Диссертация (1090913), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Одновременно отмечено, что специфическаяструктура ориентированных кристаллических полимеров, которая может бытьпредставлена как множество регулярно расположенных (параллельно друг другу)кристаллических ламелей, которые разделены также регулярно расположеннымиаморфными прослойками. Такого рода структура реализуется в условиях силовоговоздействиянакристаллизующиесярасплавыполимеровилипритермостатируемой усадке ориентированных кристаллических полимеров [68].Процессы развития поверхности в процессе деформации существеннозависят исходной структурой полимерного материала, как показано в [69],особенно это проявляется при формовании блока из порошков [61, 69, 70], а такжепри формировани крейзов [68].Постепенный переход в процессе старения от высоких деформаций кхрупкому разрушению был проанализирован в 1955 году В.А.
Каргиным и Т.И.Соголовой [71, 72]. Они подчеркнули очень важный аспект, что форма кривой«напряжение-деформация» не изменяется. Происходит только сокращениепротяжённости кривой по мере увеличения хрупкости.При распространении шейки пластическое деформирование локализуется впереходной зоне между шейкой и неориентированной частью образца. В тонкихплёнках переходная зона состоит из двух частей. В первой изменяется толщинаплёнки [73, 74].
Её длина близка к толщине плёнки. Во второй зоне происходитизменение ширины, а её длина близка к ширине образца.При распространении шейки нагрузка остаётся постоянной. Послераспространения шейки вдоль образца течение становится однородным. На стадииоднородного деформирования напряжение постепенно увеличивается вследствиеориентированного упрочнения полимера [73].Наиболееполнопроцессполиэтилентерефталатныхволокнах.шейкообразованияНаРисунке1.1исследован[75]впредставленамикрофотография фрагмента полиэфирного волокна в области его перехода вшейку (а) и схема изменения размеров волокна в процессе его ориентационноговытягивания (б).13Одной из ключевых проблем физической химии полимеров являетсяустановление взаимосвязи между их структурой и свойствами.
Известно, что любаядеформация твёрдого тела, и полимера в частности, сопровождается изменениемплощади его поверхности. В то время как объём деформируемого полимера можетоставаться постоянным [76], площадь поверхности всегда изменяется. Изменениеплощади межфазной поверхности твёрдого тела означает, что материал из объёмадиффундирует в поверхность при увеличении площади поверхности и изповерхности в объём – при уменьшении (залечивании). Таким образом, самыеразные воздействия на твёрдые полимеры связаны с явлениями транспортаматериала из объёма в поверхность и наоборот, то есть с поверхностнымипроявлениями [73, 74].Рисунок 1.1.
Микрофотография фрагмента полиэфирного волокна в областиего перехода в шейку (а) и схема изменения размеров волокна в процессе егоориентационного вытягивания (б) [75].При этом квазихрупкое разрушение является переходным от пластичного[73] к хрупкому и на макроуровне характеризуется, как хрупкое, а локально вобласти формирующейся шейки является пластическим. При этом отмечается, чтодеформация в шейке достигает нескольких сотен, а иногда и тысяч процентов, а14вне ориентированной части образца составляет лишь несколько процентов.
Прираспространении шейки реализуется пластическое деформирование. Отмечаетсятакже, что между исходным материалом и материалом, перешедшем в шейку,имеется определённая переходная зона.А.Л. Волынский и Н.Ф. Бакеев рассмотрели различия плоскостного иодноосного растяжения, и отметили различия, состоящие в том, что приплоскостном растяжении происходит перенос материала из объёма на поверхность.А в случае одноосного растяжения этот процесс дополняется переносом материалаc боковой поверхности образца в объём, то есть происходит боковая контракция(уменьшение объёма) полимеров [75].А.Л. Волынский и Н.Ф. Бакеев проанализировали увеличение поверхности впроцессе шейкообразования, определили, что формировании обыкновенной шейкиприводит к увеличению поверхности более чем в 2 раза.
