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                聚乙烯管道材料的慢速开裂性能的评价方法

                信息来自:超高分子量聚乙烯www.eastpipe.net    发布日期:2012-8-4   浏览次数:107  

                  导读:前言   本世纪在管道领域,塑料管道尤其是聚乙烯管道倍受青睐,这一方面是由于聚【乙烯材料制作管道具有》非常独到的技术经济优势,另一方面是●由于聚乙烯管道的原料性能,管材、管件的制作工艺,连接方法,连接机具、运行中的维修手段等在多年的时间中,已达到完善⌒ 的配套系统。今天,在燃气领域、选矿领域无论是对于新铺设或者旧管道的修复更新,聚乙烯管道

                前言
                    本世纪在管道领域,塑料管道尤其是聚乙烯管道倍受青睐,这一方面是由于聚乙烯材料制作管道具有非常独到的技术经济优势,另一方面是由于聚乙烯管道的原料性能,管材、管件的制作工艺,连接方法,连接机具、运行中的维修手段等在多年的时间中,已达到完善的配套系统。今天,在燃气领域、选矿领域无论是对于新铺设或者旧管道的修复更新,聚乙烯管道都是主要的选√择之一。采用不开槽施工技术,无论Ψ 是铺设新管,还是旧管道的修复或者更新,刮痕是无法避免的,特别是具有聚乙烯之王之▃称的超高分子量聚乙烯,由于↓其高耐磨、耐腐蚀及高性能适应环境,备受广大用户认可,但是由于使用条件的严酷性,所以刮痕是无法避∞免的,刮痕造成材料的应力集中,引发管道的破坏,虽然在超高分子量聚乙烯领域在质量合格ζ 的条件下是无法出现的,但是在普☉通PE里面时常出现,所以管道抵抗刮痕的能力,与管材的慢速裂纹】增长(SCG)行为关◇系密切。
                    由于№聚乙烯材料技术和聚合工艺的进步,聚乙烯生产商不断开发出具有更高性能的材料,推动︽了相应标准要求的提高,例如在ISO4437—2007年版中,对于耐慢速裂纹增长(SCG)的要〖求已经从165小时提高到500小时,就是一个典型的例子。同时,双∩峰聚乙烯材料、超高分子量聚乙烯材料使聚乙烯管材在静液压强度、耐慢速裂纹增长(SCG)、耐快速裂纹◣扩展(RCP)及加工性能方★面达到了综合平衡。
                这也是欧☆洲PE100+协会评估PE100管材料的标准。只有以下三项测试结果均满足性能要求,才能被PE100+协会接受。
                   

                   胜能            条件                      要求
                长期抗液压①强度    20°C,12.4MPa             ≥200H
                抗〓慢速裂纹增长    80°C,0.92MPa Notched     ≥500H
                抗快速裂纹扩展    S4       0°C              ≥10bar
                   

                    其中,耐慢速裂纹增长(SCG)作为聚乙烯→管材料的关键指标之一,已经成为聚乙烯管材料生产商≡、管材生产商和♀燃气运营商研发及评估高性能管材料的重点。同时,非开挖施工以及无砂铺〇设等新型管道铺设技术的推广应用,对聚乙烯材料的▲耐缺陷※、划伤等可能诱发的慢速开裂的能力也提出了更高的要求。国际知名聚乙烯材料生产↙商,都已经或者正在开●发具有更高SCG性能的聚乙烯管材料。据称具有更高耐慢速裂纹增长能力的聚乙烯管材料SCG的测试@结果已经达到了20000小时(NPT,80°C,0.92MPa,缺口)。


                耐慢速裂纹增长的」测试方法
                    对于目前采用现代聚合技术生产的聚乙烯管材料来说,实际的慢速裂纹增长诱发开裂的过程相当◤缓慢,在实验室内通过模拟真实使用环境来评价材料慢速开裂的方法是不实际的,所以聚乙烯材料的慢速裂纹增长的测试通常通过人为制造缺陷应♀力集中(在样ω品上开缺口)、升高试验温度◇、使用特定的表面活性剂以及施加高应力等措施来缩短试验时间。以下来列举和概括国际上常见①的测试材料SCG的方法。

                1切口管材试验
                NPT方法是国际标准ISO4437及中国国家标准GB15558中规定使用测》试聚乙烯管材SCG性能的方◆法。该方法采用管材样品,在管材表面均匀的切4道V型切口,切口深度需满足管材剩余厚度为80±2%管材▅最小壁厚的要求。测试条件通常为80°C,管材浸没在水中,内部通水施加规定压力(PE80为0.8MPa,PE100为0.92MPa)。每次至少测试三个╱样品。记录管材脆性破坏试验的时间。1997年版地ISO4437规定该记录结果应大于165小时,最新ISO4437—2007标准已经将该要求从165小时提高到了500小时,正如∑ 前面讨论的,这是聚乙烯材料技术和材料→性能大幅度提升的影响。相应的国家标准GB15558—2003还没有进∏行调整。但是国内燃气管道行业已经开始参照500小▼时的标准。另外,如前所述,非开挖及无沙填埋等施工方式的大量应用,对聚乙烯管材耐SCG性能提出了更高〖的要求。


                2全切口︽蠕变试验
                在欧洲FNCT是目前测试高性能聚乙烯材料的慢速开裂性能优先选择和最广泛使用的方法。该方法使用10×10mm(截面)的∏方形样条,在样条的四面切出一】个共面的1.5mm深的切口。通常的测试条件为80°C,特定的表面活性剂(2%浓度)和恒定的应力(4.0mpa)。该方法的ぷ测试时间较短,因此在欧洲已经被广泛用于评价具有高耐SCG能力的聚乙烯材料。


                3弯条试验
                ASTM D1693弯条试验方法是最传统的测试聚乙烯材料慢速开裂性↓能的方法。该∩试验样条为10根纵向开槽的矩形样条,180°弯曲后固定在专用的夹具上,一起浸入10%或100%浓度的表面活性剂Igepal中,该方法有三种测∞试条件◤,温度为50°C或者100°C。一般是50%样条开裂的时间作为最终的结果。结果通常为10小时到1000小时。该方法较▆简单,适合普卐通的聚乙烯材料。但最大的问题是施加在◣样条上的应力超过一定时间(如1000小时)后会逐渐松弛掉,而且应力松弛的速度无法预计,所以这种方法不适合︻用于评价具有高耐慢速开裂能力的聚乙烯管材料。另外,该方法存在着测试结果分散性太大的缺陷。


                4 4NCLS
                ASTM D1693弯条试验应力松弛的缺陷在ASTM D5397(NCTL,切口样□ 品恒定拉伸载荷测试)中被改进。ASTM D5397的方法主要针对土工制品用HDPE和超高分子量聚乙烯(UHMW—PE)开发的。针对管材样品的类似方法被称为切口样品恒定∩系带应力(NCLS,ASTM F2136)。该试验采用模压的哑铃状样●条,中间部分开缺口,通过表面活性剂和升高试验温度的方法加速测试,同时在样条切口出施加恒定¤的应力至发生脆性破坏。

                结论
                除新型的应变化测试方法@外,其他方法都需进行试样切口制备和/或使∞用特定的表面活性剂,大多数试验方法的♀试验结果用破坏时间表示,由于切①口制备的复杂性、表面活性剂质量的影响和其他因素影响,所得结果的重现性成为常规测试方法需▓改善的方面。





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