[分析影响PE管材发生慢速裂纹增长的因素及防治对策]结晶裂纹的影响因素
时间：2019-04-18 03:31:02 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：阐述了PE管材发生慢速裂纹增长的破坏形式，并对导致PE管材发生慢速裂纹增长的因素分别从内部分子构造即外部使用两方面进行了分析，同时针对性地提出了一些防治对策。
关键词：PE管材；慢速裂纹增长；防治对策
Abstract: the article discusses the PE pipe happen slowly crack the destroy form of growth, and lead to PE pipe happen slowly crack growth factors respectively from the molecular structure that is external use within two are analyzed, and pointed out some countermeasures to prevent and control.
Keywords: PE pipes; Slowly crack growth; Countermeasures to prevent and control
中图分类号：TG335 文献标识码：A 文章编号
PE管材相较金属管，有着明显的优势，它的耐腐蚀性强、有优良的卷曲性和柔性易于安装，而且成本低，在当前低碳经济环境下，更显节能环保的特点，尤其在输送液体比如水管和燃气输送管上，优势显著。目前，国内外大都广发将PE管材逐步取代金属管。因此，针对PE管材发生慢速裂纹增长的现象，有必要为了延长其使用寿命，对其结构进行研究，以便有效提高PE管材的耐慢速裂纹增长性能。
一、PE管材发生慢速裂纹的形式
1、PE管材的结构
PE发生慢速裂纹与其结构有息息相关，因为它是一种半结晶材料，所以，一般情况下，在室温高于PE管玻璃化转变温度(一27℃)时，其无定形状，呈橡胶态。其基本骨架即由不同厚度片晶构成的晶区，以及连接这些片晶的无定形区 的纵横交错的分子组成。所谓的慢速裂纹增长，从其结构上看即在较低应力的条件下发生的分子链滑移，这也是造成PE管发生慢速裂纹的主要原因。
2、PE管材的破坏形式
PE管慢速裂纹主要以韧性破坏、脆性破坏和氧化破坏3种形式。其中，在实际使用的过程中，以脆性破坏为最主要的表现形式，导致脆性破坏的原因主要是因为PE管在较低应力的条件下，引起了慢速裂纹扩展。是管材在实际使用过程 中发生破坏的主要形式，是由在较低应力条件下引 起的材料慢速裂纹扩展所致。
二、影响PE管材发生慢速裂纹增长的因素
1、内部因素
影响PE管材产生慢速裂纹的主要因素即其分子结构参数，如上文所述，分子链滑移导致了管材内部结构发生了变化，进而导致了PE管产生了裂纹，所以从这个意义上说，分子链解缠是PE管材发生慢速开裂的真正原因。为此，笔者针对PE管分子结构参数分别进行了分析，对分子数量、分子量、分子量分布、支化密度，以及支链分布和片晶厚度、片晶间距等进行了具体分析，经过分析发现系带分子数量、状态和片晶厚度以及其完整性是导致PE管慢速裂纹增长的主要因素，就此进行相应的探讨。
（1）系带分子数量的影响
系带分子即指贯穿两个以上片晶区域的分子，其数量是影响PE管料发生慢速裂纹增长的主要因素。理论上讲，系带分子越多，对于承受同一应力，平均分担的应力就相对较小，因此从这个角度上说，系带分子越多，对PE管材的耐开裂性越好。这与一根筷子容易折断，十根筷子不易折断是一个道理。
因为系带分子的形成与分子量和片晶间距有关，因此要使系带分子数量增大，就应尽可能提高分子量数量，延长分子链的距离，同时缩减片晶间距，这是形成大量系带分子的途径。
（2）片晶的影响
片晶间距越小则系带分子越多，由于，片晶间距是由支化点间距决定的，因此，支化点越密，片晶间距越小，产生的系带分子也就越多。同时，片晶的厚度也决定了系带分子的抗解缠能力，因此片晶越厚，系带分子对解缠的抵抗能力也就越强。另外，片晶是否完整也对PE管材的耐慢速裂纹增长有重要影响，片晶越完整，其抗耐性越强，因此应尽量保证片晶的完整性。
