Page 36 - 2017物理第四期
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郭思敏, 等: 受火损伤后聚乙烯管道合乎使用评定方法与进展


            分, 以热暴露温度作为主要指标划分不同的热暴露                            烯在热氧作用下会产生自动氧化的过程, 导致各种
            区, 确定高分子材料受火或超温时所处的温度区间.                           力学性能下降.自动氧化过程以及力学性能下降都
            结合 API５７９ 中的三级评定原则, 首先对高分子材                        在一定氧化过程后才开始加快, 即存在一定的诱导
            料进行一级评定, 热暴露程度低的材料通过一级评                            期.氧化诱导期的长短受多种因素影响, 包括各种
            定后可继续服役, 热暴露程度较高的管材则需要进                            抗氧剂、 氧气压力、 环境温度等            [ ３７ ] .氧化诱导时间
            行二级甚至三级评定来确定其是否能够继续服役.                             可以作为快速评价聚合物热氧老化性能和各种抗氧
            可以先通过对不同热老化温度和时间条件下的热老                             剂效能的灵敏性指标, 其结果与物理力学性能指标
            化试样进行表征测试, 获取高分子材料在特定温度                            的测试结果基本一致.有研究发现, 交联聚乙烯材
            与时间下的损伤情况, 因为热老化环境的不同, 试样                          料在热和氧的联合作用下, 会发生化学降解并产生
            的老化速率也会有所不同, 再根据系列试验所取得                            自由基, 自由基作为催化剂引发链式反应, 造成交联
            的试验数据建立基础数据库.在实际评估过程中,                             大分子不断断键、 氧化降解, 氧化诱导时间的缩短反
            根据数据库中已有的相关参数或者根据已有参数进                             映了材料热稳定性和抗氧化能力的降低                  [ ３８ ] .
            行外推判定材料的损伤状况, 然后进行安全评定.                                ( ４ )微观结构
                 根据火灾后高分子材料性能综合评价的目的以                              材料的宏观性能变化是由其微观结构的改变所
            及高温后材料性能检测的可实现性, 可将高密度聚                            引起的, 并且只有微观结构变化到一定程度之后才
            乙烯管道高温后的性能以若干测试项目来表征.                              会反映到宏观性能上.因此, 在研究高分子材料的
                 ( １ )物理性能                                     老化时, 除了用某些宏观指标作为评价标准, 更应该
                 物理性能是评价材料老化最直观的指标, 主要                         采用一些微观分析方法, 根据微观结构的变化来比
            有表面表观变化( 如局部粉化、 龟裂、 产生斑点、 起泡                       较快速地表征高分子材料的老化程度                 [ ２７ ] .
            及变形等外观的变化)、 光学性能( 如光泽、 色变和透                            一些基团的红外特征吸收峰会随着老化过程的
            射率等)、 材料物理参数( 如相对分子质量、 相对分子                        进行而发生变化.通过对老化的试样进行红外光谱
            质量分布、 结晶度等        [ ３２Ｇ３３ ] ).                     分析, 测试试样基团的变化, 就可以掌握材料老化过
                 结晶度是表征聚合物性质的重要参数, 聚合物                         程的变化规律, 研究材料的老化情况               [ ３３ ] .伴随聚乙
            材料的一些物理性能和力学性能与其结晶度有着密                             烯的热氧老化, 其高分子链会发生断链和交联等行
            切的关系.结晶度愈大, 晶区范围愈大, 材料强度、                          为, 同时还会有含氧基团的产生, 反映到红外光谱上
            硬度、 刚度愈高, 密度愈大, 尺寸稳定性愈好, 同时耐                       主要体现在生成含羰基基团或双键基团.氧化产生
            热性和耐化学性也愈好; 但与链运动有关的性能如                            的羰基等含氧基团越多, 它的红外特征吸收峰强度
            弹性、 断 裂 伸 长 率、 抗 冲 击 性 能、 溶 胀 度 等 则 降              就越高.一般可以采用羰基指数来表征试样的热氧
            低 [ ３４ ] .高密度聚乙烯材料作为半结晶聚合物, 结晶                     化程度, 羰基指数的定义为: 与氧化老化特征有关的
            区与非晶区对材料力学性能有着非常重要的影响,                             羰基谱带( １７２０cm     －１ ) 的吸光度与不会因为热氧老
            可以通过测定老化前后结晶度的变化, 来评估材料                            化而改变的谱带( ２９２０cm         －１ ) 的吸光度的比值      [ ３９ ] .
            力学性能的改变        [ ３５ ] .                            有研究表明, 老化过程中, 羰基指数与材料力学性能
                 ( ２ )力学性能                                     大体上呈线性关系, 在一定老化条件时间范围内, 使
                 材料在工程结构中的应用, 必然要涉及强度, 因                       用衰减全反射傅里叶变换红外光谱( ATRＧFTIR ) 技
            而必须要研究其力学性能.材料的力学性能是评价                             术可以从聚乙烯老化前后化学结构的变化来推测其
            材料老化情况的重要性能指标, 主要有拉伸强度、 断                          力学性能的变化       [ ４０ ] .
            裂伸长率、 弯曲强度及冲击韧度等                [ ３ ６ ] .其中, 聚乙        ( ５ )显微断口
            烯管材的断裂伸长率是判断管材质量的一项重要指                                 利用扫描电子显微镜进行断口分析是可以将材
            标, GB１５５５８．１－２０１５ « 燃气用埋地聚乙烯( PE ) 管               料宏观力学行为和微观机制联系起来的有效手段之
            道系统 第 １ 部分: 管材» 中规定, 燃气用聚乙烯管材                      一.运用这一手段可以对受火前后的高密度聚乙烯
                                     [ ３１ ]
            的断裂伸长率应大于 ３５０％              .                      材料进行断口形貌的微观分析, 归纳和总结材料典
                 ( ３ )氧化诱导时间( OIT )                            型的断口形貌特征及其随外界条件的变化规律, 判
                 受火时, 聚乙烯管道发生的是热氧老化.聚乙                         断试样的老化程度.
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