Влияние структуры экструзионных полиэтиленов на эксплуатационные характеристики труб

Полиэтиленовые тубы значительно превосходят традиционные по комплексу монтажно-эксплуатационных характеристик. Их расчетный срок эксплуатации составляет 50-300 лет, если соблюдаются нормативы условий эксплуатации – температура и напряжение в стенке трубы. В противном случае наблюдаются преждевременные разрушения ПЭ трубопроводов в форме квазихрупких трещин вдоль оси труб (под действием внутреннего давления и тяжести грунта) и в плоскости сварки и по подгратовым трещинам (под влиянием нескомпенсированных температурных деформация и осадки грунта). Разрушения пластического характера не наблюдаются при эксплуатации ПЭ труб.

Обнаруженное при эксплуатации изделий из полимеров явление статической усталости заставило переоценить роль результатов кратковременных механических испытани. Такие показатели как предел текучести, прочность и деформируемость полимеров при кратковременных испытаниях часто используют лишь для оценки стабильности соответствующих стадий технологических процессов. Под руководством Д.Ф. Кгана, основателя ведущей школы полимерных труб России, был выполнен ряд работ и обобщены литературные данные с целью установления связи надежности и долговечности полиэтиленовых труб со структурой полиэтилена. При этом получили развитие представления о длительной прочности полиолефиновых труб. Зависимость допустимого напряжения от выбранного срока службы при заданной температуре, - кривые длительной прочности полиэтиленовых труб представляют в виде билинейных кривых.

В области больших напряжений разрушения происходят по пластическому механизму за сравнительно короткий период, при этом сначала происходит равномерное расширение трубы, затем образуется местное вздутие, разрыв происходит в плоскости перпендикулярной оси трубы; разрушающее напряжение при испытаниях в этих условиях называют длительной пластической прочностью – ДПП.

            В области малых напряжений, соответствующих допустимым эксплуатационным нагрузкам в трубах, разрушения происходят путем разрастания сквозных трещин без значительных деформаций и носят хрупкий характер; разрушающее напряжение в этих условиях называют длительной хрупкой прочностью – ДХП.

Можно считать общепризнанным, что растрескивание начинается с накопления локальных дефектов. Дискретные зоны разрушения представляют собой наборы волокон, вытягивающихся перпендикулярно направлению развития трещин в пустотах, образующихся при превышении предела текучести в зоне острия трещины.

            Существование двух типов разрешения объясняют конкуренцией двух термоативационных процессов, преобладание одного из которых завершается разрушением соответствующего типа.

Поскольку механизмы разрушения в хрупком и пластическом режимах принципиально отличаются, различные структурные характеристики определяют ДПП и ДХП.

            При пластическом разрушении главным объектом разрушения являются кристаллы и надмолекулярные структуры. ДПП, подобно пределу текучести зависит от степени кристалличности, прочности и совершенства кристаллических образований. ДПП не зависит прямо от молекулярных характеристик ПЭ.

            Известны результаты экспериментов, свидетельствующих о неизменности ММ в процессе хрупкого разрушения. Вместе с тем замечено, что в процессе хрупкого разрушения полиэтилена при очень малых нагрузках, когда над механическими явлениями преобладают процессы термоокислительной деструкции, приводящие к старению, происходит деструкция макромолекул.

            В условиях хрупкого разрушения долговечность ПВД с широким ММР неограниченно растет с увеличением Мn, а для узких фракций обнаружены предельные значения Мn и Мw, выше которых долговечность не зависит от ММ. Подобные закономерности наблюдались в условиях хрупкого разрушения для ПНД. Критические значения ММ определяются шириной аморфных прослоек и степенью кристалличности. Фракционированный ПНД, с ММ меньше критических, разрушался раньше полидисперсного. Если фракционированный ПНД имел ММ выше критической, то он оказывался долговечнее полидисперсного. Увеличение ММ выше критических не влияет на долговечность.

Обобщая накопленную информацию о связи структуры ПЭ и их свойств следует отметить следующее.

            Структура и морфология полиэтиленов хорошо изучены, но общие соображения о влиянии надмолекулярных структур (размеров и формы кристаллов, и дефектности) на физико-механические свойства полиэтиленов недостаточно продуктивны. Общие представления не могут служить теоретической основой при разработке новых ПНД конструкционного назначения и интерпретации результатов их исследования. Важнейшими параметрами оптимизации свойств полиэтиленов (в особенности экструзионных марок) являются показатели статической усталости. Факторы, повышающие кратковременную прочность, такие как большие размеры кристаллов, крупные сферолиты и высокая кристалличность при малой ММ, негативно влияют на длительную хрупкую прочность.

            Тесная связь длительной хрупкой прочности с молекулярной массой полиэтилена, обнаруженная у гомополимеров этилена теряет актуальность для современных марок сополимеров. В отличие от гомополимеров размеры кристаллов сополимеров малочувствительны к условия кристаллизации.

            Представления о проходных цепей позволяют наиболее естественно объединить в цельную систему сведения о структуре мономеров, их соотношении, молекулярных и надмолекулярных характеристиках с показателями длительной прочности. Механически активные (несущие нагрузку) проходные цепи дефицитны. Поэтому даже небольшое изменение их концентрации существенно влияет на длительную прочность в условиях хрупкого разрушения.

            Для определенной надмолекулярной структуры ПЭ существует критическая минимальная молекулярная масса линейной (не содержащей длинноцепных разветвлений) макромолекулы, обеспечивающая возможность ее функционирования в качестве проходной. Отсюда следуют 2 направления повышения вероятности образования проходных цепей: оптимизация надмолекулярной структуры и оптимизация молекулярной структуры.

Лучшая, с точки зрения образования проходных цепей, надмолекулярная структура характеризуется предельно узкими аморфными прослойками между прочными кристаллами. Реальный путь уменьшения аморфных прослоек – дробление кристаллов путем введения сомономеров, останавливающих рост кристаллов. Наилучшая, с точки зрения образования проходных цепей, молекулярная структура: линейный полимер с узким ММР и молекулярной массой превышающей критическую. Однако подобные материалы плохо перерабатываются. Следовательно, оптимальные ММР и ММ подбираются с учетом технологичности.

 

Карта проезда


Полезная информация

Купить трубы для водоснабжения в Нижнем Новгороде
Выбор труб для водоснабжения и газоснабжения в Нижнем Новгороде
Фитинги в Нижнем Новгороде
Купить задвижки, Задвижки Ziggiotto
Люки в Нижнем Новгороде, Чугунные люки,Композитные люки,Полимерно-композитные люки
Пожарное оборудование в Нижнем Новгороде
Крепеж, метизы в Нижнем Новгороде
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ТРУБ в Нижнем Новгороде
СИСТЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ ТРУБ VIKING JOHNSON в Нижнем Новгороде
Запорное оборудование: шаровые краны и вентили (клапаны).
Трубы из полиэтилена низкого давления (ПНД)
Чугунные задвижки - как выбрать?
Стальные задвижки и их особенности
Трубы полипропиленовые
Полипропилен
Цена на полипропиленовые трубы
Купить полипропиленовые трубы
Трубы пп и соединительные детали
Новое слово в укладке водопровода
ТЕХНИКА ДЛЯ СВАРКИ ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ТРУБ

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИМЕРНЫХ ТРУБ

ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ТРУБНЫХ ПРОИЗВОДСТВ
ВЛИЯНИЕ СТРОЕНИЯ МАКРОМОЛЕКУЛ НА КРИСТАЛЛИЗАЦИЮ
ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ ЭКСТРУЗИОННЫХ ПОЛИЭТИЛЕНОВ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРУБ