Эксплуатационные характеристики пластиковых труб. Методы испытаний. Часть 2

Типы разрушения полиэтиленовых труб: а) вязкое разрушение, которому предшествует образование локальных выпуклостей; б) хрупкое разрушение с образованием сквозной продольной усталостной трещины; в) вязкое разрушение, сопровождающееся образованием локального поперечного сужения. Видно, что изотермы времени разрыва для обоих сортов материала схожи: при повышенных температурах каждая кривая состоит из двух, почти линейных, ветвей, соединенных третьей плавно изогнутой ветвью; наклон линейных ветвей изменяется от плавного в диапазоне высоких напряжений до очень крутого при буксирных напряжениях. По мере снижения температуры испытания изогнутая ветвь постепенно смещается в сторону более высоких значений времени разрыва; при комнатной температуре она выходит за рамки данной серии испытаний. Характер кривых времени разрыва отражает тот факт, что полиэтиленовые трубы под действием постоянной нагрузки, прикладываемой в течение длительных периодов времени, могут выходить из строя двумя различными способами. Слегка наклонная ветвь кривой соответствует пластическому или вязкому разрушению: в этом случае разрушению предшествует период, в течение которого происходит быстрое и равномерное расширение трубы, сопровождаемое соответствующим уменьшением толщины стенки, до тех пор, пока выпуклость появляется в самой слабой части.

Материал выпуклости становится ориентированным и затвердевающим в тангенциальном направлении, так что разрыв, который вскоре следует, всегда происходит в плоскости, перпендикулярной оси трубы, т.е. в направлении наименьшего сопротивления. В диапазоне низких напряжений, который соответствует крутой наклонной линейной ветви кривой времени разрыва, полиэтиленовые трубы падают из-за хрупкого разрушения (без заметной пластической деформации), которая принимает форму сквозной продольной усталостной трещины в трубе. В диапазоне промежуточных напряжений, который соответствует зоне перегиба кривой времени разрыва, происходит постепенное изменение от одного типа разрушения к другому. Хотя хрупкое разрушение наблюдается только при повышенных температурах, можно ожидать, исходя из общего сходства изотерм времени разрыва, что хрупкое разрушение также может иметь место при комнатной температуре и ниже нее, но в течение периода времени, значительного дольше, чем продолжительность всех практических испытаний на разрыв. В связи с этим обычно считается, что, поскольку ожидаемый срок службы полиэтиленовых труб в системах холодного водоснабжения составляет 50 лет, именно хрупкое разрушение является определяющим фактором в прогнозировании характеристик полиэтиленовых труб для работы в течение длительного времени под действием внутреннего давления.

Другими словами, критерием прочности полиэтиленовой трубы является ее устойчивость к хрупкому разрушению при длительной нагрузке. К сожалению, данные большинства испытаний показывают, что испытания под внутренним гидростатическим давлением не могут дать никакой информации о стойкости полиэтиленовых труб к хрупкому усталостному разрушению при комнатной температуре, т.е. при их максимальной рабочей температуре; это главный недостаток этого метода тестирования. Когда требуется построить «хрупкую» ветвь кривой время разрушения при +20 °С, возникает необходимость прибегнуть к ускоренным испытаниям при повышенных температурах. Кривые времени разрыва для полиэтилена высокой плотности на основе средних значений экспериментальных результатов, полученных для: 1) образцов стержней, вырезанных из труб (диаметр 32 мм, толщина стенки 2,9 мм) и испытанных на одноосное растяжение при постоянной нагрузке; 2) и 2а) трубы (диаметром 32 мм, толщина стенки 2,9 мм), испытанной при постоянном внутреннем давлении. Эквивалентное напряжение в стенках труб было рассчитано по формуле Надаи Oeq = Pdc / 2S (кривая 2) и по формуле Барлоу deq = pdn / 2S (кривая 2a), где Oeq — эквивалентное напряжение, p — внутреннее давление, dc, dn — средний и наружный диаметры соответственно и s — толщина стенки.