Что такое коэффициент растяжения у полиэтилена

Что такое коэффициент растяжения у полиэтилена thumbnail

Автор Монтажник На чтение 7 мин. Просмотров 5k. Обновлено 28.03.2019

Свойства полиэтилена (ПЭ) имеют широкое многообразие, но особо можно выделить два: высокую химическую стойкость и неспособность вступать в электрохимические реакции, благодаря чему исключается возможность появления коррозии, присущей стали. Далее приведены Свойства полиэтилена, наиболее полно характеризующие полиэтилен как материал, применяемый для изготовления труб и соединительных деталей.

Свойства полиэтилена – Плотность

Свойства полиэтилена во многом определяются его плотностью. В российских и международных стандартах принята следующая классификация ПЭ по группам плотности, кг/м3:

– ПНП (ПВД) – полиэтилен низкой плотности (полиэтилен высокого давления) – 910-925;
– ПСП (ПСД) – полиэтилен средней плотности (полиэтилен среднего давления) – 926-940;
– ПВП (ПНД) – полиэтилен высокой плотности (поли-этилен низкого давления) – 941-965.

Полимеризацией при высоком давлении получают разветвленный ПНП. Полимеризацией при низком давлении различными методами (газофазный, суспензионный, в растворе) получают линейный полиэтилен. При этом за счет введения сополимеров может быть получен ПЭ различной плотности – от 920 до 960 кг/м3.

Гранулы полиэтилена

Отечественные трубные марки ПНД производятся газофазным методом с использованием бутена-1 в качестве сополимера. Полимеризацией при низком давлении может быть получен ПСП. Внешне трубы из ПНД и ПВД ничем не отличаются, поэтому при отсутствии маркировки или паспорта (документа о качестве) на трубы отличить их довольно трудно.

Если имеются два отрезка трубы – из ПНД и ПВД – одного наружного диаметра с одинаковой толщиной стенки, то при приложении равных нагрузок труба из ПНД сплющивается в меньшей степени. Труба из ПНД более твердая, чем труба из ПВД, при проведении по ней ногтем обычно остается малозаметная царапина, тогда как на поверхности трубы из ПВД она более заметна. При ударе о твердую поверхность детали из ПВД издают глухой звук, а детали из ПНД – относительно звонкий звук.

Высокая плотность и монолитность соединения могут быть получены только при сварке деталей из одного вида и марки термопласта. Трубы из ПЭ, ПП или ПБ, сваренные между собой, не образуют прочного соединения и легко разрушаются при механическом воздействии.

Стойкость к климатическому (атмосферному) старению

Полиэтилен чувствителен к ультрафиолетовым лучам и теплу. Под их воздействием изменяются его цвет и механические характеристики, т.е. он становится более твердым и хрупким. Эти изменения происходят не сразу и становятся заметными только после года хранения труб на открытом воздухе, на солнце и в неблагоприятных климатических условиях. Так как трубы укладываются в траншеи, то опасность атмосферного старения полиэтилена становится минимальной.

Свойства полиэтилена – Стойкость к температурным воздействиям

При температурном воздействии, особенно длительном,  полиэтилен в изделии становится более «эластичным», т.е. легко поддающимся деформированию при приложении к нему механических нагрузок. Обычно ПЭ трубы рассчитываются исходя из прочности материала при температуре 20 °С. Если температура ниже этого значения, то проность, как правило, повышается. Это повышение прочности, чаще всего, не учитывается при назначении эксплуатационных параметров трубопровода, но сам факт повышения прочности ПЭ увеличивает коэффициент запаса прочности трубы.

Температура плавления полиэтилена, при которой он переходит из твердого состояния в расплавленное, составляет от 115 до 130 °С. Температура начала размягчения – 110 °С. Температура хрупкости – минус 70 °С.

Свойства полиэтилена – Прочность при растяжении

Значение предела текучести при одноосном растяжении является весьма важной характеристикой ПЭ, т.к. оно указывает о том предельном состоянии материала, по достижении которого в термопласте возникают необратимые деформации. Среднее значение предела текучести ПНП, ПСП и ПВП составляет от 11,0 до 28,0 МПа. Относительное удлинение полиэтилена при пределе текучести составляет 16 %. Разрушающее напряжение – предел прочности при растяжении, составляет более 30,0 МПа.

