熱塑性塑料管材環(huán)剛度測(cè)定方法

     塑料管材是高科技復(fù)合而成的化學(xué)建材，而化學(xué)建材是繼鋼材、木材、水泥之后，當(dāng)代新興的第四大類新型建筑材料，根據(jù)中研網(wǎng)發(fā)布的《2020塑料管材行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及前景趨勢(shì)分析》報(bào)告，中國(guó)塑料管材加工業(yè)經(jīng)歷多年的快速增長(zhǎng)期,現(xiàn)在無論是管材生產(chǎn)量還是消費(fèi)量都穩(wěn)居，目前我國(guó)有6000多家左右的塑料管材生產(chǎn)企業(yè)，其中，具有一定規(guī)模的有3000多家左右，因此可以說管材是一個(gè)比較成熟的產(chǎn)品，各行業(yè)都有相應(yīng)的技術(shù)。

      塑料管材分為熱塑性塑料管和熱固性塑料管兩大類，其中具有加熱軟化、冷卻硬化特性的塑料為熱塑性塑料，以熱塑性塑料為材料而制成的管制品統(tǒng)稱為熱塑性塑料管材。主要的熱塑性塑料管材有聚乙烯（PE）管材、聚丙烯（PP）管材、聚苯乙烯（PS）管材等，因具有節(jié)能節(jié)材、環(huán)保、輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、施工和維修簡(jiǎn)便和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，熱塑性塑料管材廣泛應(yīng)用于建筑給排水、城鄉(xiāng)給排水、農(nóng)業(yè)灌溉等建筑業(yè)、市政、工業(yè)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。

       為保障管材產(chǎn)品良好的質(zhì)量以供施工和日后的正常使用，需要根據(jù)相應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)指標(biāo)對(duì)管材進(jìn)行檢測(cè)，其中管材的強(qiáng)度指標(biāo)檢測(cè)項(xiàng)目有徑向的抗壓強(qiáng)度即環(huán)剛度、柔度、彎曲度、沖擊強(qiáng)度等，下面就將根據(jù)ISO 9969和GB/T9647《熱塑性塑料管材環(huán)剛度的測(cè)定》來詳細(xì)介紹熱塑性塑料管材環(huán)剛度的測(cè)定方法。

一、試驗(yàn)原理

       以管材在恒速變形時(shí)所測(cè)得的負(fù)荷和變形量確定環(huán)剛度。用兩個(gè)相互平行的平板對(duì)一段水平放置的管材以恒定的速率在垂直方向進(jìn)行壓縮，該試驗(yàn)速率由管材的直徑確定，得到負(fù)荷——變形量的關(guān)系曲線，以管材直徑方向變形量為3% 時(shí)的負(fù)荷計(jì)算環(huán)剛度。

二、試驗(yàn)儀器

       萬測(cè)ETM105R微機(jī)控制電子環(huán)剛度試驗(yàn)機(jī)主要用于大直徑環(huán)形截面的塑料管材環(huán)剛度的測(cè)定，*該試驗(yàn)要求，還可以對(duì)金屬、非金屬材料進(jìn)行拉伸、壓縮、彎曲等力學(xué)性能試驗(yàn)，一機(jī)多用。

       該試驗(yàn)機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單易用等特點(diǎn)，采用高精度滾珠絲桿加載，具有很高的剛性和良好的線性運(yùn)動(dòng)特性，大載荷可到100kN，可按用戶要求定制不同管徑的機(jī)型。

三、試樣的制取

1、標(biāo)記和數(shù)量

      在待測(cè)管材的外表面，沿軸向在全長(zhǎng)畫一條直線作為標(biāo)記，對(duì)該段做過標(biāo)記的管材分別截取3個(gè)試樣a、b和c，使試樣的端面垂直于管材的軸線。

2、試樣的長(zhǎng)度

①　每個(gè)試樣按表1的規(guī)定沿圓周方向等分測(cè)量3~6個(gè)長(zhǎng)度值，計(jì)算其算術(shù)平均值作為試樣的長(zhǎng)度，測(cè)量應(yīng)精確到1mm。對(duì)于每個(gè)試樣，在所有的測(cè)量值中，小值不應(yīng)小于大值的0.9倍。

表1 長(zhǎng)度測(cè)量的數(shù)量

②　公稱直徑小于或等于1500mm的管材，試樣的平均長(zhǎng)度應(yīng)為(300±10)mm 。

③　公稱直徑大于1500mm的管材，試樣的平均長(zhǎng)度應(yīng)不小于0.2DN（DN—管材的公稱直徑）。

④　對(duì)有垂直的肋、波紋或其他規(guī)則結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)壁管材，切割試樣時(shí)應(yīng)至少包含一個(gè)完整的肋、波紋或其他的規(guī)則結(jié)構(gòu)，切割部位應(yīng)在肋、波紋或其他規(guī)則結(jié)構(gòu)之間的中點(diǎn)。

