CN108064335A - 塑料管材寿命评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及塑料管材制造技术领域，提供一种塑料管材寿命评价方法。该方法包括如下步骤：夹持试样两端，试样为圆柱形且周面开设有环形的预制缺口；采用预设频率f拉伸试样，拉伸过程中拉伸应力在最大预设应力Fmax和最小预设应力Fmin之间逐渐往复变化，拉伸应力每变化一次为一个周期；观察试样的表面，当预制缺口附近萌生新的裂纹时，记录拉伸应力的变化次数Nini和应力范围△σ；将变化次数Nini转换为拉伸时间T；采用不同的应力范围△σ重复进行上述步骤，得到多个拉伸时间T；根据多个应力范围△σ以及对应的拉伸时间T绘制双对数坐标图。通过该方法，能够大大降低评价周期。

Description

塑料管材寿命评价方法

技术领域

本发明涉及塑料管材制造技术领域，尤其涉及一种塑料管材寿命评价方法。

背景技术

目前，塑料管材耐慢速裂纹增长性能测试评价方法主要包括切口管试验(NPT)、全缺口拉伸蠕变试验(FNCT)、宾夕法尼亚缺口拉伸试验(PENT)、缺口环试验(NRT)和点载荷试验(PLT)等。上述评价方法的评价周期过长，通常在一年或104小时(约13个月)。长时间的评价周期也阻碍了塑料管材专用树脂的开发速度。而且，在评价周期内，很难观测到试样的失效，进而无法观测试样失效后的微观形态，导致评价结果不准确。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种塑料管材寿命评价方法，通过该方法能够显著降低评价周期，并且在评价周期内能够观测到试样失效后的微观形态，提高了评价结果的准确性。

本发明的实施例通过以下技术方案实现：

塑料管材寿命评价方法，包括：

夹持试样两端，试样为圆柱形且周面开设有环形的预制缺口；

采用预设频率f拉伸试样，拉伸过程中拉伸应力在最大预设应力Fmax和最小预设应力Fmin之间逐渐往复变化，拉伸应力每变化一次为一个周期；

观察试样的表面，当预制缺口附近萌生新的裂纹时，记录拉伸应力的变化次数Nini和应力范围△σ；

将变化次数Nini转换为拉伸时间T；

采用不同的应力范围△σ重复进行上述步骤，得到多个拉伸时间T；

根据多个应力范围△σ以及对应的拉伸时间T绘制双对数坐标图；

其中，△σ＝Fmax-Fmin，T＝Nini/(3600*f)；

△σ、Fmax和Fmin的单位均为Mpa；T的单位为小时；f的单位为Hz；Nini的单位为次。

进一步的，5Hz≤f≤15Hz。

进一步的，最小预设应力Fmin与最大预设应力Fmax的比值为R；0.1≤R≤1.0。

进一步的，塑料管材寿命评价方法在21℃-25℃的环境下执行。

进一步的，利用显微镜观察试样表面；多个显微镜围绕试样均匀布置，显微镜垂直对准预制缺口。

进一步的，预制缺口的深度为1.49mm-1.51mm；预制缺口的深度方向垂直于试样的轴向。

进一步的，试样的直径为13mm-15mm，试样的长度为70mm-110mm。

进一步的，试样的直径为13.5mm-14.5mm，试样的长度为90mm-100mm。

进一步的，塑料管材寿命评价方法还包括制作试样的步骤，制作试样的步骤包括：

注塑制出圆柱形棒料；

裁剪圆柱形棒料，得到半成品；

以0.03mm-0.04mm/圈的刀片给进速度在半成品的周面加工出环形的预制缺口，得到试样。

进一步的，试样两端的夹持位置与预制缺口之间的最短距离为5mm-10mm。

本发明的技术方案至少具备如下优点和有益效果：

本发明实施例提供的塑料管材寿命评价方法，能够在几十个小时甚至几个小时内就能观察到试样裂纹萌生，并通过多个应力范围△σ以及对应的拉伸时间T绘制的双对数坐标图评价塑料管材的使用寿命。本发明实施例提供的塑料管材寿命评价方法，大大降低了评价周期，有助于提升塑料管材专用树脂的开发速度。并且，通过本发明实施例提供的塑料管材寿命评价方法，在评价周期内能够观测到试样失效后的微观形态，提高了评价结果的准确性。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面对实施例中需要使用的附图作简单介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施方式，不应被看作是对本发明范围的限制。对于本领域技术人员而言，在不付出创造性劳动的情况下，能够根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例中试样的结构示意图；

