对于蜡与金属管材料间的结合机理可以参考不同种材料间的连接机理，已知有机物与金属间的连接作用主要来自于二者界面处的原子间或者分子间的相互作用力，也可称为主价力和次价力，而针对蜡与玻璃钢管材料的结合情况，则需要参考有机物与高分子材料间的连接机理[1-4]。
1 玻璃钢表面蜡层附着机理实验
1.1实验方法
参考中国国家标准《GB/T 5210-2006色漆和清漆拉开法附着力实验》进行实验测量，实验应进行6组，实验温度为23±2℃、相对湿度为50±5%，取快干环氧胶黏剂为粘黏剂，所得破坏强度根据以下公式计算，且结果需取6次平均值：
（4-1）
式中：
——破坏强度，MPa;
——破坏力，N;
A1——试住面积，mm2。
1.2 实验结果与分析
（1）材料切片微观形貌观察
经过不同程度的打磨，玻璃钢管管材表面光滑程度得到明显提高，随着打磨程度的加深，表面凸起结构和尺寸发生了明显的变化。经过抛光处理后的材料表面在400倍级别显微镜下已经很难观察到凸起结构和结构间隙，留作实验的空白对照组。
（2）材料切片蜡附着分析
图1 不同温度下的蜡沉积量趋势图
根据图表可以看到，在12小时时间段内，各温度下的蜡附着增重趋势相同，即同温度下，粗糙度越高的试样附着的蜡量越多，这说明在结蜡的前期阶段，界面平滑度是重要影响因素，即机械锁合机理。而随着时间的增加，在12小时至24小时时段，可以明显看到增长率的变化较大，被400目砂纸打磨的样品与上一时段相比会出现极微量的下降情况，被1000目和2000目砂纸打磨的样品与上一时段相比会出现上升的情况，本文认为该情况是由于材料表面被蜡层完全覆盖，后面的蜡分子是在蜡层上进一步沉积而不是在玻璃钢试样上沉积，其表面粗糙度的性质已经无法体现导致的。对于用于空白对照的经过抛光处理的样品组，尽管沉积量非常的小，但仍有沉积产生，本文认为该现象是由于化学键结合机理产生的。综上所述，在蜡于玻璃钢表面的沉积的过程中，机械锁合理论和化学键结合理论共同作用于蜡—玻璃钢界面，且机械锁合理论占主导地位。
（3）蜡层拉开附着力分析
表1 不同粗糙度的蜡层破坏强度情况
根据试验结果可知，在室温下，对实验样品规格大小的蜡块进行竖直拉开附着，所需的力和剪切强度平均数值为23.6N和0.026MPa，且几乎不随表面粗糙度的改变而改变，随粗糙度的增加仅有极小涨幅，本文认为造成仍有极小变化的原因是板材表面存在2型沟壑。这证实了前文中的猜想，即对于竖直方向上的蜡—玻璃钢表面破坏来说化学键结合机理和机械锁合机理共同作用，但机械锁合机理的影响极小，可以忽略不计，是由化学键结合机理占主导地位。
2 数值模拟
2.1 模型和边界条件
控制体运行温度分别设置为30℃、45℃、60℃，流体设置选择Fluent模块中自带的石油选项，流体输入处的流速分别设置为1m/s，5m/s、10m/s、15m/s，尽管通常情况下管道的最大经济流速保持在2~5 m/s左右，但考虑到管道靠近加压泵的特殊位置情况和可能出现受力变化规律突然改变的特异点的情况，所以设置两个大流速参数作为参考。
图2 1/2mm蜡块受力随温度、流速改变趋势图
以1mm厚度蜡块受力图为例，当温度固定在30℃时，流速越大，蜡块受到的剪切力越大，且剪切力的增加量越大，在1m/s和5m/s这两个管道常见的运行流速条件下的增加量随比大流速条件下小很多，但是剪切力的增加量与上一流速条件时的剪切力大小的比值（后简称为“比值”）要远大于大流速条件，在45℃和60℃条件时发展趋势与30℃条件时类似，值得注意的是，温度越高，剪切力的增加量和“比值”都在减小。整体分析认为，大流速的条件并没有造成特异点的出现，在合理的经济流速范围内较大的流速会造成较大的剪切力，有利于解决由于机械锁合机理造成的剪切向蜡沉积剥离困难，流体速度越快，流体剪切方向上提供的压力越大，对机械锁合理论来说有利于剪切方向的蜡层剥离，而流速越大分子的运动就越频繁，对化学键结合理论来说会帮助未完全破坏蜡—玻璃钢界面重新形成，不利于剪切方向的蜡层剥离，从剪切力随流速增长而增长的情况来看，剪切方向的蜡层剥离机械锁合机理占主导地位。
3 结论
（1）通过不同粗糙度玻璃钢管管材切片的冷指实验证明机械锁合理论和化学键结合理论均适用于蜡—玻璃钢界面的生成，且机械锁合理论起到主导作用。
（2）对于垂直方向的蜡—玻璃钢沉积的剥离，机械锁合理论影响很小，可以忽略不计。
（3）对于剪切方向的蜡层剥离来说，机械锁合机理理论占主导地位。
参考文献
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