λ高(gāo)、無蠕變、耐超高(gāo)溫、耐疲勞性好(hǎo)、熱(rèΩ<)膨脹系數(shù)小(xiǎo)且具有(yǒu)各向異性、耐腐蝕性好(hǎo)等。使₩ 用(yòng)纖維增強HDPE可(kě)獲得(de)高(gāo)模量、高(gāo)≥₹ε→韌性、輕量化(huà)等特點，如(rú)碳纖維的(dα≥'εe)抗拉強度可(kě)達到(dào)3.6-3.8GPa。上(shàng)海(hǎi)清遠(✘≈& yuǎn)管業(yè)科(kē)技(jì)與上(shàng)海(hǎi)交通(tōng)大≈≠←(dà)學合作(zuò)攻關《纖維增強聚乙烯及HDPE雙壁纏繞±&•管輕量化(huà)的(de)關鍵技(jì)術(shù)》，成功開(kāi)發纖維增✘↔∑強HDPE承插式雙壁纏繞管。

   纖維增強HDPE承插式雙壁纏繞壁管與普通(tōng)HDPE雙壁纏繞管相(xiàng)比，不(bù♥≠)僅保持了(le)原有(yǒu)的(de)産品特點，£♦如(rú)壽命長(cháng)、安裝方便、連接密封性好✘☆≈‌(hǎo)、可(kě)抵抗地(dì)基不(bù)均勻沉降、施工(gō≠₩ng)不(bù)受氣候條件(jiàn)影(yǐng)響及施工(gōng)周期短(duǎn)、¶ ‌π養護周期長(cháng)等；還(hái)具有(yǒu)突出的(de)σ¥​力學性能(néng)，如(rú)高(gāo)環剛度，在相(xiàng)同單重條件( ≈×jiàn)下(xià)，該種管材具有(yǒu)更高(gāo)的(de)環剛度等級（SN≥16，甚<δ至于25以上(shàng)），在相(xiàng)同環剛度等級下(xià)，該種管材所耗原輔™≈材料更少(shǎo)，有(yǒu)效降低(dī)生(shēng)産成本，實現↕≤≈(xiàn)産品輕量化(huà)；同時(shí)具有(yǒu)高(gāo)環柔性、高(gāo)₽₽抗沖擊、優異的(de)抗蠕變性、

抗環境應力開(kāi)裂性、耐高(gāo)低(dī)溫沖擊等力學性能(néng)，尤其€λ<是(shì)對(duì)于大(dà)口徑塑料埋地(dì)排水₩₽(shuǐ)管材而言，能(néng)有(yǒu)效地±≠↕±(dì)降低(dī)不(bù)規範施工(gōng)及使 ♦γ用(yòng)環境對(duì)管材使用(yòng)壽命的(de)影(yǐng)響←↔↓，從(cóng)而提高(gāo)管道(dào)工(gōng)程質量的(de)安全性。

纖維按成分(fēn)可(kě)分(fēn)為(wèi)玻®♣'Ω璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、聚酯纖維等，按形态和(hé)長(ch≠Ωáng)度可(kě)分(fēn)為(wèi)連續纖維束、§Ω連續纖維布和(hé)短(duǎn)纖維。不(bù)同的(de)纖維形式，其增強、✘®ε增韌機(jī)理(lǐ)與效果也(yě)不(bù)盡相(&'±≈xiàng)同。圖（a、b）為(wèi)纖維增強HDP↕↔•E纏繞管的(de)應力-應變曲線。盡管纖維增強HDP™">E纏繞管與非纖維增強HDPE纏繞管具有(yǒu)相(xiàng)同÷♣的(de)環剛度，即管徑發生(shēng)3%應變時(shí)所需的(de)應力大(dà)小$ (xiǎo)是(shì)相(xiàng)同的(de)，但(dàn)是(shì) "§™繼續增加管材變形時(shí)兩者的(de)應力曲線則不(bù≠★∑)再重合、各自(zì)分(fēn)開(kāi)。選擇A種γ↔增強形式，線性纖維沿著(zhe)管材纏繞方向鋪展開(kāi)來(lái)±∞≈‌，不(bù)斷地(dì)吸收著(zhe)變形所需的(de)應力，同時(shí)纖維與樹(s♦'πhù)脂之間(jiān)在微(wēi)觀上(shàng)發生(s₽¶hēng)了(le)相(xiàng)對(duì)位移，出現(xiàn)應力屈服現(xiàn)象∞π≤≠，直至70%形變時(shí)管材仍未破壞、斷裂，展現(xiàn‍∞)出優異的(de)韌性。選擇B種增強形式，經緯交錯(cuò)的(de)纖維∞δ∑猶如(rú)鋼筋骨架一(yī)般牢牢地(dì)嵌入在樹(shù)脂中，限制(zhì)住了(le)樹∏←<♥(shù)脂間(jiān)的(de)滑動、松弛。管材從(cóng)10%σ★γ形變時(shí)表現(xiàn)出驚人(rén)的(de)抵抗變形作(zuò♥€)用(yòng)的(de)能(néng)力。應力随著(zhe)應變的(de)增加而不(bù) €斷地(dì)增大(dà)，直至55%形變時(shí)∞$  發生(shēng)破壞。

