聚丙烯塑料螺紋焊接節(jié)點軸心拉力試驗研究

張昊　席晗　李凱　周丹栓

摘 要：聚丙烯塑料栓釘與塑料板采用螺紋連接，然后施加6道焊縫，組成試驗試件。為測定聚丙烯塑料螺紋焊接節(jié)點在軸心拉力下的強度，本研究將試件放在萬能試驗機上進行拉拔試驗，得到不同螺紋長度的螺紋焊接的破壞形態(tài)以及節(jié)點軸心拉力與螺紋長度之間的關系。

關鍵詞：聚丙烯;螺紋焊接節(jié)點;軸心拉力

中圖分類號：TU528 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）23-0112-02

Research on Axial Tension Test of Polypropylene

Plastic Thread Welded Joints

ZHANG Hao XI Han LI Kai ZHOU Danshuan

（College of Civil Engineering and Architecture， Henan University of Technology，Zhengzhou Henan 450001）

Abstract： The polypropylene plastic studs are threaded with the plastic plates and then 6 welds are applied to form the test piece. In order to determine the strength of polypropylene plastic threaded joints under axial tension， this study put the test pieces on the universal testing machine for drawing test， and obtained failure mode of thread welding with different thread lengths and the relationship between the axial force of the joint and the length of the thread.

Keywords： polypropylene;threaded joint;axial tension

在地下糧倉中，防水防潮問題是其關鍵問題，因此選擇防水防潮材料成為重中之重，聚丙烯塑料材料以其自身優(yōu)越性成為地下糧倉防水防潮材料的首選。聚丙烯（PP）為無毒、無味、無嗅的乳白色高結晶聚合物[1]，它具有防水性能好、易于加工制作和施工輕便等特點。聚丙烯應用于地下糧倉中，其具有以下優(yōu)勢[2]：一是便于施工，聚丙烯密度較小，質量輕，易于加工、搬運和施工;二是適用于地下，聚丙烯適用于-35～150℃，總體上與地下糧倉中的溫度相適應;三是水穩(wěn)定性好，聚丙烯吸水率為0.01%，說明在水中很穩(wěn)定，可用于阻隔地下水;四是連接方式多樣，聚丙烯尺寸穩(wěn)定性好，可使用焊接、膠結等方法連接;五是理學性能良好，聚丙烯塑料拉伸強度和彎曲強度均較高，可用于工程中;六是聚丙烯塑料安全衛(wèi)生、無毒無害，符合綠色儲糧的要求。

1 試件設計與制作

試驗的構件由聚丙烯塑料栓釘、塑料板和塑料焊縫組成并以《塑料 拉伸性能的測定》（GB/T 1040—2018）[3]為標準，對試件進行設計和制作。試驗的塑料栓釘采用直徑30mm、長度500mm的聚丙烯塑料棒制作而成，同時采用一端車絲的形式，塑料栓釘?shù)能嚱z螺紋長度有20mm、25mm和30mm三種，每種螺紋長度分為一組，每組4個試件，共12個。塑料板采用邊長為100mm的正方形板，試驗中，塑料板的厚度應與塑料栓釘車絲長度相同，在其中心處進行與塑料栓釘直徑相同的螺紋攻絲并采用攻透處理，所以塑料板攻絲螺紋長度也有20mm、25mm和30mm三種，每種螺紋攻絲長度分為一組，每組試件4塊，共12塊。

塑料栓釘與塑料板之間的抗拉強度依靠二者之間的螺紋咬合力，但是這種方法不能擁有很高的承載力。為了使得塑料節(jié)點的承載力有大幅度的提高，塑料栓釘與塑料板連接處要實施焊接處理，焊接所用的焊縫采用《鋼結構設計規(guī)范》（GB 50017—2017）[4]規(guī)定的標準角焊縫形式，焊接形式為四面圍焊。施焊期間，采用與塑料節(jié)點相同材質的聚丙烯塑料雙股式焊條。焊接時對連接處進行均勻施焊，同時為了確保螺紋焊接節(jié)點擁有較高的承載力，將焊縫的道數(shù)定為6道，如圖1所示。

試件形式存在以下優(yōu)點：焊接使得試件的抗拔力大幅增加;當存在少量的非軸心拉力時，連接處的焊縫可以起到防止側向力的作用。

2 試驗加載

試驗用的電液伺服萬能試驗機最大荷載為600kN，力值分辨率為1/2 000。利用萬能試驗機，按照圖2的形式進行螺紋焊接節(jié)點的軸心拉力加載試驗，以100N/s的速度進行持續(xù)加載，直到塑料栓釘被拔斷方可停止加載，同時保存數(shù)據(jù)并導出試驗報告。

3 試驗結果

3.1 試驗破壞形式

試驗中的螺紋焊接節(jié)點試件的破壞形式為聚丙烯塑料栓釘在焊縫處被拔斷。當塑料栓釘被拔斷時，塑料栓釘?shù)穆菁y連接部分均存留在塑料板內，說明在施加6道焊縫后，試件的抗拔力大幅增加。

3.2 試驗破壞荷載

定義試件編號20-1h、20-2h、20-3h和20-4h為試件組1，試件編號25-1h、25-2h、25-3h和25-4h為試件組2，試件編號30-1h、30-2h、30-3h和30-4h為試件組3。試驗前對加工的螺紋焊接節(jié)點的螺紋長度進行游標卡尺的手工測量，測出螺紋焊接節(jié)點的實測螺紋長度，如表1所示。

試驗數(shù)據(jù)表明，試件組5相對于試件組4平均螺紋長度增加了6.96mm，同時平均破壞荷載增加了4.63kN;試件組6相對于試件組5平均螺紋長度增加了1.9mm，同時平均破壞荷載增加了2.99kN。由表1數(shù)據(jù)可以看出，聚丙烯螺紋焊接節(jié)點的破壞荷載與螺紋長度之間存在一定的相關性，螺紋焊接節(jié)點的破壞荷載隨著螺紋長度的增加而增加。

4 結論

聚丙烯塑料栓釘和塑料板通過螺紋和焊縫連接起來，形成螺紋焊接節(jié)點形式，使得節(jié)點具有較大的承載力;通過對聚丙烯塑料螺紋焊接節(jié)點進行軸心拉力試驗，本文得出了軸心破壞荷載與螺紋長度之間的關系，即螺紋焊接節(jié)點的破壞荷載隨著螺紋長度的增加而增加，這就為螺紋焊接節(jié)點的應用提供了試驗成果。

參考文獻：

[1]焦亦麟.國內聚丙烯市場現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[J].廣州化工，2013（8）：58-59.

[2]張淑媛，塑料-混凝土地下糧倉中塑料連接件的抗拔試驗研究[D].鄭州：河南工業(yè)大學，2017.

[3]國家市場監(jiān)督管理總局，中國國家標準化管理委員會.塑料 拉伸性能的測定：GB/T 1040—2018[S].北京：中國標準出版社，2018.

[4]住房和城鄉(xiāng)建設部，國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.鋼結構設計規(guī)范：GB 50017—2017[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2017.