玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合管性能評價(jià)方法研究進(jìn)展

張 兆，劉 鵬，徐 超，王大鵬，王慶昭

(山東科技大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，山東 青島 266590)

0 前言

隨著管道行業(yè)的發(fā)展，對管道的要求也越來越高，尤其是既耐高壓又耐腐蝕的管道。從古代陶制管道到現(xiàn)代混凝土管道，鋼管、塑料管再到增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合管等，管道從材料到加工技術(shù)不斷發(fā)展，以滿足生產(chǎn)生活需求。管道種類不同，性能和用途也不同，混凝土管道具有價(jià)格便宜、處理后耐腐蝕性較好等優(yōu)點(diǎn)，但質(zhì)量大、施工困難、配件易損壞；鋼管承壓高但易腐蝕；塑料管耐腐蝕但承壓低；增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合管既承壓高又耐腐蝕，滿足了管道行業(yè)發(fā)展的需求。

目前，油氣產(chǎn)業(yè)仍以鋼管為主；鋼管道在承壓、生產(chǎn)安裝技術(shù)、可使用性和可靠性等方面具有突出的優(yōu)勢。但是，鋼管道也有其局限性。這些局限性最大的問題是腐蝕，也可以說是鋼管道最致命的缺點(diǎn)。因?yàn)楦g問題還會造成包括輸送流體泄露和環(huán)境污染等其他問題。美國運(yùn)輸部在2001年進(jìn)行的一項(xiàng)研究估計(jì)在美國的石油和天然氣產(chǎn)業(yè)中，地面管道和設(shè)備的腐蝕費(fèi)用每年5.89億美元，輸送管道產(chǎn)業(yè)的腐蝕費(fèi)用每年70億美元[1]。由于鋼管道質(zhì)量大和管段長度有限，造成鋼管道在搬運(yùn)、連接和檢驗(yàn)需要的費(fèi)用高。市政水利方面目前小口徑管以塑料實(shí)壁管為主，大口徑630以上是以球墨鑄鐵管和預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)為主，塑料管具有耐腐蝕、生產(chǎn)工藝成熟、安裝方便快捷等優(yōu)點(diǎn)。但是，塑料管只能在低壓領(lǐng)域應(yīng)用，不能承受高壓，限制了塑料管的應(yīng)用；球墨鑄鐵管強(qiáng)度高、耐腐蝕但質(zhì)量大、接口易滲漏；PCCP價(jià)格低但質(zhì)量大，施工困難。因此，發(fā)展一種既耐腐蝕又耐高壓的管道十分有必要， GFT-RTP便符合這一特征。

小口徑(可盤卷)GFT-RTP的應(yīng)用，解決了鋼管腐蝕以及塑料管承壓低的問題。例如，從2003年到2006年，En Cana公司在加拿大Alberta的Brooks/Suffield地區(qū)鋪設(shè)了78 km的GFT-RTP。在使用2～3年后，管道還沒有發(fā)生破裂。省去了相關(guān)的修復(fù)和環(huán)境恢復(fù)費(fèi)用。在Brooks/Suffield地區(qū)，鋼管道每次破裂清理修復(fù)的費(fèi)用通常在10萬～100萬美元。En Cana公司在Brooks/Suffield地區(qū)鋪設(shè)的GFT-RTP應(yīng)用試驗(yàn)達(dá)到了可靠使用和節(jié)省費(fèi)用的效果[2]。小口徑GFT-RTP在性能評價(jià)以及施工規(guī)范也建立了一些相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。例如，技術(shù)規(guī)范ISO/TS 18226[3]提供了燃?xì)庥肦TP的長、短期靜液壓、爆破壓力、軸向負(fù)載等測試方法，本技術(shù)規(guī)范的范圍為最大工作壓力達(dá)到和包括4 MPa以及使用溫度在-50～120 ℃下輸送燃?xì)庥玫腞TP；德國給水和燃?xì)鈪f(xié)會科技協(xié)會技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)VP642/June 2004[4]提供了耐內(nèi)壓性能，爆破測試中外層的黏合強(qiáng)度，環(huán)向變形中各層的黏合強(qiáng)度等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)閴毫Τ^1.6 MPa輸送燃?xì)獾?；國?nèi)柔性復(fù)合管的標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6662.2—2012[5]1對管材的評定提供了爆破試驗(yàn)、靜液壓試驗(yàn)、受壓開裂穩(wěn)定性、縱向回縮率等試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。但由于GFT-RTP在不斷發(fā)展，現(xiàn)有的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范滿足不了GFT-RTP的需求，需要對標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及時(shí)更新或重新制定。