Относительное удлинение полиэтилена при разрыве

Свойства полиэтилена, значение относительного удлинения при разрыве полиэтилена составляет от 300 до 1000 % при скорости растяжения от 50 до 100 мм/мин и температуре 20 °С. Конкретное значение удлинения при разрыве зависит от скорости растяжения и температуры.

Линейное расширение

Коэффициент линейного расширения полиэтилена в десять раз превышает соответствующий коэффициент для стали. Для полиэтилена он составляет 0,12-0,20 мм/(м-°С), тогда как у стали – 0,011 мм/(м-°С). Это следует учитывать при прокладке трубопроводов из ПЭ труб и соблюдать меры предосторожности.

Релаксационные Свойства полиэтилена

Если ПЭ подвергнуть длительному внешнему воздействию, то со временем внутреннее напряжение ПЭ в изделии уменьшается, т.к. материал как бы адаптируется к новому состоянию – более равновесному.

Свойства полиэтилена – Диффузионная проницаемость

Полиэтилен не является абсолютно герметичным по отношению к диффузионной проницаемости, особенно газов, которая повышается с увеличением температуры. Однако диффузионная проницаемость ПЭ чрезвычайно мала и составляет для газа при давлении до 0,3 МПа – 0,6 м3 на один километр в течение года.

Теплоизоляционные свойства полиэтилена

ППолиэтилен обладает хорошими теплоизоляционными свойствами. Тем не менее, для подземных трубопроводов теплоизоляционные характеристики грунта не менее значимы, чем аналогичные свойства самой полиэтиленовой трубы. Коэффициент теплопроводности полиэтилена составляет в среднем 0,22-0,4 Вт/(м-°С).

Читайте также:  Растяжение мышц что делать мази

Стойкость к химическим веществам полиэтилена

Полиэтилен в изделии обладает хорошей стойкостью к воздействию различных агрессивных химических веществ: азотной кислоты различной концентрации, аммиака (газообразного, сухого, 100%-го, чистого, водного раствора, насыщенного на холоде), технического ацетона, бензина, винной кислоты, любого вина, воды (дистиллированной, деминерализованной, обессоленной, минеральной, морской), солей калия, сжатого воздуха, содержащего масла, солей меди и магния, отходящих газов систем канализации и др., содержащих диоксид углерода, соляную кислоту, диоксид серы, ртуть, сероводород, серу, мочевину, мыльный раствор и пр.

Обладает относительной стойкостью в концентрированной (более 50%) азотной кислоте, бензоле и некоторых других ароматических углеводородах.

Свойства полиэтилена – Горючесть

Свойства полиэтилена при контакте с огнем полиэтилен быстро загорается, плавится и стекает каплями. Пламя при горении – синее, слабосветящееся, с запахом затухающей свечи.

Наиболее опасными токсичными газами, образующимися при сгорании полиэтилена, являются углерода оксид (СО), водорода хлорид (HCI) и углерода диоксид (СО2). Количество СО, выделяющегося при термическом разложении полиэтилена, составляет 9-12 %.

Диоксид углерода в малых концентрациях не представляет большой опасности: его концентрацию 1,5 % в воздухе человек переносит без вреда для организма, но при концентрациях 3,0-4,5 % этот газ становится опасным для жизни человека при получасовом вдыхании. В настоящее время в нашей стране отсутствуют нормативные документы, регламентирующие критические концентрации СО, СО2, HCI и О2 при пожаре. В связи с этим для оценки пожарной опасности пластмассовых трубопроводов литературными источниками рекомендуются следующие критические концентрации: СО – 0,1 %, СО2 – б %, HCI – 5 % и О2 – 17 %.

В качестве замедлителей горения полиэтилена применяются хлор- и бромсодержащие органические соединения. В качестве средств пожаротушения применяются: тонко распыленная вода, вода с добавками поверхностно-активных веществ, пена, огнетушащие порошки, асбестовое полотно и др.

