抗氧剂对PE管材使用寿命的影响

一、前言

PE管材具有比PVC管材更环保的特性,开始渐渐取代PVC管材进入主流管材市场。对于这种新兴的材料有必要对它的性能进行全方位的检测,以确定其的使用范围,确保其能更好地为我们所服务。

二、材料与方法

1、材料分析

通过分析抗氧剂,找到一些影响抗氧剂使用的因素,包括:在施工加工过程中的要注意抗氧剂的添加时机,添加的时机太早或太晚,对抗氧化效果无太大效果;还要对添加的抗氧剂的量进行控制,因为抗氧剂的量和抗氧化效果并不是总成正比。超过一定量后反而会促进氧化效果:抗氧剂的协同作用,当两种以上的抗氧剂混合使用时,其抗氧化效果往往会比单独一种使用的抗氧化效果更强:避免如Co、Cu、Fe、Mn、Ni等过渡元素离子的混入,因这些过渡元素离子具有很强的促进氧化的作用,即助氧化剂;在使用过程中尽量避免光、热、氧对其的影响等等。

通过分析PE管材,找到一些PE管材的特性,包括:温度,PE管材一般在一60℃~60℃的温度范围内使用,温度过低或过高后都会对PE管材的使用有一些影响;抗应力开裂性能好:耐腐蚀性高,可耐多种化学介质的腐蚀,不会发生腐烂等现象;耐老化,正常情况下使用寿命长达50年之久,不会因遭受紫外线而损坏;可绕性能好,易完全,可以绕过障碍物进行施工;重量轻,容易进行搬运和安装,可以降低搬运和安装的费用;耐候性,80℃静液压强度,不发生破裂、不渗漏,断裂收缩率大于等于350%,200摄氏度时氧化诱导大于等于10分钟。

因此在材料选取时要针对这些因素进行选取,尽量避开一些影响材料测试结果的情况和气候,使测试结果符合统计学。

2、材料选取

因为要进行对比测试,因此选取四组进行对照测试。每组选取10根相同长度的PE管材进行测试,第一组为标准组,随机选取同一批次出厂合格的添加抗氧剂的PE管,于;第二组为试验组,随机选取同一批次出厂合格的未加抗氧剂的PE管材;第三组为标准对照组,随机选取不同批次出厂合格的添加抗氧剂的PE管材;第四组为试验对照组,随机选取不同批次出厂合格的未添加抗氧剂的PE管材。

3、实验准备

将四组材料统一放置在同一环境条件下的实验室进行试验,确保试验环境相同,这样最终得到的试验结果也将符合正态分布和统计学,以排除因不同环境条件下对试验数据的影响,减小误差率。

4、测试标准

测试PE管材的标准有很多种,老化测试、物理特性测试等,每个都包含很多种不同的测试方法。如果全部选取,第一是开销太大,第二是没有必要,因此就需要从这些测试中根据PE管材的特性和抗氧剂的特性选取最适合、最能体现出抗氧削对PE管材使用寿命影响的测试标准和测试法。

4、测试方法的选取

通过上边对测试标准的分析,决定通过两种测试方法来进行PE管材的测试试验,这样既能涵盖PE管材也能包括抗氧剂的使用特性。

(一)氧化诱导期试验

采用美国PE公司生产的Pyris 1 DSC (功率补偿型差式扫描量热仪)测定高分子材料氧化诱导期。PE管材试样在惰性气体环境下,加热到预定温度(200度)恒定五分钟后,切换到氧气状态下,测定试样发生降解所需的时间。

(二)耐性试验

光老化尤其是阳光暴晒对PE管材的影响也极大,紫外线的强度对管材会造成直接性的破坏。

(三)化学稳定性试验

PE管材具有很好的稳定性,对氯、氧气体、酸、碱等有良好的耐化学性,但苯、汽油、四氯化碳等对PE管材有一定的影响。

(四)短期强度试验

在实际环境中,由于地基下沉、地震、海啸等地质灾害发生时,管道面对这种程度的变形而不发生断裂的情况也应考虑进去。

结果

所有四组材料进行完五组试验后,得出以下结论:

