本文關(guān)鍵詞：城鎮(zhèn)燃氣聚乙烯管道熱氧老化規(guī)律的試驗設(shè)計研究

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【摘要】：我國自上世紀80年代開始在城市燃氣管道中使用聚乙烯(PE)管道,在90年代中期大量使用,迄今已逾30年。經(jīng)過長期的試驗、研究和推廣,聚乙烯管道以其使用壽命長(可達50年)、耐腐蝕、較好的柔韌性(抗震和適應沉降)、重量較輕、連接方便等優(yōu)勢,已經(jīng)在中低壓燃氣管網(wǎng)中取代了過去的傳統(tǒng)管材如鋼管、鑄鐵管等的地位,成為《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》(GB50028-2006)的首選管材,并在高壓燃氣管道中也逐步開始應用。聚乙烯管道的使用情況也成為了衡量一個地區(qū)燃氣技術(shù)水平的指標之一,到2005年聚乙烯管道在中低壓管網(wǎng)建設(shè)的使用比例已經(jīng)達到50%。然而PE管材畢竟屬于一種有機材料,其老化問題不可避免。一旦發(fā)生破裂導致爆炸發(fā)生,將會造成城鎮(zhèn)地區(qū)巨大的人身傷害及經(jīng)濟損失。因此,對于PE管材老化規(guī)律的研究具有巨大的經(jīng)濟價值及工程價值。到目前為止,國內(nèi)外對承壓燃氣聚乙烯管道的老化規(guī)律研究還不完善。本文研究對象是我國城鎮(zhèn)聚乙烯管道主要使用的PE100及PE80管道材料,基于熱氧加速老化方法,在自行搭建的熱氧加速老化實驗模擬實驗平臺上開展相關(guān)實驗研究。主要研究不同老化時間、不同內(nèi)壓對PE100及PE80管道材料的老化規(guī)律。拉伸試驗研究表明熱氧老化PE試件的拉伸力學性能隨著老化時間及壓力的增加而逐步減弱,在加熱溫度及壓力較低時,管材性能變化較慢,但隨著溫度及壓力的逐步增加,聚乙烯管材穩(wěn)定性發(fā)生明顯變化。溫度每升高10度,其性能成幾何狀減弱。并利用動力學曲線直線化法將數(shù)據(jù)進行擬合分析,分別提出了承壓和無壓PE管道的熱氧老化規(guī)律預測模型,數(shù)據(jù)吻合良好,驗證熱氧加速老化實驗模型的正確性,結(jié)果表明,燃氣PE管道的拉伸力學性能隨著熱氧老化溫度、壓力、時間明顯變化,斷裂點載荷發(fā)生劇烈變化。承壓燃氣PE管壽命低于無壓PE管道壽命,當試驗壓力0.1MPa時壽命減少9.6%。熔體流動速率(MFR)試驗研究表明PE試件性能隨著熱氧老化的溫度、時間的變化而發(fā)生明顯變化,其性能變化參數(shù)作為評判試驗管材是否老化的指標之一。并將數(shù)據(jù)進行整理分析,對比老化前后材料性能變化趨勢,可看出壓力越大,熔體流動速率越大,溫度越高,熔體流動速率越大,驗證熱氧加速老化實驗的正確性。差熱分析法(DSC)試驗研究表明隨著熱氧老化PE試件的溫度、時間的變化而發(fā)生明顯變化,其性能變化參數(shù)作為評判試驗管材是否老化的指標之一。并將數(shù)據(jù)進行整理分析,對比老化前后材料性能變化趨勢,可以看出隨著實驗壓力的增加,溫度的增加,材料的氧化誘導期明顯縮短,表明穩(wěn)定性下降,壓力及溫度對于聚乙烯管材的穩(wěn)定性成負相關(guān)的作用,從而驗證熱氧加速老化實驗的正確性。本文的研究結(jié)果可用于指導工程聚乙烯管道的剩余壽命評價及處理。
【關(guān)鍵詞】：聚乙烯管道 熱氧老化 實驗研究 壽命預測
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU996.7;TQ325.12
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 1 引言13-25
• 1.1 研究背景及意義13-15
• 1.2 問題的提出15-17
• 1.3 國內(nèi)外研究進展17-22
• 1.3.1 國外研究進展17-19
• 1.3.2 國內(nèi)研究進展19-21
• 1.3.3 存在的問題21-22
• 1.4 研究難點22-23
• 1.5 研究內(nèi)容23-25
• 2 熱氧加速老化的相關(guān)理論25-41
• 2.1 阿侖尼烏斯定律25-26
• 2.1.1 阿侖尼烏斯的產(chǎn)生25
• 2.1.2 阿侖公式的幾種數(shù)學表示形式及意義25-26
• 2.2 活化能26-31
• 2.2.1 定義26-27
• 2.2.2 經(jīng)驗活化能27-29
• 2.2.3 活化能的本質(zhì)29-30
• 2.2.4 經(jīng)驗活化能與溫度的關(guān)系30-31
• 2.3 加速老化試驗31-32
• 2.4 聚乙烯材料老化機理32-37
• 2.4.1 自由基反應機理32-33
• 2.4.2 老化機理33-34
• 2.4.3 紅外光譜對老化的影響34-35
• 2.4.4 熔體流動速率法35-36
• 2.4.5 壽命預測方法36-37
• 2.5 聚乙烯管材實驗37-40
• 2.5.1 力學性能的研究37-38
• 2.5.2 紅外光譜分析38-39
• 2.5.3 熔體流動速率實驗39
• 2.5.4 差熱分析(DSC)實驗39-40
• 2.6 本章小結(jié)40-41
• 3 壽命預測模型老化實驗設(shè)計41-51
• 3.1 實驗設(shè)計思路41-43
• 3.1.1 研究的原因41
• 3.1.2 實驗目的41-42
• 3.1.3 實驗參數(shù)及測量設(shè)備42
• 3.1.4 實驗方案設(shè)計42-43
• 3.2 實驗裝置與工作原理43-47
• 3.2.1 實驗平臺設(shè)計原理43-45
• 3.2.2 實驗裝置介紹45-46
• 3.2.3 實驗裝置工作原理46-47
• 3.3 實驗方案設(shè)計47-48
• 3.3.1 老化實驗研究47-48
• 3.3.2 熱氧加速老化實驗48
• 3.4 本章小結(jié)48-51
• 4 老化試件相關(guān)性能分析(力學、熔體流動速率及差熱分析實驗)51-63
• 4.1 力學性能測試實驗(拉伸力學試驗及條件)51-54
• 4.1.1 拉伸試驗結(jié)果分析51-54
• 4.2 熔體流動速率分析實驗54-59
• 4.2.1 實驗材料及實驗儀器54-55
• 4.2.2 實驗條件55
• 4.2.3 實驗步驟55-56
• 4.2.4 實驗結(jié)果及討論56-59
• 4.3 差熱分析法分析59-61
• 4.3.1 實驗介紹59-60
• 4.3.2 實驗方法60-61
• 4.4 本章小結(jié)61-63
• 5 壽命預測分析63-69
• 5.1 聚乙烯材料的壽命預測方法63
• 5.2 0.1MPa下PE管材的壽命預測63-65
• 5.3 無壓力下PE管材的壽命預測65-67
• 5.4 本章小結(jié)67-69
• 6 結(jié)論與展望69-71
• 6.1 結(jié)論69-70
• 6.2 展望70-71
• 參考文獻71-75
• 索引75-77
• 作者簡歷及攻讀碩士學位期間取得的研究成果77-81
• 學位論文數(shù)據(jù)集81

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本文編號：812821