大口徑(不可盤卷)GFT-RTP已經(jīng)問世，目前為止還沒有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，阻礙了其進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用，應(yīng)該分析其在使用過程中的失效機(jī)理，確定相關(guān)的性能檢測方法，制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，確保大口徑GFT-RTP的快速發(fā)展。

本文在深入研究GFT-RTP在使用過程中導(dǎo)致失效的各種因素(受力、介質(zhì)、時(shí)間等)的基礎(chǔ)上，依據(jù)使用要求，提出了相應(yīng)的檢測項(xiàng)目和評價(jià)方法，對GFT-RTP的材料、管材、管件和管道系統(tǒng)進(jìn)行性能評價(jià)，為制定相應(yīng)GFT-RTP產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用規(guī)范提供了依據(jù)，保證GFT-RTP這一新產(chǎn)品的健康發(fā)展。

1 GFT-RTP的簡介

如圖1所示GFT-RTP一般由3層結(jié)構(gòu)組成[6-7]，內(nèi)層為聚合物內(nèi)襯層，像高密度聚乙烯(PE-HD)、聚偏氟乙烯(PVDF)等，可根據(jù)使用要求設(shè)計(jì)相應(yīng)的功能材料作為內(nèi)襯層；中間層為增強(qiáng)層，增強(qiáng)層種類很多，常用的有鋼絲、鋼帶、玻璃纖維、芳綸纖維、玻璃纖維帶等；外層常用的材料一般是聚乙烯，主要功能是保護(hù)增強(qiáng)部分不受損傷。損傷一般有卷起和展開時(shí)的磨損、運(yùn)輸過程中刮傷以及光氧化造成的環(huán)境侵蝕、埋地時(shí)的一些外部損傷等。

1—聚合物內(nèi)襯層 2—連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)層 3—外保護(hù)層 (a)結(jié)構(gòu)示意圖 (b)連續(xù)玻璃纖維帶 (c)實(shí)物圖圖1 GFT-RTP的示意圖Fig.1 Schematic diagram of GFT-RTP pipe layer structure

2 GFT-RTP的使用要求

GFT-RTP主要應(yīng)用在地面油氣集輸系統(tǒng)、礦山領(lǐng)域、水利、市政給水領(lǐng)域等4個(gè)方面。在油氣輸送管道中，從油井到計(jì)量站的單井管線管徑一般為50～110 mm，從計(jì)量站到混合站混輸管線直徑一般為160～400 mm，再到聯(lián)合站管線直徑可到600 mm，具有從油井輸送到聯(lián)合站輸量大；輸送介質(zhì)一般為原油、距離較長，經(jīng)過地區(qū)較復(fù)雜；運(yùn)營可靠性高等幾個(gè)特點(diǎn)。因此，GFT-RTP需要滿足高安全度、抗載荷能力強(qiáng)、連接可靠；使用壽命長，設(shè)計(jì)壽命30～50年，抗老化；耐油氣介質(zhì)，內(nèi)外層具有優(yōu)良的耐腐蝕性和低滲透性。在礦山領(lǐng)域輸送管道中，一般用于礦漿、礦粉以及尾礦輸送，輸送距離長、輸量大，安裝使用區(qū)域一般為礦山區(qū)域，地勢復(fù)雜。因此，GFT-RTP需滿足內(nèi)層材料具有良好的耐磨性、抗沖擊性、耐防腐性、運(yùn)行阻力??；高壓力、大口徑，礦山領(lǐng)域最大壓力為25 MPa，一般常用為5～6 MPa，管徑為90～800 mm；質(zhì)量輕，施工方便。在水利、市政給水領(lǐng)域輸送管道中，GFT-RTP主要應(yīng)滿足不同口徑的壓力要求、達(dá)到安全衛(wèi)生、使用壽命長等要求。

