热塑性塑料管材环刚度测定方法

     塑料管材是高科技复合而成的化学建材，而化学建材是继钢材、木材、水泥之后，当代新兴的第四大类新型建筑材料，根据中研网发布的《2020塑料管材行业发展现状及前景趋势分析》报告，中国塑料管材加工业经历多年的快速增长期,现在无论是管材生产量还是消费量都稳居，目前我国有6000多家左右的塑料管材生产企业，其中，具有一定规模的有3000多家左右，因此可以说管材是一个比较成熟的产品，各行业都有相应的技术。

      塑料管材分为热塑性塑料管和热固性塑料管两大类，其中具有加热软化、冷却硬化特性的塑料为热塑性塑料，以热塑性塑料为材料而制成的管制品统称为热塑性塑料管材。主要的热塑性塑料管材有聚乙烯（PE）管材、聚丙烯（PP）管材、聚苯乙烯（PS）管材等，因具有节能节材、环保、轻质高强、耐腐蚀、施工和维修简便和使用寿命长等优点，热塑性塑料管材广泛应用于建筑给排水、城乡给排水、农业灌溉等建筑业、市政、工业和农业领域。

       为保障管材产品良好的质量以供施工和日后的正常使用，需要根据相应的产品标准和技术指标对管材进行检测，其中管材的强度指标检测项目有径向的抗压强度即环刚度、柔度、弯曲度、冲击强度等，下面就将根据ISO 9969和GB/T9647《热塑性塑料管材环刚度的测定》来详细介绍热塑性塑料管材环刚度的测定方法。

一、试验原理

       以管材在恒速变形时所测得的负荷和变形量确定环刚度。用两个相互平行的平板对一段水平放置的管材以恒定的速率在垂直方向进行压缩，该试验速率由管材的直径确定，得到负荷——变形量的关系曲线，以管材直径方向变形量为3% 时的负荷计算环刚度。

二、试验仪器

       万测ETM105R微机控制电子环刚度试验机主要用于大直径环形截面的塑料管材环刚度的测定，*该试验要求，还可以对金属、非金属材料进行拉伸、压缩、弯曲等力学性能试验，一机多用。

       该试验机具有结构紧凑、简单易用等特点，采用高精度滚珠丝杆加载，具有很高的刚性和良好的线性运动特性，大载荷可到100kN，可按用户要求定制不同管径的机型。

三、试样的制取

1、标记和数量

      在待测管材的外表面，沿轴向在全长画一条直线作为标记，对该段做过标记的管材分别截取3个试样a、b和c，使试样的端面垂直于管材的轴线。

2、试样的长度

①　每个试样按表1的规定沿圆周方向等分测量3~6个长度值，计算其算术平均值作为试样的长度，测量应精确到1mm。对于每个试样，在所有的测量值中，小值不应小于大值的0.9倍。

表1 长度测量的数量

②　公称直径小于或等于1500mm的管材，试样的平均长度应为(300±10)mm 。

③　公称直径大于1500mm的管材，试样的平均长度应不小于0.2DN（DN—管材的公称直径）。

④　对有垂直的肋、波纹或其他规则结构的结构壁管材，切割试样时应至少包含一个完整的肋、波纹或其他的规则结构，切割部位应在肋、波纹或其他规则结构之间的中点。

⑤　试样的长度应有少的完整的肋、波纹或其他规则结构，其长度应不小于290mm，对公称直径大于1500mm的管材，长度应不小于0.2DN。（见图2）

⑥　对于有螺旋的肋、 波纹或其他规则结构的结构壁管材，试样的长度应等于(d_i ±20)mm (d_i——管材的平均内径），但不小于290 mm，也不大于1000 mm。

图2 从垂直肋管材切取的试样

3、内径的测定

①　用下列任一方法测定a、b和c三个试样的内径d_ia、d_ib 和d_ic：

a. 在试样长度中部的横截面处，间隔45°依次测量4次，取算术平均值，每次测量应精确到0.5%。

b. 在试样长度中部的横截面处，用内径π尺按ISO 3126规定的方法进行测量。

②　按式(1)计算3个值的平均值d_i:

4、试样的陈化

      试样应至少放置24h后才可进行试验。对于型式检验或在发生争议的情况下，试样应放置(21±2)d。

四、试验步骤

1、除非在其他标准中有特殊规定，试验应在(23±2)℃下进行，试样在试验前应在试验环境温度下状态调节至少24h。（注:试验温度有可能对环刚度结果产生一定的影响。）

2、如果能确定试样在某个位置的环刚度小，将个试样a的该位置与试验机的上平板相接触。否则放置个试样a时，将其标线与上平板相接触。在负荷装置中对另两个试样b、c的放置位置应相对于个试样依次旋转120°和240°放置。

3、对于每一个试样，放置好变形测量仪并检查试样与上平板的角度位置。放置试样时，应使试样的轴线平行于平板，其中点垂直于负荷传感器的轴线。（注:为获得负荷传感器的准确 读数，必须将试样放置在合适的位置，使作用力的方向与负荷传感器的轴线尽量一致。

4、下降平板直至接触到试样的上部。施加一个包括平板质量的预负荷F₀，F₀用下列方法确定:

      试验中负荷传感器所显示的实际预负荷的准确度应在设定预负荷的95%~105%之间。将变形测量仪和负荷传感器调节至零。

5、根据下表3的规定以恒定的速率压缩试样，连续记录负荷和变形值，直至达到至少0.03d_i的变形量。（注:当要求测定环柔性时，继续压缩试样直至达到环柔性所要求的变形量。）

表3 压缩速率

6、通常，负荷和变形量的测量是通过一个平板的位移得到，但如果在试验的过程中，管材的结构壁厚度e_c（如图4）的变化超过5% ，则应通过测量试样的内径变化得到。在有争议的情况下，应测量试样的内径变化。

图4 管材结构壁厚度e_c的示例

     典型的负荷/变形量曲线是一条光滑的曲线，否则表明零点可能不正确，如图5所示，可用曲线初始的直线部分倒推至和水平轴相交于(0,0)点(零点)。

图5 修正零点方法

五、热塑性塑料管材环刚度的计算