一種高密度聚乙烯材料受火后的安全評(píng)估方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于高分子材料的性能評(píng)估領(lǐng)域，具體涉及高密度聚乙烯材料受火后性能檢測(cè)與評(píng)價(jià)方法。本方法包括以下步驟：模擬材料受火損傷情況，獲得材料在一定溫度和時(shí)間下的力學(xué)性能指標(biāo)；對(duì)受火損傷后的材料進(jìn)行沖擊斷口分析和微觀檢驗(yàn)（包括紅外、熱分析等手段），根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果判斷材料力學(xué)性能是否明顯下降，材料是否明顯氧化，能否繼續(xù)進(jìn)行使用。本發(fā)明結(jié)合了材料宏觀力學(xué)性能變化與微觀結(jié)構(gòu)的變化情況，利用了多種現(xiàn)代分析儀器和方法，綜合評(píng)定材料受火后的性能變化情況。可以準(zhǔn)確判斷材料是否能夠繼續(xù)服役?？梢杂行У販p少火災(zāi)之后更換高密度聚乙烯管道的時(shí)間和成本。對(duì)其他高分子材料受火損傷的性能評(píng)定具有實(shí)用參考價(jià)值。
【專利說明】
一種高密度聚乙烯材料受火后的安全評(píng)估方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于高分子材料的性能評(píng)估領(lǐng)域，具體涉及高密度聚乙烯材料受火后性能檢測(cè)與評(píng)價(jià)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著“西氣東輸”戰(zhàn)略的實(shí)施，燃?xì)夤艿阑呀?jīng)比較普及，燃?xì)夤艿谰W(wǎng)絡(luò)在我國(guó)發(fā)展迅猛。相比于金屬管道容易腐蝕，服役時(shí)間短的缺點(diǎn)，高密度聚乙烯管道以其比強(qiáng)度高、脆化溫度低、韌性好、耐腐蝕、絕緣性能好、易于施工和安裝等特點(diǎn)，被認(rèn)為是目前比較理想的燃?xì)庥霉堋?br>[0003]燃?xì)夤艿雷鳛槟茉摧斔拖到y(tǒng)，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，會(huì)直接影響到人們的日常生活，尤其是燃?xì)獾男孤?，?huì)產(chǎn)生爆炸的危險(xiǎn)。我國(guó)目前的地下管網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施落后，管道泄漏隱患多、管道性能劣化嚴(yán)重等問題凸顯，已經(jīng)對(duì)社會(huì)的穩(wěn)定和發(fā)展產(chǎn)生了重大影響。石化行業(yè)中發(fā)生的火災(zāi)具有燃燒面積大、撲救難度大、影響范圍大等特點(diǎn)。高分子材料耐高溫差，在火場(chǎng)的高溫中會(huì)軟化變形甚至燃燒降解，火災(zāi)過后需要對(duì)火場(chǎng)中的高分子材料進(jìn)行更換處理。但由于火災(zāi)燃燒的影響范圍大，處于火場(chǎng)附近的高分子材料也會(huì)受到熱輻照的作用。經(jīng)歷熱輻照后，高分子材料的性能會(huì)發(fā)生改變，高密度聚乙烯的結(jié)構(gòu)性能將產(chǎn)生劣化，結(jié)構(gòu)安全性下降?；馂?zāi)之后若對(duì)處于火場(chǎng)周邊的管道也進(jìn)行全部更換處理，則耗時(shí)長(zhǎng)，成本高。
[0004]目前沒有系統(tǒng)的高密度聚乙烯管道受火損傷后的評(píng)價(jià)方法，不能按照管道實(shí)際損傷程度進(jìn)行更換或者維修處理。所以評(píng)估高密度聚乙烯管道在火災(zāi)中的損傷程度，判定其是否需要更換可以大幅度節(jié)約管材和投資，同時(shí)節(jié)省大量的人力并且減少對(duì)企業(yè)和居民的正常生產(chǎn)生活的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)【背景技術(shù)】中存在的評(píng)價(jià)方法的空白，提供了一種操作合理且實(shí)用的高密度聚乙烯材料受火后的性能評(píng)價(jià)方法。可以快速、準(zhǔn)確、有效地評(píng)定評(píng)定高密度聚乙烯材料受火后的性能變化情況并決定材料是否需要更換。
[0006]本發(fā)明提出的高密度聚乙烯材料受火后性能檢測(cè)與評(píng)價(jià)方法，具體步驟如下:
(1):對(duì)待評(píng)定材料所處的火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)；
(2):取與待評(píng)定材料相同的未受火材料，通過熱老化實(shí)驗(yàn)?zāi)M未受火材料在火場(chǎng)中的受火損傷的情況，得到模擬受火后的材料；
(3):對(duì)未受火材料和步驟(2)模擬受火后的材料進(jìn)行宏觀力學(xué)性能的測(cè)試，當(dāng)模擬受火后的材料力學(xué)性能測(cè)量值不能滿足臨界值要求時(shí)，判定模擬受火后的材料失效；否則進(jìn)入步驟(4);
(4):在步驟(3)判斷的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步采用紅外光譜(ATR-1R)、掃描電鏡(SEM)、差式掃描量熱法(DSC)和熱失重分析(TGA)檢測(cè)手段，對(duì)未受火材料和模擬受火后的材料的沖擊斷口，材料表面和內(nèi)部進(jìn)行綜合分析和測(cè)試，獲取未受火材料和模擬受火后的材料微觀結(jié)構(gòu)變化的情況；
(5):根據(jù)步驟(4)的檢測(cè)結(jié)果判斷模擬受火后的材料是否嚴(yán)重氧化，嚴(yán)重氧化時(shí)，判定材料失效，若未發(fā)生顯著氧化，則進(jìn)入步驟(6);
(6):確認(rèn)待評(píng)定材料可以繼續(xù)服役。
[0007]本發(fā)明中，步驟(I)中，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)需要獲取待評(píng)定材料在火場(chǎng)中所處的溫度和時(shí)間，以及滅火撲救時(shí)所采取的冷卻方式。
[0008]本發(fā)明中，步驟(2)中，取與待評(píng)定材料相同的未受火材料，通過設(shè)定熱暴露溫度和熱暴露時(shí)間，在馬弗爐中模擬材料受火損傷的情況。設(shè)定的熱暴露溫度和熱暴露時(shí)間與步驟(I)中獲取的待評(píng)定材料在火場(chǎng)中所處的溫度和時(shí)間一致，冷卻方式與步驟(I)中獲取的待評(píng)定材料冷卻方式一致。
[0009]本發(fā)明中，步驟(3)中，對(duì)步驟(2)取得的模擬受火后的材料和未受火材料進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，包括拉伸試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)等，獲取材料在受火之后的力學(xué)性能變化情況。以50%的性能保持率作為臨界值，將模擬受火材料的力學(xué)性能測(cè)量值與臨界值做比較，根據(jù)其能否滿足臨界值要求，進(jìn)行下一步方案；
若模擬受火材料的力學(xué)性能測(cè)量值與未受火材料相比沒有下降，或下降幅度小于50%，則檢測(cè)結(jié)果為滿足臨界值要求的；
若模擬受火材料的力學(xué)性能測(cè)量值與未受火材料相比下降幅度大于50%，則檢測(cè)結(jié)果為不滿足臨界值要求的。
[0010]本發(fā)明中，步驟(4)中:采用紅外光譜(ATR-1R)、差式掃描量熱法(DSC)和熱失重分析(TGA)三種檢測(cè)手段，對(duì)模擬受火材料進(jìn)行化學(xué)組成和分子鏈微觀結(jié)構(gòu)的分析，判定材料是否發(fā)生顯著氧化，材料內(nèi)部是否仍有抗氧劑存在。采用掃描電鏡(SEM)方法觀察材料的微觀結(jié)構(gòu)變化，結(jié)合宏觀力學(xué)性能的改變，判定材料受火損傷的程度。
[0011]本發(fā)明中，步驟(5)中:
所述檢測(cè)結(jié)果為嚴(yán)重氧化的，其微觀結(jié)構(gòu)變化的情況為:紅外圖譜可觀察到顯著的氧化基團(tuán)，差式掃描量熱法(DSC)測(cè)得氧化誘導(dǎo)時(shí)間下降幅度超過50%或趨于O，熱失重分析(TGA)所得結(jié)果可見材料熱穩(wěn)定性顯著下降；
所述檢測(cè)結(jié)果為未發(fā)生顯著氧化的，其微觀結(jié)構(gòu)變化的情況為:紅外圖譜未觀察到顯著的氧化基團(tuán)，能觀察到抗氧劑的存在；差式掃描量熱法(DSC)測(cè)得氧化誘導(dǎo)時(shí)間略有下降，下降幅度小于50%;熱失重分析(TGA)所得結(jié)果可見材料熱穩(wěn)定性下降幅度小于50%。
[0012]本發(fā)明的有益效果在于:
1、本發(fā)明結(jié)合了材料宏觀力學(xué)性能變化與微觀結(jié)構(gòu)的變化情況，利用了多種現(xiàn)代分析儀器和方法，綜合評(píng)定材料受火后的性能變化情況?？梢詼?zhǔn)確判斷材料是否能夠繼續(xù)服役。
[0013]2、本方法可以有效地減少火災(zāi)之后更換高密度聚乙烯管道的時(shí)間和成本。
[0014]3、本方法對(duì)其他高分子材料受火損傷的性能評(píng)定具有實(shí)用參考價(jià)值。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面通過實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0017]實(shí)施例1:如圖1所示，本發(fā)明提供了一種操作合理且實(shí)用的高密度聚乙烯材料受火后的性能評(píng)價(jià)方法。下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明方法進(jìn)一步說明:
某處高密度聚乙烯管道受火損傷后，需要對(duì)其進(jìn)行受火后的性能評(píng)價(jià)，評(píng)定其能否繼續(xù)服役。按以下步驟進(jìn)行:
(I)首先對(duì)管道所處環(huán)境進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，獲取火災(zāi)時(shí)材料所處熱暴露溫度和熱暴露時(shí)間，冷卻方式。熱暴露溫度和熱暴露時(shí)間分別為100 °C和8h，冷卻方式為空氣冷卻。
[0018](2)取與受火管道相同的未受火管道材料進(jìn)行熱老化實(shí)驗(yàn)?zāi)M管道受火后的性能變化情況。在馬弗爐中進(jìn)行熱老化實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置為保溫溫度100°C，保溫時(shí)間8h，冷卻方式為空氣冷卻。
[0019](3)對(duì)模擬受火的材料和未受火的相同材料進(jìn)行宏觀力學(xué)性能的測(cè)試，包括拉伸試驗(yàn)與沖擊試驗(yàn)。模擬受火材料斷裂伸長(zhǎng)率下降11.5%，抗拉強(qiáng)度下降8%，即力學(xué)性能測(cè)試下降幅度小于50%。
[0020](4)進(jìn)一步采用紅外光譜(ATR-1R)、掃描電鏡(SEM)、差式掃描量熱法(DSC)和熱失重分析(TGA)檢測(cè)手段，對(duì)未受火的材料和模擬受火后的材料的沖擊斷口，材料表面和內(nèi)部進(jìn)行綜合分析和測(cè)試。得到模擬受火材料和未受火材料的紅外譜圖，SEM斷口分析圖，DSC與TGA分析結(jié)果。
[0021](5)對(duì)步驟(4)所取得的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析評(píng)定。模擬受火材料的紅外譜圖中沒有發(fā)現(xiàn)氧化產(chǎn)物的官能團(tuán)，沖擊斷口的S E M圖沒有發(fā)現(xiàn)材料有缺陷存在。差式掃描量熱法(DSC)測(cè)得的氧化誘導(dǎo)時(shí)間略有下降，下降幅度為10%;熱失重分析(TGA)所得最大失重速率溫度下降幅度1.08%，可見材料熱穩(wěn)定性良好。材料沒有發(fā)生顯著氧化，不用進(jìn)行更換處理。
[0022]上述實(shí)例為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理所作的改變、替換、組合和簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高密度聚乙烯材料受火后的安全評(píng)估方法，其特征在于具體步驟如下: (1):對(duì)待評(píng)定材料所處的火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)； (2):取與待評(píng)定材料相同的未受火材料，通過熱老化實(shí)驗(yàn)?zāi)M未受火材料在火場(chǎng)中的受火損傷的情況，得到模擬受火后的材料； (3):對(duì)未受火材料和步驟(2)模擬受火后的材料進(jìn)行宏觀力學(xué)性能的測(cè)試，當(dāng)模擬受火后的材料力學(xué)性能測(cè)量值不能滿足臨界值要求時(shí)，判定模擬受火后的材料失效；否則進(jìn)入步驟(4); (4):在步驟(3)判斷的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