C-環(huán)韌度試驗設備制作及試驗研究

摘要：“C-環(huán)韌度試驗”是根據(jù)標準CJ/T272-2008《給水用抗沖改性聚氯乙烯（PVC-M）管材及管件》產品技術要求特性而專門設定的力學性能之一。通過對試樣進行“C-環(huán)韌度試驗”測試，得到其發(fā)生脆性破裂或韌性破壞的結果。試驗過程材料發(fā)生物理變化，觀察試樣發(fā)生韌性變形還是發(fā)生脆性變形，即可判斷使用材料、工藝、配方的正確與否。

關鍵詞：改性聚氯乙烯（PVC-M）；C-環(huán)韌度試驗；設備

1 前言

CJ/T272-2008《給水用抗沖改性聚氯乙烯（PVC-M）管材及管件》[1]標準涉及到的產品與傳統(tǒng)的給水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材和給水用聚乙烯（PE）管材產品的不同之處在于，其物理力學性能的表現(xiàn)介于后兩者之間，既有硬聚氯乙烯（PVC-U）管材剛性較好，又有聚乙烯（PE）管材柔韌性能優(yōu)異的特點。[2]在CJ/T272-2008產品標準中，要反映PVC和PE管材產品技術要求的特點，還應有PVC-M管材產品的特性。CJ/T272-2008 《給水用抗沖改性聚氯乙烯（PVC-M）管材及管件》產品標準物理性能技術要求中根據(jù)產品性能特點設置了相應指標，其中包括，（1）物理性能：密度、維卡軟化溫度、縱向回縮率、二氯甲烷浸漬試驗；（2）力學性能：落錘沖擊試驗（0℃）、高速沖擊試驗（22℃）、液壓試驗、切口管材液壓試驗、C-環(huán)韌度試驗、長期靜液壓試驗。

改性聚氯乙烯（PVC-M）管材的“C-環(huán)韌度試驗”是通過在試樣表面加一定負載，使其在幾分鐘內發(fā)生破壞，檢查破壞表面發(fā)生脆性破裂或韌性破壞現(xiàn)象，從而判定產品的配方、生產工藝等過程能否滿足預定要求，因此，試驗過程中設備顯得尤為重要，且要求比較嚴格。

通過對試樣進行“C-環(huán)韌度試驗”測試，得到其發(fā)生脆性破裂或韌性破壞結果。按照 CJ/T272-2008標準附錄A的要求，在23±2℃的溫度下進行試驗，觀察破壞表面的破壞模式，以此判斷樣品質量情況，這是進行該項試驗的目的（參見標準中第8頁表9和第12頁7.1.13），為得到預期實驗結果，必須嚴格按標準要求進行試驗操作。為保證檢驗結果的重現(xiàn)行、可靠性、可比性。因此，應研制一種專用試驗設備并用于PVC-M管材“C-環(huán)韌度試驗”。

2 試驗部分

2.1 儀器設備制作及要求

切口器：角度45°±2°，能切出頂端半徑不大于30μm的切口，并使切口處滲余的厚度變化不超過0.1mm；支架：能夠支承測試試樣的上部和加在下部的載重；剛性支撐夾具：與測試試樣具有相同的曲率，盡量減小試樣的變形和保證需要的彎曲力矩傳遞到切口處。其中，支架和剛性支撐夾具示意圖，見圖1（標準第17頁圖A.1 ）。根據(jù)圖A.1示意圖至少需要研究解決以下問題：a、研究解決支架夾具剛性要求，避免在試驗過程中夾具和支撐架產生變形；b、制作專用掛架和支撐架，研究解決支撐架、掛架靈活裝配及大小和數(shù)量，研究解決支承測試試樣的上部和加在下部的載重，與測試試樣具有相同的曲率，盡量減小試樣的變形和保證需要的彎曲力矩傳遞到切口處；c、制作專用砝碼，確定砝碼精度。

由于該試驗開展的較晚，經過查新國內外資料，均未見生產使用該設備。根據(jù)對C-環(huán)韌度標準方法和試驗過程研究所預想的設備大體如下；可根據(jù)情況設計制作5路至10路等不同工位的測試設備。