Санитарно-гигиенические свойства

Из полиэтилена в воду могут выделяться некоторые химические вещества в концентрациях, не превышающих предельно допустимую (ПДК). Мигрирующие соединения, как правило, не придают воде привкусов и запахов, но могут вызывать образование быстроисчезающей пены при взбалтывании водных вытяжек.

Для светостабилизации полиэтилена применяют различные сорта сажи, содержащие до 0,5 мг/кг бензопирена. Количество сажи в полиэтилене не должно превышать 2,5 %. Исследования показали допустимость использования труб из ПЭ для транспортирования хлорированной воды. При этом не отмечено значительного увеличения хлоропоглощаемости.

ПНД может выделять в воду те же вещества, что и ПВД, но кроме того – остатки комплексных металлоорганических катализаторов и растворителей. Трубы из ПЭ, облученные дозами ускоренных электронов или лучами, не изменяют вкуса и запаха соприкасающейся с ними воды и не повышают ее окисляемость.

Установлено, что увеличение числа бактерий в стоячей воде, находящейся в ПЭ трубах, вызвано их размножением вследствие органических загрязнений, имеющихся в воде, а не влиянием полимерного материала. Посев бактериальных культур, выделенных из водопроводной воды, в минеральную среду с полиэтиленом порошками различной молекулярной массы в качестве единственного источника углерода доказал, что эти микроорганизмы не в состоянии употреблять полиэтилен. ПВД не влияет на выживаемость в воде кишечной палочки. Таким образом, основным ограничением при использовании полиэтилена в контакте с питьевой водой является опасность изменения ее органолептических Свойства полиэтилена, в основном запаха.

Источник

  1. Продукция
  2. Полиэтилен

Полиэтилен низкого давления (ПЭНД) (полиэтилен высокой плотности)

Наименование

Композиция полиэтилена высокой плотности

Марка

ПЭ2НТ11-9 (аналог зарубежного PE100). Другое применяемое обозначение в России данной марки полиэтилена — ПЭ100

Производитель

«ОАО «Казаньоргсинтез»
ТУ 2243-174-00203335-2007

Способ получения

Газофазный метод сополимеризации этилена при низком давлении на комплексных катализаторах

Назначение

Композиция предназначена для изготовления труб и изготовления соединительных деталей газораспределительных сетей, а также напорных труб и соединительных деталей хозяйственно-питьевого бытового назначения

Физические и химические свойства

Полиэтилен — это пластичный материал, который имеет хорошие диэлектрические свойства и небольшую поглотительную способность. Он физиологически нейтрален, ударостоек, не ломается и не имеет запаха. Обладает низкой газопроницаемостью и паропроницаемостью. Полиэтилен не реагирует со всеми щелочами, растворами каких бы то ни было солей, концентрированной плавиковой и соляной кислотами. Материал устойчив к бензину, алкоголю, маслу, овощным сокам, воде. В органических растворителях не растворим, но может ограниченно в них набухать. Разрушающее действие на полиэтилен оказывают 50% азотная кислота, а также жидкие и газообразные галогены фтор и хлор. Таблица стойкости полиэтилена к различным веществам приведена в приложении Е.

В атмосфере инертного газа и при нагревании в вакууме полиэтилен весьма стоек, но на воздухе при нагревании он может деструктироваться уже при температуре 80°С. К низким температурам до -70 °С устойчив. Солнечная радиация и ультрафиолетовые лучи подвергают полиэтилен фотодеструкции, поэтому в качестве стабилизаторов используются производные бензофенов и сажа. Полиэтилен практически безвреден, так как опасные для здоровья людей вещества в окружающую среду не выделяются. ПЭ2НТ11-9 (аналог зарубежного PE100). Другое применяемое обозначение в России данной марки полиэтилена — ПЭ100.

