Che effetto ha l'invecchiamento del materiale sulle prestazioni dei raccordi del filo HDPE

La degradazione foto-ossidativa dei materiali è una delle principali cause del degrado delle prestazioni. Nella catena molecolare di polietilene ad alta densità (HDPE), i gruppi di metilene sono soggetti a reazioni di scissione a catena sotto l'azione delle radiazioni ultraviolette. Quando la luce ultravioletta con una lunghezza d'onda da 290 a 400 nanometri viene continuamente irradiata, un gran numero di prodotti di ossidazione come i gruppi carbonilici e idrossilici saranno generati sulla superficie del materiale. Questo effetto fotocossidativo è particolarmente significativo negli scenari di posa delle generazioni esterne. I dati sperimentali mostrano che dopo sei mesi di esposizione a un ambiente con un'intensità ultravioletta di 300 microwatt per centimetro quadrato, la resistenza all'impatto della parete esterna dell'articolazione può diminuire di oltre il 40%. L'accumulo di prodotti di ossidazione non solo cambierà la morfologia superficiale del materiale, ma costituirà anche una rete di microcrack, fornendo così un canale per la penetrazione del mezzo, e alla fine portando al fallimento del sigillo articolare.

In condizioni di alta temperatura, l'effetto di invecchiamento dell'ossidazione termica è particolarmente evidente. Quando la temperatura operativa del sistema supera i 60 gradi Celsius, la velocità di reazione dei radicali liberi nella catena molecolare HDPE aumenta esponenzialmente, che a sua volta porta a un ampliamento della distribuzione del peso molecolare del materiale e una diminuzione della cristallinità. Questo danno termodinamico è particolarmente evidente nei sistemi di condutture chimici.

L'erosione dei media chimici è anche un fattore importante nell'accelerazione dell'invecchiamento dei materiali. In un ambiente industriale contenente ioni cloruro (Cl⁻), la reazione di clorazione della catena molecolare HDPE aumenterà la fragilità del materiale. Quando la concentrazione di Cl⁻ nel mezzo supera la 50ppm, la resistenza allo stress di cracking (ESCR) dell'articolazione può diminuire ad una velocità di 3 volte a temperatura normale e pressione. Un impianto di trattamento delle acque reflue costiere ha utilizzato articolazioni filettate da HDPE ordinarie per trattare le acque reflue saline. Dopo solo 18 mesi di funzionamento, si sono verificate perdite batch. L'ispezione ha scoperto che i pozzi di detenzione con una profondità di 0,2 mm si erano formati sulla parete interna dell'articolazione.

Il fenomeno dello stress ambientale (ESC) è una tipica manifestazione dell'accoppiamento dell'invecchiamento e dello stress del materiale. Quando il sistema di tubazioni trasporta un mezzo contenente tensioattivi, la catena molecolare HDPE è soggetta a propagazione di rotture sotto l'azione dello stress continuo. Gli esperimenti mostrano che in una soluzione di dodecil solfato di sodio allo 0,5%, il tasso di crescita delle fessure di un giunto filettato sottoposto a una pressione interna di 0,8 MPa è due ordini di grandezza superiore a quello di un mezzo di acqua pura. Questo tipo di cracking di stress ambientale è particolarmente pericoloso nelle condutture sepolte. Ad esempio, un gasdotto di gas in una certa città ha subito una rottura catastrofica della sua articolazione dopo cinque anni di attività a causa di uno squilibrio della pressione sul lato del suolo.