（3）支链的影响
支链对PE管的耐慢速裂纹增长体现在三方面：①共聚单体的种类；②支化密度；③支链分布。具体阐述如下：
①共聚单体的种类
PE管从化学成分上讲是聚乙烯，因此从丙烯到辛烯会随着共聚单体碳链长度的增加，其耐慢速裂纹增长能力也将逐渐提高。但是，所谓过犹不及，共聚单体的碳链长度不应超过8个碳以上，因为若超过这个标准，当系带分子从晶区拔脱时，支链便反转，无法起到阻碍作用了。
②支化密度
支化密度越大，系带分子就会链接更多的短支，拔脱时的阻力就越大，这直接提高了PE管材的耐慢速裂纹增长能力。当然，支化密度同样不能太大，因为它直接影响着片晶的厚度，若一度追求支化密度，势必顾此失彼，让片晶厚度降低，所以应保持在片晶厚度不受影响的情况下增加支化密度。
③支链分布
PE管材发生慢速裂纹增长同样受到支链数量以及支链的空间分布影响。经过研究发现，当支链呈双峰型分布时，所有短链都接枝在长链分子上，可以有效的抵抗PE管材的慢速裂纹增长。
（4）分子量及其分布的影响
分子量越大，则与之对应的分子链也就越长，分子链越长，形成系带分子的可能性就越大，进而形成的系带分子也就越多，因此有效提高了PE管材的耐慢速裂纹增长。与此同时，分子量越大，更长的分子链就能穿过更多的晶区，如此再次提高了分子结构的稳定性，有效地提高了PE管材发生慢速裂纹增长的抵抗能力。
当然，分子量的数量是有限的，并且分子链也不宜过长，如果分子链过长，则会对加工工艺带来诸多不利因素，比如过程的分子量会导致熔体流动指数降低。
2、外部因素
PE管材发生慢速裂纹增长，除了内部因素这一主要因素外，外部的环境对其也有一定的影响。比如PE管材加工工艺的是否科学、方法是否正确、质量是否达到设计标准等。
另外，在实际的使用中，方法是否得当也对PE管材发生慢速裂纹增长有着重要影响。例如，在PE管道热熔接口的施工过程中，施工人员应做好避阳工作，防治阳光对PE管直射。PE管属于塑料，过高的问题会让其内部分子在一定程度上产生改变，从而直接导致PE管材发生慢速裂纹增长。因此，在施工中一定要对温度进行相应的控制，必要时可选择夜间进行施工。
与此同时，在PE管道填砂时也应注意，因为这道工序极易造成对PE管材接口纵向回缩，所以在施工中应严格按照《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》中的要求进行填砂，以免埋下隐患。
对于影响PE管材的外部因素还有很多，比如在使用过程中，其所承载的载荷等情况，但是，相对于其内部分子来说，这些外部影响因素都相对较弱。
三、防治PE管材发生慢速裂纹增长的对策
防治PE管材发生慢速裂纹增长，即主要工作是改变其内部分子结构上，即深入研究PE管材的工艺技术，努力提高其耐慢速裂纹增长性；以此同时，在使用过程中，应有效控制可能引起PE管发生慢速裂纹增长的一系列因素。
（1）内部防治对策
目前，国内外众多研究部门都选择PE管材的化学聚合改性为突破口，制备高性能的PE管专用材料，进而提高PE管材的耐慢速裂纹增长功能。值得一提的是，通过改变加工条件来改变PE管内部分子机构，即改变聚合物的凝聚态结 构，其方法不但较使用，而且在优化材料性能上效果显著。
详细地说，即在聚合物加工过程中使用振动力场的方法。经过振动挤出的PE管材结晶度得到了提高，而且熔点也相应的升高，尤其其片晶较完善，且晶片变厚，这都是提高PE管材耐慢速裂纹增长的显著标志。
（2）外部防治对策
有效地控制外部因素对PE管材发生慢速裂纹增长的影响，是延长PE管材寿命必不可少的组成部分，因此在使用PE管时应按照相关文件的要求，严格履行操作方法，并注意外部环境可能对其造成的影响，比如温度、接口填砂等工序，尽可能地让外部因素对PE管发生慢速裂纹增长的因素降至最低。
总结：
PE管材的应用已经越来越广，因此，对其控制发生慢速裂纹增长的影响内部工艺因素和外部因素，提出了更多、更高的要求，了解PE管的结构特点，从化学角度入手，是有效防治PE管材发生慢速裂纹增长的重要切入点。
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注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
