高密度聚乙烯原料耐慢速裂紋增長性能探究

陶岳杰 張作源 朱東杰 李俊光

摘要：聚乙烯管材的三大重要性能指標：MRS值、耐快速裂紋擴展、耐慢速裂紋增長。耐慢速裂紋增長性能是聚乙烯管材是否能夠長期使用的決定性因素。實驗利用耐慢速裂紋增長椎體實驗法，探究不同聚合工藝的聚乙烯原料的耐慢速裂紋增長性能的優劣。研究表明，PE100-RC原料相比PE100原料耐慢速裂紋增長性能更優。不同聚合工藝的PE100原料耐慢速裂紋增長性能大不相同。

關鍵詞：高密度聚乙烯聚合工藝耐慢速裂紋增長椎體實驗法;

Study on Resistance of High Density Polyethylene to Slow Crack Growth

TAO YueJieZHANG ZuoYuanZHU DongJieLI JunGuang

（Zhejiang Weixing New Building Materials Co.，Ltd.， Taizhou，Zhejiang Province，317000 China）

Abstract：Three important performance indexes of polyethylene pipe are MRS value， fast crack growth and slow crack growth.The resistance to slow crack growth is the decisive factor for long-term use of polyethylene pipe. The performance of polyethylene materials with different polymerization processes to resist slow crack growth was studied by using the vertebral body test method. The results show that PE100-RC material has better resistance to slow crack growth than PE100 material. The resistance to slow crack growth of PE100 materials by different polymerization processes is very different.

Key Words：High Density Polyethylene;The Aggregation Process;

Resistant To Slow Crack Gowth;Vertebral Body Test

高密度聚乙烯，簡稱“HDPE”，是一種結晶度高、非極性面呈一定程度的半透明狀。高密度聚乙烯具有優良的耐大多數生活和工業用化學品的特性[1，2]。高密度聚乙烯多應用于給水、燃氣等集輸塑料管道中，全球現有聚乙烯生產工藝11種。如Hostalen工藝、北歐化工Bastar工藝、氣相法Innovene工藝等[3]。

耐慢速裂紋增長性能代表著塑料管道在長期承受內壓條件下是否可以長期使用，塑料管道的破壞形式分為脆性破壞、韌性破壞及化學破壞[4]。脆性破壞機理為耐慢速裂紋增長性能所引起的破壞。所以，耐慢速裂紋增長性能是代表材料的長期安全使用壽命的性能[5]。耐慢速裂紋增長椎體試驗方法[6-8]，是一種測定聚乙烯管材耐慢速裂紋增長的試驗方法，該方法主要為在聚乙烯管材上切去一段額定長度的管環，在管環一段切開一個缺口，將其浸漬在恒定溫度的活性溶液內，測量缺口處擴展的速率。本文利用不同生產工藝的聚乙烯原料生產的管材，通過椎體法試驗不同原料管材的耐慢速裂紋增長性能。

1試驗過程

1.1試驗主要原料與儀器

原料：PE100-RC原料（北歐北星Bastar工藝）、PE100混配料（北歐北星Bastar工藝）、聚乙烯PE100原料（北歐北星Bastar工藝、巴賽爾Hostalen工藝、氣相法Innovene工藝、）

儀器：巴頓菲爾·辛辛那提擠出機、恒溫水浴鍋（承德金建檢測儀器有限公司）、耐慢速裂紋增長椎體試驗機（承德金建檢測儀器有限公司）、圖像尺寸測量儀（基恩士中國有限公司）。

1.2 樣品制備

將不同原料生產成dn25-dn40規格的管材，將與管材相同規格的椎體以速度為100mm/min的速度壓入管材環，插入椎體后，將被椎體完全綁緊的管材環的一端沿整個壁厚加工軸向長度為10mm的缺口，切割速度為10mm/min。加工完缺口后，將帶有椎體的試樣放入裝有表面活性溶液的水槽中，保持80±1℃的恒溫[9]。

1.3表征

利用圖像尺寸測量儀對制備的試樣每24h進行表面缺口尺寸測量，最后對缺口長度進行繪圖分析。

2. 結果與討論

2.1 PE100-RC與PE100混配料耐慢速裂紋增長性能比對

通過直觀對比與影像儀數據對比分析相同聚合工藝生產的PE100-RC與PE100的裂紋增長長度來分子兩種混配料的耐慢速裂紋增長性能，通過直觀的對比分析，PE100混配料相比PE100-RC混配料裂紋增長更快。圖1（a）所示為PE100-RC混配料耐慢速裂紋增長散點圖，通過回歸分析，其耐慢速裂紋增長速率為0.114mm/d;圖1（b）所示為PE100混配料耐慢速裂紋增長散點圖，通過回歸分析，其耐慢速裂紋增長速率為0.887mm/d，可以看出PE100-RC混配料耐慢速裂紋增長性能優于PE100混配料。

2.2 聚乙烯原料耐慢速裂紋增長性能對比

選取不同聚合工藝生產的聚乙烯原料，包括巴賽爾Hostalen工藝、北歐北星Bastar工藝、氣相法Innovene工藝。試驗歷時30d，通過直觀對比及影像儀數據分析，不同聚合工藝生產的聚乙烯原料耐慢速裂紋增長性能均不相同。如圖2所示，A為巴賽爾Hostalen工藝生產的聚乙烯原料，其耐慢速裂紋增長速率為0.763mm/24h;B為北歐北星Bastar工藝生產的聚乙烯原料，其耐慢速裂紋增長速率為0.964mm/24h;C為氣相法Innovene工藝生產的聚乙烯原料，其耐慢速裂紋增長速率為1.111mm/24h。

通過數據可以看出，3種聚合工藝中，巴賽爾Hostalen工藝生產的聚乙烯原料耐慢速裂紋增長性能最優，Bastar工藝生產的聚乙烯原料次之，氣相法Innovene工藝生產的聚乙烯原料耐慢速裂紋增長性能較差。

3結語

PE100-RC混配料比對PE100混配料及不同聚合工藝生產的聚乙烯PE100原料的耐慢速裂紋增長性能均不相同，PE100-RC混配料耐慢速裂紋增長性能優于PE100混配料。3種不同工藝聚乙烯原料耐慢速裂紋增長性能均符合國家標準要求，但巴塞爾Hostalen工藝生產的聚乙烯原料耐慢速裂紋增長性能最優，該研究對今后聚乙烯管材原料選取具有極大的參考價值。

參考文獻

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[9]? 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.聚乙烯管材耐慢速裂紋增長錐體試驗方法：GB/T 19279-2003[S].2003.