Анализ поверхности полиэтиленовых труб и электросварных соединений. Часть 3

Удаление только 0,05 мм вместо рекомендуемых 0,2 мм наружной поверхности трубы привело к повышенной пластичности соединений. В одном исследовании образцы с поверхности при хрупких повреждениях были проанализированы с помощью метода FTIR, и были обнаружены некоторые загрязнения. Учёные обнаружили, что силоксан может быть причиной плохой адгезии суставов. Также в хрупких соединениях были обнаружены загрязнения, такие как гликоль, соли аммония, силикаты и оксид железа. Если же во время сварки на трубе или соединителе присутствует вода, она может быть захвачена внутрь зоны плавления и расширяться во время цикла плавления, что приводит к образованию пустот. Чтобы избежать этой проблемы, важно вытирать очищенную поверхность трубы и соединитель непыльной тканью, смоченной в подходящем растворителе, а затем дать веществу испариться перед сваркой.

Избыточное уплотнение может увеличить зазор между трубой и муфтой, особенно для труб малого диаметра. Если зазор слишком велик (> 0,5 мм), существует риск того, что после соединения не будет вообще никакого контакта между муфтой и трубой, что приведет к катастрофическому результату, особенно в случае с газопроводными системами. Слишком длительное время плавления может привести к деградации материала, а слишком короткое к хрупкому и слабому соединению, что показал Боумэн. Влияние более короткого времени плавления, чем указано, также было исследовано группой исследователей под руководством Траутона. Электрофузионные соединения выполняли с использованием 38% сокращения рекомендуемого времени сварки. Результат пяти произведенных соединений оказался неожиданным, так как все они терпели неудачу в пластическом режиме в тесте на отслаивание. Это указывает на то, что рекомендуемое время сварки может быть больше, чем необходимо, для компенсации неправильной зачистки и смещения труб во время соединения.

Предполагается, что проблемный оксидный слой образуется в процессе экструзии. Окисление в основном происходит в аморфных областях, что было доказано независимыми исследованиями Мора и Ванспейбрука. Процесс окисления представляет собой цепной процесс, который инициируется и распространяется путём образования свободных радикалов. Радикал образуется при удалении водорода из полиэтиленовой цепи. Это может быть вызвано механическим сдвигом, термическим разложением или деградацией ультрафиолетом. Было также обнаружено, что при термическом окислении ПЭВП (ПНД, HDPE) основными продуктами окисления являются образцы кетона, карбоновой кислоты, сложного эфира и лактона. Карбонилсодержащие продукты разложения, а также винильные группы были обнаружены при фотоокислении HDPE. Если окисление является основным фактором, влияющим на качество электрофузионного соединения, присутствие антиоксидантов и их миграция в пластике представляет большой интерес.

Наиболее распространенная антиоксидантная система, используемая в полиэтиленовых трубах, представляет собой комбинацию первичных антиоксидантов, таких как затрудненные фенолы, и некоторых вторичных антиоксидантов, то есть фосфитов или тиоэфиров. Разделение на две группы обусловлено их различным стабилизирующим действием. Содержание антиоксиданта в пластике обычно составляет порядка 0,1 % по массе. Было также показано, что концентрация антиоксиданта в полиэтиленовой трубе средней плотности почти в два раза выше в центре стенки по сравнению с поверхностью внутренней и внешней стенок. Концентрация антиоксиданта измерялась косвенно путем измерения времени индукции окисления (OIT). Специалисты также пришли к выводу, что потеря антиоксиданта происходит очень быстро, если труба подвергается воздействию повышенной температуры.

На основании экспериментов по миграции из состаренных линейных и разветвленных полиэтиленовых бляшек установлено, что миграция антиоксиданта контролируется процессом потери границы. Время индукции окисления для состаренных образцов (условия: бескислородная вода, от +90 °C, 244 дня) уменьшилось до ¼ значения для неэкспонированного образования, что указывает на большую потерю эффективности антиоксиданта. Трубы с защитным полипропиленовым слоем, как было показано, выдерживают старение на открытом воздухе даже в условиях пустыни и производят электросварные швы с хорошим качеством. Незащищённые трубы, которые не были очищены перед сваркой и подверглись воздействию той же среды, привели к образованию соединения плохого качества. Одна сторона трубы не была подвержена воздействию солнца, и при испытаниях образцов из шва можно было увидеть чёткое различие. Образцы, которые были взяты с незащищённой стороны, показали лучшие результаты, чем образцы, которые были взяты с солнечной стороны.

Основываясь на низких значениях времени индукции окисления, авторы предполагают, что солнечный свет повредил полимер и что мог произойти разрыв цепи. Низкое значение времени индукции окисления подразумевает, что используется большое количество стабилизаторов. Кажется, что концентрация антиоксиданта является самой низкой на поверхности трубы, где это, вероятно, наиболее необходимо, чтобы избежать окисления и разложения полиэтилена. Миграция антиоксидантов на саму поверхность вряд ли повлияет на качество соединения. Это связано с низкой диффузией из-за их большого молекулярного размера и низкой сегментарной гибкости, что указала группа исследователей под руководством Люнбэка. Окисление поверхности трубы является конкурирующим явлением, когда скорость реакции окисления зависит от скорости потребления / миграции стабилизаторов на поверхность трубы. На поверхности окисления могут происходить быстрее, что подтверждается и при наблюдении за окислением других пластиков (ПВХ, полипропилен).