Эксплуатационные характеристики пластиковых труб. Методы испытаний. Часть 1

Рассмотрена возможность использования испытаний на растяжение образцов при постоянном напряжении для определения долговременной прочности полиэтиленовых труб. Недавнее увеличение диапазона применения полимеров в качестве конструкционных материалов обусловило необходимость разработки надежных методов определения их несущей способности и конструирования пластиковых конструкций, методов, которые учитывают специфику механических свойств пластмасс, в частности, их склонность к статической усталости, ползучести и релаксации напряжений при статических нагрузках, применяемых в течение длительных периодов времени. Эта проблема особенно важна в случае пластиковых подводящих труб, которые обычно встроены в конструкции, рассчитанные на долгие десятилетия. В течение этого времени не должно быть никаких механических повреждений, несмотря на существенную потерю прочности материала вследствие статической усталости и ползучести, но изменения размеров не должны превышать допустимых допусков. Таким образом, проблема оценки несущей способности трубы сводится к задаче определения максимально допустимого напряжения, которое при заданном и гарантированном коэффициенте безопасности обеспечит удовлетворение двух вышеуказанных требований.

Было установлено, что срок службы полиэтиленовых труб определяется в первую очередь их сопротивлением разрушению вследствие статической усталости; в результате исследования характеристик полиэтилена в условиях длительной нагрузки специалисты доказали, что проблемы связаны главным образом со статической усталостью, а ползучесть изучается лишь постольку, поскольку она влияет на процесс усталости. Устойчивость данных конструкций к усталостному разрушению может быть определена только экспериментом в условиях, близких к условиям эксплуатации. Метод испытаний, который обычно считается наиболее подходящим для пластиковых труб, включает использование постоянного внутреннего гидростатического давления в качестве средства приложения нагрузки. Согласно его авторам, этот метод наиболее удовлетворительно имитирует основные характеристики условий, в которых должны работать пластиковые подводящие трубы, одновременно допуская влияние как анизотропии материала, так и сложного напряженного состояния трубы. Чтобы определить температурные пределы применения, пластиковые трубы испытывают как при комнатной, так и при повышенной температуре; в случае полиэтиленовых труб обычные температуры испытаний составляют +20 oC, +40 oC, +60 oC и +80 oC.

Внутреннее давление прикладывается с помощью сжимаемой среды (сжатый воздух, азот или диоксид углерода), подаваемой на образец для испытаний из цилиндра или через компрессор. Внутренний объем образца под нагрузкой, особенно при высоких давлениях и температурах, увеличивается во время испытания. Чтобы компенсировать это и возможные утечки (чтобы поддерживать постоянное испытательное давление), в насос должно быть встроено специальное компенсирующее устройство (пневматического или пневмогидравлического типа), что еще больше усложняет и без того сложную и громоздкую машину. Несмотря на это, ни в коем случае нельзя быть уверенным, что испытательное давление поддерживается постоянным с помощью этого устройства. Например, было установлено, что резервуар для компенсации давления вместимостью 5000 см необходим для поддержания постоянной давления в относительно широких пределах времени 2,5%. Резервуары, обычно используемые для этой цели, имеют гораздо меньшую вместимость, которая, к тому же, не одинакова в машинах различной конструкции; это, как показал эксперимент, затрудняет сравнение результатов различных испытаний и снижает их ценность.