3 GFT-RTP的失效方式與影響因素

3.1 受力

在GFT-RTP中，受力部分主要為連續(xù)玻璃纖維帶增強(qiáng)層，由于連續(xù)玻璃纖維是彈性材料，并且斷裂伸長率很低(4 %左右)，至少2層的連續(xù)玻璃纖維復(fù)合帶按照鋪展角疊合形成增強(qiáng)層，因此，增強(qiáng)層近似于剛性體，當(dāng)形變大于4 %時(shí)即失效；外層PE-HD是不承受內(nèi)壓的；內(nèi)層的PE-HD是承受內(nèi)壓的，但由于增強(qiáng)層的限制，內(nèi)層PE-HD的應(yīng)變不大于4 %，在PE-HD彈性形變范圍內(nèi)，承受的內(nèi)壓力相當(dāng)于應(yīng)變對應(yīng)的拉伸應(yīng)力，是一個(gè)比較小的值，小于PE-HD的設(shè)計(jì)應(yīng)力，另外，內(nèi)層的PE-HD承受壓應(yīng)力，但遠(yuǎn)低于PE-HD的壓縮強(qiáng)度，也就是在使用過程中，內(nèi)層PE-HD不會產(chǎn)生壓縮形變。即如果連續(xù)玻璃纖維帶承受的應(yīng)力小于斷裂時(shí)承受的力，那么復(fù)合管就能在此載荷下長期工作而不破壞或不改變形狀，僅在容許的應(yīng)力范圍內(nèi)產(chǎn)生彈性變形。因此，導(dǎo)致復(fù)合管失效的原因之一是工作壓力超過連續(xù)玻璃纖維帶的斷裂力，使增強(qiáng)層失效從而導(dǎo)致復(fù)合管整體失效。

3.2 介質(zhì)

在GFT-RTP輸送介質(zhì)的過程中，不同的介質(zhì)可能對復(fù)合管內(nèi)層產(chǎn)生不同程度的溶解、磨損、滲透等。尤其在高溫下(相比于塑料管較高的溫度，一般不超過80 ℃)。像在石油和天然氣的輸送過程中，內(nèi)層會接觸低相對分子質(zhì)量的烷烴和芳香烴等，這些低相對分子質(zhì)量的烴類會對復(fù)合管內(nèi)層產(chǎn)生一定的溶脹作用，這些低相對分子質(zhì)量的烴類首先滲入聚合物的非結(jié)晶區(qū)，產(chǎn)生溶脹。如果聚合物的結(jié)晶度不高，則聚合物的溶脹會破壞結(jié)晶，促使結(jié)晶區(qū)逐漸向非結(jié)晶區(qū)轉(zhuǎn)化，而后溶解，從而影響內(nèi)層材料的密閉性和屈服強(qiáng)度等。若溶脹作用較明顯，會導(dǎo)致流體滲透、管材泄露。另外，溶脹作用也可能會對管材的連接產(chǎn)生一定的影響。因而，導(dǎo)致復(fù)合管失效的又一個(gè)原因是介質(zhì)對內(nèi)層材料的侵蝕。在GFT-RTP輸送的過程中，介質(zhì)對管材內(nèi)部的磨損會影響內(nèi)層材料的損失，尤其是在輸送固 - 液兩相流的過程中，固體顆粒對管材內(nèi)部造成沖擊和摩擦，導(dǎo)致管材內(nèi)層材料的流失和脫落等，導(dǎo)致管道發(fā)生破損。還有，滲透作用也會導(dǎo)致管材的失效，在GFT-RTP輸送氣體的過程中，隨著壓力的升高，小分子物質(zhì)會通過內(nèi)層滲透到增強(qiáng)層或外層，當(dāng)氣體滲透到增強(qiáng)層在內(nèi)壓的作用下并保留在增強(qiáng)層中時(shí)，一旦輸送壓力降低，增強(qiáng)層中的氣體可能會將內(nèi)管擠扁，造成內(nèi)管坍塌，導(dǎo)致管材失效。

