一種高密度聚乙烯材料受火后的安全評估方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)屬于高分子材料的性能評估領(lǐng)域，具體涉及高密度聚乙烯材料受火后性能檢測與評價方法。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間下的力學(xué)性能指標(biāo)；對受火損傷后的材料進行沖擊斷口分析和微觀檢驗（包括紅外、熱分析等手段），根據(jù)檢驗結(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)進行使用。本發(fā)明專利技術(shù)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，綜合評定材料受火后的性能變化情況。可以準確判斷材料是否能夠繼續(xù)服役。可以有效地減少火災(zāi)之后更換高密度聚乙烯管道的時間和成本。對其他高分子材料受火損傷的性能評定具有實用參考價值。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于高分子材料的性能評估領(lǐng)域，具體涉及高密度聚乙烯材料受火后性能檢測與評價方法。
技術(shù)介紹
隨著“西氣東輸”戰(zhàn)略的實施，燃氣管道化已經(jīng)比較普及，燃氣管道網(wǎng)絡(luò)在我國發(fā)展迅猛。相比于金屬管道容易腐蝕，服役時間短的缺點，高密度聚乙烯管道以其比強度高、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，被認為是目前比較理想的燃氣用管。燃氣管道作為能源輸送系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，會直接影響到人們的日常生活，尤其是燃氣的泄漏，會產(chǎn)生爆炸的危險。我國目前的地下管網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施落后，管道泄漏隱患多、管道性能劣化嚴重等問題凸顯，已經(jīng)對社會的穩(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。高分子材料耐高溫差，在火場的高溫中會軟化變形甚至燃燒降解，火災(zāi)過后需要對火場中的高分子材料進行更換處理。但由于火災(zāi)燃燒的影響范圍大，處于火場附近的高分子材料也會受到熱輻照的作用。經(jīng)歷熱輻照后，高分子材料的性能會發(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。火災(zāi)之后若對處于火場周邊的管道也進行全部更換處理，則耗時長，成本高。目前沒有系統(tǒng)的高密度聚乙烯管道受火損傷后的評價方法，不能按照管道實際損傷程度進行更換或者維修處理。所以評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，同時節(jié)省大量的人力并且減少對企業(yè)和居民的正常生產(chǎn)生活的影響。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)針對
技術(shù)介紹
中存在的評價方法的空白，提供了一種操作合理且實用的高密度聚乙烯材料受火后的性能評價方法。可以快速、準確、有效地評定評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。本專利技術(shù)提出的高密度聚乙烯材料受火后性能檢測與評價方法，具體步驟如下：（１）：對待評定材料所處的火災(zāi)現(xiàn)場進行現(xiàn)場檢驗；（２）：取與待評定材料相同的未受火材料，通過熱老化實驗?zāi)M未受火材料在火場中的受火損傷的情況，得到模擬受火后的材料；（３）：對未受火材料和步驟（２）模擬受火后的材料進行宏觀力學(xué)性能的測試，當(dāng)模擬受火后的材料力學(xué)性能測量值不能滿足臨界值要求時，判定模擬受火后的材料失效；否則進入步驟（４）；（４）：在步驟（３）判斷的基礎(chǔ)上，進一步采用紅外光譜（ATR-IR）、掃描電鏡（SEM）、差式掃描量熱法（DSC）和熱失重分析（TGA）檢測手段，對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)部進行綜合分析和測試，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）的檢測結(jié)果判斷模擬受火后的材料是否嚴重氧化，嚴重氧化時，判定材料失效，若未發(fā)生顯著氧化，則進入步驟（６）；（６）：確認待評定材料可以繼續(xù)服役。本專利技術(shù)中，步驟（１）中，現(xiàn)場檢測需要獲取待評定材料在火場中所處的溫度和時間，以及滅火撲救時所采取的冷卻方式。本專利技術(shù)中，步驟（２）中，取與待評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間與步驟（１）中獲取的待評定材料在火場中所處的溫度和時間一致，冷卻方式與步驟（１）中獲取的待評定材料冷卻方式一致。本專利技術(shù)中，步驟（３）中，對步驟（２）取得的模擬受火后的材料和未受火材料進行力學(xué)性能測試，包括拉伸試驗和沖擊試驗等，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)性能測量值與臨界值做比較，根據(jù)其能否滿足臨界值要求，進行下一步方案；若模擬受火材料的力學(xué)性能測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)性能測量值與未受火材料相比下降幅度大于50%，則檢測結(jié)果為不滿足臨界值要求的。本專利技術(shù)中，步驟（４）中：采用紅外光譜（ATR-IR）、差式掃描量熱法（DSC）和熱失重分析（TGA）三種檢測手段，對模擬受火材料進行化學(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。本專利技術(shù)中，步驟（５）中：所述檢測結(jié)果為嚴重氧化的，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，差式掃描量熱法（DSC）測得氧化誘導(dǎo)時間下降幅度超過50%或趨于0，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，能觀察到抗氧劑的存在；差式掃描量熱法（DSC）測得氧化誘導(dǎo)時間略有下降，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%。