Анализ поверхности полиэтиленовых труб и электросварных соединений. Часть 5

Используя данные, полученные во время испытания на отслаивание, силу и смещение, предлагалось рассчитать измеренную энергию на отслаивание (площадь ниже кривой нагрузки / смещения) с использованием таких параметров, как сила, смещение и смещение при разрушении. Поскольку ширина образца и длина зоны плавления изменяются, нормализованная энергия отслаивания рассчитывается по особой формуле с использованием таких значений, как количество проводов и диаметр проводов в зоне сварки. Они должны определённым образом коррелировать с длиной зоны сварки, так как провода не способствуют процессу поглощения энергии. Чтобы можно было охарактеризовать поверхность разрушения из различных испытаний на отслаивание, также можно адаптировать методики фрактографического анализа.

Фрактография — это наука об исследовании поверхностей разрушения при анализе поломок сломанных деталей. Внешний вид разрушения может дать ценную информацию о причине перелома. Анализ может быть выполнен в различных масштабах, макроскопическом (то есть, с помощью глазного исследования) и микроскопическом (то есть с помощью оптического микроскопа или сканирующего электронного микроскопа). Фрактография использовалась в течение десятилетий в исследованиях разрушений металлов, но в результате более широкого использования пластиковых труб, её концепции всё более адаптируются к пластиковым материалам. Анализ может определить происхождение трещины, направление распространения трещины, механизм разрушения и даже дефекты материала среди другой соответствующей информации. Механизм разрушения может быть либо хрупким, либо пластичным, или смешанным, в зависимости от внешнего вида.

Разрушения в макромасштабе связаны с характеристиками грубой пластической деформации. Это разрыв материала, растяжение, пластическая текучесть, сужение и сдвиг, которые приводят к изменению формы и искажению. Модель, обычно используемая для описания того, что происходит в молекулярном масштабе при пластической деформации, — это растяжение связующих молекул между кристаллическими пластинчатыми областями. Когда связующие молекулы больше не растягиваются, фрагменты распадаются на более мелкие области по мере их разрыва. Также были показаны типичные изображения вязких переломов неудачных образцов для испытаний на отслаивание. Слишком высокая рабочая температура, обычно выше температуры стеклования, также может вызывать разрушение пластичного типа. Энергия, требуемая для вязкого разрушения, намного больше, чем для хрупкого разрушения, потому что пластическая деформация происходит в значительно большем объеме материала.

Хрупкие разрушения обычно происходят ниже предела текучести материала и связаны с неожиданными краткосрочными разрушениями пластмасс. При отказах в этом случае проявляются незначительные или нулевые пластические деформации. После периода низкого напряжения связующие молекулы начинают распутываться, и в итоге сила оставшихся связывающих молекул оказывается недостаточной для сохранения кристаллических формаций. Результатом является хрупкое разрушение. В макроскопическом масштабе поверхность разрушения выглядит довольно плоской из-за отсутствия изменений в форме или деформации материала. Поверхность может иметь несколько характерных особенностей, разделённых на разные зоны, в зависимости от внешнего вида. Во время хрупких отказов чёрного и серого полиэтилена наблюдаются отчётливые области разрушения.

Чтобы получить информацию о том, почему зачистка труб является необходимой процедурой, и как получается так, что некоторые трубы, как говорят, являются «непосредственно свариваемыми», было проведено несколько экспериментов. Методы, использованные для исследования поверхностей труб, будут использованы для определения характеристик труб и муфт. Это FTIR, DSC, OIT и SEM. Также будут использованы анализы, предложенные авторами нескольких отчётов: ESCA, GC-MS и метод измерения угла контакта. Оценка различных произведённых соединений будет производиться в соответствии с ISO 13954, модифицированным EN 12814-4, рентгеновской компьютерной томографией и с использованием новой технологии микроволнового сканирования.

В этом исследовании два различных типа труб были проанализированы и объединены с помощью электросварки. Две черные 280-мм трубы SDR11 были получены от одного производителя, а труба с неокрашенной оболочкой, также диаметром 280 мм и SDR17 — от другого. Две трубы от первого изготовителя имели разные даты изготовления, одна труба была произведена в апреле предыдущего года (будем называть её «старая труба»), а другая — в конце февраля этого года (будем называть её «новая труба»). Все трубы изготовлены из бимодального материала высокой плотности PE100 производства международного концерна Borealis, одного из крупнейших в мире производителей полимерных материалов. Использовались соединители размером 280 мм, изготовленные из чёрного PE100, одобренные как для SDR11, так и для SDR17. Соединители были изготовлены в феврале прошлого года. В следующей части приступим к более подробному описанию методов тестирования и затем перейдём уже собственно к процедуре.