HDPE 管材有許多（duō）優良的性能，如質輕、抗腐、內壁光滑、使用壽（shòu）命長（zhǎng）等，又以其較高的（de）強度應用在承壓輸送（sòng）各種介質的（de）管道（dào）上，但其（qí）環境應力開裂（liè）性能較差，一些 HDPE 管道在長期負（fù）荷作（zuò）用下和一（yī）定時（shí）間後會（huì）出現應力破損現象。
1 影響（xiǎng）因素（sù）
1.1 冷卻速（sù）度的影響
溫度是 HDPE 結晶過程中最敏感的因素（sù），不同的結晶程度對管材的力學性能有較（jiào）大的影響。某廠 HDPE 管在水冷真空定徑箱中成型，管壁斷麵有不同的熱曆史，不同的熱曆史對 HDPE 有不同的結晶行（háng）為閱，形成（chéng）了不（bú）同結晶度的聚（jù）集結構。管材外表層受水（shuǐ）急驟冷卻能夠很快的越過最佳的結晶溫度，形成一層結晶（jīng）度較低（dī）的聚（jù）集結構區。外表（biǎo）層和中間層有一個能夠獲得晶核數量及生長（zhǎng）速率最（zuì）有利的結晶層，這個區域晶體生長好，聚集結構穩定。如果這時控製好一（yī）定的（de）水溫和相應的牽引速度，就可增（zēng）加該層的厚度（dù）。因 HDPE 熱傳導慢，最佳結晶溫度在中間層和內層停（tíng）留的時間較長（zhǎng），結晶能夠在充分的（de）條件下（xià）進行，所得到的是數量較少、顆粒較大的（de）聚集結構區域。這種內外結構的（de）不（bú）均（jun1）勻（yún）性對管材的力學（xué）性能影（yǐng）響較大，低結晶區（qū）使管材（cái）具（jù）有韌性，高結晶（jīng）區具有剛性，隨著結晶度的增加，脆性增（zēng）大。當壓（yā）扁（biǎn）到 2/3 時內（nèi）表麵出現裂紋；繼續壓扁，裂紋向外表麵擴展。我們認為使用密度高的均聚物擠出（chū）成型管材更應該注意成型工藝。
1.2 熔融溫度的影響
成型中熔融溫度與在該（gāi）溫度下停留的時間會影（yǐng）響殘存晶核的數量，晶核的存在與否及晶核的大小，對成（chéng）型（xíng）時的結（jié）晶（jīng）速度有很（hěn）大的影響.如果熔融溫度低，熔融時間短（duǎn），殘核沒有受到（dào）破壞，成型時晶核結晶速度快，晶體（tǐ）的尺寸大小均勻，能形成較穩定的聚集結構；如果熔融溫度高，熔融時（shí）間長，原有（yǒu）結（jié）構破（pò）壞得就越多，殘餘的晶核就越少，成核的時間就長，結（jié）晶速（sù）度就慢，結晶尺寸也大，結構不穩定，從（cóng）而影響了管材的強度。熔體溫（wēn）度都較（jiào）高，應力開裂（liè）時間都很短。我們曾用預熱（rè）時間長、預熱溫度較高的機（jī）頭內熔體成型管材做短期靜水壓（yā）強度試驗，其時間隻有 4.3h。熔融溫度對 HDPE成型時的熔體破裂也有較大影響。成型時熔體受到剪切應力，當剪切應力達到或超過某一臨界值時，熔體就會出現破裂。熔體（tǐ）溫度不同，對應的剪切速率也大不相同。為保證管材的力學性能（néng），成型（xíng）時要控製好成型溫度，盡量避免熔體破裂。
1.3 牽引速度的影響
在管材成型過程中，熔體擠出口模（mó）的速度（dù）應與牽引管材的速度（dù）相協調。如果牽（qiān）引速度大於擠出速度，部分大分子順著牽引方向取向，在牽引力的作用下，彈性還（hái）沒有回（huí）複（fù）就被冷（lěng）卻定型，特別是在口（kǒu）模已定的情況下，靠調（diào）整牽引速度來加工薄壁管，這樣的管材更易在軸線（xiàn）方向上產生裂紋（wén）。
2 蠕（rú）變開裂機理研究（jiū）及開裂時（shí）間的預測
2.1 觀察開裂過程
繪出裂紋增長的示意圖（tú），根據材料（liào）所處狀態的不（bú）同，將裂紋分為（wéi） 3 個區域，分別為塑性破壞區（qū）、過（guò）渡區和已斷裂區。在整個裂紋增（zēng）長過程中，根據裂紋擴（kuò）展速度的不同，將（jiāng）斷裂過程分為 3 個階段，分別（bié）為時間（jiān）很短的初始恒速階段、加（jiā）速增長階段（SCG）、快（kuài）速增長階段（FCG）。得出了蠕變位移與時間的關係，研究了不同切口深（shēn）度、載荷對時間的關係。表明低應力載荷（小於屈服應力的一半）、淺（qiǎn）切口（kǒu）條件下，SCG階段所用的時間占整個過程破壞時間的絕大部分，SCG 的持續時間決定了材料的破（pò）壞時間。
2.2 假設在 SCG 增長過程（chéng）中
裂紋的擴展（zhǎn）速（sù）度是與溫度相關的初始應力、初始切口深度的冪（mì）函數，結合試驗，擬合出相應常數，得到裂紋擴展速度與溫度、初始應力、初始切口（kǒu）深度的關係函數（shù）。應用彈性體斷裂力學 Dugdale 模（mó）型，結合低應力拉伸及 3 點彎曲試驗，得到裂紋恒速增長階段應變範圍（wéi）、SCG 增長的應變範圍、應變擴展速度等測試結果，推導出預測試樣破壞時間的公式，預測出的破（pò）壞時間與實際測試結果相（xiàng）一致。
3 建議
（1）HDPE 管成型工藝對其環境應力開裂有較（jiào）大的影響（xiǎng），好的樹脂（zhī）沒有（yǒu）恰當的成型（xíng）工藝不能（néng）加工出（chū）質優的產品，代用樹脂通過改良工藝也能獲得一定的環境應力開裂時間。
（2）冷卻水溫與該溫度（dù）下的牽引（yǐn）速度有一個較佳的成型適宜值；成型時的熔體溫度（dù）根（gēn）據樹脂的熔融溫度去設定機（jī）筒（tǒng）、機頭溫度，不易過高；牽引速度和擠出速度要同步（bù），不能隻用調整牽引速度去（qù）大幅度的調整管材壁厚。
（3）以吹塑級、拉絲級的 HDPE 樹脂成型的（de）管材不宜（yí）應用到輸送有壓介質的（de）管道上或長時間的（de）使用。
（4）在獲（huò）得各因素對 HDPE 耐環境應力開（kāi）裂（liè）強（qiáng）度（dù）關係（xì）的（de）基礎上，通過軟件仿真（zhēn）方式，預測 HDPE 耐環境應力（lì）開裂強度，縮短時間周期。
幾年來，我們通過生產、試驗和總結，根據不同的原料樹脂，及時調整工藝條件，使塑料管材質量（liàng）有所改善（shàn）和提高，生產出用戶滿（mǎn）意的產品間，當然，影響 HDPE 管材成型的因剝良多，本次（cì）試驗（yàn）中工藝條件的確定（dìng）與調整是以靜（jìng）水壓強度試驗和環境應力開裂試驗指（zhǐ）標為主要依據，我們所作的分析僅供參考。
