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钢塑复合管慢速增长裂纹的抑制方法

文章出处:未知作者:tjcwgygs人气:发表时间:2022-04-30 17:32【

    本世纪在管道领域,塑料管道尤其是钢塑复合管道倍受青睐,这一方面是由于钢塑复合材料制作管道具有非常独到的技术经济优势,另一方面是由于钢塑复合管道的原料性能,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,钢塑复合管道都是主要的选择之一。采用不开槽施工技术,无论是铺设新管,还是旧管道的修复或者更新,刮痕是无法避免的,特别是具有钢塑复合之王之称的超高分子量钢塑复合,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,虽然在超高分子量钢塑复合领域在质量合格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。
    由于钢塑复合材料技术和聚合工艺的进步,钢塑复合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,双峰钢塑复合材料、超高分子量钢塑复合材料使钢塑复合管材在静液压强度、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。

    其中,耐慢速裂纹增长(SCG)作为钢塑复合管材料的关键指标之一,已经成为钢塑复合管材料生产商、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设等新型管道铺设技术的推广应用,对钢塑复合材料的耐缺陷、划伤等可能诱发的慢速开裂的能力也提出了更高的要求。国际知名钢塑复合材料生产商,都已经或者正在开发具有更高SCG性能的钢塑复合管材料。据称具有更高耐慢速裂纹增长能力的钢塑复合管材料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
 

1切口管材试验
NPT方法是国际标准ISO4437及中国国家标准GB15558中规定使用测试钢塑复合管材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,这是钢塑复合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,对钢塑复合管材耐SCG性能提出了更高的要求。


2全切口蠕变试验
在欧洲FNCT是目前测试高性能钢塑复合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能力的钢塑复合材料。


3弯条试验
ASTM D1693弯条试验方法是最传统的测试钢塑复合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,适合普通的钢塑复合材料。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钢塑复合管材料。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和超高分子量钢塑复合(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。