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PP-R管失效事例分析

文章出处:网责任编辑:作者:人气:-发表时间:2014-09-26 16:24:00

1、PP-R管失效事件简介

烟台某办公楼的卫生间马桶给水用PP-R管(卫生间连接高位水箱供应的生活水管路,无热水),管路装有增压泵。发生的韧性爆管,虽然很少遇,但还是有警示作用。

2、失效PP-R管及原料简介

图一为失效PP-R管样品照片。

248.jpg

(1)失效PP-R管原料为:燕化4220。

(2)管材规格为:S3.2 de32。

(3)管材制造时间:2013年10月。

(4)管材应用起止时间:2013年11月~2014年4月。

(5)管材运行工况:增压泵AC220V、0.75kW,马桶开阀泵工作,关阀泵停止。

3、失效状态描述

从照片上可以看出,破裂断茬处管壁受到强烈拉伸(膨胀),产生了严重塑性变形,在变形过程中发生破裂。这种塑性变形是从一个点开始的,并且围绕着这一个点均匀扩展到破裂。

4、失效原因分析

依据上述描述对照照片可以看出,这是典型的韧性破裂。因此:

(1)可以排除老化降解和机械损伤因素。因为这两种因素造成管材破裂表现为脆性破裂,如图二所示。

249.jpg             

(2)可以排除温度超负荷因素。采用燕化4220制造的PP-R管,当水温为70℃时,可连续工作50年。但该管为无热水卫生间的给水管,水温为自来水温度。

(3)可以排除蠕变破坏,因为塑料的蠕变是时间、温度和应力多因素的函数,其破裂可能是脆性破裂,也可能是韧性破裂。设计使用寿命50年的PP-R管材若发生蠕变破坏则应是几十年以后的事。从管材颜色可判断:该管使用时间不会超过10年,因此认为,该PP-R管的破裂与蠕变无关。

(4)不能排除“杂质”的影响。     

这里所谓“杂质”,范指难熔或不熔于基础树脂PP-R中的粒子,包括机械杂质粒子、难熔粒子等。塑料管壁中凡有这些粒子的存在,粒子所在部位局部强度必然会降低。

“杂质”粒子如果是机械杂质,由于其颜色、折射率等方面的不同,当其体形较大时,肉眼是可以观察到的,在韧性破裂的原发点上有可能留有痕迹。而难熔粒子由于其成分与基础树脂完全相同,颜色和折射率也完全一致,只在难熔不熔间存在界面光反射的可能,当其体形不是很大时,一般肉眼也难以发现,在韧性破裂的原发点也有可能留有痕迹。但两者对管材局部强度的影响难分轻重。

但如果“杂质”附着在管壁表面,由于成型收缩率、结晶速度、结晶界面等差异,或受成型装置摩擦作用,会在管材表面造成局部凹陷,这种凹陷又很难被肉眼发现。局部凹陷部位的承载能力低于其附近材料的承载能力,管材在承受内压时,此处先发生塑性变形,并迅速向其周围扩展,直到破裂,如图一所示。

(5)不能排除压力超负荷,造成爆管韧性破裂的原因可能应主要是压力超负荷。

250.jpg

这里所说的压力超负荷,并非指系统工况超过了按管材标准规定的负荷,如果是这样的话,破裂应是在一个较长的管段内逐渐胀大致破如图三所示。而此管样的破裂似乎是在一个较小的点上逐渐胀大致破,断茬呈辐射状表明是从一个较小的点上扩展开来的。这一个较小的点的承载能力低于其周围的承载能力,所谓超负荷就是指超过这个点的负荷能力。

5、解决对策

5.1、管材生产下线后,压力试验是很有必要的。这有助于及早发现可能影响管材使用性能的缺陷。

5.2、“杂质”的去除。   

“杂质”的成分比较复杂,大小不一、形态各异,除可挑捡分离者外,余者去除的措施主要有两种:

(1)金属杂质的去除。

较大金属杂质的去除,常用的方法是:采用金属探测器探测后去除之。

(2)非金属杂质的去除,有效的方法是进行熔体过滤,同时也适用于金属碎屑的过滤。

这本来是一种传统的方法,挤出机的设计本已留有加装过滤网的空间,但近年国内许多企业的挤出机中并不加装过滤网,即使是装设了过滤网,网眼也是很大的,如只装一层60目过滤网,只能过滤大于245微米的杂质或难熔粒子。这就意味着小于等于245微米(0.245mm)的“杂质”有可能进入管壁中,对2mm的管壁而言,其影响率可达10%左右。

对聚烯烃树脂的挤出成型,过滤网一般应为二层60目、中间夹一层120目,可过滤大于120微米的杂质或难熔粒子。

过滤网容易堵塞或顶破,因此过滤网需定期清理或更换。为了准确确定清理时间,一般是在过滤网进料侧装设有机头压力传感器,当挤出压力明显高于初装过滤网时,其中一个可能便是过滤网因杂质或难熔粒子堆砌而堵塞。若机头熔体压力骤降,则可能是过滤网已顶破,出现这两情况都须更换过滤网。

为了不影响机器正常运转,一般采用不停换网器。

6、结论

热塑性的PP-R管在挤出成型过程中,大分子链会沿平行于管材轴线方向取向,也就是说管材强度轴向大于径向。但图一表明轴向强度与径向强度非常接近,则说明此管的取向大分子并未被冻结,可以推断是在冷却过程中发生了解取向,这是极其罕见的,很值得深入研究。

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