塑料管材的性能检测

塑料管材的性能检测1概述1.1管道的三种破坏形式和长期强度预测曲线1.1.1管道的三种破坏形式（如下图所示）：阶段I为韧性破坏，是由于内压过高造成管材屈服而破坏阶段。阶段II为脆性破坏，是管材在低于屈服强度的应力水平下，由于裂纹的慢速增长而破坏阶段。阶段Ⅲ为化学破坏，是由于化学稳定体系耗尽，分子结构遭到破坏，材料丧失力学强度而破坏，所以其破坏时间与应力水平无关。塑料管材的性能检测塑料管材的性能检测1.1.2长期强度预测曲线从曲线中可以看到不同应力、不同温度下管道的破坏时间和破坏形式是不同的，这样就为我们进行生产检测提供了依据。特点：A低温时50年甚至100年都不发生脆性破坏。B随着时间的延长在条件发生变化时可能发生脆性破坏塑料管材的性能检测1.2检测的目的1.2.1通过一些方法手段规则来测量产品的性能指标，看看是否达到要求，是否合格。A试验方法是设计出来的，不是万能的；B试验方法有适用性和局限性；C试验方法有时效性D试验方法必须具有可操作性；E试验方法必须经过试验认证。塑料管材的性能检测1.2.2前几年一些认识上的误区A爆破压力与质量B长期性能C进口原料、进口设备、控制壁厚D委托检验与出厂1.2.3现在还存在的一些问题A符合标准出厂性能指标就是合格B适用性检验C脆性破坏检验长期性能并不是唯一需要考虑的问题(PE80、PE100区别)D化学破坏塑料管材的性能检测1.3塑料管道应该检测什么1.3.1检什么韧性破坏（长期强度）脆性破坏（裂纹快速增长、慢速增长）老化和化学破坏（DSC、碳黑等）适用性1.3.2如何检韧性破坏：从破坏形式上看首先要检控制点试验的韧性破坏，目的是通过控制点这个长期曲线中的特征点来验证曲线中的性能得到了保证。脆性破坏：1）聚稀烃的慢速裂纹增长184762）PVC的C环法3）焊接的各种剥离试验塑料管材的性能检测4）GB/T19280的S4试验5）全尺寸试验6）其它如PVC落锤、PP-R的摆锤化学破坏：1）DSC2）87603）老化适用性：1）系统耐压2）冷热水循环3）压力循环4）弯曲（弯曲模量大于200Mpa）5）拉拔试验6）负压试验、气密性、水密性塑料管材的性能检测1.3.3各种检测方法的适用性和局限性DSC与8760Fs与S4SCG与各种剥离及C环法14152与19473维卡与粘度塑料管材的性能检测2最重要的二项检验：耐压、环刚度2.1耐压试验2.1.1管道耐内压试验的原理与方法给管道内流体（水）施加一定的压力，使管道产生一定的应力（诱导应力），看在此应力作用下管道的破坏时间是否达到前述的预测强度参数曲线的要求。用不同的控制点试验来证明管道合格与否。通过对管道内介质施压来使管道产生应力的方法实际上和拉力机对样品的拉伸是一样的，只不过方式不同。进行长期内压试验时相当对试样施加一个低于屈服强度的长期应力，等于进行恒力试验。而爆破试验就相当于平常的拉伸试验。管道耐内压试验时的试验压力由试验时环向应力（诱导应力）和管道的结构尺寸决定，具体为：P=2бe\D-e塑料管材的性能检测对管道内压力状态下的应力分析:塑料管材的性能检测塑料管材的性能检测所以无论什么管，试验压力为多少，σ环=2σ轴，这就是为什么管材设计都是以环应力为设计应力的原因。就是说管道在受内压时的破坏形式永远是纵向裂纹，也就是说永远是σ环起作用。这就是试验时以环向诱导应力做为计算的依据。塑料管材的性能检测2.1.2其它形式的耐压试验爆破试验：对管道在60S-70S内连续地线性（近似）地施加压力（应力）直到爆破的试验，此试验就像拉伸一样，其破坏时的环应力拉伸强度接近，此试验主要针对复合管。现在需要做爆破的有：（1）铝塑复合管GB/T18997（2）钢丝增强PE管JT/T189（大流量、持续的线性的供给压力）（3）玻璃钢管YT/T6267（压力非常高大约100——200MPa）（4）RTP复合管、API（压力高，大于100MPa）塑料管材的性能检测2.2无压管道（埋地）的力学性能——环刚度无压管道的力学测试有环刚度、环柔度、缝拉伸、剥离、蠕变比率等。