模拟受火损伤对高密度聚乙烯管材热性能的影响.pdf

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1、第54卷第3期2017年6月化工设置与管落PROCESSEQUIPMENT&PIPING、，01．54No．3Jun．2017·管道与管件·模拟受火损伤对高密度聚乙烯管材热性能的影响汤晓英1，舒文华1，李博1，左延田1，杨振国2(1．上海市特种设备监督检验技术研究院，上海200062：2．复旦大学材料科学系，上海200433)摘要：火灾时处于火场附近的聚乙烯管道仅受到火场热辐照的作用而准予继续使用，因此，有必要对火场周边受热暴露影响的聚乙烯管道相关性能进行评估，以保证继续服役的结构安全性。针对经过热暴露预处理的

2、PE100高密度聚乙烯管材高温稳定性展开实验研究，通过模拟高密度聚乙烯管材受火损伤的不同程度，运用热重分析、氧化诱导时间实验等表征手段对材料进行测试分析，揭示不同的热暴露温度和时间对材料热性能变化的影响，为开展在火灾工况下聚乙烯管道的安全评定提供理论及基础数据支撑，并揭示了热暴露影响下高密度聚乙烯管材热性能演化机理。关键词：高密度聚乙烯管材；受火损伤；热性能；热暴露中图分类号：TQ055．8；TH145文献标识码：A文章编号：1009．3281(2017)03一0065—00520世纪70年代以来，世界上许多国

3、家均已使用聚乙烯管道作为燃气管，目前全球每年聚乙烯管材的消耗量超过3000kt，并以每年15％的速度增长。聚乙烯材料具有可适于燃气管道服役的诸多优点，但高分子材料耐高温差，特别是在石化行业中发生火灾时，往往具有燃烧面积大、扑救难度大、影响范围大等特点，在火场中的聚乙烯管道会软化变形甚至燃烧降解，火灾后需要对火场中的聚乙烯管道进行更换处理。然而，处于火场附近的聚乙烯管道仅受到火场热辐照的作用而准予继续使用，因此，有必要对火场周边受热暴露影响的聚乙烯管道相关性能进行评估，以保证继续服役的结构安全性。本文针对经过热暴

4、露预处理的PE100高密度聚乙烯管材高温稳定性展开实验研究，通过模拟高密度聚乙烯管材受火损伤的不同程度，研究受火损伤材质的微观结构，运用热重分析、氧化诱导时间实验等表征手段对材料进行测试分析，揭示不同的热暴露温度和时间对材料热性能变化的影响。本研究可为开展在火灾工况下聚乙烯管道的安全评定提供理论及基础数据支撑。1实验方法1．1模拟受火损伤的管材热暴露预处理实验材料选取B吣tar既349mLS北星双峰黑色的PE100高密度聚乙烯承压管专用管材，此种管材专用料适用于生产承压的饮用水管、燃气管、排水管以及其他工业承压

5、管道。材料相关物理眭能参数如表1所示。实验利用马弗炉对管材进行退火处理，获得具有与火场周围受热辐射影响材料相似损伤的高密度聚乙烯试件。考虑到该高分子材料的熔限约为128～135℃，使用温度范围为一60“0℃，故应选取低于熔限且高于许用温度的温度值对管材进行受火损伤热暴露。将模拟受火损伤的热暴露相关参数设置如下：热暴露温度为60℃、80℃、100℃；保温时间为1h、2h、4h、8h；冷却方式为空冷。1．2模拟受火损伤试样的热稳定性相关测试为了更加准确地了解受火损伤对热性能和材料微观结构变化的影响，本实验借助TAQ

6、S．500型热重分析仪，在氮气气氛下以10℃／miIl速率从室温升至600℃，得到热重分析曲线，并表征材料在不同热暴露参数下的外推起始温度、最大失重速率温度、失重分数特征参数；运用TAQ2000型示差扫描量热仪测试材料的氧化诱导时间，其测试方法是称取4mg左右的样品置于样品盘，以20℃／mjIl的升温速率在氮气气氛下收稿日期：2016—12—28基金项目：质检公益性行业科研专项项目(No．201410024)。作者简介：汤晓英(1963一)，男，上海人，教授级高级工程师。主要从事特种设备安全技术研究。化工设备与

7、管道第54卷第3期表1BorstarHE3490．LS高密度聚乙烯材料物理性能参数1曲le1Physicalprope啊parametersofBorstarHE3490—Lshi曲dens时polye血ylene物理性能典型值测试参照标准密度(基本树脂)／(k·m。3)密度(化合物)／(蚝·m。)熔流率(190℃／2．16kg)／(∥10min)熔流率(190℃／5．Okg)／(∥10min)拉伸屈服应力／MPa断裂伸长率／％charpy冲击强度，开槽(0℃)／(kJ-m。2)肖氏硬度(ShoreD)碳黑含量

8、慌脆化温度／℃耐环境应力开裂(10％Ig印a1)F50／11IS01183／ISO1872—2IS01183／IS01872—2IS01133ISo527．2／ISO1872—2ISO527—2／ISO1872．2ISO179／1eAIS0868ASTMD1603ASTMD746ASTMD1693一A升温至220℃，恒温5mill后切换气体为空气，待DSc(差示扫描量热法)曲线呈明显放