Минимальная длительная прочность полиэтилена

Ползучестью называют медленную пластическую (необратимую) деформацию изделия под действием созданного в материале напряжения. Строго говоря, способность к деформации под напряжением также называют ползучестью. Когда говорят о большей или меньшей скорости деформации под напряжением, также говорят о большей или меньшей ползучести.

К ползучести приводит напряжение любого рода – растяжение, сжатие, кручение или пр.

Не существует нижнего порога величины напряжения в материале, ниже которого изделие вообще не будет медленно деформироваться. Снижение напряжения приведет к снижению скорости деформации, но не к ее прекращению.

Ползучести в большей или меньшей мере подвержены все материалы – как аморфные, так и кристаллические и частично кристаллизованные. Микропроцессы, приводящие к ползучести у аморфных и у кристаллических веществ, различны. У аморфных веществ деформация под нагрузкой сродни вязкому течению термопластов.

У кристаллов ползучесть обусловлена, в основном, взаимным перемещением зон с идеальной кристаллической решеткой вдоль т.н. «линий дислокаций» – зон, в которых идеальность кристаллической решетки нарушена. Линии дислокации есть в любом кристалле.

Другой микропроцесс, характерный только для кристаллов – смещение слоев кристаллической решетки под действием напряжения – незначителен по сравнению с движением вдоль линий дислокаций.

В общем случае ползучесть у кристаллических веществ меньше, чем у аморфных. На примере полимеров – увеличение степени кристаллизации полимера заметно снижает скорость его деформации под действием напряжения.

Микропроцессы, описанные для аморфных и кристаллических веществ, при повышении температуры материала протекают быстрее. Таким образом, текучесть материала зависит от его химической природы, от степени кристаллизации и от температуры.

Для демонстрации ползучести и численного описания ее величины используют образец материала, деформированный на фиксированную величину ∆L. Образец сжимают или растягивают, создавая соответственно напряжение сжатия или растяжения, с возможностью измерения напряжения, и оставляют в зафиксированном виде на длительное время. Постепенная деформация образца приводит к снижению созданного напряжения во времени по экспоненциальному закону. Время, за которое напряжение снизится в e раз, называют «временем релаксации напряжений», присущим данному материалу.

Время релаксации напряжений довольно однозначно описывает ползучесть конкретного материала, но трудно применимо для практических расчетов.

В инженерных расчетах используют понятие «предела ползучести» материала – напряжение, которое за заданный период времени при заданной температуре приведет к заданной деформации образца. Условия определения предела ползучести в каждой отрасли свои. Например, при конструировании авиационных моторов период времени принимают равным 100-200 ч, а при проектировании паровых турбин атомных и тепловых электростанций – 100 000 ч.

Все напорные трубы из полимеров номинально рассчитаны на 50-летнюю эксплуатацию при заданном внутреннем давлении и при температуре 20°С. Условие успешной эксплуатации – отсутствие разрыва в течение заданного срока. Поэтому предел ползучести полимеров определяют не для какой-то заданной величины деформации, а для полного разрыва образца в течение 50 лет при постоянной температуре 20°С.

Для полимеров предел ползучести имеет особое название. В международном (английском) оригинале – Minimum required strength (MRS). В русской версии – «Минимальная длительная прочность» или «Долговременная прочность» полимера. Физический смысл – максимально допустимое статическое напряжение растяжения, которое можно создать в образце материала при постоянной температуре 20ºС, с тем чтобы образец, постепенно растягиваясь, гарантированно не успел порваться за 50 лет. Рассчитывается методом экстраполяции на 50 лет постепенного растяжения образца под действием растягивающей нагрузки в течение какого-то разумного периода времени – например, 3 месяца. Затем полученное значение допустимого напряжения растяжения округляется вниз до ближайшего ряда R10 предпочтительных чисел по ГОСТ 8032-84 (или ИСО 3).

Зная требуемое эксплуатационное давление трубопровода, диаметр трубы и минимальную длительную прочность материала, легко рассчитать минимально допустимую толщину стенки трубы. Затем к расчетной толщине стенки применяют «перестраховочный» коэффициент запаса прочности.

Значение долговременной прочности иногда используется в наименовании типа материала.

Например: ПЭ 63 имеет характеристику MRS, равную 6,3 МПа. Это обозначает, что при растягивающем статическом напряжении 63 кг/см 2 и при постоянной температуре 20ºС образец из ПЭ 63 будет постепенно растягиваться и порвется не раньше, чем через 50 лет. Аналогичный смысл имеют наименования материалов ПЭ 80 и ПЭ 100.

Минимальная длительная прочность полимеров, используемых для производства труб, приводится в табл.1:

При испытаниях на определение MRS образцы труб доводятся до разрушения. Зависимость напряжения от времени при различных температурах (20, 60 и 80 град. С), позволяет оценить прочностные свойства полиэтилена и экстраполировать их на срок службы трубопровода – 50 лет. Классификация трубного полиэтилена осуществляется согласно международного стандарта ISO 9080 в зависимости от минимальной длительной прочности. Так класс полиэтилена равен десятикратному значению MRS (см. таблицу):

Класс полиэтиленаЗначение MRS, МПаДлительная прочность, МПа
ПЭ 636,36,3 — 7,99
ПЭ 808,08,0 — 9,99
ПЭ 10010,010,0 — 11,99

В литературе можно также встретить классы полиэтилена ПЭ 32 и ПЭ 40, но из-за нерентабельности в последнее время их практически не применяют.