步采用紅外光譜(ATR-1R)、掃描電鏡(SEM)、差式掃描量熱法(DSC)和熱失重分析(TGA)檢測(cè)手段，對(duì)未受火材料和模擬受火后的材料的沖擊斷口，材料表面和內(nèi)部進(jìn)行綜合分析和測(cè)試，獲取未受火材料和模擬受火后的材料微觀結(jié)構(gòu)變化的情況； (5):根據(jù)步驟(4)的檢測(cè)結(jié)果判斷模擬受火后的材料是否嚴(yán)重氧化，嚴(yán)重氧化時(shí)，判定材料失效，若未發(fā)生顯著氧化，則進(jìn)入步驟(6); (6):確認(rèn)待評(píng)定材料可以繼續(xù)服役。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的判定方法，其特征在于步驟(I)中，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)需要獲取待評(píng)定材料在火場(chǎng)中所處的溫度和時(shí)間，以及滅火撲救時(shí)所采取的冷卻方式。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的判定方法，其特征在于步驟(2)中，取與待評(píng)定材料相同的未受火材料，通過設(shè)定熱暴露溫度和熱暴露時(shí)間，在馬弗爐中模擬材料受火損傷的情況。4.設(shè)定的熱暴露溫度和熱暴露時(shí)間與步驟(I)中獲取的待評(píng)定材料在火場(chǎng)中所處的溫度和時(shí)間一致，冷卻方式與步驟(I)中獲取的待評(píng)定材料冷卻方式一致。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的判定方法，其特征在于步驟(3)中，對(duì)步驟(2)取得的模擬受火后的材料和未受火材料進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，包括拉伸試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)等，獲取材料在受火之后的力學(xué)性能變化情況。6.以50%的性能保持率作為臨界值，將模擬受火材料的力學(xué)性能測(cè)量值與臨界值做比較，根據(jù)其能否滿足臨界值要求，進(jìn)行下一步方案； 若模擬受火材料的力學(xué)性能測(cè)量值與未受火材料相比沒有下降，或下降幅度小于50%，則檢測(cè)結(jié)果為滿足臨界值要求的； 若模擬受火材料的力學(xué)性能測(cè)量值與未受火材料相比下降幅度大于50%，則檢測(cè)結(jié)果為不滿足臨界值要求的。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的判定方法，其特征在于步驟(4)中:采用紅外光譜(ATR-1R)、差式掃描量熱法(DSC)和熱失重分析(TGA)三種檢測(cè)手段，對(duì)模擬受火材料進(jìn)行化學(xué)組成和分子鏈微觀結(jié)構(gòu)的分析，判定材料是否發(fā)生顯著氧化，材料內(nèi)部是否仍有抗氧劑存在，采用掃描電鏡(SEM)方法觀察材料的微觀結(jié)構(gòu)變化，結(jié)合宏觀力學(xué)性能的改變，判定材料受火損傷的程度。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的判定方法，其特征在于步驟(5)中: 所述檢測(cè)結(jié)果為嚴(yán)重氧化的，其微觀結(jié)構(gòu)變化的情況為:紅外圖譜可觀察到顯著的氧化基團(tuán)，差式掃描量熱法(DSC)測(cè)得氧化誘導(dǎo)時(shí)間下降幅度超過50%或趨于O，熱失重分析(TGA)所得結(jié)果可見材料熱穩(wěn)定性顯著下降； 所述檢測(cè)結(jié)果為未發(fā)生顯著氧化的，其微觀結(jié)構(gòu)變化的情況為:紅外圖譜未觀察到顯著的氧化基團(tuán)，能觀察到抗氧劑的存在；差式掃描量熱法(DSC)測(cè)得氧化誘導(dǎo)時(shí)間略有下降，下降幅度小于50%;熱失重分析(TGA)所得結(jié)果可見材料熱穩(wěn)定性下降幅度小于50%。
【文檔編號(hào)】G01N33/44GK106093363SQ201610377090
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月1日
【發(fā)明人】楊振國(guó), 郭思敏
【申請(qǐng)人】復(fù)旦大學(xué)