钢骨架聚乙烯塑料复合管道失效形式浅析.pdf

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1、2016年6月建材与装饰质检·研究钢骨架聚乙烯塑料复合管道失效形式浅析肖潇（福建省产品质量检验研究院福建福州350000国家塑料制品质量监督检验中心（福州）福建福州350000）摘要：钢骨架聚乙烯塑料复合管道作为新型复合管道，兼备了聚乙烯管和钢管两者优异特性，具有广阔应用前景。但由于其特殊结构，管材管件成型困难，应力分布复杂，产品失效形式多样，目前尚未形成系统的失效分析体系。本文对复合管和复合电熔管件的几种主要失效形式进行了概述，为该产品安全性能评定提供一定理论基础。关键词：钢骨架；聚乙烯；复合管；复合电熔管件；失效形式中图分类号：TB33文献标识码：A文章编号：1673-00

2、38（2016）23-0067-02钢骨架聚乙烯塑料复合管（以下简称：复合管）是以表面经过大应力与温度、载荷和受载时间有关。承压一段时间后，即便在特殊工艺处理的钢丝按经、纬方向点焊成网作为增强相，管内外室温及相对较低的应力条件下，复合管中某些部位聚乙烯也会壁均以高密度聚乙烯为基体，采用真空挤塑技术与塑料拉膜技发生塑性变形，并向外扩展。这一现象通常发生在拉应力最大的术加工而成的新型复合管。它兼备了塑料管的重量轻、防腐、绝区域，此时管道横截面突出或膨胀，从而诱发塑性破坏。缘、不结垢及钢管的刚性、耐温性、抗蠕变性等优点，因此具有广1.3环境应力开裂失效阔的应用前景，被列入“国家级科技

3、成果重点推广计划”[1]。依据聚乙烯晶态结构模型，聚乙烯在低应力状态下通过分子钢骨架聚乙烯塑料复合管件（以下简称：复合管件）一般为电链的解缠，会发生慢速裂纹增长（SCG）而造成的破坏。SCG的过熔管件，主要采用钢板经冲压卷焊成增强骨架，再注塑加工成程分为两个阶段：第一个阶段是开裂引发。在应力集中点形成银型，钢骨架镶嵌在聚乙烯塑料中，具有抗蠕变性能较高、强度高、纹区。第二个阶段是银纹区中材料全部断裂，形成裂纹。当裂纹寿命长、气密性好的特点。电熔管件连接是镶嵌在管件中连续缠失去稳定性而发生扩展，贯穿管壁，管道便失效破坏[6]。慢速裂纹绕的电阻丝通电加热后，使复合管外壁和复合管件内壁

4、的聚乙增长通常缘于应力集中点，如果材料存在缺陷，例如材料内不规烯熔化，形成密闭压力熔池，再经过冷却后达到完全融合的过程整处、裂纹或缺陷处等，受力时材料内部的应力平均分布状态将[2]。复合管连接方式主要分为法兰连接和电熔管件连接两种，因发生变化，使缺陷附近局部范围内的应力急剧地增加，远远超过电熔管件连接的施工操作可基本实现自动化，能极大减少人为应力平均值，这些地方就会成为材料破坏的薄弱环节，严重地降因素的影响，在复合管的连接中应用更为广泛。低材料的强度[7]。复合管中引入了钢骨架，钢骨架周边容易形成由于复合管道的研制开发时间不长，结构比较复杂，目前在应力集中点，并增加了环境介质（

5、空气等），加速了分子链的解国内和国外，还没有对该产品的失效形式进行系统性的研究。本缠。因此，要求复合管中聚乙烯材料具有更加优良的耐环境应力文着重分析复合管和复合电熔管件的主要失效形式。开裂性能。1钢骨架聚乙烯塑料复合管的失效形式比利时BECETEL管材管件研究中心对复合管耐快速开裂所谓失效，主要指由于产品的尺寸、形状或材料的组织与性性能进行了测试，结果表明在较高压力下，虽然能够导致与复合能发生变化而引起的构件不能完满地完成指定的功能。复合管管对接的纯塑料管产生快速开裂，但开裂传播到复合管处即停的失效形式主要有以下几种：滞，即威胁纯塑料管的快速裂纹增长的危险不可能在复合管中出现[

6、8]。1.1弹性失效在弹性理论中所研究的理想弹性体，即材料的变形是应力的1.4腐蚀失效单值函数，并且在载荷取消后变形即消失。根据弹性失效理论，复合管中聚乙烯层，在使用中不仅能够承受一定的外载荷，复合管内壁超过该材料的实际屈服点（即丧失弹性进入塑性）更重要的是其优良的耐化学性，能抵御腐蚀起到保护钢骨架的时，就认为已经失效而不能使用。它考虑了复合管内壁屈服后可作用。聚乙烯是非极性的饱和脂肪烃长链聚合物，对水与各种化学试剂呈现惰性[9]，但对于聚乙烯层中的非晶区，由于分子链排能产生微裂纹并使材料的抗腐蚀性下降。这对于石油、化工等接触腐蚀性介质的复合管尤为重要。此外内壁材料的屈服变形后

7、列不够规整容易被部分溶剂或气体侵入，从而与钢骨架接触，腐还能引起材料的应变硬化，损失塑性，减少塑性储备[3]。蚀钢骨架。因此，复合管在用作化工输送管道时，应对复合管耐1.2塑性失效化学性和气体渗透性进行深入研究。塑性失效准则：复合管内壁达到屈服后，并不会马上导致复1.5耐老化性能合管的破坏，只有塑性区不断向外扩展至外表面，使整体屈服复合管在长期使用中，由于外界因素（热、光、氧、电、水分、辐后，才最终发生破坏。孙红镱等[4]对钢骨架塑料复合管的长期静照等）的作用会使聚乙烯分子链断裂或被激发产生