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抗氧劑對PE管材使用壽命的影響

一、前言

PE管材具有比PVC管材更環(huán)保的特性,開始漸漸取代PVC管材進(jìn)入主流管材市場。對于這種新興的材料有必要對它的性能進(jìn)行全方位的檢測,以確定其的使用范圍,確保其能更好地為我們所服務(wù)。

二、材料與方法

1、材料分析

通過分析抗氧劑,找到一些影響抗氧劑使用的因素,包括:在施工加工過程中的要注意抗氧劑的添加時(shí)機(jī),添加的時(shí)機(jī)太早或太晚,對抗氧化效果無太大效果;還要對添加的抗氧劑的量進(jìn)行控制,因?yàn)榭寡鮿┑牧亢涂寡趸Ч⒉皇强偝烧?。超過一定量后反而會(huì)促進(jìn)氧化效果:抗氧劑的協(xié)同作用,當(dāng)兩種以上的抗氧劑混合使用時(shí),其抗氧化效果往往會(huì)比單獨(dú)一種使用的抗氧化效果更強(qiáng):避免如Co、Cu、Fe、Mn、Ni等過渡元素離子的混入,因這些過渡元素離子具有很強(qiáng)的促進(jìn)氧化的作用,即助氧化劑;在使用過程中盡量避免光、熱、氧對其的影響等等。

通過分析PE管材,找到一些PE管材的特性,包括:溫度,PE管材一般在一60℃~60℃的溫度范圍內(nèi)使用,溫度過低或過高后都會(huì)對PE管材的使用有一些影響;抗應(yīng)力開裂性能好:耐腐蝕性高,可耐多種化學(xué)介質(zhì)的腐蝕,不會(huì)發(fā)生腐爛等現(xiàn)象;耐老化,正常情況下使用壽命長達(dá)50年之久,不會(huì)因遭受紫外線而損壞;可繞性能好,易完全,可以繞過障礙物進(jìn)行施工;重量輕,容易進(jìn)行搬運(yùn)和安裝,可以降低搬運(yùn)和安裝的費(fèi)用;耐候性,80℃靜液壓強(qiáng)度,不發(fā)生破裂、不滲漏,斷裂收縮率大于等于350%,200攝氏度時(shí)氧化誘導(dǎo)大于等于10分鐘。

因此在材料選取時(shí)要針對這些因素進(jìn)行選取,盡量避開一些影響材料測試結(jié)果的情況和氣候,使測試結(jié)果符合統(tǒng)計(jì)學(xué)。

2、材料選取

因?yàn)橐M(jìn)行對比測試,因此選取四組進(jìn)行對照測試。每組選取10根相同長度的PE管材進(jìn)行測試,第一組為標(biāo)準(zhǔn)組,隨機(jī)選取同一批次出廠合格的添加抗氧劑的PE管,于;第二組為試驗(yàn)組,隨機(jī)選取同一批次出廠合格的未加抗氧劑的PE管材;第三組為標(biāo)準(zhǔn)對照組,隨機(jī)選取不同批次出廠合格的添加抗氧劑的PE管材;第四組為試驗(yàn)對照組,隨機(jī)選取不同批次出廠合格的未添加抗氧劑的PE管材。

3、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

將四組材料統(tǒng)一放置在同一環(huán)境條件下的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn),確保試驗(yàn)環(huán)境相同,這樣最終得到的試驗(yàn)結(jié)果也將符合正態(tài)分布和統(tǒng)計(jì)學(xué),以排除因不同環(huán)境條件下對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響,減小誤差率。

4、測試標(biāo)準(zhǔn)

測試PE管材的標(biāo)準(zhǔn)有很多種,老化測試、物理特性測試等,每個(gè)都包含很多種不同的測試方法。如果全部選取,第一是開銷太大,第二是沒有必要,因此就需要從這些測試中根據(jù)PE管材的特性和抗氧劑的特性選取最適合、最能體現(xiàn)出抗氧削對PE管材使用壽命影響的測試標(biāo)準(zhǔn)和測試法。

4、測試方法的選取

通過上邊對測試標(biāo)準(zhǔn)的分析,決定通過兩種測試方法來進(jìn)行PE管材的測試試驗(yàn),這樣既能涵蓋PE管材也能包括抗氧劑的使用特性。

(一)氧化誘導(dǎo)期試驗(yàn)

采用美國PE公司生產(chǎn)的Pyris 1 DSC (功率補(bǔ)償型差式掃描量熱儀)測定高分子材料氧化誘導(dǎo)期。PE管材試樣在惰性氣體環(huán)境下,加熱到預(yù)定溫度(200度)恒定五分鐘后,切換到氧氣狀態(tài)下,測定試樣發(fā)生降解所需的時(shí)間。

(二)耐性試驗(yàn)

光老化尤其是陽光暴曬對PE管材的影響也極大,紫外線的強(qiáng)度對管材會(huì)造成直接性的破壞。

(三)化學(xué)穩(wěn)定性試驗(yàn)

PE管材具有很好的穩(wěn)定性,對氯、氧氣體、酸、堿等有良好的耐化學(xué)性,但苯、汽油、四氯化碳等對PE管材有一定的影響。

(四)短期強(qiáng)度試驗(yàn)

