-40℃到 120℃：溫度對(duì)連續(xù)纏繞管道的影響實(shí)驗(yàn)

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在眾多工程領(lǐng)域中，連續(xù)纏繞管道憑借其優(yōu)異性能得到廣泛應(yīng)用。然而，不同的工作環(huán)境溫度會(huì)對(duì)管道性能產(chǎn)生顯著影響。為深入了解這一情況，我們開(kāi)展了從 -40℃到 120℃溫度區(qū)間對(duì)連續(xù)纏繞管道影響的實(shí)驗(yàn)研究。

實(shí)驗(yàn)背景與目的

連續(xù)纏繞管道工藝先進(jìn)，能制造出質(zhì)量?jī)?yōu)良的管道。但實(shí)際使用場(chǎng)景溫度復(fù)雜多變，如北方寒冷地區(qū)冬季室外管道可能面臨 -40℃的低溫，而在一些工業(yè)生產(chǎn)、供熱系統(tǒng)中，管道又可能承受 120℃左右的高溫。本次實(shí)驗(yàn)旨在通過(guò)模擬不同溫度環(huán)境，探究溫度對(duì)連續(xù)纏繞管道的物理性能、力學(xué)性能及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，為其在不同工況下的合理應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐 。

實(shí)驗(yàn)材料與方法

實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備

我們選用了常見(jiàn)的連續(xù)纏繞玻璃鋼管道作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，其主要由玻璃纖維、樹(shù)脂基體及石英砂等組成。玻璃纖維為高強(qiáng)度無(wú)堿玻璃纖維，提供主要的強(qiáng)度支撐；樹(shù)脂基體采用耐化學(xué)腐蝕性和機(jī)械性能良好的環(huán)氧乙烯基酯樹(shù)脂；石英砂則增強(qiáng)管道的剛性和耐磨性 。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備與環(huán)境模擬

利用高低溫試驗(yàn)箱模擬 -40℃到 120℃的溫度環(huán)境。該試驗(yàn)箱能精確控制溫度，溫度波動(dòng)范圍在 ±1℃以內(nèi)。將管道樣品置于試驗(yàn)箱內(nèi)，按照設(shè)定的升溫、降溫速率進(jìn)行溫度變化，模擬實(shí)際使用中的溫度升降過(guò)程。同時(shí)，配備高精度的力學(xué)性能測(cè)試儀器，用于測(cè)量不同溫度下管道的各項(xiàng)性能指標(biāo) 。

實(shí)驗(yàn)測(cè)試項(xiàng)目

對(duì)不同溫度下的管道樣品，我們進(jìn)行了多項(xiàng)測(cè)試。首先是外觀檢查，觀察管道表面是否出現(xiàn)裂紋、變形、分層等缺陷。接著測(cè)量管道的尺寸變化，包括直徑、壁厚的變化情況。然后進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，如環(huán)向拉伸強(qiáng)度、軸向拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度以及環(huán)剛度測(cè)試，以此評(píng)估溫度對(duì)管道承載能力的影響 。

低溫環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

-40℃時(shí)的外觀與尺寸變化

在 -40℃的低溫環(huán)境下，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的放置，部分管道樣品表面出現(xiàn)細(xì)微裂紋。這是因?yàn)榈蜏厥箻?shù)脂基體變脆，玻璃纖維與樹(shù)脂之間的界面結(jié)合力下降，在內(nèi)部應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂紋。同時(shí)，通過(guò)高精度測(cè)量?jī)x器發(fā)現(xiàn)，管道的直徑和壁厚均有輕微收縮，收縮率約為 0.3% - 0.5% 。

低溫對(duì)力學(xué)性能的影響

力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果顯示，管道的環(huán)向拉伸強(qiáng)度和軸向拉伸強(qiáng)度均有所下降，下降幅度在 15% - 20% 之間。環(huán)剛度也出現(xiàn)明顯降低，降幅約為 25%。這表明在低溫環(huán)境下，連續(xù)纏繞管道抵抗外部壓力和拉伸荷載的能力減弱，使用時(shí)需充分考慮這一因素 。

常溫環(huán)境下的管道性能（對(duì)照）

常溫外觀與尺寸穩(wěn)定性

在常溫 25℃環(huán)境下，管道樣品外觀保持良好，表面光滑，無(wú)任何裂紋、變形等缺陷。管道的直徑和壁厚尺寸穩(wěn)定，幾乎沒(méi)有變化，展現(xiàn)出連續(xù)纏繞管道在常溫下良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性 。

常溫力學(xué)性能指標(biāo)

此時(shí)管道的力學(xué)性能達(dá)到最佳狀態(tài)。環(huán)向拉伸強(qiáng)度、軸向拉伸強(qiáng)度以及環(huán)剛度等指標(biāo)均符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，各項(xiàng)性能指標(biāo)為后續(xù)對(duì)比不同溫度下的性能變化提供了基準(zhǔn)數(shù)據(jù) 。

高溫環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)

120℃時(shí)的外觀與尺寸變化

當(dāng)溫度升高至 120℃時(shí)，管道外觀發(fā)生了明顯變化。部分管道表面出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，顏色也有所變深。尺寸方面，管道直徑和壁厚出現(xiàn)膨脹，膨脹率在 0.8% - 1.2% 左右。這是由于高溫使樹(shù)脂基體分子鏈活動(dòng)加劇，體積膨脹，導(dǎo)致管道整體尺寸發(fā)生變化 。

高溫對(duì)力學(xué)性能的影響

力學(xué)性能測(cè)試表明，在 120℃高溫下，管道的環(huán)向拉伸強(qiáng)度和軸向拉伸強(qiáng)度大幅下降，降幅達(dá) 30% - 40%。環(huán)剛度降低更為顯著，約為初始值的 40% - 50%。高溫嚴(yán)重削弱了管道的承載能力，若在此溫度下長(zhǎng)期使用，管道極易發(fā)生變形甚至破裂 。

溫度循環(huán)對(duì)管道的影響

溫度循環(huán)實(shí)驗(yàn)過(guò)程

為模擬實(shí)際使用中溫度頻繁變化的情況，我們還進(jìn)行了溫度循環(huán)實(shí)驗(yàn)。讓管道樣品在 -40℃到 120℃之間進(jìn)行多次循環(huán)，每次循環(huán)包括升溫、保溫、降溫等階段，共進(jìn)行 10 個(gè)循環(huán)周期 。

循環(huán)后的性能變化

經(jīng)過(guò) 10 個(gè)溫度循環(huán)周期后，管道表面裂紋數(shù)量增多且有擴(kuò)展趨勢(shì)，尺寸變化更為明顯。力學(xué)性能進(jìn)一步惡化，環(huán)向拉伸強(qiáng)度、軸向拉伸強(qiáng)度和環(huán)剛度相比初始值下降了 40% - 50%。這說(shuō)明頻繁的溫度變化對(duì)連續(xù)纏繞管道的損害較大，會(huì)加速管道的老化和性能衰退 。

從 -40℃到 120℃的溫度區(qū)間內(nèi)，溫度對(duì)連續(xù)纏繞管道的影響顯著。低溫使管道變脆，力學(xué)性能下降；高溫導(dǎo)致管道軟化，承載能力大幅削弱；溫度循環(huán)則加速管道的損壞。在實(shí)際工程應(yīng)用中，必須根據(jù)管道所處的溫度環(huán)境，合理選擇管道材料、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，以確保連續(xù)纏繞管道的安全穩(wěn)定運(yùn)行 。