聚乙烯防護(hù)層專(zhuān)用料低溫缺口沖擊強(qiáng)度研究

徐翠竹，劉金霞，孔憲剛，李?lèi)?ài)貴

中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院，天津 300451

聚乙烯防護(hù)層專(zhuān)用料低溫缺口沖擊強(qiáng)度研究

徐翠竹，劉金霞，孔憲剛，李?lèi)?ài)貴

中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院，天津 300451

缺口沖擊強(qiáng)度是評(píng)價(jià)聚乙烯材料抗沖擊能力的常用指標(biāo)。隨著我國(guó)油氣管道建設(shè)的發(fā)展，凍土區(qū)施工、寒冷地帶冬季施工不可避免，考察埋地鋼制管道聚乙烯保溫防護(hù)層的低溫沖擊性能具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。采用GB/T1043.1-2008規(guī)定的缺口沖擊方法，測(cè)試了三種聚乙烯防護(hù)層專(zhuān)用料在-45℃下A型和B型兩種缺口的沖擊強(qiáng)度，對(duì)比和分析表明，A型缺口能更好地模擬管道施工中材料存在缺口/缺陷時(shí)的實(shí)際表現(xiàn)，更適于評(píng)價(jià)聚乙烯防護(hù)專(zhuān)用料的低溫缺口沖擊性能。

缺口沖擊強(qiáng)度；GB/T1043.1-2008；聚乙烯；低溫沖擊

沖擊強(qiáng)度常用于評(píng)價(jià)聚乙烯材料的抗沖擊能力，是判斷其脆性和韌性程度的常用指標(biāo)。沖擊實(shí)驗(yàn)可采用帶缺口的或無(wú)缺口的試樣，采用帶缺口試樣的目的是使缺口處試樣的截面積大為減小，受沖擊時(shí)，試樣斷裂一定發(fā)生在這一薄弱處，所有的沖擊能量都能在這局部的地方被吸收，從而提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。在工程實(shí)踐中，容易受到?jīng)_擊的材料，缺口試樣的沖擊強(qiáng)度比較重要。

目前國(guó)內(nèi)埋地鋼制管道防腐保溫層普遍采用防腐層-保溫層-防護(hù)層組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，防護(hù)層一般為聚乙烯塑料層。隨著我國(guó)油氣管道建設(shè)的發(fā)展，凍土區(qū)施工、寒冷地帶冬季施工不可避免，因此考察聚乙烯防護(hù)層的低溫沖擊性能具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本文采用GB/T1043.1—2008《塑料簡(jiǎn)支梁沖擊性能的測(cè)定第1部分：非儀器化沖擊實(shí)驗(yàn)》[1]規(guī)定的缺口沖擊方法，研究聚乙烯防護(hù)層在-45℃下的缺口沖擊強(qiáng)度，對(duì)A型和B型兩種缺口的沖擊強(qiáng)度進(jìn)行了對(duì)比和分析。

1 低溫缺口沖擊實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)選取不同生產(chǎn)廠家的三種聚乙烯防護(hù)層專(zhuān)用料。

1.1 實(shí)驗(yàn)方法

試樣制備按照GB/T1043.1—2008第6章的規(guī)定進(jìn)行，采用1型試樣。實(shí)驗(yàn)步驟按照GB/T1043.1-2008第7章的規(guī)定進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)溫度為-45℃。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

HIT-2492擺錘沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)復(fù)合沖擊機(jī)。

1.3 試樣制備

1.3.1 壓塑

試樣的壓塑參照GB/T 9352—2008《塑料熱塑性塑料材料試樣的壓塑》[2]，采用溢料式（“畫(huà)框”）模具。使用該模具時(shí)，多余的材料被擠出；在冷卻時(shí)，模塑壓力僅施加于模框上而不施加于材料上。

模塑溫度：190℃；預(yù)熱時(shí)間：10 min；合模壓力：10 MPa；模塑時(shí)間：2 min。

1.3.2 裁剪

從模壓片料的中心部分用沖壓加工制取試樣，試樣示意如圖1所示。

圖1 缺口試樣示意

圖1中試樣長(zhǎng)度l=（80±2）mm，試樣寬度b=（10.0±0.2）mm，試樣厚度h=（4.0±0.2）mm，缺口底部剩余寬度bN=（8.0±0.2）mm，箭頭A表示沖擊方向。

1.3.3 缺口

缺口采用機(jī)加工方式，類(lèi)型如圖2所示。

圖2 缺口類(lèi)型

1.3.4 試樣數(shù)量

A、B型缺口試樣各為10個(gè)試樣。

2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）測(cè)量每個(gè)試樣中部的厚度、寬度及缺口剩余寬度。