Переработка полиэтилена происходит легко и всеми методами переработки пластмасс. Очень легко модифицируется. Придать ему свойства каучука, улучшить химическую стойкость и теплостойкость можно с помощью хлорирования, фторирования, бромирования и сульфирования. Повысить эластичность, прозрачность, стойкость к растрескиванию и адгезионные характеристики можно посредством сополимеризации с полярными мономерами и другими олефинами. Для улучшения ударной вязкости и других физических свойств полиэтилен смешивают с сополимерами и другими полимерами. Физические, эксплуатационные и химические свойства полиэтиленов зависят от молекулярной массы и плотности полимеров, поэтому отличаются друг от друга. Например, полиэтилен высокого давления (ПЭВД) значительно мягче, чем полиэтилен низкого давления (ПЭНД), у которого более плотные и жесткие пленки. Прочность при сжатии и растяжении у ПЭНД выше, а сопротивление удара и раздирания, а также проницаемость ниже, чем у ПЭВД.

Читайте также:  Растяжение связок колена разрабатывать

Высокие прочностные качества имеет сверхмолекулярный полиэтилен, у которого молекулярная масса достигает более 1 000 000 а.е. Эксплуатировать такой полиэтилен можно при температурном диапазоне от -260 до +120 °С. У него низкий коэффициент трения, высокая износостойкость, стойкость к растрескиванию, химическая стойкость в самых агрессивных средах.

Из-за своей высокой плотности полимер, изготовленный при низком давлении, более плотный, теплостойкий, жесткий и твердый. Также он имеет большую устойчивость к растворителям, чем полиэтилен, изготовленный при высоком давлении. Однако ПЭНД менее морозоустойчив, а высокочастотные электрические характеристики немного хуже, чем у ПЭВД, но это не мешает применять полиэтилен, изготовленный с низким давлением как электроизоляционный материал.

По горючести полиэтилен, также как полипропилен, отнесен, согласно стандарту DIN 4102, к классу В: В1 — трудно возгораемые и В2 — нормально возгораемые. Полиэтилен ПЭ100 физиологически безвреден и годен к контакту с пищевыми продуктами.

Таблица химической стойкости полиэтилена

Характеристики материала ПЭ100 (ПЭ2НТ11-9) (по данным производителя)

Наименование показателейНорма
Плотность(кг/м³)
При 23ºС954-960
При 20ºС956-962
Показатель текучести расплава (индекс расплава) при 190ºС г/10 мин
а) при нагрузке 212Н (21,6 кг*с)5-7
б) при нагрузке 49Н (5 кг*с), не менее0,1
Предел текучести при растяжении, МПа, (кгс/см²), не менее21
Относительное удлинение при разрыве, %, не менее500
Массовая доля технического углерода (сажи), %2,0-2,5
Массовая доля летучих веществ, мг/кг, не более350
Тип распределения технического углерода (сажи)I — II
Термостабильность при 200ºС, мин., не менее20
Стойкость к медленному распространению трещин при 80ºС и начальном напряжении в стенке трубы 4,6 МПа, не менее (на трубах d110 с SDR 11 или d160 мм с SDR 11)165
500
Стойкость к газовым составляющим при 80ºС и начальном напряжении в стенке трубы 2 МПа, (на трубах d32 мм с SDR 11), не менее20
Стойкость к быстрому распространению трещин при 0ºС при максимальном рабочем давлении трубопровода более 0,4 МПа
Маломасштабный метод на трубах d110 с SDR 11, критическое давление, не менееМОР/2,4-0,072
Полномасштабный метод на трубах d160 мм, критическое давление, не менееМОРх1,5
Стойкость при постоянном внутреннем давлении при 20ºС на трубах d32 мм с SDR 11при начальном напряжении
не менее 12,4 МПа100
не менее 11,6 МПа2500
Нижний доверительный предел длительной прочности (минимальная длительная прочность (MRS)) МПа, не менее10

Значения следующих характеристик (не указанных производителем) рекомендуется принимать не хуже значений полиэтилена марки 273-79, сорт первый согласно ГОСТ 16338-85

Наименование показателейНорма
Температура хрупкости ºС, не выше-70ºС (-120ºС согласно ГОСТ)
Модуль упругости при изгибе, МПа685-880
Отношение ПТР21/ПТР520-45
Температура плавления, °С125-132
Температура размягчения по Вика в воздушной среде, °С120-125
Разрушающее напряжение при изгибе, МПа19,0-35,0
Прочность при разрыве МПа (кгс/см2), не менее20,6(210)
Диэлектрическая проницаемость при частоте 1010 Гц2,32-2,36
Удельная теплоемкость при 20-25 °С, Дж/кг×°С1680-1880
Теплопроводность, В/(м×°С)(41,8-44)×10-2