3.3 時(shí)間

在時(shí)間方面光氧化、慢速裂紋增長(SCG)和環(huán)境應(yīng)力這3個(gè)因素影響管材的失效。聚烯烴在陽光照射下發(fā)生氧化，生成羰基而引起主鏈斷裂導(dǎo)致管材失效。雖然GFT-RTP通常是埋地使用的，但隨著時(shí)間的推移，還是會產(chǎn)生一定的影響。GFT-RTP在使用過程中，會受到長時(shí)間、小負(fù)荷的作用，在這種作用之下，GFT-RTP會發(fā)生脆性破壞。脆性緩慢開裂行為則是在持續(xù)的低應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生的，在該過程中，開始的行為與韌性形變比較相似，但是，由于材料在低應(yīng)力狀態(tài)下，分子鏈開始解纏和松弛，隨著時(shí)間的推移，剩下為數(shù)不多的分子鏈承受載荷作用，這時(shí)造成應(yīng)力集中，在應(yīng)力集中點(diǎn)形成銀紋區(qū)，應(yīng)力集中點(diǎn)處于材料中存在的不規(guī)整處，或在裂紋或缺口尖端。銀紋和裂紋不同。所謂裂紋就是小的裂縫，而銀紋是由聚合物大分子連接起來的空洞所構(gòu)成的，如圖2所示。銀紋區(qū)的發(fā)展，導(dǎo)致局部屈服和聚合物的拉伸。裂紋尖端前的材料首先發(fā)展成小的空洞，逐漸成為大的空洞。這些空洞間的聚合物材料被高度拉伸，形成微纖。銀紋中的聚合物細(xì)絲全部斷裂，形成裂紋。在新的開裂尖端，又形成新的銀紋，該過程可重復(fù)發(fā)生。于是材料就發(fā)生脆性破壞。GFT-RTP在使用過程中，難免會遇到壓力波動的情況。在壓力波動時(shí)，復(fù)合管會發(fā)生輕微變形 - 恢復(fù) - 再變形的情況，這時(shí)玻璃纖維帶層與層、玻璃纖維與PE之間會產(chǎn)生摩擦，隨著時(shí)間的推移，在這種摩擦中玻璃纖維可能會斷裂。因而，GFT-RTP的使用壽命超過玻璃纖維摩擦斷裂的時(shí)間就會導(dǎo)致GFT-RTP失效。

圖2 銀紋與裂紋的形成Fig.2 Craze and creak formation

4 GFT-RTP檢測項(xiàng)目

4.1 失效模式

為滿足GFT-RTP的使用要求。針對GFT-RTP在使用過程中遇到的狀況以及可能出現(xiàn)的失效模式，必須要有相對應(yīng)的檢測手段來評價(jià)該GFT-RTP管是否能應(yīng)用。因此，GFT-RTP的性能評價(jià)顯得尤為重要。在介紹性能評價(jià)之前，首先需要確定管材的失效模式。多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中都提出了管材的失效模式，其中在SY/T 6794—2010[8]中給出了管材的失效模式：對于采用玻璃纖維、芳綸纖維、碳纖維或其他非金屬纖維增強(qiáng)的GFT-RTP產(chǎn)品，在試驗(yàn)時(shí)唯一可容許的失效形式應(yīng)是增強(qiáng)部分的拉伸(環(huán)向)或混合模式(雙軸)失效，這些失效包括增強(qiáng)層失效、局部泄漏/滴漏、內(nèi)襯層和外保護(hù)層破裂等多種形式的組合，從而導(dǎo)致管結(jié)構(gòu)的整體失效。

除主要失效模式外，發(fā)生其他任何失效模式時(shí)制造商都應(yīng)仔細(xì)研究調(diào)查以找出失效原因，并采取必要措施防止再次發(fā)生，非允許的失效模式的事例包括：內(nèi)襯層的失效(導(dǎo)致流體泄露)，接頭或套筒的失效，尤其是管體從接頭或套筒中脫出[9]。

