GB/T 18252-2000 塑料管道系统 用外推法对热塑性塑料管材长期静液压强度的测定

GB/T18252-2000

前言

本标准参考ISO/DIS9080:1997((塑料管道系统—用外推法对热塑性塑料材料以管材形式的长

期静液压强度的测定》制定。

本标准的技术内容与ISO/DIS9080:1997一致。本标准改写了引言，对技术要素的编排作了适当变

动。

本标准的附录A、附录B都是标准的附录。

本标准的附录C是提示的附录。

本标准由国家轻工业局提出。

本标准由全国塑料制品标准化技术委员会归口。

本标准负责起草单位:四川大学;参加起草单位:清华大学、山东胜利股份有限公司塑胶分公司、亚

大塑料制品有限公司、北京雪花电器集团公司北京市塑料制品厂。

本标准主要起草人:萤孝理、孙振华、孙逊、何其志、张守强。

本标准委托四川大学负责解释。

GB/'r18252-2000

引言

塑料材料的力学破坏与温度、载荷大小和受载时间有关。塑料压力管的正确使用考虑到了温度(T)

和管内内压介质在管壁内产生的静液压应力(a)与管材破坏时间(t)的关系。一般说来，T升高或。升

高，都导致t减少。

塑料压力管通常需要有几十年甚至100年的长期使用寿命。本标准用高温下管材在较短时间(仍需

1年)的静液压应力破坏试验结果来外推几十年甚至10。年使用时间下管材材料抵抗静液压应力的能

力。

管材的静液压应力破坏试验结果表现出明显的数据离散性。这使T,a,t间的关系带有统计性质。可

以选用合适的统计分布和概率来表述这一特点。本标准选用的统计分布是在同一T,。下，loglot呈正态

分布。在此基础上，按以下顺序计算:1.多元线性回归;2.对log,ot作新观察值预测，同时引人学生氏

(t)分布及预测概率(e);3.用log,at新观察值预测公式作反方向运算求得与一定T,t和:相应的应力，

即静液压强度。

这一套计算方法称为标准外推法(standardextrapolationmethod,SEM)e附录A和附录B对

SEM作了规定。附录C给出一个例子(引用自ISO/DIS9080:1997),

SEM建立了T,a,t,。四个变量之间的关系。最常见的应用是解决以下两个问题。

1.在一定T,a,:下预测log,ot的预测下限(lowerpredictionIimit,LPL)o

2.与一定T,t和￡相应的应力，即静液压强度。这实际上是在T,t下，保证log,at是预测概率不低

于￡的预测下限时所应控制的应力上限。通常取。=0.975，相应的应力为。LPLoaLPI,是管材制品许用应

力、许用压力、压力等级和壁厚的设计基础。

符号QI_"始见于ISO/DIS9080:1997。先前的ISO文件中，使用符号CLC,.来表示同一物理量。从数

学上看，a1.P1的表述是正确的。

由于国际贸易的需要，本标准中静液压强度GLTHS和aLPI的定义按其在ISO/DIS9080:1997中的定

义直译给出(见3.7和3.8),

中华人民共和国国家标准

塑料管道系统用外推法对热塑性

塑料管材长期静液压强度的测定

GB/T18252-2000

Plasticspipingandductingsystems-

Determinationofthelong-termhydrostatic

strengthofthermoplasticsmaterialsin

pipeformbyextrapolation

1范围

本标准规定了一种用统计外推法估计热塑性塑料管材的长期静液压强度的方法。该方法建立在管

材形式的试样的静液压破坏试验数据测定基础上。

本标准适用于在其适用温度下的各种热塑性塑料管材材料。

2引用标准

下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均

为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。

GB/T6111-1985长期恒定内压下热塑性塑料管材耐破坏时间的测定方法(eqvISO/DP1167:

1978)

GB/T8806-1988塑料管材尺寸测量方法(eqvISO3126:1974)

3定义和符号

3.1本标准采用下列定义。

3.1.1内压(p)internalpressure

管内介质施加在单位面积上的力，单位:兆帕。

3.1.2应力(。)stress

内压在管壁内单位面积产生的指向环向(周向)的力，单位兆帕。用下列简化公式计算。:

一p(d_ge-m,.emjo)

