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高密度聚乙烯土工膜的屈服及破坏过程分析

时间:2018-03-08 09:47   作者:青岛梦想材料 点击:

    高密度聚乙烯土工膜是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂,原态HDPE土工膜的外表呈乳白色,在微薄截面呈一定程度的半透明状。青岛土工膜以塑料薄膜作为防渗基材,与无纺布复合而成的土工防渗材料,它的防渗性能主要取决于塑料薄膜的防渗性能。青岛土工布具有优秀的过滤、排水、隔离、加筋、防渗、防护作用,具有重量轻、抗拉强度高、渗透性好、耐高温、抗冷冻、耐老化、耐腐蚀。由于优异的环境保护性、抗震能力、抗腐化侵蚀 能力、耐久性及可靠性,从1948年开始得到应用。作为一种新型的材料(Material),要加以应用,必须了解(Find out)其强度、破坏(vandalism)行为及其对力学加载的响应,要了解其经过多长时间,以什么方式方法发生破坏。
    近四十年来,研究高分子材料(Material)的强度和破坏(vandalism)的各种试验方法、对强度和破坏(vandalism)现象进行的试验研究和理论解析均取得了较大的进展,其中包括(bāo kuò)对以高密度聚乙烯为代表的高分子材料。青岛土工格栅经过拉伸形成的具有方形或矩形的聚合物网材,按其制造时拉伸方向的不同可为单向拉伸和双向拉伸两种。它是在经挤压制出的聚合物板材(原料多为聚丙烯或高密度聚乙烯)上冲孔,然后在加热条件下施行定向拉伸。由于高密度聚乙烯微观和宏观水平上的各向异性和不均一性,有必要从微观和宏观两个角度来看待。
    土工膜屈服是材料(Material)开始破坏(vandalism)的标志。屈服强度是材料在卸载荷后基本上不产生永久变形的最大应力,超过屈服点材料便开始屈服同时发生塑性形变。高密度聚乙烯在载荷作用下会产生微开裂,但这种微开裂并非真正的裂纹,其内部由高度取向的高聚物纤维束和空穴组成,并且有一定的稳定(wěn dìng)性,称为银纹化现象。在实际应用中,材料产生塑性形变就失去了使用价值,对于高密度聚乙烯来说,使用极限是屈服强度高密度聚乙烯为一种结晶高聚物,其屈服点可由真应力一应变曲线的斜率发生急剧变化的点来确定,或者沿应力一应变曲线的起始部分和最终部分作两点切线的交点确定,由切线交点求得的屈服称为外插屈服点,但外插屈服点的物理意义缺乏力学依据(yī jù)。压力下聚乙烯的应力应变曲线压力对屈服应力的影响(influence)很大,压力越大,屈服应力越大。银纹是高聚物所特有的一种现象,一些高聚物在低于屈服应力的应力作用或者环境因素的影响下,其表面出现像陶瓷(原料:非金属矿物)表面那样的微裂纹,这种微裂纹能反射可见光,使微裂纹所处的材料表面呈银白色闪光,故这种微裂纹称为银纹。高密度聚乙烯在低温变形下可发生银纹化现象。强度是材料抵抗变形或破坏的能力;破坏现象指材料所产生的断裂、疲劳和磨损(零部件失效的一种基本类型)等物理力学性能的失效行为。高密度聚乙烯膜在城市生活垃圾卫生填埋场的使用中,要承受很强的荷载和强碱性渗滤液的腐化侵蚀 ,还要经受酷暑寒冬的气候变化,不可避免地要遇到强度、破坏及使用的时长的问题(Emerson)。    任何材料的破坏行为都是在外力、温度和环境等因素作用下使材料内部产生损伤,进而导致(cause)宏观力学性能劣化、失效和最终断裂。高密度聚乙烯土工膜的破坏主要是由连接分子在非晶区的解缠和在晶区的滑脱造成的。高密度聚乙烯的破坏要从宏观和微观两个角度来分析(Analyse)。微观上的破坏,也可以称之为损伤,大约是10-6m量级以下的损伤,高密度聚乙烯的破坏是从损伤开始的,小量级损伤扩展、聚集、演变,就逐渐成为宏观上的破坏。李孝三[}a6]等提出高密度聚乙烯是一种结晶度比较高的线形聚合物,在室温下守恒定低应力作用经过一段时间后发生宏观脆性断裂,断裂前会经历一个裂纹慢速增长的过程(guò chéng)。显微镜观察表明,高密度聚乙烯拉伸样条在平面应变状态下受恒定低拉应力作用下发生的断裂破坏具有如下特性:一旦施加压力,样条在微观上即开始裂纹缓慢增长过程,产生塑性破坏;裂纹初始阶段时间较段,恒速,然后逐渐加速增长阶段,最后快速增长直至断裂;裂缝在裂纹缓慢增长阶段和其后几乎一直是其楔三角形状,而且张角a几乎维持不变,为70}-10of2}1。从破坏过程看,样条的破坏随着拉伸时间的延续可分为三个阶段:塑性破坏阶段、过渡阶段、已断裂阶段。塑性破坏阶段,样条的破坏点边缘由一些银纹组成,银纹实际上是粗纤,这个阶段,样条的分子间作用力已遭破坏,但连接分子尚未伸直;过渡阶段,样条破坏点周围的连接分子已经拉直,含有大量微银纹,微银纹实际上是细纤维;已断裂阶段,样条破坏点周围的微纤维被拉断。研究表明,损伤发展演变的过程往往占材料总寿命的80% ^' 90%,而宏观裂纹的形成、扩展、断裂所经历的时间一般只占材料总寿命的10%^'20%}2s10。



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