Другие основные характеристики полиэтилена ПЭ80, ПЭ100 согласно данным мировых производителей полиэтилена

Наименование показателейНорма
Рекомендуемая температура окружающей среды при применении, ºСОт -50ºС до +60ºС (кратковременно до +80 ºС)
Модуль упругости при растяжении (модуль Юнга), МПа900 (ПЭ100);800 (ПЭ80)
Ударная прочность, кДж/м²Без разрыва
Коэффициент теплового расширения, 1/ºС0,15-0,19

Источник

Определение прочности материала при растяжении проводится по ГОСТ 11262, а определение модуля упругости – по ГОСТ 9550-81.

Образцы для испытаний термопластов и армированных пластиков должны соответствовать типу и размерам, указанным на рисунке и в таблице.

Рисунок 1: Образцы для испытаний материалов на растяжение (Числовые значения параметров приведены в таблице 1)

Образец типа 1 применяют для испытаний пластмасс с высоким относительным удлинением при разрыве (полиэтилен, пластифицированный поливинилхлорид), образец типа 2 – для испытаний большинства материалов (термореактивные, термопластичные и слоистые пластики), образец типа 3 в форме полоски – для испытаний стеклопластиков.

Таблица 1

Размеры образцов, ммОбразец типа
123
Общая длина l1, не менее115150250
Расстояние между метками, определяющими положение кромок зажимов на образце, l280±5115±5170±5
Длина рабочей части l333±160±1
Расчетная длина l25±150±150±1
Ширина головки b125±0,520±0,525±0,5
Ширина рабочей части b26±0,410±0,5
Толщина h2±0,2(от 1 до 3)4±0,4(от 1 до 10)2±0,2(от 1 до 6)

Диаграмму растяжения строят при нагружении образца до разрушения. Скорость нагружения – 2,0±0,4 мм/мин. По удлинению в момент разрушения Dl определяют относительно удлинение при разрыве e.

Читайте также:  Растяжение связок шейного отдела позвоночника у детей лечение

По максимальному значению нагрузки Fpвычисляют предел прочности при растяжении.

Удлинение измеряют прибором с погрешностью не более 2% в диапазоне 0,1–0,5 мм. База преобразователя перемещения L, устанавливаемого на образец, не менее 20 мм.

По диаграмме деформирования определяют значения нагрузок F1 и F2 и удлинение Dl1 и Dl2, соответствующих относительному удлинению 0,1% и 0,3% и рассчитывают модуль упругости при растяжении.

При невозможности записи диаграммы деформирования модуль упругости определяют при циклическом нагружении образца (до получения стабильных приращений) в диапазоне усилий F1 = (0,05–0,1)×Fр до F2 = 0,2×Fр. При значениях нагрузки F1 и F2 определяют приращение Dl на базе L.

 Испытания полимерных материалов на растяжение:  экспериментальная часть

 Испытания на растяжение полимерных материалов проводят при температуре 23±2°С в соответствии с ГОСТ 11262–80 и ГОСТ 9550–81.

Перед испытанием замеряют ширину и толщину образцов в рабочей части с точностью до 0,01 мм не менее чем в трех местах и вычисляют площадь поперечного сечения. В расчет принимают наименьшую площадь поперечного сечения.

Перед испытанием на образец наносят необходимые метки (без повреждения образцов), ограничивающие его базу и положение кромок захватов (таблица).

Образцы закрепляют в зажимы испытательной машины по меткам, определяющим положение кромок зажимов, таким образом, чтобы продольные оси зажимов и ось образца совпадали между собой и с направлением движения подвижного зажима. Зажимы затягивают равномерно, чтобы не было проскальзывания образца в процессе испытания, но при этом не происходило его разрушение в месте закрепления. Далее настраивают прибор для замера деформаций.