本專利技術(shù)的有益效果在于：1、本專利技術(shù)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，綜合評定材料受火后的性能變化情況。可以準確判斷材料是否能夠繼續(xù)服役。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間和成本。3、本方法對其他高分子材料受火損傷的性能評定具有實用參考價值。附圖說明圖1是本專利技術(shù)方法流程圖。具體實施方式下面通過實施例結(jié)合附圖進一步說明本專利技術(shù)。實施例１：如圖1所示，本專利技術(shù)提供了一種操作合理且實用的高密度聚乙烯材料受火后的性能評價方法。下面通過實施例對本專利技術(shù)方法進一步說明：某處高密度聚乙烯管道受火損傷后，需要對其進行受火后的性能評價，評定其能否繼續(xù)服役。按以下步驟進行：（1）首先對管道所處環(huán)境進行現(xiàn)場檢驗，獲取火災(zāi)時材料所處熱暴露溫度和熱暴露時間，冷卻方式。熱暴露溫度和熱暴露時間分別為100℃和8h，冷卻方式為空氣冷卻。（2）取與受火管道相同的未受火管道材料進行熱老化實驗?zāi)M管道受火后的性能變化情況。在馬弗爐中進行熱老化實驗的實驗參數(shù)設(shè)置為保溫溫度100℃，保溫時間8h，冷卻方式為空氣冷卻。（3）對模擬受火的材料和未受火的相同材料進行宏觀力學(xué)性能的測試，包括拉伸試驗與沖擊試驗。模擬受火材料斷裂伸長率下降11.5%，抗拉強度下降8%，即力學(xué)性能測試下降幅度小于50%。（4）進一步采用紅外光譜（ATR-IR）、掃描電鏡（SEM）、差式掃描量熱法（DSC）和熱失重分析（TGA）檢測手段，對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)部進行綜合分析和測試。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。（5）對步驟（4）所取得的檢測結(jié)果進行分析評定。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，沖擊斷口的SEM圖沒有發(fā)現(xiàn)材料有缺陷存在。差式掃描量熱法（DSC）測得的氧化誘導(dǎo)時間略有下降，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，不用進行更換處理。上述實例為本專利技術(shù)較佳的具體實施方式，但本專利技術(shù)的保護范圍并不局限于此，其他的任何未背離本專利技術(shù)的精神實質(zhì)與原理所作的改變、替換、組合和簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都應(yīng)涵蓋在本專利技術(shù)的保護范圍之內(nèi)。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種高密度聚乙烯材料受火后的安全評估方法，其特征在于具體步驟如下：（１）：對待評定材料所處的火災(zāi)現(xiàn)場進行現(xiàn)場檢驗；（２）：取與待評定材料相同的未受火材料，通過熱老化實驗?zāi)M未受火材料在火場中的受火損傷的情況，得到模擬受火后的材料；（３）：對未受火材料和步驟（２）模擬受火后的材料進行宏觀力學(xué)性能的測試，當(dāng)模擬受火后的材料力學(xué)性能測量值不能滿足臨界值要求時，判定模擬受火后的材料失效；否則進入步驟（４）；（４）：在步驟（３）判斷的基礎(chǔ)上，進一步采用紅外光譜（ATR?IR）、掃描電鏡（SEM）、差式掃描量熱法（DSC）和熱失重分析（TGA）檢測手段，對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)部進行綜合分析和測試，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）的檢測結(jié)果判斷模擬受火后的材料是否嚴重氧化，嚴重氧化時，判定材料失效，若未發(fā)生顯著氧化，則進入步驟（６）；（６）：確認待評定材料可以繼續(xù)服役。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種高密度聚乙烯材料受火后的安全評估方法，其特征在于具體步驟如下：（１）：對待評定材料所處的火災(zāi)現(xiàn)場進行現(xiàn)場檢驗；（２）：取與待評定材料相同的未受火材料，通過熱老化實驗?zāi)M未受火材料在火場中的受火損傷的情況，得到模擬受火后的材料；（３）：對未受火材料和步驟（２）模擬受火后的材料進行宏觀力學(xué)性能的測試，當(dāng)模擬受火后的材料力學(xué)性能測量值不能滿足臨界值要求時，判定模擬受火后的材料失效；否則進入步驟（４）；（４）：在步驟（３）判斷的基礎(chǔ)上，進一步采用紅外光譜（ATR-IR）、掃描電鏡（SEM）、差式掃描量熱法（DSC）和熱失重分析（TGA）檢測手段，對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)部進行綜合分析和測試，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）的檢測結(jié)果判斷模擬受火后的材料是否嚴重氧化，嚴重氧化時，判定材料失效，若未發(fā)生顯著氧化，則進入步驟（６）；（６）：確認待評定材料可以繼續(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（１）中，現(xiàn)場檢測需要獲取待評定材料在火場中所處的溫度和時間，以及滅火撲救時所采取的冷卻方式。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間與步驟（１）中獲取的待評定材料在火場中所處的溫度和時間一致，冷卻方式與步驟（１）中獲取的待評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...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊振國，郭思敏，
申請(專利權(quán))人：復(fù)旦大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：上海;31