PE塑料管材使用寿命分析.doc

PE塑料管材使用寿命分析随着政府大力推广应用化学建材，在很多领域热塑性压力管的应用都有了飞速的发展。在某些领域，我国从五六十年代就开始应用塑料管，进入80年代后逐步推广。在我国，使用的热塑性塑料压力管材主要有PVC-U管材，聚乙烯管材，聚丙烯管材，ABS管材等等，以及由此派生的铝塑管，钢塑管等。 在使用中，我们常常提到管材的使用寿命的问题，但对于新型的管材，不可能通过实际的使用年限去印证其使用寿命，因为塑料管材大规模应用是最近二三十年的事，有的新型管材最近十年才有应用，因此只能根据高分子材料的特性及相应的实验推导得出其理论的使用寿命。塑料材料的时温等效原理。高分子材料的力学性能和常用的金属管材有很大区别。常温下，聚合物具有独特的高弹性。金属材料在常温时，加一外力，发生的弹性极限很少超过1%。而高分子材料在不太大力的作用下，可以产生很大的形变，去除外力后，形变经过一段时间几乎完全恢复。高分子材料在不同温度或不同外力作用下都能显示出一样的三种力学状态和两个转变温度：玻璃态，高弹态，粘流态，玻璃化转变温度和粘流温度。这表明，温度和时间对高分子材料的影响具有等效性。对于同一个力学松弛可在较高温度，较短时间实现，也可在较低温度，较长时间得到。这表明，升高温度和增加延长时间是等效的。将不同温度得到的力学函数曲线，通过移动时标可以重叠，进一步表明时间和温度是等效的。塑料管道的时温等效关系通常采用阿仑尼乌斯方程和拉尔森-迈勒方程来进行推导。塑料压力管材长期耐温耐压性能的标准方法为ISO9080：2003用外推法对热塑性塑料管材长期静液压强度的测定是国际上广泛应用的标准。它是管材寿命的评价方法。它的原理是在利用高温短时间作出的环应力与时间曲线的结果向低温和长时间寿命外推。相应的国家标准是GB/T182522000塑料管道系统 用外推法对热塑性塑料管材长期静液压强度的测定。在两个标准中给出了四种理论模型，一般使用四参数模型。进行ISO9080的实验应由国际权威的独立实验机构来进行。目前比较权威的有瑞典的BODYCOTE实验室和比利时的BECETEL实验室。下面介绍实验原理及方法。 首先要根据高分子材料选定实验温度。聚烯烃类管材的最高实验温度不超过熔点15以下。根据选定的温度和应力对管材打压，记录管材破坏的时间与类型。改变应力得到另一数据。同一温度下，得到一组数据。同理，改变温度得到另一组数据，得到多组实验数据后，作图以lg为纵坐标，lgt为横坐标，定出各组温度和时间对应的破坏点。将同一温度下的数据运用统计学根据四参数模型进行线形回归，得到在此温度下的长期静液压强度LTHS（LTHS=long time hydrostatic strength）。分别将不同温度的数据回归，得到不同温度的LTHS。 将得到的LTHS做97.5%的置信下限圆整，得到预测的长期静液压强度LPL。LPL=（T,t,0.975）各组的破坏点数据有97.5%位于LPL上方。根据此标准得到的破坏点实验时间大多数在一年以上，时间较短，还要对此数据根据ISO9080和GB/T18252进行外推。由高温短时间推导低温长时间的数据。首先介绍两个概念： te-外推时间极限。高温较短时间的实验数据向低温长时间方向外推允许达到的时间极限。 Ke-外推时间因子。由温度差和材料类型决定，与高温较短时间相乘得到低温下外推时间极限的因子。外推时间极限te= Ketmax T=Tt-T Tt-准备进行外推的实验温度T-准备算出外推时间的温度 不同的材料类型，它所对应的外推时间因子ke也不同。聚烯烃类材料的ke值T ，Kke 102.5154206251230183530405060100上图是瑞典BODYCOTE实验室根据ISO9080所做的PE材料的长期静液压曲线，80度的高温实验时间tmax（已经超过了一年，达到10000小时以上。现仍然以一年的时限（8760小时）为基础，根据80度的实验温度推导60，40，20度的外推极限。T T ke tmax（年） te （年）6020 6164040 501502060 1001100由于管道的公称压力值是以20度的温度来进行标定的，因此，根据上表，得出PE管的理论寿命可超过100年，理论推导虽然有它的局限性，但理论是指导我们工作的基础。国外有报道，早期的塑料管道现在仍在应用，已经超过了50年，因此塑料管道，