图2为本发明实施例中试样在拉伸状态下的示意图；

图3为本发明实施例中，在试样的过程中，拉伸应力的变化曲线图；

图4为本发明实施例中第一种双对数坐标图；

图5为本发明实施例中第二种双对数坐标图。

图中：100-试样；110-预制缺口；200-电子拉伸机；210-夹持件；300-显微镜。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

实施例1：

本实施例提供一种塑料管材寿命评价方法，该方法基于图1中示出的试样100实现。请参照图1，试样100为圆柱形且周面开设有一条环形的预制缺口110。需要说明的是，试样100的直径可以在13mm-15mm之间进行选择，试样100的长度可以在70mm-110mm之间进行选择。进一步的，试样100的直径可以控制在13.5mm-14.5mm之间，试样100的长度可以控制在90mm-100mm之间。这样，能够避免因为试样100的尺寸过小导致无法准确显示试验结果，避免因为试样100的尺寸过大导致评价周期过长的问题。在本实施例中，试样100的直径为14mm，试样100的长度为95mm。预制缺口110设置在试样100轴向上的中间位置。另外，预制缺口110的深度为1.49mm-1.51mm，并且预制缺口110的深度方向垂直于试样100的轴向。预制缺口110的深度控制在1.49mm-1.51mm，能够避免由于预制缺口110深度过小导致新的裂纹难以萌生，进而延长了评价周期的问题，也能够避免由于预制缺口110深度过大导致试样100在反复拉伸下断裂，进而无法实现试验目的的问题。

塑料管材寿命评价方法包括如下步骤：

S01：夹持试样100的两端。

请参照图2，图2为本实施例中，试样100在拉伸状态下的示意图。在本实施例中，采用电子拉伸机200对试样100进行拉伸。电子拉伸机200的上下两个夹持件210分别夹持试样100的两端。其中，试样100的夹持位置与预制缺口110之间的最短距离为5mm-10mm。也即是说，夹持件210与预制缺口110之间的最短距离Lmin为5mm-10mm。Lmin设定在上述范围内，可以避免拉伸过程中夹持件210与预制缺口110之间的距离过大导致裂纹无法在预制缺口110附近萌生的情况发现，也可以避免拉伸过程中夹持件210与预制缺口110之间的距离过小导致试样100被拉断从而无法实现试验目的的情况发生。在本实施例中，夹持件210与预制缺口110之间的最短距离Lmin为7.5mm。

S02：采用预设频率f拉伸试样100，拉伸过程中拉伸应力在最大预设应力Fmax和最小预设应力Fmin之间逐渐往复变化，拉伸应力每变化一次为一个周期。

请参照图3，图3为在拉伸试样100的过程中，拉伸应力的变化曲线图。从图中可以看出，在拉伸过程中拉伸应力从最小预设应力Fmin逐渐增大至最大预设应力Fmax，然后又从最大预设应力Fmax逐渐减小至最小预设应力Fmin。如此往复，对试样100进行拉伸。其中，拉伸应力从最小预设应力Fmin逐渐增大至最大预设应力Fmax的时间与拉伸应力最大预设应力Fmax逐渐减小至最小预设应力Fmin的时间相同。拉伸应力在最小预设应力Fmin和最大预设应力Fmax之间变化一次为一个周期。

最小预设应力Fmin和最大预设应力Fmax的单位均为Mpa，预设频率f的单位为Hz。

预设频率f可以在5Hz-15Hz之间进行选择，这样可以避免因预设频率f过小导致评价周期延长的问题，也可以避免因预设频率f过大导致无法准确反映塑料管材寿命的问题。在本实施例中，预设频率f＝10Hz。

另外，在本实施例中，最大预设应力Fmax根据试样100材料的密度进行设置。如果试样100材料的密度大，则增大最大预设应力Fmax；如果试样100材料的密度小，则减小最大预设应力Fmax。

还需要进一步说明的是，最小预设应力Fmin与最大预设应力Fmax的比值R大于等于0.1，小于等于1.0。这样，能够确保最小预设应力Fmin也能够达到对试样100施加足够导致裂纹萌生的载荷的作用，降低评价周期。在本实施例中，最小预设应力Fmin与最大预设应力Fmax的比值R＝0.5。