（2）調(diào)整試樣為跨距62 mm，按照儀器說(shuō)明書(shū)配置擺錘和砝碼。

（3）試樣在-45℃狀態(tài)調(diào)節(jié)16 h。

（4）抬起擺錘至規(guī)定高度，將試樣放在實(shí)驗(yàn)機(jī)支座上，沖刃正對(duì)打擊中心，且缺口中央位于沖擊平面上。

（5）釋放擺錘，記錄和計(jì)算沖擊能量和沖擊強(qiáng)度，記錄破壞類(lèi)型。

3 數(shù)據(jù)與討論

3.1 試樣間沖擊破壞類(lèi)型比較

甲、乙、丙三種聚乙烯防護(hù)層專(zhuān)用料制備的試樣在-45℃的缺口沖擊后，其破壞類(lèi)型結(jié)果見(jiàn)表1、圖3。

表1 三種試樣沖擊后破壞類(lèi)型

圖3 試樣沖擊后照片

由表1可以看出：A型缺口的主要破壞類(lèi)型為C；B型缺口的主要破壞類(lèi)型為P。

3.2 缺口類(lèi)型對(duì)沖擊強(qiáng)度的影響研究

由圖4可以看出：試樣甲A型缺口沖擊強(qiáng)度值＜B型缺口沖擊強(qiáng)度值，試樣乙A型缺口沖擊強(qiáng)度值＜B型缺口沖擊強(qiáng)度值，試樣丙A型缺口沖擊強(qiáng)度值＜B型缺口沖擊強(qiáng)度值；試樣甲A型和B型缺口沖擊強(qiáng)度均較好，試樣乙A型缺口沖擊強(qiáng)度較好而B(niǎo)型缺口沖擊強(qiáng)度較差，試樣丙A型和B型缺口沖擊強(qiáng)度均較差；A型缺口實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)離散性小于B型缺口。

圖4 缺口類(lèi)型對(duì)沖擊強(qiáng)度的影響

3.3 試樣間沖擊強(qiáng)度對(duì)比

由圖5可以看到：對(duì)于A型缺口沖擊強(qiáng)度，試樣甲＞試樣乙≈試樣丙；對(duì)于B型缺口沖擊強(qiáng)度，試樣甲＞試樣乙＞試樣丙。

圖5 試樣間缺口沖擊強(qiáng)度對(duì)比

4 結(jié)果分析

（1）A形缺口測(cè)得的沖擊強(qiáng)度與B形缺口測(cè)得的沖擊強(qiáng)度之間不存在對(duì)應(yīng)的換算關(guān)系。

（2）試樣的A型和B型缺口沖擊強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：總體說(shuō)來(lái)，A型缺口沖擊強(qiáng)度較好的試樣，其B型缺口沖擊強(qiáng)度也較好。這是由于缺口沖擊強(qiáng)度首先是由聚乙烯材料的特性決定的，因而可以評(píng)價(jià)材料的脆性和韌性程度及其優(yōu)劣。

（3）B型缺口沖擊強(qiáng)度較好的材料，其A型缺口沖擊強(qiáng)度未必好，試樣的缺口類(lèi)型對(duì)沖擊強(qiáng)度影響非常大。主要原因是A形缺口比B形缺口更為尖銳，更能反應(yīng)材料的缺口和內(nèi)部缺陷對(duì)動(dòng)態(tài)載荷的敏感性。對(duì)于B形試樣，進(jìn)行沖擊實(shí)驗(yàn)時(shí)，其沖擊功大部分消耗于裂紋的形成，應(yīng)力更為分散；而對(duì)A形缺口試樣，其沖擊功大部分消耗于裂紋的擴(kuò)展，應(yīng)力更為集中。

（4）發(fā)生沖擊破壞時(shí)，A型缺口的應(yīng)力集中，破壞點(diǎn)集中，因此數(shù)據(jù)離散性小，且破壞類(lèi)型主要表現(xiàn)為完全破壞（或鉸鏈破壞）；而B(niǎo)型缺口表現(xiàn)為應(yīng)力分散，破壞點(diǎn)分散，因此數(shù)據(jù)離散性大，破壞類(lèi)型主要表現(xiàn)為部分破壞。

（5）與B型缺口相比，A型缺口更為嚴(yán)苛，數(shù)據(jù)離散性更小，能更好更全面地模擬管道施工中材料存在缺口/缺陷時(shí)的實(shí)際表現(xiàn)，更適于評(píng)價(jià)聚乙烯防護(hù)專(zhuān)用料的低溫缺口沖擊性能。

5 結(jié)論

A型缺口能更好地模擬管道施工中材料存在缺口/缺陷時(shí)的實(shí)際表現(xiàn)，更適于評(píng)價(jià)聚乙烯防護(hù)專(zhuān)用料的低溫缺口沖擊性能。

[1]GB/T1043.1-2008，塑料簡(jiǎn)支梁沖擊性能的測(cè)定第1部分：非儀器化沖擊實(shí)驗(yàn)[S].

[2]GB/T9352-2008，塑料熱塑性塑料材料試樣的壓塑[S].

Studyon low-temperature notched impact strength ofPEprotective layer

XU Cuizhu，LIU Jinxia，KONG Xiangang，LIAigui
CNPC Research Institute of Engineering Technology，Tianjin 300451，China

Notched impact strength is commonly used to evaluate the impact resistan ce of polyethylene（PE）.With the development of oil and gas pipelines in China，construction in permafrost/cold regions in winter is inevitable.It is of great practicalsignificance to study the low-temperature impact properties of PE insulation layer for buried steelpipeline.The impact strengths of three kinds of PE layers with type A/B notch were tested at-45℃according to GB/T 1043.1-2008.The comparison and analysis showed that type A notch simulated the material defects in pipeline construction better，and was more suitable to evaluate the low-temperature notched impact property of PE protective layer.

notched impact strength；GB/T1043.1-2008；polyethylene （PE）；low temperature impact

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.05.016

徐翠竹（1977-），女，河北辛集人，高級(jí)工程師，2003年畢業(yè)于天津大學(xué)化學(xué)工程專(zhuān)業(yè)，碩士，現(xiàn)從事防腐保溫產(chǎn)品的監(jiān)督檢測(cè)工作。Emial：xucz@cnpc.com.cn

2017-03-30；

2017-06-17