（a）纖維A增強HDPE管材壓縮測試	（b）纖維B增強HDPE管材壓縮測試圖

（a、b）  纖維增強HDPE管​↕±®材應力-應變曲線

關鍵技(jì)術(shù)和(hé)創新點

（1）纖維表面改性及纖維與HDPE的(de)界面相(xiàng)容技(jì) ÷ 術(shù)

纖維的(de)表面改性效果越好(hǎo)，與樹(shù)脂基體(tǐ)的(de)界面粘結作(z♥♦>♠uò)用(yòng)越強，材料性能(néng)則越好(hǎo)，管材性能(néng)$ δ也(yě)随之提高(gāo)。為(wèi)了(le)能(néng)有(yǒu)效增強纖維與聚乙→£₽烯的(de)界面相(xiàng)容性，通(tōng)過在纖維表面引入具有(yǒu)樹(sh​↔ù)枝狀結構的(de)高(gāo)分(fēn)子(zǐ)刷進行(xíng)表面修飾。高(g÷σāo)分(fēn)子(zǐ)刷一(yī)端是(shì)可(kě)與纖維表面的(de)Si-ק∞σOH發生(shēng)交聯反應，另一(yī)端是(shì)÷σ₽則是(shì)嵌段共聚反應獲得(de)的(de)樹(shù)形分(fēn ★)子(zǐ)。高(gāo)分(fēn)子(zǐ)刷與纖維表面充→÷分(fēn)接觸并牢固地(dì)接枝反應到(dào)∞α ¥纖維表面。一(yī)旦改性纖維以短(duǎn)纖維、連續• ∞纖維束或連續纖維布的(de)形式加入到(dào)HDPE樹(shù)脂中，纖維表面高(gāo)分$¶¶•(fēn)子(zǐ)刷的(de)“多(duō)手臂結構”則會(huì)滲透Ω≠©進入HDPE樹(shù)脂分(fēn)子(zǐ)鏈中與樹(sh← ☆ù)脂分(fēn)子(zǐ)鏈相(xiàng)互纏繞從(có©>₹ng)而發揮出良好(hǎo)的(de)界面粘結作(zuò)用±✘‌•(yòng)。

（2）纖維與聚乙烯“雙連續”亞穩态分(fēn)散技(jì)術(shù)

塑料的(de)增強與增韌是(shì)對(duì)矛盾體(tǐ)，強度高(♠¥gāo)往往韌性差，反之亦然。對(duì)管材而言，需要(yào)達到(dào)高(gāo)環↑™""剛度、高(gāo)環柔性、高(gāo)落錘沖擊強度的(de)目标。本項目創新地(dì)γε♥♠提出了(le)采用(yòng)0維（短(duǎn)纖維）、1維（連續纖維束）、2維（©<連續纖維布）材料中的(de)一(yī)種或者兩種組合對(duì)HDPE♦©§•進行(xíng)增強增韌改性，借助于多(duō)層共擠出模具獲得(de)了(le)纖維與✔​聚乙烯同時(shí)“雙連續”亞穩态分(fēn)散狀态，實現(xiàn)了(le)纖維各向異‍δ性和(hé)各向同性的(de)孿生(shēng)存在。

（3）纖維增強聚乙烯母料擠出加工(gōng)設備的(de)設計(✔≤jì)、組裝高(gāo)精技(jì)術(shù)

在螺杆設計(jì)方面，采用(yòng)不(bù)同的(de)螺杆組合對(du§≥£$ì)材料進行(xíng)加工(gōng)。通(tōng)過混煉元件(jiàn)和(α≈ hé)剪切元件(jiàn)的(de)設計(jì)、組合，保證•£纖維在HDPE基體(tǐ)樹(shù)脂中的(de)分(fēn)散效果達到(dΩ ào)設計(jì)要(yào)求。

