缆索包敷材料HDPE的耐候性研究.doc

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1、个人收集整理勿做商业用途缆索包敷材料HＤPE的耐候性研究摘要:缆索的防护对斜拉桥至关重要,本文对武汉长江公路桥缆索采用的包敷材料HDPE的耐候性进行了研究,认为其力学性能良好，化学性能稳定，按断裂延伸率评定其寿命为25年。文中还用XPS和NMＲ谱分析法对ＨDPE老化机理、晶态变化进行了分析，对防老化提出了建议，为工程应用奠定了基础。1HDＰＥ的物理力学性能和耐化学药品性五环长江公路二桥采用联邦德国Hｏsｔaｌeｎ厂生产的HDＰＥ粒料,自行加工挤塑成缆索护套,其物理力学性能测试结果见表1。由于护套在缆索受力时随钢缆一起变形,护套HＤＰE的应力σ’与钢缆应力σ之间关系为：σ’

2、=σE’/Ee　　　　（１)式中：σ为钢缆应力,其值为30７～41０MPａ;Eｅ为钢缆等效弹性模量，其值为(1.619~１.998)×１０５MＰa;E’为ＨＤPE的弹性模量,其值为920MＰａ。由式（１）可知，ＨDPE护套应力仅为1.５~2.0MPａ,远小于其屈服强度22.85ＭPａ,护套的厚度主要由其耐候性及施工时不被擦破而定。表1HDPE物理力学性能指标及测试结果ＨDPE物理力学性能指标及测试结果熔融指数　　g/１0min标准HG2-1171－77：要求<0.2，实测０.0６密度g/cm3标准GB1058-86:要求0.942~０.955,实测0.95０屈服强度MPa

3、标准GB1040-79：要求>20，实测2２．86断裂延伸率%标准GB1０40-７9:要求>6０0，实测７３６抗拉弹性模量ＭPａ标准ＧB１0４0-７9，实测920邵式硬度　HＤ标准GB2411-80：要求＞59，实测60.７维卡软化点℃标准ＧB1633-7９：要求>１15，实测119脆化温度　℃标准GB547０-8５:要求<－70,实测-76冲击强度kＪ/m2标准GＢ104３-79:要求>16，实测4１.2１00℃1６8h烘箱老化屈服强度保留率　%标准ＧB1０40-79:要求>85，实测９8断裂延伸率保留率％标准GB1０4０-７９：要求>85，实测94炭黑含量　%标准AS

4、ＴMD1603-83:要求２．３±0．3炭黑分散度（显微镜法)标准BS２782.８23AＢ,实测3级炭黑粒度1０-9ｍ要求<30,实测＜3０吸水率标准GB１034-86：要求<0．0１，实测＜0．01笔者用5种化学药品浸泡ＨDPE试样１0０d，测试结果见表２。由表２知，HDPE可耐酸、碱等腐蚀,化学稳定性优良。表2ＨＤPE浸渍化学药品后性能变化浸渍液重量变化率％拉伸强度保持率%HCｌ(10％)1.23９7１06NaOＨ(30%)－0．２59６96H2SO4(5０％）－0.172993酒精(50%)1.６798丙酮１.41８97个人收集整理勿做商业用途2HDPE耐候性试验按

5、GB1040-79从护套上取样，刨削加工成厚2mm的试件进行试验。2.１大气暴露试验太阳光紫外线部分随季节变化，下半年有30０nm以下紫外线辐射，其能量396.9kJ/mｏｌ与C-H接合键能414.5kＪ/ｍｏl十分接近,它可切断PE分子链引发氧化反应。因此,笔者在夏季高温月份投样试验，按GB3681-83标准进行，试验结果见图1。2．２氙灯老化试验由于长弧氙灯光谱十分接近太阳光谱，笔者采用Sｈd－1型氙灯老化机,按ＧＢ９３44-8８标准进行试验。根据武汉气候特点及用户意见,确定试验时黑板温度(70±５）℃,相对湿度85±5%，降雨周期１8/1０2miｎ,试验结果见图1。

6、由图1可看出,自然暴露8个月试件的屈服强度与人工老化6０h屈服强度相当。人工老化2080h,按此可相当自然暴露23．1年,这时护套的屈服强度为17．92MＰa,为未老化时屈服强度的78.6%。这与Hoｗａrｄ对含有炭黑的HDPＥ在美国新泽西州的默里山丘进行２0年，大气暴露试验和人工老化试验,得到的评价公式tａ=150＋ｔｎ2.4计算的结果相似（式中ｔｎ为大气中暴露的年数,ｔａ为人工老化试验的时数）,按此式，人工老化试验2080h相当于自然暴露2３．３8年。在氙灯老化试验时，笔者还直接用剖分的护套为试件进行了试验。5mm厚的试件受光面与背光面温差7℃，照射１2８０h后，受光

7、面出现浅的鱼鳞状波纹；8mm厚的试件受光面与背光面温差10℃,受光面温度达８0℃，照射1６00h后试件翘曲,受光面皱折，局部有碳化现象,表层较脆，这反映除光降解外,还有局部灼热造成的热氧化降解。据天津永和桥实测,缆索包敷黑色HＤPE套向阳(受光）面与背阴(背光）面温差１８℃,其内钢丝温差1０℃，而长江公路桥，最长缆索为23０m左右，按此温差，则温差应力不容忽视,它将使缆索弯曲,加速HＤPE套的老化。美国P－K桥采用白色聚氯乙烯自粘带缠在渗炭黑的PE管外进行防护，从而使PＥ管受日照的温度降低了25℃，但聚氯乙烯易降解老化，笔者建