4.2 聚合物材料的檢測

對于聚合物所考慮的環(huán)境條件必須包括介質(zhì)溫度、應(yīng)力、應(yīng)變、壓力、接觸介質(zhì)種類以及紫外線等。 若聚合物采用高密度聚乙烯(PE-HD)，基本性能應(yīng)符合GB 15558.1的要求，并滿足表1的要求，采用交聯(lián)聚乙烯時(shí)，基本性能應(yīng)符合ISO 14531—1的要求，采用聚偏氟乙烯(PVDF)時(shí)，基本性能應(yīng)符合ISO 10931的要求[5]10。對于增強(qiáng)層材料，連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合帶基本性能應(yīng)滿足表2的要求[10]；鋼絲應(yīng)符合GB/T 14450的要求；鋼絲繩應(yīng)符合YB/T 5179或GB/T 12753的要求；用于含酸性氣體的介質(zhì)輸送時(shí)，鋼絲或鋼絲繩應(yīng)進(jìn)行抗硫設(shè)計(jì)；玻璃纖維束應(yīng)符合JC/T 589的要求；滌綸工業(yè)長絲應(yīng)符合GB/T 16604的要求；芳綸長絲應(yīng)符合YD/T 1182.2的要求；超高相對分子質(zhì)量聚乙烯長絲應(yīng)符合FZ/T 54027的要求。

表1 PE-HD的基本性能

Tab.1 Basic properties of PE-HD

表2 玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合帶的規(guī)格及性能

Tab.2 Specifications and properties of glass fiber reinforced composite tapes

4.3 爆破試驗(yàn)

管材在不同溫度下的最大壓力等級的確定需要爆破試驗(yàn)。爆破試驗(yàn)的要求為爆破測試中管材的破壞處應(yīng)位于管材中間或接近中間部分。塑料管材管件在壓力高到4 MPa下輸送燃?xì)獾脑鰪?qiáng)熱塑性塑料管道系統(tǒng)中，對于短期爆破測試提到：壓力的升高應(yīng)該按預(yù)定的速率(1+0.05) MPa/min。這對于壓力在4 MPa以下的GFT-RTP管是適用的，但像高壓GFT-RTP，爆破壓力在幾十MPa，應(yīng)按爆破時(shí)間為60～70 s進(jìn)行加壓試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)連續(xù)均勻地、快速地對試樣施加壓力使測試管材爆破。SY/T 6662.2—2012規(guī)定爆破壓力應(yīng)大于等于公稱壓力的3.0倍。對于爆破管材的長度可參照GB/T 15560的規(guī)定進(jìn)行，當(dāng)公稱外徑D<160 mm時(shí)，試樣在2個(gè)密封接頭之間的有效長度L≥5D，但不小于300 mm；當(dāng)D≥160 mm時(shí)，L≥3D，但不小于750 mm。爆破試驗(yàn)不僅檢測了管材整體的抗拉強(qiáng)度(縱向和軸向)，而且驗(yàn)證了管材的最大工作壓力是否滿足使用要求，是一項(xiàng)重要的檢測指標(biāo)，對管材的性能檢測具有重要意義。

4.4 靜液壓試驗(yàn)

圖3 確定LCL、MPR和MSP的示意圖Fig.3 Schematic diagram for determining LCL, MPR and MSP

內(nèi)液壓載荷是GFT-RTP最主要和最基本的載荷形式，因而對GFT-RTP的內(nèi)液壓載荷能力的研究是認(rèn)識和使用GFT-RTP的重要基礎(chǔ)，同時(shí)，也是研究和評價(jià)GFT-RTP應(yīng)用的最重要的手段之一。由于GFT-RTP的耐內(nèi)壓強(qiáng)度與時(shí)間是相輔相成的，不能離開時(shí)間單純地討論GFT-RTP的耐內(nèi)壓強(qiáng)度。因此，GFT-RTP的設(shè)計(jì)與使用存在著2個(gè)方面相輔相成的基本問題：一是在限定時(shí)間和給定溫度下，管材所能承受的最大壓力為多少；二是在限定溫度下，管材承受一確定的壓力時(shí)，其壽命有多長。需要確定這2個(gè)基本問題就需要靜液壓試驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)。GFT-RTP作為一種新型管材，其產(chǎn)品評定可以由壓力分級試驗(yàn)評定，其中壓力分級試驗(yàn)是型式試驗(yàn)。對于管材的置信下限(LCL)、最大壓力等級(MPR)和最大工作壓力(MSP)可以根據(jù)在試驗(yàn)溫度和恒定壓力條件下一系列應(yīng)力破壞試驗(yàn)來確定，如圖3所示，試驗(yàn)數(shù)據(jù)被用于確定復(fù)合管材的長期靜液壓力(LTHP)的平均回歸曲線以及其LCL。LCL表示97.5 %的預(yù)測值都位于此值之上。復(fù)合管材的LCL是通過外推這個(gè)回歸曲線至設(shè)計(jì)壽命獲得的。復(fù)合管材的設(shè)計(jì)壽命都應(yīng)與其他復(fù)合材料的管道標(biāo)準(zhǔn)相同，設(shè)定為20年。如果復(fù)合管材用于輸水管道，也可采用50年設(shè)計(jì)壽命[11]。對于GFT-RTP的出廠檢驗(yàn)則要采用短期靜液壓試驗(yàn)，表3列出了短期靜液壓的試驗(yàn)要求。

