[发明专利]一种塑料恒温应力腐蚀实验装置及方法

说明书

本发明涉及一种塑料恒温应力腐蚀实验装置及方法，该实验装置包括恒温装置、腐蚀装置、夹持装置、应力加载系统和蠕变检测系统；所述腐蚀装置设于恒温装置内，所述腐蚀装置内装有腐蚀介质，试样浸泡于该腐蚀介质中；所述夹持装置包括上夹具和下夹具，分别夹持试样的上下两端；所述应力加载系统与夹持装置的上夹具连接，以给试样提供应力作用；所述蠕变检测系统与应力加载系统连接，以检测试样在该应力作用下的蠕变变形量。本发明可同时考察温度、应力与介质共同作用下的材料性能变化，且可同时定量检测材料的蠕变变形，有助于材料应力腐蚀规律和机理的研究和应用开发。

技术领域

本发明涉及塑料应力腐蚀试验技术，特别涉及一种塑料恒温老化、蠕变及应力腐蚀试验的实验装置和方法。

背景技术

材料在自然条件或工况条件下，由于与其所处环境介质发生化学或电化学作用引起性能的退化和破坏，这种现象称为腐蚀。

在日常生活和生产环境中，腐蚀现象随处可见，因腐蚀而造成的材料失效比比皆是，对国民经济发展、人类生活和社会环境产生了巨大危害。据统计，各国由于腐蚀破坏造成的年度经济损失约占当年国民经济生产总值的1.5％-4.2％，随各国不同的经济发达程度和腐蚀控制水平而异。根据《中国腐蚀调查报告》，我国近年来的年腐蚀损失约为5000亿元(约占国民经济生产总值的5％)，经济损失数字惊人。除此之外，腐蚀过程和结果也是对地球上有限资源和能源的极大浪费，甚至严重污染自然环境，对正常工业生产和人们生活产生严重干扰，影响社会安全和安定。同时，材料的腐蚀问题还可成为阻碍高新技术发展和国民经济持续发展的重要制约因素。

塑料作为一种高分子材料，由于其质轻、价廉、易成型、连接方便、柔性好等诸多优点，随着高分子材料的快速发展，其应用非常广泛，在工业生产和人们日常生活中“以塑代钢”已成为一种趋势。特别是，大多数塑料相对于金属材料具有较好的耐腐蚀性能，在各类承压设备制造和使用中应用广泛。然而，塑料类高分子材料存在小分子溶剂溶胀甚至溶解的缺陷，并且具有在紫外线、湿度、温度以及大气氧作用下存在分子链断裂的可能；同时，设备腐蚀与材料内部分子间隙和结晶程度有关，材料分子间隙和致密性的不同，可以作用和渗透的介质分子大小不同。

材料的耐蚀性(腐蚀稳定性)是决定系统和部件工作寿命的质量保证参数之一。在设计装备装置或构件时，不能仅考虑材料的机械性能、加工性能和经济因素，往往还应考虑对材料的耐蚀性要求。然而，材料的耐蚀性并不是材料的绝对特性，既取决于材料本身，又取决于介质特性、环境条件极其变化的相对性质。为了了解材料的腐蚀性能，估计材料在腐蚀环境下的使用寿命、确定材料腐蚀对介质的污染程度、开展失效分析、选择防腐措施、研发耐蚀材料、设备腐蚀状态监测、腐蚀规律和机理研究等等，可以通过将材料至于特定腐蚀介质环境下进行腐蚀试验，测定某种材料在特定条件下的耐蚀性能，以掌握材料在该操作条件下的腐蚀行为。

现有塑料腐蚀试验方法一般采用的是塑料耐液体化学试剂性能的测定标准方法，在规定的温度和规定的试验条件下，将试样完全浸泡在装有特定腐蚀液体介质的容器中，对比浸泡前后试样的性能变化来确定材料的耐蚀性。

然而，大多数工业设备或管道，除了与腐蚀介质接触，同时还承受一定的温度和应力。我们知道，在化学腐蚀中，温度和压力会加速化学腐蚀的进行，如果还存在物理腐蚀的话，同样会加速物理腐蚀，降低材料的使用寿命，提前失效。因此，在进行装备(尤其是承压设备)的设计时，不但需要考察材料的耐蚀性，更需要考察材料在腐蚀介质、温度和外力共同作用下的性能劣化规律和机理。为了深入掌握材料与环境所构成腐蚀体系的特性，有必要开展材料与环境发生相互作用而引起的化学、物理(或机械)导致化学损伤过程的材料应力腐蚀试验。

材料在应力和腐蚀环境的共同作用下引起的破坏通常称为应力腐蚀，强调的是应力和腐蚀的联合作用。在腐蚀过程中，应力集中的部位容易优先遭受腐蚀，材料先出现微裂纹然后再扩展为宏观裂纹，微裂纹一旦形成，其扩展速度比其它类型腐蚀快得多，是破坏性和危害性最大的一种腐蚀。几乎所有的工程、建筑、设备都受到它的威胁。因此，进行应力腐蚀试验研究对确保材料在设计寿命期内安全使用具有重要意义。