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嘉峪检测网 2024-08-27 14:46
某橡胶油管发生多处渗漏现象,其宏观形貌如图1所示。该油管材料为橡胶,由复合多层合成纤维层缠绕,配有螺旋钢丝加强,用于输送油体介质。委托者对油管进行加压测试,并标记出多处漏点。研究人员采用一系列理化检验方法对油管渗漏原因进行分析,以防止该类问题再次发生。
1、 理化检验
1.1 宏观观察
从油管上截取漏点管段,漏点管段宏观形貌如图2所示。由图2可知:管段可见6条清晰裂纹,裂纹长度为10~12mm,6条裂纹环向并行排列,且间隔均匀、平齐规整;漏点管段内表面光滑,富有光泽,无明显裂缝及橡胶老化、龟裂现象;材料存在两处擦伤痕迹;第3条裂纹为单条裂纹,未见其他裂纹分支,裂纹附近纤维织物排列紧密,除两处擦伤外,无爆裂特征,无明显老化开裂现象。将第1,2,3条裂纹分别编号为1号裂纹、2号裂纹、3号裂纹,在3条裂纹剖面处打开,宏观形貌如图2g)~2i)所示。可见油管由内层、增强层、外层3层复合而成,除1号裂纹外,2,3号裂纹均已穿透第一层外表面橡胶,抵达增强层,裂纹裂口平整,且呈一定倾角,具有机械损伤特征,未观察到裂纹贯穿内层橡胶。
1.2 力学性能分析
选取3号裂纹管段内、外层距离裂纹6mm处的10个位置进行邵氏硬度测试,并选取平整小块无裂纹管段的内、外层的10个位置进行邵氏硬度测试,结果如表1所示。由表1可知:内、外管层和裂纹处硬度差距并不明显,符合出厂要求,说明内、外层橡胶材料没有出现因老化导致橡胶硬度变高的现象。
1.3 扫描电镜 (SEM) 和能谱分析
将裂纹剖面试样置于扫描电子显微镜下观察结果如图3所示。由图3可知:裂纹边缘橡胶光滑平整,未观察到老化、龟裂特征;裂纹源区呈带状分布特征,裂纹源区橡胶存在挤压撕扯变形现象,为机械损伤特征;裂纹扩展区主要呈镜面扩展特征,有台阶状形貌。
将裂纹置于扫描电子显微镜下观察,结果如图4所示。由图4可知:除裂纹源区有橡胶变形特征外,整体较光滑,未发现橡胶老化现象。
对裂纹进行能谱分析,结果如图5所示。由图5可知:橡胶管的主要成分为C、O、Si、S等元素,新切裂纹处C、O 元素质量分数分别为56.62%和16.57%,漏点裂纹处C、O 元素质量分数分别为61.85%和19.42%,可知漏点裂纹处O元素含量并未出现异常变高的现象。
1.4 红外光谱分析
切取油管外层、增强层、内层橡胶薄片,采用裂解后涂膜透射红外分析方法对薄片进行分析,结果如图6所示。由图6可知:3条曲线从上到下依次为外层、增强层、内层橡胶的红外光谱,3条红外曲线峰位相似;波数为2917cm‒1和2851cm‒1附近有两个饱和烷基—C—H伸缩振动峰,波数为969cm‒1附近有丁二烯反式1,4结构的吸收峰,波数为918cm‒1附近有丁二烯中端基乙烯基的吸收峰。三层材料具有明显的丁腈橡胶特征峰。
2、 综合分析
渗漏油管裂纹长度为10~12mm,几条裂纹环向并行排列,且间隔均匀,平齐规整。管段内层材料光滑,富有光泽,未观察到明显裂缝及橡胶老化、龟裂现象。裂纹已经穿透第一层外表面橡胶,抵达增强层,未观察到裂纹贯穿内层橡胶,裂纹裂口平整,具有机械损伤特征。
裂纹源区附近橡胶光滑平整,未观察到老化、龟裂特征。裂纹源区呈带状分布特征,源区附近橡胶存在挤压撕扯变形现象,为机械损伤特征;裂纹扩展区主要呈镜面扩展特征,有台阶状形貌。
漏点旧裂纹O元素含量相较于新切裂纹O元素含量正常,未出现橡胶因老化导致O元素含量异常升高的现象。
由内、外管层橡胶材料的硬度测试结果可知,油管内、外层没有出现因老化导致橡胶硬度变高的现象。
综合以上分析可知,该油管渗漏原因为外来硬物机械损伤,裂纹源区橡胶存在挤压撕扯变形现象,为机械损伤特征。油管内、外层橡胶硬度符合出厂要求,没有老化变硬现象。油管内层未观察到渗漏裂纹,这是因为橡胶弹性大,常压下无法观察出裂纹,加压后液体从内层缝隙经外层裂纹渗漏而出。
3、 结论
送检橡胶油管材料为丁腈橡胶,无由内向外爆裂特征,未出现老化、龟裂现象。送检油管的渗漏原因为外来硬物机械损伤。
作者:贾仕君
单位:上海材料研究所有限公司 检测中心
来源:《理化检验-物理分册》2024年第6期
来源:理化检验物理分册