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应变硬化模量-一种PPR管道材料失效时间分级的方法Rieky （沙特阿拉伯） Linda（沙特阿拉伯）Patrick（沙特阿拉伯） Jonathan（沙特阿拉伯） Rudy（沙特阿拉伯）概要:通过80℃的拉伸试验可以证实，HDPE树脂的耐慢速裂纹增长性能与他的应变硬化模量相关；并且，无论传统实验方法（如：全缺口蠕变试验，管材缺口试验）还是快速试验方法（如：疲劳试验）都发现HDPE树脂具有相同的破坏机理，同时，也发现应变硬化模量可以用于研究和评判HDPE树脂可预见的耐慢速裂纹增长行为。因为，利用应变硬化法已经可以实现对HDPE管材用原材料进行分级，符合逻辑的下一步是将该测试法推广应用到其他的像PP这一类管材专用料的分级上。对PPR管材专用料进行应变硬化法评测时，需要对测试温度、测试速度等条件进行重新优化；本文确定了不同等级PP类管材专用料的应变硬化行为，并且，讨论了利用应变硬化结果推测管材失效时间的方法。关键词：应变硬化，无规聚丙烯，慢速裂纹增长，管材失效摘要PPR树脂已经在冷、热水输送用压力管道制造领域得到了广泛应用，传统测试方法（如：内压测试法）需要大量的原料和漫长的测试周期（一年以上）来评估原材料的性能，进而确保使用这种原料生产的管材使用寿命在50年以上。对于这个测试方法来说极端漫长的测试时间是非常让人焦虑的，无论是在确定原材料或是成品管材的失效时间，还是开发新等级的原材料或产品，以及对产品质量进行检测时；此外，从原材料消耗、能量成本、用水量来看也都很不让人满意。最近几年，在沙特阿拉伯科技人员开发了一种简单而有效的测定HDPE管材专用料的方法—拉伸应变硬化模量评估法，使用这种方法仅仅需要克级数量的原材料、几个小时测试时间就可以得出可重复的、可靠的、精确的测试结果。通过80℃的拉伸试验可以证实，HDPE树脂的耐慢速裂纹增长性能与他的应变硬化模量相关；并且，无论传统实验方法（如：全缺口蠕变试验，管材缺口试验）还是快速试验方法（如：疲劳试验）都发现HDPE树脂具有相同的破坏机理，同时，也发现应变硬化模量确实可以用于研究和评判HDPE树脂可预见的耐慢速裂纹增长行为。因为，利用应变硬化法已经可以实现对HDPE管材用原材料进行分级，符合逻辑的下一步是将该测试法推广应用到其他的像PP这一类管材专用料的分级上。对PPR管材专用料进行应变硬化法评测时，需要对测试温度、测试速度等条件进行重新优化；本文确定了不同等级PP类管材专用料的应变硬化行为，并且，讨论了利用应变硬化结果推测管材失效时间的方法。项目介绍2005年，Kurelec等首次公开发表了，80℃时基于应变硬化倾斜数据来评价聚乙烯树脂耐环境应力开裂等级的试验结果；他们通过试验证实，聚乙烯树脂材料的耐环境应力开裂主要是慢速裂纹增长机理，并且裂纹的发展过程可以简单的通过80℃时的拉伸试验来预测。对于不同类型的聚乙烯均聚物和共聚物在进行试验时，拉伸曲线上的倾斜率会高于他本身的伸长率（例如：在应变硬化状态），这种现象与他耐环境应力开裂性能相关。Kurelec等公布的实验数据证实，聚乙烯树脂的耐应变开裂性取决于裂纹处微纤的强度，在接近或软化时微纤与应变硬度成一定的比例，因此，裂纹就是物理学上活性软化的失效。当一种材料具有更强大的应变硬度时，他在承受外力时就可以有效的减小应力增长速度，最终大幅度延长失效时间。考虑到现在聚乙烯树脂的耐裂纹开裂性能还要通过有刻痕的样品通过与活性溶剂表面接触来测试，这一评估过程即冗长乏味又消耗大量时间；通过测定应变硬化模量就可能提供一种简单、快速的新方法用于评价材料的慢速裂纹增长行为。2008年，McCarthy等证实应变硬化理论在环境应力开裂、弹性、HDPE管材分级以及从概念上证明Kramers’的裂纹发生和裂缝增长模型上都是有效的。2011年，Deblieck等利用Kramer-Berger的裂纹增长模型和Brown的裂纹-裂缝转变模型，提出了一个聚烯烃网格密度被迫宏观变形和失效的分子结构基本原理模型。2011年，Van Beek等提出了用于评价应变硬化模量的最终准则，而且，还从统计学上证明了全切口蠕变试验（FNCT）失效时间与应变硬化模量之间的关系适用于从注塑级、吹膜级到管材级等多个等级的原材料；并且，应变硬化法的动态测定范围远远优于FNCT能达到的有效测试值。重要的是，80℃的应变硬化模量最终被证实可作为预测手段用于研究聚乙烯的耐环境应力开裂和慢速裂纹开裂，并且，目前这一方法已经得到相关被国际标准认可。本篇文章的目的在于讨论应变硬化理论能否用于聚丙烯类原料的等级划分，为了最终得出结论我们研究了大量的管材级PP原料。实验部分ISO18488标准给出了聚乙烯树脂应变硬化测试的试验细节，在80℃、横动速度为20mm/min时，壁厚为0.3mm、长度为20mm的测试样条