相应标准为GB/T9647、ISO9969、ASTMD2412、DIN16961等。2.2.1环刚度定义环刚度测试是无压管最主要的设计和测试指标，就像有压管道的耐内压试验一样。定义：单位长度垂直变形单位尺寸所需的力(kN)通过环刚度测试来确定管道能否长期在埋地受外力情况下保持形状不发生大的变化。塑料管材的性能检测2.2.2理论基础根据结构力学,管材在受到垂直力作用下的径向变形Y=0.149FR3/EI式中:F——力R——半径E——弯曲弹性模量I——惯性矩由此PS=EI/D在中国及ISOPS=EI/D3,而在德国PS=EI/R3FEI=0.149R3——=0.149R3(PS)YEI0.149R3F0.149R3FFSR=——=——————=——————=0.018635——D3D38R3YL塑料管材的性能检测EIEe3e3SR=——=——————(I=————)D312D312EIEe3ESR=————=——————=——————(1-U2)12(1-U2)D312(1-U2)SDR3U：0.4(3min)0.46(1000h)0.48(50年）2Ee外部临界压力P=———（——)3=24SR1-U2D塑料管材的性能检测2.2.3测试原理与方法某一特定样品环刚度是“可以计算出来的”，但针对于每一个不同的样品可以按相关标准规定对管道施外压力,通过内径的变化与施加外力的关系来测量环刚度。塑料管材的性能检测2.2.3.1公式:GB/T1002.3-96:0.01985()塑料管材的性能检测2.2.3.2注意问题(1)GB/T9647-88中的“耐外负荷试验”不是现在意义上的环刚度试验，其数值与现在的环刚度大约差50倍。（2）在玻离钢管中也是这个公式按ASTMD2412，但同时有刚度因子0.149r3。塑料管材的性能检测（3）尽管当时有GB/T9647，但在新9647-2003出来之前产品标准均未按此方法来表述，而是在产品标准中单独规定测试方法，如：GB/T1002.3-96：GB/T16800-97：YD/T841-96：塑料管材的性能检测（4）在上述相关标准中早期按5%变形量测试环刚度（GB/T1002.3、YD/T841）此时系数为0.01985,但GB/T16800是按3%变形来测量环刚度（系数0.01935），实际上就是现在的GB/T9647（9969）。（5）3%变形与5%变形测量时原理是一样的，因此时都在“弹性段范围内（实际上环刚度就应该是曲线斜率），但由于塑料的拉伸和压缩线性段非常小，而且其弹性段并不规范（不是绝对的线性），所以3%测量与5%测量时所对应的力并不“绝对”线性。必须调整系数（0.01935、0.01985)这就是现行标准环刚度公式的来由。（6）我国现行标准GB/T9647是按照环刚度与直径立方成反比（EI/D3）来表术的，而德国标准DIN16961是按与半径立方（EI/r3)成反比表述的，所以两者相差大约8倍（德国标准中的环刚度数值比较大，如125）。在测量时我国及ISO按恒速方法测量，而DIN中按恒负荷测量（24小时）。在试样尺寸方面我国及ISO为0.2d加三个完整的波峰波谷，而DIN为5个完整的波峰波谷。塑料管材的性能检测（7）玻璃钢管GB/T21238中环刚度的表述为N/m2(Pa)，而不是KN/m2(KPa)，分级也不一样为125025005000和10000。它们也是按照3%的变形量来测量的即0.01935（F/△YL）。（8）所有标准中均要求测量环刚度时用内径测量的方式，但小口径实壁管内、外径测量影响不大，而大口径结构壁管影响很大。（9）现有些产品如JT/T225单个波峰波谷之间距离大（可达210）又不能切的很平，所以试样尺寸远大于0.2D，所以试验力会很大，同时要求机器必须加宽。（10）玻璃钢管（GB/T21238）测量环刚度时由于它的弹性段很长又需要进行初始挠曲性的测试（10000N/m2)系列的挠曲性可达15%，所以力更大，一般可达10——20吨。