靜液壓試驗(yàn)除了測定管材長期靜液壓強(qiáng)度以及研究增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合管的長期性能的應(yīng)用外，還有諸多應(yīng)用：管材及管件的質(zhì)量控制手段、耐化學(xué)性研究、管道連接系統(tǒng)的質(zhì)量與系統(tǒng)適應(yīng)性等。但是長期靜液壓試驗(yàn)周期較長，只適合型式試驗(yàn)，相信將來會研究出長期靜液壓試驗(yàn)壓力與時(shí)間的關(guān)系，從而縮短試驗(yàn)時(shí)間，提高檢測效率。

表3 短期靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)要求

Tab.3 Requirements for short-term hydrostatic strength test

4.5 內(nèi)壓波動試驗(yàn)

內(nèi)壓波動試驗(yàn)是專門對于脆性材料增強(qiáng)復(fù)合管的一個(gè)檢測項(xiàng)目，因?yàn)榇嘈圆牧系囊粋€(gè)缺點(diǎn)就是耐疲勞性較差，在循環(huán)載荷的不斷作用下，材料的疲勞損傷不斷積累，積累到一定程度，材料發(fā)生破壞失效。韌性材料增強(qiáng)的復(fù)合管或?qū)嵄诠艿臋z測標(biāo)準(zhǔn)中則沒有這項(xiàng)檢測項(xiàng)目。

GFT-RTP在使用過程中會受到周期性或非周期性的動載荷作用，比如輸送流體時(shí)壓力的波動、溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力、土壤變化如沉降及車輛通行等的應(yīng)力，都會影響到玻璃纖維的耐疲勞性。因此需要對GFT-RTP進(jìn)行一項(xiàng)新的檢測項(xiàng)目：內(nèi)壓波動試驗(yàn)(疲勞試驗(yàn))，在長期靜壓值上下周期性壓力脈動，脈動幅度為靜壓值的±20 %，頻率為10 次/min，連續(xù)試驗(yàn)時(shí)間為20 h。

內(nèi)壓波動試驗(yàn)準(zhǔn)確反應(yīng)了復(fù)合管在各種環(huán)境應(yīng)力下的疲勞損傷狀態(tài)，是依據(jù)復(fù)合管在正常使用狀態(tài)下受到的不同環(huán)境應(yīng)力作用下的一種檢測方法，評價(jià)了復(fù)合管材及管件的疲勞壽命。但內(nèi)壓波動試驗(yàn)作為一種新的檢測方法，目前還沒有相關(guān)具體的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，需要時(shí)間來驗(yàn)證其可行性。相信在不久的將來，內(nèi)壓波動試驗(yàn)會作為一種新的評價(jià)方法對增強(qiáng)熱塑性塑料復(fù)合管作出更加準(zhǔn)確的性能評價(jià)。

4.6 扁平試驗(yàn)

