聚乙烯防护层专用料低温缺口冲击强度研究

徐翠竹，刘金霞，孔宪刚，李爱贵

中国石油集团工程技术研究院，天津 300451

聚乙烯防护层专用料低温缺口冲击强度研究

徐翠竹，刘金霞，孔宪刚，李爱贵

中国石油集团工程技术研究院，天津 300451

缺口冲击强度是评价聚乙烯材料抗冲击能力的常用指标。随着我国油气管道建设的发展，冻土区施工、寒冷地带冬季施工不可避免，考察埋地钢制管道聚乙烯保温防护层的低温冲击性能具有重要的现实意义。采用GB/T1043.1-2008规定的缺口冲击方法，测试了三种聚乙烯防护层专用料在-45℃下A型和B型两种缺口的冲击强度，对比和分析表明，A型缺口能更好地模拟管道施工中材料存在缺口/缺陷时的实际表现，更适于评价聚乙烯防护专用料的低温缺口冲击性能。

缺口冲击强度；GB/T1043.1-2008；聚乙烯；低温冲击

冲击强度常用于评价聚乙烯材料的抗冲击能力，是判断其脆性和韧性程度的常用指标。冲击实验可采用带缺口的或无缺口的试样，采用带缺口试样的目的是使缺口处试样的截面积大为减小，受冲击时，试样断裂一定发生在这一薄弱处，所有的冲击能量都能在这局部的地方被吸收，从而提高实验的准确性。在工程实践中，容易受到冲击的材料，缺口试样的冲击强度比较重要。

目前国内埋地钢制管道防腐保温层普遍采用防腐层-保温层-防护层组成的复合结构，防护层一般为聚乙烯塑料层。随着我国油气管道建设的发展，冻土区施工、寒冷地带冬季施工不可避免，因此考察聚乙烯防护层的低温冲击性能具有重要的现实意义。

本文采用GB/T1043.1—2008《塑料简支梁冲击性能的测定第1部分：非仪器化冲击实验》[1]规定的缺口冲击方法，研究聚乙烯防护层在-45℃下的缺口冲击强度，对A型和B型两种缺口的冲击强度进行了对比和分析。

1 低温缺口冲击实验

实验选取不同生产厂家的三种聚乙烯防护层专用料。

1.1 实验方法

试样制备按照GB/T1043.1—2008第6章的规定进行，采用1型试样。实验步骤按照GB/T1043.1-2008第7章的规定进行，实验温度为-45℃。

1.2 实验仪器

HIT-2492摆锤冲击实验机复合冲击机。

1.3 试样制备

1.3.1 压塑

试样的压塑参照GB/T 9352—2008《塑料热塑性塑料材料试样的压塑》[2]，采用溢料式（“画框”）模具。使用该模具时，多余的材料被挤出；在冷却时，模塑压力仅施加于模框上而不施加于材料上。

模塑温度：190℃；预热时间：10 min；合模压力：10 MPa；模塑时间：2 min。

1.3.2 裁剪

从模压片料的中心部分用冲压加工制取试样，试样示意如图1所示。

图1 缺口试样示意

图1中试样长度l=（80±2）mm，试样宽度b=（10.0±0.2）mm，试样厚度h=（4.0±0.2）mm，缺口底部剩余宽度bN=（8.0±0.2）mm，箭头A表示冲击方向。