在實(shí)際環(huán)境中,由于地基下沉、地震、海嘯等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí),管道面對這種程度的變形而不發(fā)生斷裂的情況也應(yīng)考慮進(jìn)去。

結(jié)果

所有四組材料進(jìn)行完五組試驗(yàn)后,得出以下結(jié)論:

抗氧劑對PE管材使用壽命的影響

從上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出:

1、至少12次測得連續(xù)增長的缺口,試驗(yàn)一周后第一組的2個(gè)試樣沒有發(fā)生裂紋增長,第二組的4個(gè)試樣發(fā)生了裂紋增長,第三組的3個(gè)中有1個(gè)試樣發(fā)生了裂紋增長,第四組的3個(gè)試樣發(fā)生了裂紋增長,有1個(gè)試樣發(fā)生了裂紋增長。

2、在20攝氏度靜液壓強(qiáng)度,環(huán)向應(yīng)力9,0MPa,100H試驗(yàn)中,四組材料都不發(fā)生破裂、滲漏;80攝氏度靜液壓強(qiáng)度,環(huán)向應(yīng)力4.6MPa,165H試驗(yàn)中,第一、三組材料不發(fā)生破裂、滲漏,第二、四組各有2根材料發(fā)生破裂、滲漏現(xiàn)象:80攝氏度靜液壓強(qiáng)度,環(huán)向應(yīng)力4.0MPA,100H試驗(yàn)中,第一、三組材料不發(fā)生破裂、滲漏,第二、四組各有1根材料發(fā)生破裂、滲漏現(xiàn)象。

3、管材在累計(jì)接受大于等于3.56J/m 老化能量后,在80度靜液壓強(qiáng)度,環(huán)向應(yīng)力4.6MPa,165H試驗(yàn)中,第一組的試樣沒有發(fā)生破裂、滲漏,第二組的試樣有7根試樣發(fā)生破裂、滲漏,第三組的試樣有2根試樣發(fā)生破裂、滲漏,第四組的試樣有8根發(fā)生破裂、滲漏。

4、可耐多種化學(xué)物質(zhì)的腐蝕,但苯、汽油、四氯化碳等化學(xué)物質(zhì)對PE管材影響甚大,第一組有2根試樣發(fā)生破裂、滲漏,第二組有7根試樣發(fā)生破裂、滲漏,第三組有4根試樣發(fā)生破裂、滲漏,第四組有8根試樣發(fā)生破裂、滲漏。

5、強(qiáng)度試驗(yàn)中,PE管材的柔性使得它能夠彎曲,因此在臨界值之前沒有發(fā)生破裂、滲漏的現(xiàn)象,而到臨界值之后,四組試樣中的管材十有八九都發(fā)生了破裂、滲漏的現(xiàn)象。

討論

抗氧劑是一種化學(xué)物質(zhì),當(dāng)其在聚合物體內(nèi)存在時(shí)就可以抑制氧化過程,從而延長其使用壽命。其中抗氧劑1010應(yīng)用于PE、PVC、ABS樹脂、橡膠等的聚合、成型、最終使用等階段中;抗氧劑1076應(yīng)用于聚烯烴、聚酯和石油產(chǎn)品中:抗氧劑168同抗氧劑1010應(yīng)用的范圍大致相同,只多了一項(xiàng)接著劑;抗氧劑264在國內(nèi)被廣泛的用于化妝品動(dòng)植物油脂中:抗氧劑1098常與含磷的抗氧劑混合使用,以提高自身的抗氧化性;抗氧劑2246常用于淺色的橡膠制品中,能阻止纖維素樹脂、ABS樹脂的光老化和熱老化:抗氧劑3(X)0常用于白色、透明制品中。對聚乙烯電線電纜的抗氧化作用顯著,可與碳黑共用,增強(qiáng)自身的抗氧化性:抗氧劑3300具有制品長期持久保護(hù)的作用:抗氧劑DLP與抗氧劑1010、抗氧劑1076等共用時(shí)有很好的協(xié)同效應(yīng)。理想的抗氧劑應(yīng)具備以下幾個(gè)條件:

1、具有極高的抗氧化能力;

2、加工時(shí)的性能良好,在高溫加熱時(shí)不易揮發(fā)、不易分解;

3、不易溶解于水中和油中;

4、抗氧劑本身應(yīng)該是無毒、無色的;

5、價(jià)格一定得是物美價(jià)廉的。

但這畢竟是理想,現(xiàn)實(shí)中沒有哪一種抗氧劑能夠滿足這些條件,實(shí)際使用中都要與其他抗氧劑進(jìn)行共用,以產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng),以提高自身的抗氧化性。不同的抗氧劑作用也是不盡相同的。即使是同一種抗氧劑在不同的聚合物中的作用也是不同的。試驗(yàn)表明抗氧劑不能改變聚合物制品制成之后的后果,因此抗氧劑要盡早加入,有些時(shí)候要稍晚點(diǎn)兒加入,一切都由何種聚合物而決定。另添加抗氧劑不能過多,過多的抗氧劑對于抗氧化效果的作用會(huì)起到反作用。

最后通過實(shí)驗(yàn),我們得出的結(jié)論是抗氧劑可以提高PE管材的穩(wěn)定性,延長PE管材的使用壽命。

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