在模具設計(jì)方面，通(tōng)過開(kāi)發多​λ (duō)層共擠出機(jī)頭模具，使得(de)纖維增強HDPE能(néng)同時(s♥₹βhí)達到(dào)增強和(hé)增韌的(de)效果。

項目實施過程中，共申請(qǐng)專利14項，覆蓋管材專用(yòng)料、生(shēng)₹×↑産工(gōng)藝及加工(gōng)設備。本項目也(yě)獲得(de)上(shàng)海βσ≥(hǎi)張江國(guó)家(jiā)自(zì)主創新示範區(qū)專₹'↕項發展資金(jīn)重點項目（項目編号：201411-JS-C104-006）的(de)資助。

纖維增強HDPE承插式雙壁纏繞管是(shì)清遠(yuǎφ<‍n)科(kē)技(jì)獨立開(kāi)發的(de)具有(yǒu)知(zhī)識産權→>≥¥的(de)新産品。産品創新技(jì)術(shù)達到(dào)國(Ω↔&guó)內(nèi)、外(wài)領先水(shuǐ)平，首次提出采用(yòng)三種不(bù)同“£∑αβ分(fēn)散維數(shù)”纖維增強形式的(de)全新概念。産品于2016年(niá姣 n)6月(yuè)通(tōng)過了(le)上(shàng)海(hǎi)市(shì)建✔β設科(kē)技(jì)推廣中心組織的(de)“新産品新技(jì)術(shù)¥∏∞α評估（鑒定）”。産品在市(shì)場(chǎng)得(de)到(dào)較多πδ(duō)地(dì)應用(yòng)，特别是(shì)用(yòng)于大₩§(dà)口徑埋地(dì)排水(shuǐ)管道(dào)Ω£₽↕工(gōng)程，用(yòng)戶使用(yòng)反映良好(hǎo)，産品獲得(de ₹)2020年(nián)度上(shàng)海(hǎi)市(shì)科(kē)學技(​§jì)術(shù)進步獎三等獎。

FR-HDPE纖維增強承插式高(gāo)密度聚乙烯纏繞結構壁管參照(zhào)國✘↓↑σ(guó)家(jiā)标準《埋地(dì)用(yòng)聚乙烯（PE）結構壁管道(dào)系統 ©÷‍ 第2部分(fēn)：聚乙烯纏繞結構壁管材》GB/δ♠T19472.2-2017。經過幾年(nián)的(de)應用(y₩→"òng)，在市(shì)場(chǎng)上(shàng)得(de)到(£β dào)了(le)很(hěn)好(hǎo)效果，已經≥♣☆被錄入上(shàng)海(hǎi)市(shì)工(gōng)程建設規範《埋地¥φ (dì)塑料排水(shuǐ)管道(dào)工(gōng)程技(jì)術(shù)标準》DG/T÷ε€J08-308-2018。

FR-HDPE纖維增強承插式高(gāo)密度聚乙烯纏繞結構壁管不(bù)✘™≠≈僅實現(xiàn)了(le)HDPE雙壁纏繞管的(de)輕量化(hu©>à)，突破了(le)大(dà)口徑HDPE雙壁纏繞管在高(gāo)環剛度（SN1©★​6～SN40）上(shàng)的(de)技(jì)術(shù)瓶頸并填補了(×→le)國(guó)內(nèi)産品空(kōng)白(bái)，而且增加了∞•♣(le)大(dà)口徑塑料管材的(de)使用(yòng)安全性。

FR-HDPE纖維增強承插式高(gāo)密度聚乙烯纏繞結構壁管的(de)技(jì)術(shù∞"ε)參數(shù)要(yào)求和(hé)質量遠(yuǎn)‌✔♣超國(guó)家(jiā)标準，相(xiàng)對(duì)國(guó)內(n←α≤èi)産品而言，最大(dà)的(de)優勢在于産品質✔✔量等級方面。為(wèi)進一(yī)步提高(gāo)該項目産品市(shì)場(chǎng)競争​♠♠£力，可(kě)通(tōng)過規模化(huà)經營，降低(dī)産品¶✘單位成本，向市(shì)場(chǎng)提供性價比更大(dà)的(de)産品，是(shì)今∏♠‍↓後排水(shuǐ)、排污工(gōng)程的(de)發展趨 €★♦勢，産品具備廣闊的(de)市(shì)場(chǎng)前景。