高密度聚乙烯原料耐慢速裂纹增长性能探究

陶岳杰 张作源 朱东杰 李俊光

摘要：聚乙烯管材的三大重要性能指标：MRS值、耐快速裂纹扩展、耐慢速裂纹增长。耐慢速裂纹增长性能是聚乙烯管材是否能够长期使用的决定性因素。实验利用耐慢速裂纹增长椎体实验法，探究不同聚合工艺的聚乙烯原料的耐慢速裂纹增长性能的优劣。研究表明，PE100-RC原料相比PE100原料耐慢速裂纹增长性能更优。不同聚合工艺的PE100原料耐慢速裂纹增长性能大不相同。

关键词：高密度聚乙烯聚合工艺耐慢速裂纹增长椎体实验法;

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，簡称“HDPE”，是一种结晶度高、非极性面呈一定程度的半透明状。高密度聚乙烯具有优良的耐大多数生活和工业用化学品的特性[1，2]。高密度聚乙烯多应用于给水、燃气等集输塑料管道中，全球现有聚乙烯生产工艺11种。如Hostalen工艺、北欧化工Bastar工艺、气相法Innovene工艺等[3]。

耐慢速裂纹增长性能代表着塑料管道在长期承受内压条件下是否可以长期使用，塑料管道的破坏形式分为脆性破坏、韧性破坏及化学破坏[4]。脆性破坏机理为耐慢速裂纹增长性能所引起的破坏。所以，耐慢速裂纹增长性能是代表材料的长期安全使用寿命的性能[5]。耐慢速裂纹增长椎体试验方法[6-8]，是一种测定聚乙烯管材耐慢速裂纹增长的试验方法，该方法主要为在聚乙烯管材上切去一段额定长度的管环，在管环一段切开一个缺口，将其浸渍在恒定温度的活性溶液内，测量缺口处扩展的速率。本文利用不同生产工艺的聚乙烯原料生产的管材，通过椎体法试验不同原料管材的耐慢速裂纹增长性能。

1试验过程

1.1试验主要原料与仪器

原料：PE100-RC原料（北欧北星Bastar工艺）、PE100混配料（北欧北星Bastar工艺）、聚乙烯PE100原料（北欧北星Bastar工艺、巴赛尔Hostalen工艺、气相法Innovene工艺、）

仪器：巴顿菲尔·辛辛那提挤出机、恒温水浴锅（承德金建检测仪器有限公司）、耐慢速裂纹增长椎体试验机（承德金建检测仪器有限公司）、图像尺寸测量仪（基恩士中国有限公司）。

1.2 样品制备

将不同原料生产成dn25-dn40规格的管材，将与管材相同规格的椎体以速度为100mm/min的速度压入管材环，插入椎体后，将被椎体完全绑紧的管材环的一端沿整个壁厚加工轴向长度为10mm的缺口，切割速度为10mm/min。加工完缺口后，将带有椎体的试样放入装有表面活性溶液的水槽中，保持80±1℃的恒温[9]。

1.3表征

利用图像尺寸测量仪对制备的试样每24h进行表面缺口尺寸测量，最后对缺口长度进行绘图分析。

2. 结果与讨论

2.1 PE100-RC与PE100混配料耐慢速裂纹增长性能比对

通过直观对比与影像仪数据对比分析相同聚合工艺生产的PE100-RC与PE100的裂纹增长长度来分子两种混配料的耐慢速裂纹增长性能，通过直观的对比分析，PE100混配料相比PE100-RC混配料裂纹增长更快。图1（a）所示为PE100-RC混配料耐慢速裂纹增长散点图，通过回归分析，其耐慢速裂纹增长速率为0.114mm/d;图1（b）所示为PE100混配料耐慢速裂纹增长散点图，通过回归分析，其耐慢速裂纹增长速率为0.887mm/d，可以看出PE100-RC混配料耐慢速裂纹增长性能优于PE100混配料。

2.2 聚乙烯原料耐慢速裂纹增长性能对比

选取不同聚合工艺生产的聚乙烯原料，包括巴赛尔Hostalen工艺、北欧北星Bastar工艺、气相法Innovene工艺。试验历时30d，通过直观对比及影像仪数据分析，不同聚合工艺生产的聚乙烯原料耐慢速裂纹增长性能均不相同。如图2所示，A为巴赛尔Hostalen工艺生产的聚乙烯原料，其耐慢速裂纹增长速率为0.763mm/24h;B为北欧北星Bastar工艺生产的聚乙烯原料，其耐慢速裂纹增长速率为0.964mm/24h;C为气相法Innovene工艺生产的聚乙烯原料，其耐慢速裂纹增长速率为1.111mm/24h。

通过数据可以看出，3种聚合工艺中，巴赛尔Hostalen工艺生产的聚乙烯原料耐慢速裂纹增长性能最优，Bastar工艺生产的聚乙烯原料次之，气相法Innovene工艺生产的聚乙烯原料耐慢速裂纹增长性能较差。

3结语

PE100-RC混配料比对PE100混配料及不同聚合工艺生產的聚乙烯PE100原料的耐慢速裂纹增长性能均不相同，PE100-RC混配料耐慢速裂纹增长性能优于PE100混配料。3种不同工艺聚乙烯原料耐慢速裂纹增长性能均符合国家标准要求，但巴塞尔Hostalen工艺生产的聚乙烯原料耐慢速裂纹增长性能最优，该研究对今后聚乙烯管材原料选取具有极大的参考价值。

参考文献

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[9]  中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.聚乙烯管材耐慢速裂纹增长锥体试验方法：GB/T 19279-2003[S].2003.