⑤　試樣的長(zhǎng)度應(yīng)有少的完整的肋、波紋或其他規(guī)則結(jié)構(gòu)，其長(zhǎng)度應(yīng)不小于290mm，對(duì)公稱直徑大于1500mm的管材，長(zhǎng)度應(yīng)不小于0.2DN。（見圖2）

⑥　對(duì)于有螺旋的肋、 波紋或其他規(guī)則結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)壁管材，試樣的長(zhǎng)度應(yīng)等于(d_i ±20)mm (d_i——管材的平均內(nèi)徑），但不小于290 mm，也不大于1000 mm。

圖2 從垂直肋管材切取的試樣

3、內(nèi)徑的測(cè)定

①　用下列任一方法測(cè)定a、b和c三個(gè)試樣的內(nèi)徑d_ia、d_ib 和d_ic：

a. 在試樣長(zhǎng)度中部的橫截面處，間隔45°依次測(cè)量4次，取算術(shù)平均值，每次測(cè)量應(yīng)精確到0.5%。

b. 在試樣長(zhǎng)度中部的橫截面處，用內(nèi)徑π尺按ISO 3126規(guī)定的方法進(jìn)行測(cè)量。

②　按式(1)計(jì)算3個(gè)值的平均值d_i:

4、試樣的陳化

      試樣應(yīng)至少放置24h后才可進(jìn)行試驗(yàn)。對(duì)于型式檢驗(yàn)或在發(fā)生爭(zhēng)議的情況下，試樣應(yīng)放置(21±2)d。

四、試驗(yàn)步驟

1、除非在其他標(biāo)準(zhǔn)中有特殊規(guī)定，試驗(yàn)應(yīng)在(23±2)℃下進(jìn)行，試樣在試驗(yàn)前應(yīng)在試驗(yàn)環(huán)境溫度下狀態(tài)調(diào)節(jié)至少24h。（注:試驗(yàn)溫度有可能對(duì)環(huán)剛度結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。）

2、如果能確定試樣在某個(gè)位置的環(huán)剛度小，將個(gè)試樣a的該位置與試驗(yàn)機(jī)的上平板相接觸。否則放置個(gè)試樣a時(shí)，將其標(biāo)線與上平板相接觸。在負(fù)荷裝置中對(duì)另兩個(gè)試樣b、c的放置位置應(yīng)相對(duì)于個(gè)試樣依次旋轉(zhuǎn)120°和240°放置。

3、對(duì)于每一個(gè)試樣，放置好變形測(cè)量?jī)x并檢查試樣與上平板的角度位置。放置試樣時(shí)，應(yīng)使試樣的軸線平行于平板，其中點(diǎn)垂直于負(fù)荷傳感器的軸線。（注:為獲得負(fù)荷傳感器的準(zhǔn)確 讀數(shù)，必須將試樣放置在合適的位置，使作用力的方向與負(fù)荷傳感器的軸線盡量一致。

4、下降平板直至接觸到試樣的上部。施加一個(gè)包括平板質(zhì)量的預(yù)負(fù)荷F₀，F(xiàn)₀用下列方法確定:

      試驗(yàn)中負(fù)荷傳感器所顯示的實(shí)際預(yù)負(fù)荷的準(zhǔn)確度應(yīng)在設(shè)定預(yù)負(fù)荷的95%~105%之間。將變形測(cè)量?jī)x和負(fù)荷傳感器調(diào)節(jié)至零。

5、根據(jù)下表3的規(guī)定以恒定的速率壓縮試樣，連續(xù)記錄負(fù)荷和變形值，直至達(dá)到至少0.03d_i的變形量。（注:當(dāng)要求測(cè)定環(huán)柔性時(shí)，繼續(xù)壓縮試樣直至達(dá)到環(huán)柔性所要求的變形量。）

表3 壓縮速率

6、通常，負(fù)荷和變形量的測(cè)量是通過一個(gè)平板的位移得到，但如果在試驗(yàn)的過程中，管材的結(jié)構(gòu)壁厚度e_c（如圖4）的變化超過5% ，則應(yīng)通過測(cè)量試樣的內(nèi)徑變化得到。在有爭(zhēng)議的情況下，應(yīng)測(cè)量試樣的內(nèi)徑變化。

圖4 管材結(jié)構(gòu)壁厚度e_c的示例

     典型的負(fù)荷/變形量曲線是一條光滑的曲線，否則表明零點(diǎn)可能不正確，如圖5所示，可用曲線初始的直線部分倒推至和水平軸相交于(0,0)點(diǎn)(零點(diǎn))。

圖5 修正零點(diǎn)方法

五、熱塑性塑料管材環(huán)剛度的計(jì)算