（11）环柔度试验，上述玻璃钢管的挠曲性其实也是环柔度，其它塑料管的环柔度（扁平）要求做到30%的变形（原来要求50%），但由于其弹性段比玻璃钢管小的多，所以30%至50%时的力也比玻璃钢的小。塑料管材的性能检测（12）试验力的估算：当刚度为8kPa，1m内径3%时300毫米长时4kN左右（实际上应为3.72KN左右）。当条件发生变化时（刚度、直径、变形量、试样长度）可相应估算出试验力值。3%时1m内径8KPa刚度：1/0.011935=51.68*0.09=0.465*8=3.72KN相对于5%变形时：1/0.1985=50.4*0.015=0.756*8=6.048KN（13）实际试验时为保证能够测到要求变形量时的力应将变形量设置的大一些；有些不能进行自动运算的机器可按上述的公式大概计算进行合格与否的评判。试验数量大时也可自行设定某一力值下限作为合格与否的评判。（14）蠕变比率试验（GB/T18042）变形与时间的系数曲线线性回归相关系数0.990.999……两年塑料管材的性能检测3适用性试验3.1冷热水管道系统适用性要求3.1.1PE-X、PP、PE-RT、PVC-C和铝塑复合管材、管件的系统适用性要求项目PE-XPPPE-RT热熔PE-RT机械连接PVC-C铝塑复合管搭接焊式铝塑复合管对接焊式系统静液压试验YYYYYNN热循环试验YYYYYYY循环压力冲击试验YNNYNYY弯曲试验YNNYNNN耐拉拔试验YNNYNYY真空试验YNNNNYY注：Y-需要试验；N-不需要试验塑料管材的性能检测3.1.2聚丁烯（PB）管材、管件的系统适用性要求项目热熔承插连接电熔焊连接机械连接系统静液压试验YYY热循环试验YYY循环压力冲击试验NNY弯曲试验NNY耐拉拔试验NNY真空试验NNY注：Y-需要试验；N-不需要试验塑料管材的性能检测3.2弹性密封圈连接型管道系统适用性要求3.2.1PVC-U给水管材弹性密封圈连接系统适用性要求项目PVC-U给水管（GB-T10002）连接密封试验Y偏角试验aY负压试验aY注：Y-需要试验；N-不需要试验a-仅适用于弹性密封圈连接方式塑料管材的性能检测3.2.2PE、PVC-U管材弹性密封圈连接系统适用性要求项目PE双壁波纹GB/T19472.1PE缠绕结构壁GB/T19472.2PVC-U双壁波纹GB/T18477.1PVC-U双层轴向中空壁GB/T18477.3PVC-U无压埋地排污、排水GB/T20221内部静液压试验低压0.005MPaYYYYY内部静液压试验高压0.05MPaYYYYY内部负气压试验一0.03MPaYYYYY注：Y-需要试验；N-不需要试验塑料管材的性能检测3.2.3PVC-U排水用管材弹性密封圈连接系统适用性要求项目PVC-U建筑排水用(GB/T5836)PVC-U排水用芯层发泡(GB/T16800)水密性试验YY气密性试验YY注：Y-需要试验；N-不需要试验塑料管材的性能检测3.3系统适用性试验介绍3.3.1冷热水循环试验原理：管材和管件按规定要求组装并承受一定的内压，在温度交替变化规定次数后，检查管材和管件连接处的渗漏情况。试验介质：管内为水，管外为空气。试验条件：（以PP管为例如下）塑料管材的性能检测塑料管材的性能检测3.3.2压力循环冲击试验原理：管材和管件按照规定要求组装并通入水，在一定温度下向其施加交变压力，检查渗漏情况；试样：应包括1个或多个长度为10dn的管段以及1个或多个管件；试验设备：水锤试验机。冲击条件（以PE-X为例）:最高试验压力/MPa最低试验压力/MPa试验温度/℃循环次数循环频率/（次/min）试样数量1.5±0.050.1±0.0523±210000≥301测试要点：1、温度控制；2、压力控制。塑料管材的性能检测塑料管材的性能检测3.3.3耐拉拔试验GB/T15820-1995；原理：在规定的温度下，将管材与等径或异径直通管