S03：观察试样100的表面，当预制缺口110附近萌生新的裂纹时，记录拉伸应力的变化次数Nini和应力范围△σ；

将变化次数Nini转换为拉伸时间T；

其中，△σ＝Fmax-Fmin，T＝Nini/(3600*f)；

△σ、Fmax和Fmin的单位均为Mpa；T的单位为小时；f的单位为Hz；Nini的单位为次。

请再次参照图2，在本实施例中，利用显微镜300观察试样100的表面。观察试样100的表面是为了判断预制缺口110附近是否萌生了新的裂纹。由于预制缺口110附近萌生的新的裂纹的尺寸非常小，因此，为了能够立即掌握预制缺口110附近裂纹萌生情况，在本实施例中采用显微镜300观察试样100的表面。进一步的，为了能够全面的观察试样100的表面，在本实施例中，多个显微镜300围绕试样100均匀布置。进一步的，采用四个显微镜300围绕试样100均匀布置，相邻的显微镜300之间的夹角为90°。这样即可全面的观察试样100表明，即时掌握预制缺口110附近裂纹萌生情况。进一步的，在本实施例中，显微镜300垂直对准预制缺口110，也即是说显微镜300与试样100的轴线垂直。这样，预制缺口110上方和下方萌生的新的裂纹都可以准确地被显微镜300采集到，且预制缺口110上方和下方萌生的新的裂纹都能够被清楚的显示，有利于工作人员掌握预制缺口110附近裂纹萌生情况。

当工作人员观察到预制缺口110附近萌生了新的裂纹后，记录拉伸应力的变化次数Nini和应力范围△σ。变化次数Nini的单位为次，其相当于拉伸应力的循环周期数。应力范围△σ是指最大预设应力Fmax和最小预设应力Fmin的差，即△σ＝Fmax-Fmin，△σ的单位为Mpa。然后，将变化次数Nini转换为拉伸时间T。T＝Nini/(3600*f)，T的单位为小时。

绘制双对数坐标图。参照图4，图4为本实施例中的绘制双对数坐标图。在双对数坐标图中，横坐标为拉伸时间T，纵坐标为应力范围△σ。将上面得到的T和△σ作为双对数坐标图中的一个坐标点绘制在双对数坐标图中。

S04：采用不同的应力范围△σ重复步骤S01-步骤S03，得到多个拉伸时间T。根据多个应力范围△σ以及对应的拉伸时间T得到对个绘制双对数坐标图中的坐标点，将这些坐标点绘制在双对数坐标图中。然后根据双对数坐标图中的坐标点绘制表示T与△σ关系的线条，进而完成双对数坐标图的绘制。根据双对数坐标图，即可判断构成试样100的材料在制作成塑料管材后，其使用寿命与应力范围△σ的关系。其中，拉伸时间T越大，表示构成试样100的材料制作的塑料管材的使用寿命越长。

本实施例提供的塑料管材寿命评价方法在21℃-25℃的环境下执行，即可确保在几十个小时甚至几个小时内就能观察到裂纹萌生，进而大大降低了评价周期，有助于提升塑料管材专用树脂的开发速度。同时，本实施例提供的塑料管材寿命评价方法，在评价周期内能够观测到试样100失效后的微观形态，提高了评价结果的准确性。相对于现有的切口管试验(NPT)、全缺口拉伸蠕变试验(FNCT)、宾夕法尼亚缺口拉伸试验(PENT)、缺口环试验(NRT)和点载荷试验(PLT)等评价方法需要在80℃左右进行试验，本实施例提供的塑料管材寿命评价方法对环境温度要求低，能够有效降低评价成本。进一步的，在本实施例中，塑料管材寿命评价方法在23℃的环境下执行。

需要进一步说明的是，本实施例提供的塑料管材寿命评价方法还包括制作试样100的步骤，制作试样100的步骤包括：

(1)注塑制出圆柱形棒料；

(2)裁剪所述圆柱形棒料，得到半成品；

(3)以0.03mm-0.04mm/圈的刀片给进速度在所述半成品的周面加工出环形的预制缺口110，得到试样100。

以0.03mm-0.04mm/圈的刀片给进速度加工预制缺口110，能够确保预制缺口110表面光滑。这样，能够避免刀片给进速度过慢导致的预制缺口110表面出现毛刺，进而影响新的裂纹萌生的问题；也能够避免刀片给进速度过快导致的在加工过程中预制缺口110周围出现裂纹的问题。使得评价结果更加准确。

下面，对本实施例提供的塑料管材寿命评价方法做进一步说明：

表1中示出了在其他条件相同的情况下(本实施例中采用的条件)，选用不同的预设频率f执行塑料管材寿命评价方法的情况。

表1

从表1可以看出：当f小于5Hz时，评价周期过长；当5Hz≤f≤15Hz时，评价周期大幅度缩短；当f大于15Hz时，短时间内导致试样100出现大面积拉伤，导致无法对塑料管材的寿命进行评价。