Группа ПОЛИПЛАСТИК – это современное производство и продажа полиэтиленовых труб по всей России, а также в Белоруссии и Казахстане. Предприятия Группы оснащены новым оборудованием, собственный научно-исследовательский центр позволяет непрерывно совершенствовать качество продукции, строгая система контроля гарантирует соответствие изделий стандартам. В числе наших клиентов – государственные организации, коммерческие предприятия и частные заказчики.

На мощностях Группы выпускаются трубы полиэтиленовые для водо- и теплоснабжения, газоснабжения, канализации и дренажа. В ассортименте также представлены фитинги, комплектующие и оборудование для сварки. Продукция проходит добровольную сертификацию и отвечает требованиям промышленной и экологической безопасности.

Преимущества полиэтиленовых труб

Виды полиэтиленовых труб

Для производства трубы из полиэтилена Группа компаний ПОЛИПЛАСТИК использует композиции на основе ПНД. Данный материал характеризуется высоким уровнем физико-механических свойств и технологичностью переработки. Используется для производства труб напорного назначения для газораспределения и холодного водоснабжения, а также для изготовления труб безнапорного назначения для водоотведения.

Характеристики материала следующие:

ХарактеристикаЕдиницы измеренияВеличина
Плотностьг/см 30,930 – 0,965
Температура плавления°С110 – 136
Коэффициент теплопроводностиВт/м×К0,40 – 0,49
Модуль упругостиМПа400 – 1103
Предел текучести при растяженииМПа19 – 24
Относительное удлинение при разрыве%500 – 800

Выпускается полиэтилен низкого давления трех классов: ПЭ63, ПЭ80 и ПЭ100. Числовое значение в обозначении класса указывает на минимальную длительную прочность (MRS), выраженную в мегапаскалях и умноженную на 10.

MRS – напряжение, определяющее уровень эксплуатационных и технологических свойств материала, полученное путем экстраполяции на срок службы 50 лет (при температуре 20°С) данных испытаний труб на стойкость к внутреннему гидростатическому давлению с нижним доверительным интервалом 97,5% и округленное до ближайшего нижнего значения ряда R10 по ГОСТ 8032 «Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел». Чем выше показатель MRS, тем выше уровень прочностных свойств трубы.

Характеристики классов полиэтилена обусловлены молекулярным составом материала:

  • ПЭ 63 – полиэтилен, классифицируемый по MRS 6,3 МПа гомополимер этилена высокой плотности. Чаще используется при производстве труб для водоотведения, так как имеет менее высокий уровень прочностных свойств при эксплуатации под давлением, по сравнению с ПЭ 80 и ПЭ 100.
  • ПЭ 80 – классифицируемый по MRS 8,0 МПа сополимер этилена средней или высокой плотности. За счет улучшения структуры материала повышен, по сравнению с ПЭ 63, уровень прочностных свойств.
    ПЭ 80 в отличие от ПЭ 63 имеет улучшенные показатели стойкости к медленному распространению трещин. В то же время значения скорости быстрого распространения трещин у этих двух классов полиэтилена близки. Улучшение в стойкости к растрескиванию обуславливается технологией производства полиэтилена, при котором проводится полимеризация (обычно по двухреакторной схеме). Такая организация технологического процесса обеспечивает эффективную сополимеризацию короткоцепных и длинноцепных молекул. В ходе охлаждения получаемого полимера образуется фазовая структура, характеризуемая увеличенной долей проходных молекул между кристаллитами. Повышение длительной и кратковременной прочности обусловлено образованием кристаллических областей, образующихся за счет низкомолекулярной части полимера.
  • ПЭ 100 – классифицируемый по MRS 10,0 МПа сополимер этилена высокой плотности. За счет особенностей структуры полимера уровень его прочностных свойств выше, чем у ПЭ 63 и ПЭ 80. Марки ПЭ 100 изначально разрабатывались для производства напорных труб газораспределения, из-за чего материал имеет оптимальное сочетание жесткости и стойкости к распространению трещин.

Характеристики полиэтиленовых труб

Максимальное давление, которое способна выдерживать труба из ПНД на протяжении срока эксплуатации, рассчитывается по формуле:

MRS – минимальная длительная прочность, указанная в маркировке материала;

SDR – отношение наружного диаметра трубы к толщине стенки. Показатель имеет обратную зависимость от толщины стенки, следовательно, чем меньше его значение, тем более толстостенной будет труба. При меньшем SDR устойчивость изделий к механическим воздействиям будет выше, но при неизменном внешнем диаметре снижается пропускная способность.

Современные трубы из полиэтилена от Группы ПОЛИПЛАСТИК

Трубопроводы из полиэтиленовых труб популярны не только в России, они с 80-х годов прошлого столетия широко применяются в Европе, что говорит о надежности и перспективности данного вида изделий. На базе собственного научно-исследовательского центра Группы компаний ПОЛИПЛАСТИК ведутся разработки, направленные на создание полимерных композиций, позволяющих придать специальные потребительские свойства изделиям и повысить качество выпускаемой продукции.

Купить полиэтиленовые трубы в Москве и других регионах можно любыми партиями в кратчайшие сроки. Складские запасы готовой продукции и высокие производственные мощности заводов позволяют работать без задержек с крупными заказчиками. В нашей зоне покрытия не только Россия. Часть предприятий находится в странах Таможенного союза, благодаря чему продукция представлена в Казахстане и Белоруссии.

Цена на трубы полиэтиленовые от Группы ПОЛИПЛАСТИК представлена в прайсах по каждому виду изделий. Уточнить подробности, получить информацию о сроках и условиях покупки можно у наших специалистов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Adblock
detector
Домострой