式中:P一内压，MPa;

d，一一管的平均外径，mm;

e管的最小壁厚,mm,

3.1.3试验温度T,testtemperature

测定应力破坏数据所采用的温度，单位:度。

3.1.4最高试验温度T_:maximumtesttemperature

测定应力破坏数据所采用的最高温度，单位:度。

3.1.5使用温度T,servicetemperature

国家质f技术监份局2000一11一21批准2001一05一01实施

GB/T18252-2000

预设的管材使用温度，单位:度。

3.1.6破坏时间tfailuretime

管材发生渗漏的时间，单位:小时。

3.1.7长期静液压强度。_NHSlong-termhydrostaticstrengfh

一个与应力有相同量纲的量，单位:兆帕。它表示在温度T和时间t预测的平均强度。

3·1.8预测的长期静液压强度的置信下限。LPLlowerconfidencelimitofthepredictedhydrostatic

strength

一个与应力有相同的量纲的量，单位:兆帕。它表示在温度T和时间t预测的静液压强度的97.500

置信F限。它被定义为(见附录A):

6LPL二a(T,t,O.975)············、····················……(2)

3.1.9外推时问极限t,extrapolationtimelimits

高温较短时间试验数据((1年或1年以上)向低温长时间方向外推时允许达到的时间极限，单位:小

日寸。

3.1.10夕卜推(时间)因子k,entrapolation(time)factors

由温度差决定的，与高温试验所得较短破坏时问((1年或1年以上)相乘得到低温下外推时间极限

的因子

3.1.11拐点knee

韧性破坏与脆性破坏这两种破坏模式的转折点。在logio。对log,ot图上于拐点处斜率变化。

3.2本标准采用下列符号

3.2.1a,,H,表示长期静液压强度。

12.2a,P,表示与温度T、时间t、预测概率。.975相应的静液压强度。

4试验数据的获得

4.1试验条件

管材的应力破坏数据应按GB/T6111规定的步骤测定。如果遇到与本标准的要求有相冲突之处，

应以本标准的要求为准

管内介质是水，管外环境是空气或水。试验期间，内压与给定试验压力的偏离量应控制在给定试验

压力的+2%-1%范围内。按GB/T6111选择合适的状态调节步骤。在试验期间，管外环境应保持在

试验温度的士1C内。试验应使用直管。

每个管材试样都应按GB/T8806测定其平均外径和最小壁厚。测试温度为20C士2Ca

用直径为25mm-63mm的管材进行试验。

4.2试验温度

在两个或两个以上试验温度TT,-…得到试验数据。试验温度应满足下列条件:

。)每对相临的温度至少应相差10C:

b)对无定形聚合物或主要是无定形状态的聚合物，最高试验温度T_。不应超过维卡软化温度以

下15C。对结晶或部分结晶聚合物，2，二二不应超过熔点以下15'C>

。)为了得到a,I的最佳估计，试验温度范围应包括使用温度或使用温度范围;

d)如果在最低试验温度以下20℃范围内材料不发生物态变化，最低试验温度下所得数据可以向下

外推20(o

4.3内压水平和时间范围的分布

4.3.1对每个选定的温度，在至少5个规则分布的内压水平上观察试样的破坏时间，得到至少30个观

察值。出于统计分析的需要，要求在一定的应力水平下有多个试验结果，即重复观察值。选择内压水平

时，应做到至少有4个观察值在7000h以上，至少有1个观察值在9000h以上(见5.4)。当拐点存在

GB/'r18252-2000

时，对两种破坏模式都应收集到可供统计分析的足够数量的观察值。

车3.2任何温度下.破坏时间10h以内的观察值都应舍弃。

4.3.3温度小于等于40C时，若破坏时间在1000h以上的观察值的数量已能符合4.3.1的要求，可

以舍弃破坏时间小于1000h的观察值。这时，应舍弃所有符合舍弃条件(温度和破坏时间)的观察值。

4.3.4在最低内压水平没有破坏的试样，可以在多元线性回归计算和拐点判断时视为观察值。否则，也

可以子以舍弃

注:试验中，用肉眼观察到的因氧化降解破坏所致的破坏数据应予舍弃。因污染所致的破坏数据应予舍弃。

5计算步骤

5.1计算方法

本方法基于多元线性回归分析，计算细节见附录A。不论有无拐点，本方法都适用。

5.2拐点检验

一般通过检验试验后的试样来确定其破坏类型(韧性破坏或脆性破坏)。当不能正确判断部分试样

甚至全部试样的破坏类型时，应按附录B的步骤来自动检验拐点是否存在。

对每个温度的拐点检验都完成后，把数据分成两组，一组属于第一种破坏模式，一组属于第二种破

坏模式。

使用所有温度下两种破坏模式的观察值，分别按附录A作多元线性回归拟合。

5.3直观检验

将观察到的试验数据以logo。为纵坐标，log,ot为横坐标作图。根据5.1的计算结果作QLTHS的线性

回归线和。LPL曲线。

5.4计算外推时间极限t和外推时间因子k,

5.4.1外推时间极限

由高温向低温外推，t。由k。和最大试验时间t.。相乘得到。

k。是△T的函数(见5.4.2)0

AT按式(3)进行计算:

OT=T，一T···························……(3)

式中:7'—准备进行外推的试验温度，T,成T,,。二，C;

T一准备算出外推时间极限的温度，Ts镇T,C.

t按式((4)进行计算:

t,=叔t-······························……(4)

t和tm。应采用相同的单位小时(h)或年(a)a

当t.-等于8760h(1年)时，k。表示以年为单位的最大外推时间t'.t，二由同一温度的5个最长破坏

时间的对数值取平均后得到。这5个时间不一定是同一应力水平下的破坏时间。在计算t.,、时，还没有

破坏的试样可以视为“已破坏”。所有这些被视为“已破坏”的试验点应当包括在计算赖以进行的样本总

体中。

外推时间极限的示例见图1~图3。只在最高试验温度检验出拐点的示例见图2。在较高的多个温

度检验出了拐点的示例见图3,

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log}}

、‘、、、、、、、、呜、、.呜气、卜

走。ta,.

log,}}t

即最高试验温度无拐点时作外推及其外推时间极限

ao|

|

|

|

匕

k.t.

log,nt

图2仅在最高试验温度有拐点时作外推及其外推时间极限

log,o

k,t-

1m,1-log'.t

图3在不同试验温度有拐点时作外推及其外推时间极限

5.4.2外推时间因子

外推时间因子以在可能的最高试验温度(见4.2)下试验测定的破坏时间和表示温度依赖关系的

Arrhenins方程为基础计算，方程中的活化能是脆性破坏模式的活化能的保守估计值。

5.4.2.1对聚烯烃(结晶或部分结晶聚合物)，活化能取110k]/mol。计算结果经数据圆整后见表I、

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表1对聚烯烃，AT(=T,-T)和k。的关系

么了’,Kk

李102.5

>154

>206

>2512

>3018

>3530

>4050

李60100

5.4.2.2对氛乙烯为基础的玻璃态无定形聚合物，活化能取178kJ/mol。计算结果经数据圆整后见表

2。表2也适用于连续相是以抓乙烯为基础的聚合物的改性聚氯乙烯材料。

表2对以抓乙烯为基础的聚合物，DT(=T,-T)和k。的关系

AT,Kk

)52.5

>105

李1510

)2025

)2550

>30100

5.4-2.3对其他聚合物，可以使用表1但表1给出的是保守的结果。对某一特定聚合物，如果有试验

结果，可以直接计算和使用其外推时间因子。

6试验结果

根据试验所得数据，按照附录A的方法计算得到。I.P1.。一个部分结晶聚合物的计算示例见附录C.

了试验报告

试验报告应包括以下资料

a)注明采用本标准;

b)对样品的全面鉴别，包括制造商、材料种类、代号、来源及其他相关内容;

C)用作试验的管材尺寸;

d)试验用的管外环境和管内压力介质;

。)观察值表，对每个观察值包括:试验温度(C)，内压(MPa)、应力(MPa)、破坏时间(h)、试验日期

以及其他相关内容;

f)因破坏时间小于1000h而舍弃的数据数目，相应温度和破坏时间;

g)用于估计QLTHS和。LPL的模型;

h)对每种破坏模式分别列出参数C的点估计值及其标准差、;

I)a1.-的线性回归线和QLPL曲线及观察到的破坏点的图;

})试验中的任何异常情况

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附录A

(标准的附录)

o'.*、和oLPL的计算方法

Al一般模型

Al.1四参数模型

本标准使用的模型一般为式(1)四参数模型

9,06+e··················……(A1)

logo，一c,+:告‘+c,1og'。+c,7

式中:t一一破坏时间，h;

7一温度，K(C+273.16);

。—环应力，MPa;

:-一参数之一;

-“一误差变量。

e服从正态分布，平均值为0，方差恒定假设误差独立。

Al-2三参数模型

当参数。，不显著(c,=0)，上述一般模型简化为三参数模型，即:

109'.，一+c手+·;鹦+·……(A2)

选用四参数模型还是三参数模型取决于参数c。的显著性。

Al.3二参数模型

当只考虑一个温度的情况，四参数模型简化为二参数模型，即:

log,ot=c,+c,log,oa+e(A3)

Al.4计算示例

四参数模型的计算如下所述。从模型中除去相应的项可以得到三参数模型或二参数模型的计算。由

于可能发生矩阵病态问题，需要使用计算机双精度运算。

使用下列矩阵记号:

r1109,06,

一

一