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2020-KJ-3-001 燃气管材聚乙烯的结晶行为与结构性能研究
日期:2021年01月05日    来源: 中国腐蚀与防护学会     分享:
获奖项目编号:2020-KJ-3-001
获奖项目名称:燃气管材聚乙烯的结晶行为与结构性能研究
第一完成单位:广州特种承压设备检测研究院
项目联系人:翟伟
联系人电话:13925009619
联系人邮箱:234869961@qq.com

项目简介:


   本项目旨在比较PE80和PE100结晶行为、凝聚态结构和性能差异,建立PE100结构与性能关系,为管材用聚乙烯原料的质量监控、聚乙烯管道元件设计和安装指供理论指导,促进聚乙烯管道元件的检验检测技术的提升,推动开发高等级的聚乙烯管材料发展。
  (1)回顾了塑料管道在燃气输配领域的应用发展,简要介绍聚烯烃的催化关键制备技术的发展历程;比较了国内燃气用埋地聚乙烯管材制造国家标准(GB 15558.1)2015版和2003版对聚乙烯混配料的性能要求变化;分析比较了国际标准ISO 4437 和欧洲标准EN 1555的对燃气管聚乙烯专用料的性能要求。重点阐述了PE80、PE100、PE-100RC的高性能特点及发展过程,提出了开发PE125的建议。
  (2)比较分析了PE80、PE100结晶行为,得到了PE80、PE100非等温结晶动学参数。
  (3)以高密度聚乙烯(HDPE) 管材为研究对象,提出了两种改进的静态损伤模型; 通过对不同寿命分数( 裂纹深度比) 的试样进行单轴拉伸试验,并将得到的屈服应力作为损伤模型中的剩余屈服应力,获得了聚乙烯(PE)管的损伤曲线。研究了PE燃气管道在长期受压过程中的力学性能、热稳定性能、氧化诱导时间以及化学结构的变化规律,分析了该过程中聚乙烯管材的老化机理。建立了聚乙烯管材本构方程。
  (4)考察了石墨烯用量、助剂选择等因素对石墨烯改性聚乙烯管材的性能影响。
  多数国家已经在给水和燃气领域选择聚乙烯管逐渐替代金属管道,随之聚乙烯管材元件质量控制和安全要求也相应提高。尤其是管件的焊接工艺,决定着焊接接头处的质量,从而影响着整体管道系统安全。常用两种焊接方式分别是热熔对接和电熔连接,都是在焊接处加热至粘流状态,然后冷却粘接。连接部位的清洁程度、管道的平直度、加热与冷却时间的控制等都是影响连接质量的关键因素。其中,加热与冷却过程直接影响到连接处材料的凝聚态结构,如晶体形貌、晶体大小、结晶度等,最终决定着连接处的材料机械性能,关系到整体管道系统安全。完美的焊接应是能保证焊接处材料凝聚态结构和和管道基体的相仿,达到力学性能均匀一致。深入研究聚乙烯的结晶行为和结晶动力学,建立聚乙烯结构与性能关系模型,为聚乙烯管材的加工提供理论的指导,有着重要的意义。


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