1.3.3 缺口

缺口采用机加工方式，类型如图2所示。

图2 缺口类型

1.3.4 试样数量

A、B型缺口试样各为10个试样。

2 实验步骤

（1）测量每个试样中部的厚度、宽度及缺口剩余宽度。

（2）调整试样为跨距62 mm，按照仪器说明书配置摆锤和砝码。

（3）试样在-45℃状态调节16 h。

（4）抬起摆锤至规定高度，将试样放在实验机支座上，冲刃正对打击中心，且缺口中央位于冲击平面上。

（5）释放摆锤，记录和计算冲击能量和冲击强度，记录破坏类型。

3 数据与讨论

3.1 试样间冲击破坏类型比较

甲、乙、丙三种聚乙烯防护层专用料制备的试样在-45℃的缺口冲击后，其破坏类型结果见表1、图3。

表1 三种试样冲击后破坏类型

图3 试样冲击后照片

由表1可以看出：A型缺口的主要破坏类型为C；B型缺口的主要破坏类型为P。

3.2 缺口类型对冲击强度的影响研究

由图4可以看出：试样甲A型缺口冲击强度值＜B型缺口冲击强度值，试样乙A型缺口冲击强度值＜B型缺口冲击强度值，试样丙A型缺口冲击强度值＜B型缺口冲击强度值；试样甲A型和B型缺口冲击强度均较好，试样乙A型缺口冲击强度较好而B型缺口冲击强度较差，试样丙A型和B型缺口冲击强度均较差；A型缺口实验数据离散性小于B型缺口。

图4 缺口类型对冲击强度的影响

3.3 试样间冲击强度对比

由图5可以看到：对于A型缺口冲击强度，试样甲＞试样乙≈试样丙；对于B型缺口冲击强度，试样甲＞试样乙＞试样丙。

图5 试样间缺口冲击强度对比

4 结果分析

（1）A形缺口测得的冲击强度与B形缺口测得的冲击强度之间不存在对应的换算关系。

（2）试样的A型和B型缺口冲击强度实验结果表明：总体说来，A型缺口冲击强度较好的试样，其B型缺口冲击强度也较好。这是由于缺口冲击强度首先是由聚乙烯材料的特性决定的，因而可以评价材料的脆性和韧性程度及其优劣。

（3）B型缺口冲击强度较好的材料，其A型缺口冲击强度未必好，试样的缺口类型对冲击强度影响非常大。主要原因是A形缺口比B形缺口更为尖锐，更能反应材料的缺口和内部缺陷对动态载荷的敏感性。对于B形试样，进行冲击实验时，其冲击功大部分消耗于裂纹的形成，应力更为分散；而对A形缺口试样，其冲击功大部分消耗于裂纹的扩展，应力更为集中。

（4）发生冲击破坏时，A型缺口的应力集中，破坏点集中，因此数据离散性小，且破坏类型主要表现为完全破坏（或铰链破坏）；而B型缺口表现为应力分散，破坏点分散，因此数据离散性大，破坏类型主要表现为部分破坏。

（5）与B型缺口相比，A型缺口更为严苛，数据离散性更小，能更好更全面地模拟管道施工中材料存在缺口/缺陷时的实际表现，更适于评价聚乙烯防护专用料的低温缺口冲击性能。

5 结论

A型缺口能更好地模拟管道施工中材料存在缺口/缺陷时的实际表现，更适于评价聚乙烯防护专用料的低温缺口冲击性能。

[1]GB/T1043.1-2008，塑料简支梁冲击性能的测定第1部分：非仪器化冲击实验[S].

[2]GB/T9352-2008，塑料热塑性塑料材料试样的压塑[S].

Studyon low-temperature notched impact strength ofPEprotective layer

XU Cuizhu，LIU Jinxia，KONG Xiangang，LIAigui
CNPC Research Institute of Engineering Technology，Tianjin 300451，China

Notched impact strength is commonly used to evaluate the impact resistan ce of polyethylene（PE）.With the development of oil and gas pipelines in China，construction in permafrost/cold regions in winter is inevitable.It is of great practicalsignificance to study the low-temperature impact properties of PE insulation layer for buried steelpipeline.The impact strengths of three kinds of PE layers with type A/B notch were tested at-45℃according to GB/T 1043.1-2008.The comparison and analysis showed that type A notch simulated the material defects in pipeline construction better，and was more suitable to evaluate the low-temperature notched impact property of PE protective layer.

notched impact strength；GB/T1043.1-2008；polyethylene （PE）；low temperature impact

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.05.016

徐翠竹（1977-），女，河北辛集人，高级工程师，2003年毕业于天津大学化学工程专业，硕士，现从事防腐保温产品的监督检测工作。Emial：xucz@cnpc.com.cn

2017-03-30；

2017-06-17