А также отметилисуществование естественной степени вытяжки ПЭТФ при комнатной температуреравной 275%. А.Л. Волынский и Н.Ф. Бакеев предложили характеризовать переход,реализующийся при деформации, изменением соотношения поверхности к объёму.При этом происходит переход полимера в новое структурное состояние [75].Анализируя роль поверхностных явлений в формировании неоднородностидеформации полимерных систем, А.Л. Волынский и Н.Ф.
Бакеев отмечают, чтоиспользование одноосного растяжения приводит к образованию шейки, в которойизменяется ориентация полимера. Величина деформации определяется такназываемой степенью естественной вытяжки полимера, которую невозможноизменять и регулировать в широкихпределах. Использование степениестественной вытяжки в нашей формулировке «естественная кратность вытяжки»представляется весьма перспективным для оценки способности материалов кпластической деформации.В настоящее время определение срока эксплуатации проводится сиспользованием методов, например, ГОСТ Р 50838 [77].Если большинство работ, посвящённых оценке срока эксплуатациигазопроводов, хорошо стандартизованы, то работы по оценке остаточного срока15эксплуатации остаются на уровне исследований.
Ранее уже упоминалось о работахпо оценке свойств газопровода с длительным ресурсом [6]. Для оценки остаточногосрока эксплуатации использованы следующие показатели:1)индукционный период окисления трубы (ИПО) – термостабильность2)температура плавления и кристаллизации и степень кристалличности[77];[77, 78];3)скорость кристаллизации - оценивали по изотерме кристаллизации,которую фиксировали при температуре 120 °С в токе азота [78];4)относительное удлинение вдоль и поперёк оси трубы при пределетекучести [12, 79, 80];5)относительное удлинение при разрыве [79];6)модуль упругости [81];7)определениеплотностиматериалаобразцатрубыметодомгидростатического взвешивания фракций образцов [82];8)показатель текучести расплава, ПТР, при температуре 190 °С и 5 кгс11645 [83];9)свариваемость [77];10)состав летучих продуктов по ГОСТ 26359 [85].Производители труб рассчитывают рабочий ресурс изделий на 50 лет.Определение проводится на базе гидравлических испытаний, по результатамкоторых строятся кривые регрессии.
В стандартах на трубы приводятсянормативные кривые регрессии для труб из различных видов материалов [63, 86].Одновременно по кривым регрессии можно оценить характер разрушения.Прихрупкомразрушениинакривыхрегрессиинаблюдаетсяизлом,соответствующий более высокой скорости падения разрушающего напряжения современем. В случае пластического разрушения, кривые имеют постоянный наклон.А. Томсон, а затем Э.М.
Айзенштейн отметили существование параметраестественной кратности вытяжки в волокнах из ПЭТФ, которая мало меняется сизменением условий вытяжки. Естественная кратность вытяжки (ЕКВ)16представляет собой внезапно возникающую при растяжении зону меньшегосечения постоянной геометрии, которая мало меняется с изменением вытяжки [14].В.Э. Геллер изучая вытяжку волокон подробно исследовал режимывозникновения переходной зоны, при этом отметил стабильность величины ЕКВ вшироком диапазоне температур и условий растяжения [87-90].В работах по оценке характера пластического разрушения редкоиспользовался предложенный Н.Ф.
Бакеевым и А.Л. Волынским, признакперехода, связанный с анализом изменения отношения поверхности к объёму [75].Хрупкое разрушения, которое практически не затрагивается в настоящейработе, изучено значительно подробнее, чем пластическое.Нижеприведенырезультаты,выполненныеЭ.М.Айзенштейном,исследования изменения светостабилизированной полиэфирной нити при еёхранении.Приведённыеданныеподчёркиваютстабильностьпоказателяестественной кратности вытяжки в широком диапазоне внешних воздействий,Рисунок 1.2.Рисунок 1.2. Изменение физико-механических показателей невытянутойнити лавсан при хранении: 1 – двулучеприломление (Δn); 2 – разрывное17удлинение (Δl); 3 – разрывная прочность (P); 4 и 5 – начальный модуль упругости(f) при хранении на воздухе и в воде соответственно; 6 – кратность естественнойвытяжки (Δl1); 7 – напряжение при втяжке нити с шейкой (Р1).18ГЛАВА 2.
