Исследование механических свойств полиэтилена в условиях низких температур

А.Н. Аношкин,  А.Ф. Ларионов, А.Б. Поспелов,  Р.М. Якушев (Пермь)

Объектом исследования является полиэтилен низкого давления марки 273-79, используемый в качестве герметизирующего слоя бипластмассовых труб. Практика использования бипластмассовых труб в зимний период в условиях Западной Сибири и Крайнего Севера выявила случаи хрупкого разрушения их полиэтиленового слоя. Предварительный анализ показал, что вероятной причиной разрушения является сочетание ряда факторов: напряжения, вызванные температурным перепадом, высокий уровень технологических напряжений, особенности физико-механических свойств и возможные структурные изменения полиэтилена при низких температурах.

Целью исследований являлось определение особенностей морфологии структуры и механических характеристики полиэтилена, объясняющих факты хрупкого разрушения.

Образцы для испытаний вырезались из полиэтиленового слоя различных труб, в том числе из промысловых трубопроводов, где были обнаружены хрупкие трещины. В процессе исследований проведены испытания на растяжение образцов при различных температурах от +20 °C до –120 °C. Получены экспериментальные оценки остаточных напряжений в полиэтиленовых трубах. Проведены физико-химические исследования структуры полиэтилена (ИК Фурье, УФ – спектроскопия, термомеханический анализ, дифференциально-сканирующая калориметрия и рентгеноструктурный анализ). Термомеханический анализ показал существенную анизотропию коэффициентов линейного термического расширения (КЛТР) и анизотропную усадку полиэтилена.

Результаты проведенных исследований показывают, что рассматриваемый полиэтилен обладает большой деформационной способностью при одноосном растяжении в области низких температур. Данная характеристика полиэтилена практически не зависит от параметров технологического процесса получения труб и структурных особенностей. Наиболее важным фактором, снижающим его деформационную способность и вызывающим хрупкое разрушение полиэтиленового слоя бипластмассовых труб при их охлаждении, является наличие в данном слое сложного напряженного состояния. Проведен расчет напряженно-деформированного состояния полиэтиленового слоя бипластмассовых труб при температурном перепаде (+20° С ¸ –60° С) при различных условиях закрепления. Предложена схема испытаний плоских образцов, вырезанных из полиэтиленовых труб, на двухосное растяжение с дополнительным ударным воздействием.