抗氧剂对PE管材使用寿命的影响

从上述实验数据可以得出:

1、至少12次测得连续增长的缺口,试验一周后第一组的2个试样没有发生裂纹增长,第二组的4个试样发生了裂纹增长,第三组的3个中有1个试样发生了裂纹增长,第四组的3个试样发生了裂纹增长,有1个试样发生了裂纹增长。

2、在20摄氏度静液压强度,环向应力9,0MPa,100H试验中,四组材料都不发生破裂、渗漏;80摄氏度静液压强度,环向应力4.6MPa,165H试验中,第一、三组材料不发生破裂、渗漏,第二、四组各有2根材料发生破裂、渗漏现象:80摄氏度静液压强度,环向应力4.0MPA,100H试验中,第一、三组材料不发生破裂、渗漏,第二、四组各有1根材料发生破裂、渗漏现象。

3、管材在累计接受大于等于3.56J/m 老化能量后,在80度静液压强度,环向应力4.6MPa,165H试验中,第一组的试样没有发生破裂、渗漏,第二组的试样有7根试样发生破裂、渗漏,第三组的试样有2根试样发生破裂、渗漏,第四组的试样有8根发生破裂、渗漏。

4、可耐多种化学物质的腐蚀,但苯、汽油、四氯化碳等化学物质对PE管材影响甚大,第一组有2根试样发生破裂、渗漏,第二组有7根试样发生破裂、渗漏,第三组有4根试样发生破裂、渗漏,第四组有8根试样发生破裂、渗漏。

5、强度试验中,PE管材的柔性使得它能够弯曲,因此在临界值之前没有发生破裂、渗漏的现象,而到临界值之后,四组试样中的管材十有八九都发生了破裂、渗漏的现象。

讨论

抗氧剂是一种化学物质,当其在聚合物体内存在时就可以抑制氧化过程,从而延长其使用寿命。其中抗氧剂1010应用于PE、PVC、ABS树脂、橡胶等的聚合、成型、最终使用等阶段中;抗氧剂1076应用于聚烯烃、聚酯和石油产品中:抗氧剂168同抗氧剂1010应用的范围大致相同,只多了一项接著剂;抗氧剂264在国内被广泛的用于化妆品动植物油脂中:抗氧剂1098常与含磷的抗氧剂混合使用,以提高自身的抗氧化性;抗氧剂2246常用于浅色的橡胶制品中,能阻止纤维素树脂、ABS树脂的光老化和热老化:抗氧剂3(X)0常用于白色、透明制品中。对聚乙烯电线电缆的抗氧化作用显著,可与碳黑共用,增强自身的抗氧化性:抗氧剂3300具有制品长期持久保护的作用:抗氧剂DLP与抗氧剂1010、抗氧剂1076等共用时有很好的协同效应。理想的抗氧剂应具备以下几个条件:

1、具有极高的抗氧化能力;

2、加工时的性能良好,在高温加热时不易挥发、不易分解;

3、不易溶解于水中和油中;

4、抗氧剂本身应该是无毒、无色的;

5、价格一定得是物美价廉的。

但这毕竟是理想,现实中没有哪一种抗氧剂能够满足这些条件,实际使用中都要与其他抗氧剂进行共用,以产生协同效应,以提高自身的抗氧化性。不同的抗氧剂作用也是不尽相同的。即使是同一种抗氧剂在不同的聚合物中的作用也是不同的。试验表明抗氧剂不能改变聚合物制品制成之后的后果,因此抗氧剂要尽早加入,有些时候要稍晚点儿加入,一切都由何种聚合物而决定。另添加抗氧剂不能过多,过多的抗氧剂对于抗氧化效果的作用会起到反作用。

最后通过实验,我们得出的结论是抗氧剂可以提高PE管材的稳定性,延长PE管材的使用寿命。

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