Объекты и методыПри выборе объектов и методов исследования был использован широкийкруг материалов с различным рабочим сроком эксплуатации и методовмеханическихиспытаний,широкоприменяемыхприпервичнойоценкеполиэтиленовых труб (гидравлика, прочность сварных соединений, послойнаяхарактеристика свойств).2.1.
Объекты2.1.1. Трубы из современных марокВ качестве объектов были исследованы образцы труб непосредственно послеизготовления из марок полиэтилена: ПЭ80 РЕ4РР25В, ПЭ100 2НТ11-9, ПЭ100РЕ6949С, ПЭ100 Н1000РС, ПЭ100 CRP100, ПЭ100 F6060R, ПЭ100-RC CRP100,перекисносшитый полиэтилен (изготовленный на заводе ЗАО «Завод АНДГазтрубпласт») по ГОСТ 32415-2013 [10]. Среди указанных марок только двеотносятся к категории ПЭ80, это РЕ4РР25В и перекисносшитый полиэтилен,остальные относятся к категории ПЭ100.Требования к материалам группы ПЭ100 определяются стандартом ISO 4437[91] и перенесены в ГОСТ 50838 [77]. Основные показатели этих материалов – этоплотность на уровне 0,954-0,952 г/см3, показатель текучести расплава от 0,1 до 0,3г/10 мин при 190 ºС, предел текучести при растяжении 20 – 24 МПа и относительное19удлинение при растяжении более 350 %.
Рассчитаны значения степеникристалличности, Таблица 2.1.Таблица 2.1. Показатели степени кристалличности и предела текучести длятруб из различных марок сырья, отечественных и зарубежных производителей.МаркаПЭ 100 2НТ11-9ПЭ 80 РЕ4РР25ВПЭ 100 РЕ6949СПЭ 100 Н1000РСПЭ 100 CRP100ПЭ 100 –RC SuperstressTUB121ПЭ 100 F6060RПоказательтекучестиРасчетноерасплавазначение степени (ПТР) прикристалличности,190°С,%нагрузке 5,0кгс, г/10мин670,15570,59670,12650,24600,240,4161670,31Пределтекучести, σт,МПа23,3822,1421,8426,1821,6723,7729,35Как видно, все исследованные материалы в группе ПЭ100 имеюткристалличность свыше 60% и предел текучести больше 21МПа.2.1.2.
Трубы с различными сроками эксплуатацииОбразцытрубсразличнымисрокамиэксплуатации,которыеизготавливались предыдущие пять десятилетий, существенно отличались поуровню качества, однако все эти материалы относились к категории высокойплотности. Основные отличия состояли в том, что они имели меньшуюгидравлическую прочность и относились по типу к ПЭ63 и ПЭ80. Они имели20существенно более высокие показатели текучести расплава, например, принагрузке 5,0кг показатель ПТР достигал значения 0,96г/10мин.Образцы труб выпускались по документам, действовавшим на моментвыпуска труб, Таблица 2.2.Таблица 2.2.
Нормативные документы для групп образцов по срокуэксплуатации.Срокэксплуатации,летКол-вообразцов,шт.46 - 505 образцов31 - 354 образца21 – 2516 образцов11 – 153 образца0-51 образецНормативный документМРТУ 6-05-917-63 [92],МРТУ 6-05-918-67 [93],МРТУ 6-05-917-67 [94]ТУ-6-19-051-259-80 [95],ГОСТ 18599-73 [96]ТУ-6-05-10-58-87-952-87 [97],ГОСТ 18599-83 [96],ТУ-6-19-352-87 [99],ТУ 6-19-051-538-85 [100]ГОСТ Р 50838-95 [101],ТУ 6-19-352-87 [99],ТУ 2248-048-00203536-2000 [102]ГОСТ Р 50838-95 [101]Развитие нормативной документации по производству газовых труб началосьв 1963 году, когда был разработан и введён в действие нормативный документмежреспубликанские технические условия МРТУ 6-05-918-63 «Трубы напорные изполиэтилена низкой плотности», взамен которого в 1967 году МРТУ 6-05-918-67.Согласно этим нормативным документам, устанавливались требования кнапорным трубам только из ПЭНД преимущественно для жидких сред.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
