Анализ поверхности полиэтиленовых труб и электросварных соединений. Часть 11

Однако трубы были выдержаны всего 6 дней в зимний период. Они не подвергались воздействию таких высоких температур и ультрафиолетового излучения, как можно было бы ожидать в течение летней недели. Хрупкие разрушения неразбитой старой трубы были равномерно распределены по окружности трубы. В четвертом квартале обычно наибольшее количество хрупких отказов, хотя время индукции окисления имело самое низкое значение в третьем квартале. Удивительно, но не было обнаружено никакой корреляции между временем индукции окисления и хрупкими разрушениями, как описано в предыдущих работах. Все восемь образцов для теста на отслаивание должны быть пластичными, чтобы одобрить соединение. Удивительно, но на чистых и очищенных трубах всегда были обнаружены одна, две или три пластичные детали.

Никаких объяснений этому наблюдению не найдено, но это может быть связано с различиями в окислении по окружности трубы или возможной миграцией неизвестных видов. Очевидно, что существует разница между свариваемыми поверхностями и теми, которые не были свариваемыми (необработанные трубы). Анализ ESCA показывает, что внешняя поверхность труб SDR11 окисляется, что не относится к трубам SDR17. Это согласуется с результатами измерений угла контакта необработанных поверхностей и времени индукции окисления. Разница в угле между наружной поверхностью труб SDR11 и зачищенных труб может быть объяснена наличием оксидного слоя, который дает более гидрофильную наружную поверхность. Очистка этанолом и гептаном, по-видимому, существенно влияет на угол соприкосновения неочищенных труб.

После очистки этанолом все поверхности получили примерно одинаковый угол контакта. Такое поведение было неожиданным и может быть связано со следами нелетучих веществ в чистящих жидкостях. Очень низкое время индукции окисления для наружной поверхности старой трубы SDR11 предполагает, что она могла подвергаться деградации. Разрушение может происходить из-за разрыва цепи и окисления, как обсуждалось ранее. Новая труба SDR11 почти так же окислена, как и старая, но имеет значительно более высокое время индукции окисления. Разница может быть связана с хранением на открытом воздухе в течение почти года при воздействии погоды и ультрафиолетового излучения. Несмотря на большое время индукции окисления для новой трубы SDR11, она не поддается сварке без зачистки. Это указывает на высокую концентрацию стабилизаторов, даже если внешняя поверхность окислена.

Никаких значительных карбонильных пиков не наблюдалось при FTIR-анализе труб и соединителя, что противоречит результатам ESCA. Отсутствие карбонильного пика может быть связано с сажей, которая, как известно, поглощает ИК-излучение, или с чрезвычайно тонким оксидным слоем. Разница в окислении наблюдалась между муфтой и трубами. Это может быть связано с производственными процессами: трубы экструдируются, в то время как соединитель отливается под давлением. Сразу после выполнения экструзии, когда полимерная смола находится при очень высокой температуре, материал контактирует с воздухом. Затем трубу охлаждают снаружи водой, которая также в некоторой степени содержит кислород. Это не относится к деталям, отлитым под давлением. После впрыска детали дают остыть в бескислородной среде в пресс-форме и, таким образом, ожидаются более низкие уровни окисления.

Небольшая разница в содержании кислорода на поверхности между старой и новой трубой означает, что основное окисление происходит в процессе экструзии, а не во время хранения. Таким образом, должна быть возможность очистить трубы заранее и не обязательно в связи со сваркой. Если в процессе экструзии можно избежать окисления, это может привести к получению непосредственно свариваемых труб, в которых не требуются меры по очистке. Для достижения этого может представлять интерес введение инертной атмосферы (например, азота) или изменение процедур охлаждения. Инертная атмосфера, скорее всего, предотвратит окисление в местах, где материал горячий, то есть сразу после экструзии. Это может также помочь заменить охлаждающую среду жидкостью (или газом), которая не содержит столько кислорода, сколько вода.

По данным ГХ-МС (газовой хроматографии — масс-спектрометрии), алифатические алканы, C14-C26, были обнаружены на поверхностях и внутри старой трубы SDR11. К сожалению, невозможно сделать какие-либо выводы о количестве внутри трубы по сравнению с необработанной поверхностью, поскольку не все образцы были обработаны одновременно. Любая возможная миграция низкомолекулярных частиц не может быть подтверждена. ДСК (дифференциальная сканирующая калориметрия) и СЭМ (сканирующая электронная микроскопия) различных труб не выявили существенных различий в кристалличности и морфологии кристаллов. Структура пластин строится случайным образом из полосчатых сферолитов, как было показано ранее в специальной литературе. В следующей части завершим обзор исследования электромуфтовых соединений полиэтиленовых труб.