扁平試驗(yàn)相當(dāng)于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中的壓裂試驗(yàn)，因王慶昭等[12-14]研究開發(fā)的GFT-RTP中的連續(xù)玻璃纖維帶具有很大的柔韌性，因此在壓裂一定程度后仍能滿足使用要求，壓裂試驗(yàn)不能反映GFT-RTP的使用要求和失效機(jī)理。因此，針對大口徑管材在運(yùn)輸或使用過程中遇到的可能被壓扁問題以及壓扁后是否仍能達(dá)到使用要求，需要對管材(大口徑不可盤卷)進(jìn)行扁平試驗(yàn)。扁平試驗(yàn)的要求：管材長度為：當(dāng)公稱外徑D<160 mm時(shí)，試樣在2個(gè)密封接頭之間的有效長度L≥5D，但不小于300 mm；當(dāng)D≥160 mm時(shí)，L≥3D，但不小于750 mm。隨機(jī)取滿足長度要求的3個(gè)管材試樣進(jìn)行試驗(yàn)，試樣置于試驗(yàn)機(jī)兩壓板間進(jìn)行下壓，每塊壓板的寬度為50～100 mm，以100 mm/min 的速度，在試樣管中部下壓至管材內(nèi)徑1/2高度。取出后繼續(xù)做靜液壓試驗(yàn)或爆破試驗(yàn)。

從材料學(xué)角度來說，扁平試驗(yàn)檢測了玻璃纖維本身一個(gè)重要方面的性能，也檢測了表面和界面的性能，同時(shí)，檢測了內(nèi)層、增強(qiáng)層和外層的結(jié)合性能，如果通過了扁平試驗(yàn)，表明GFT-RTP的管壁結(jié)構(gòu)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。并且，這是區(qū)別于連續(xù)纖維增強(qiáng)熱固性塑料管道的一個(gè)重要檢測項(xiàng)目。扁平試驗(yàn)比壓裂試驗(yàn)更能反映出管材的失效機(jī)理，以后在GFT-RTP的性能檢測方面扁平試驗(yàn)可能會取代現(xiàn)有的壓裂試驗(yàn)。

4.7 國內(nèi)外復(fù)合塑料管道現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)問題總結(jié)

隨著國內(nèi)外GFT-RTP管行業(yè)的快速發(fā)展時(shí)期，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)制定修訂進(jìn)步迅速，國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相繼被制定出來。包括API SPEC 17J—2014、API 17K—2010、ISO國際標(biāo)準(zhǔn)系列以及ASTM系列等[15]。國內(nèi)針對不同類型的GFT-RTP管以及應(yīng)用領(lǐng)域也制定了一系列關(guān)于非金屬復(fù)合增強(qiáng)管的標(biāo)準(zhǔn)，像SY/T 6662.1—2012、SY/T 6662.2-2-12等。具體詳細(xì)標(biāo)準(zhǔn)[16-35]在表4、表5中列出。但這些標(biāo)準(zhǔn)仍存在許多問題，例如：部分標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)范圍窄，只針對某一種產(chǎn)品；部分標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品類型相似，大部分標(biāo)準(zhǔn)缺乏質(zhì)量驗(yàn)收、設(shè)計(jì)施工等系列標(biāo)準(zhǔn)。因此，建議完善標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)體系，制定前沿標(biāo)準(zhǔn)。

表4 增強(qiáng)熱塑性復(fù)合管相關(guān)國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)

Tab. 4 Domestic standards for reinforced thermoplastic composite pipes

表5 增強(qiáng)熱塑性復(fù)合管相關(guān)國外標(biāo)準(zhǔn)

Tab. 5 International standards for reinforced thermoplastic composite pipes

5 結(jié)語

GFT-RTP作為典型的柔性管道，以其耐腐蝕性能好、承壓能力高、耐疲勞性好、內(nèi)壁光滑、不滲漏、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)將逐漸替代其他管道；但GFT-RTP在進(jìn)入市場面臨著一系列標(biāo)準(zhǔn)以及工程技術(shù)規(guī)范等問題；尤其缺乏在性能檢測方面的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范；通過對GFT-RTP性能評價(jià)方法研究GFT-RTP標(biāo)準(zhǔn)體系的制定以及施工規(guī)范的制定具有一定的參考作用；本文提出的性能檢測方法較好地評價(jià)了GFT-RTP對輸送介質(zhì)、使用壓力、壽命、安裝要求等方面的性能，相信在不久的將來就會有GFT-RTP的性能檢測方法標(biāo)準(zhǔn)以及施工工程規(guī)范的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)GFT-RTP在地面油氣集輸系統(tǒng)、礦山領(lǐng)域、水利、市政給水等領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用，而且對今后特殊工況下GFT-RTP應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)具有探索意義。