Затем образец нагружают возрастающей нагрузкой, величину которой фиксируют по шкале динамометра. Скорость нагружения составляет 25 мм/мин при определении прочности и относительного остаточного удлинения. В момент разрушения фиксируют наибольшее усилие и определяют прочность при растяжении по формулеформуладля расчета прочности при растяжении

где Fp – нагрузка, при которой образец разрушился, Н; S = b×h – начальное поперечное сечение образца, мм2; b, h – ширина и толщина образца соответственно, мм.

Образцы, разрушившиеся за пределами рабочей части, за результат не принимают.

По удлинению в момент разрушения Dl определяют относительное удлинение при разрыве e:

формула для расчета относительного удлинения при разрывегде Dl – изменение расчетной длины образца в момент разрыва, мм; l – расчетная длина, мм.

Модуль упругости определяют по формуле

формула для расчета модуля упругости при растяжениигде F1, F2 – значения нагрузок, соответствующих относительному удлинению 0,1% и 0,3%, Н; Dl1, Dl2 – удлинение при нагрузках F1, F2 соответственно, мм.

За результат измерения прочности, относительного удлинения и модуля упругости принимают среднее арифметическое значение для всех образцов.

Результаты испытаний заносят в протокол.

 Образцы протоколов испытаний на растяжение

ПРОТОКОЛ № ____ от _____________

Испытания на растяжение по ГОСТ 11262–80

  1. ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ МАШИНА (тип, номер, год выпуска, шкала)
  2. АППАРАТУРА: (измеритель удлинения, тип и основные характеристики)
  3. МАТЕРИАЛ: (тип, марка или состав связующего, ГОСТ, дата изготовления)
  4. ОБРАЗЦЫ: (тип, размеры, количество, метод изготовления)
  5. УСЛОВИЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ: температура 20 °С, относительная влажность 50% в течение 24 ч.
  6. УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЯ: (температура, влажность, скорость нагружения)
  7. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ:
№ п/п l0, ммРазмеры образцов, ммS0, мм2 F, Нsр, МПа 
 h b
1      
      
Среднее арифметическое значение, МПа 
Среднее квадратическое отклонение 
Коэффициент вариации, % 

Испытания провел:

ПРОТОКОЛ № ____ от _____________

Определения модуля упругости при растяжении по ГОСТ 9550–81

  1. ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ МАШИНА (тип, номер, год выпуска, шкала)
  2. АППАРАТУРА: (измеритель удлинения, тип и основные характеристики)
  3. МАТЕРИАЛ: (тип, марка или состав связующего, ГОСТ, дата изготовления)
  4. ОБРАЗЦЫ: (тип, размеры, база, количество, метод изготовления)
  5. УСЛОВИЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ: температура 20 °С, относительная влажность 50 % в течение 24 часов.
  6. УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЯ: (температура, влажность, скорость нагружения)
  7. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ:
№ п/п l0, ммРазмеры образцов, ммS0, мм2Нагрузка, НУдлинение, мм Ер, ГПа
hb F1 F2 l1 l2
1         
         
Среднее арифметическое значение 
Среднее квадратическое отклонение 
Коэффициент вариации, % 

Испытания провел:

 Читайте также: Механические свойства полимеров

Список литературы:
Пластмассы. Метод определения модуля упругости при растяжении, сжатии и изгибе: ГОСТ 9550–81. – Взамен ГОСТ 9550–71; введ. 01.07.1982. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 2004. – 8 с.
Пластмассы. Метод испытания на растяжение: ГОСТ 11262–80. – Взамен ГОСТ 11262–76; введ. 01.12.1980. – М.: Изд-во стандартов, 1986.– 16 с.
Пластмассы. Методы механических испытаний. Общие требования: ГОСТ 14359–69. – Введен 01.01.1970. – М.: Изд-во стандартов, 1979.– 21 с.
 Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей (композитов). Метод испытания плоских образцов на растяжение при нормальной, повышенной и пониженной температурах: ГОСТ 25.601–80. – Введен 01.07.81. – М.: Изд-во стандартов, 1980.– 16 с.
Автор: Кордикова Е.И., кандидат технических наук, доцент кафедры механики материалов и конструкций БГТУ
Источник: Композиционные материалы: Лабораторный практикум, 2007 год
Дата в источнике: 2007 год

Источник