表2中示出了在其他条件相同的情况下(本实施例中采用的条件)，选用不同数值的R执行塑料管材寿命评价方法的情况。

表2

从表2中可以看出：当R小于0.1时，由于最小预设应力Fmi n过小，导致无法对试样100施加足够大的载荷，进而使得新的裂纹萌生时间延长，增加了评价周期；当0.1≤R≤0.6时，由于最小预设应力Fmi n增大，使得新的裂纹萌生时间缩短，进而缩短的评价后奏起；当R大于0.6时，由于最小预设应力Fmin与最大预设应力Fmax之间的差异变小，导致试样100承受的交变载荷减小，也使得新的裂纹萌生时间延长，增加了评价周期。

实施例2：

本实施例采用实施例1提供的塑料管材寿命评价方法，分别对PE100-1、PE100-2、PE100RC-3和PE100RC-4四种不同材料进行试验，并将上述四种材料的表示T与△σ关系的线条绘制在同一个双对数坐标图中。图5为本实施例中的双对数坐标图。通过图5，可以对比上述四种材料在相同的应力范围△σ下，拉伸时间T的不同。在相同的应力范围△σ下，拉伸时间T越大的材料，其制成的塑料管材的使用寿命越长。这样，即可对不同材料制成的塑料管材的寿命进行对比评价，从而对塑料管材专用树脂的研发提供参考。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

工业实用性

本发明实施例提供的塑料管材寿命评价方法，能够在几十个小时甚至几个小时内就能观察到试样裂纹萌生，并通过多个应力范围△σ以及对应的拉伸时间T绘制的双对数坐标图评价塑料管材的使用寿命。本发明实施例提供的塑料管材寿命评价方法，大大降低了评价周期，有助于提升塑料管材专用树脂的开发速度。并且，通过本发明实施例提供的塑料管材寿命评价方法，在评价周期内能够观测到试样失效后的微观形态，提高了评价结果的准确性。

Claims (10)

1.塑料管材寿命评价方法，其特征在于，包括：

夹持试样两端，所述试样为圆柱形且周面开设有环形的预制缺口；

采用预设频率f拉伸所述试样，拉伸过程中拉伸应力在最大预设应力Fmax和最小预设应力Fmin之间逐渐往复变化，所述拉伸应力每变化一次为一个周期；

观察所述试样的表面，当所述预制缺口附近萌生新的裂纹时，记录所述拉伸应力的变化次数Nini和应力范围△σ；

将所述变化次数Nini转换为拉伸时间T；

采用不同的应力范围△σ重复进行上述步骤，得到多个拉伸时间T；

根据多个应力范围△σ以及对应的拉伸时间T绘制双对数坐标图；

其中，△σ＝Fmax-Fmin，T＝Nini/(3600*f)；

△σ、Fmax和Fmin的单位均为Mpa；T的单位为小时；f的单位为Hz；Nini的单位为次。

2.根据权利要求1所述的塑料管材寿命评价方法，其特征在于：

5Hz≤f≤15Hz。

3.根据权利要求1所述的塑料管材寿命评价方法，其特征在于：

所述最小预设应力Fmin与所述最大预设应力Fmax的比值为R；

0.1≤R≤1.0。

4.根据权利要求1所述的塑料管材寿命评价方法，其特征在于：

所述方法在21℃-25℃的环境下执行。

5.根据权利要求1所述的塑料管材寿命评价方法，其特征在于：

利用显微镜观察所述试样表面；多个所述显微镜围绕所述试样均匀布置，所述显微镜垂直对准所述预制缺口。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的塑料管材寿命评价方法，其特征在于：

所述预制缺口的深度为1.49mm-1.51mm；所述预制缺口的深度方向垂直于所述试样的轴向。

7.根据权利要求1-5中任意一项所述的塑料管材寿命评价方法，其特征在于：

所述试样的直径为13mm-15mm，所述试样的长度为70mm-110mm。

8.根据权利要求7所述的塑料管材寿命评价方法，其特征在于：

所述试样的直径为13.5mm-14.5mm，所述试样的长度为90mm-100mm。

9.根据权利要求1-5中任意一项所述的塑料管材寿命评价方法，其特征在于：

所述方法还包括制作所述试样的步骤，制作所述试样的步骤包括：

注塑制出圆柱形棒料；

裁剪所述圆柱形棒料，得到半成品；

以0.03mm-0.04mm/圈的刀片给进速度在所述半成品的周面加工出环形的所述预制缺口，得到所述试样。

10.根据权利要求1-5中任意一项所述的塑料管材寿命评价方法，其特征在于：

所述试样两端的夹持位置与所述预制缺口之间的最短距离为5mm-10mm。