2.2 試樣制備

取一段長度至少200mm的管材試樣，在試樣整個長度上畫一條參考線。之后，從試樣的一端切下5個寬度為30mm±3mm的圓環(huán)，要求切割端面垂直于管材的軸線。管材余下部分用切削設備在試樣外部切削出坡口，坡口至少穿過管材壁厚的90%，坡口寬度最小為10mm。

2.3 試驗方法

2.3.1 試樣的狀態(tài)調節(jié)

試樣在23℃±2℃進行狀態(tài)調節(jié)的時間不少于規(guī)定時間(標準第18頁表A.1)。

2.3.2 試驗步驟

（1）將試樣浸入20℃±2℃二氯甲烷溶液中，確保坡口端完全浸入，試樣恒溫浸漬15min±1min。（2）將試樣從二氯甲烷中取出，并使溶劑揮發(fā)。（3）檢查試樣坡口，按照以下表述記錄其侵蝕程度：a）無侵蝕；b）整個坡口均勻侵蝕；c）不均勻的侵蝕。（4）如果出現(xiàn)不均勻侵蝕情況，選擇侵蝕最嚴重區(qū)位并在參考線上標記相應位置。（5）選擇5個環(huán)中的第1個環(huán)，用開切口器在壁厚最小位置的內壁表面開一切口，切口應橫貫整個試樣的寬度，深度到壁厚的25%，誤差為±0.2mm。（6）在切口環(huán)直徑上正對切口處切去20mm±2mm的一段，得到初始的測試試樣。（7）在切口測試試樣上安裝支撐夾具并把組裝件固定到測試支架（見圖1（標準為A.1））上，在組裝件上加載質量在1kg-2kg之間的載重，然后小心地持續(xù)加載載荷，每次增加約1kg，加載的速度要保證在第一次加載后大約2min產生斷裂破壞，記錄破壞時加載的總質量W1。（8）選擇其余4個環(huán)中的第一個，如A.6.5中所述那樣，在內壁開一切口，但其位置應與試樣二氯甲烷侵蝕最嚴重的區(qū)位一致。如果沒有侵蝕或被二氯甲烷均勻侵蝕，在壁厚最厚處開切口。（9）如2.3.2.5所述，分別在其余3個環(huán)上開切口，切口位置相對于第2個環(huán)的切口位置偏移90°、180°、270°。在每個環(huán)直徑上正對切口處切去20mm±2mm的一段。（10）固定好支撐夾具，在4個切口試樣中的第1個加載W1-3kg測試質量，每隔5min加載0.5kg載荷，直到發(fā)生破壞，其他3個切口試樣進行同樣測試。（11）檢查每一個破壞，記錄觀察到的破壞類型是否為韌性破壞模式。

3 結果與討論

不同管徑初始荷載W1的確定

初始荷載用于確定砝碼重量，當樣品上加上初始荷載時，試樣受到外力作用，立即向外彎曲，試樣從切口處開始，將出現(xiàn)裂紋，此過程還無法判斷樣品為脆性裂紋或韌性斷裂，初始荷載重量必須確保在試驗架上的試樣彎曲完全到位，同時樣品不能斷開。根據(jù)標準要求，確定管材規(guī)格范圍和載荷范圍。CJ/T272-2008規(guī)定的規(guī)格尺寸范圍為公稱外徑dn20mm-dn800mm（見標準第2頁表2），確定共26個規(guī)格進行“C-環(huán)韌度的測定”時每個規(guī)格所需要的初始荷載重量和每個規(guī)格荷載的重量范圍。通過試驗得到的各種規(guī)格管材樣品的初始荷載見表1。

4 結束語

通過對CJ/T272-2008中C-環(huán)韌度試驗項目的研究，設計并制作了符合標準要求的C-環(huán)韌度試驗設備，并對通過測試一系列不同管徑的PVC-M管材，得到了其發(fā)生韌性破壞時的初始荷載。該設備的設制填補了目前C-環(huán)韌度試驗的空白，為完善PVC-M管材檢驗及測試奠定了基礎。

參考文獻

[1]CJ/T272-2008《給水用抗沖改性聚氯乙烯（PVC-M）管材及管件》，中華人名共和國建設部，2008.6.1.

[2]楊燕，屈能勝.塑料管材掀起一場建材革命[J].門窗，2004，4，22-25.

作者簡介：伊力多斯（1958，9-），男，籍貫：新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市；現(xiàn)職稱：高級工程師；學歷:大學本科；研究方向：塑料管道檢測。