GB/T 41794-2022 土工合成材料 聚烯烃土工膜耐应力开裂性能的评价 切口恒定拉伸负荷法

　　ICS 83 . 140 . 10 CCS G 33

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 41794—2022

　　土工合成材料 聚烯烃土工膜耐应力开裂性能的评价 切口恒定拉伸负荷法

　　Geosynthetics—Evaluationofstresscrackresistanceofpolyolefin

　　geomembranes—Notchedconstanttensileloadmethod

　　2022-10-12 发布 2023-05-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 41794—2022

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 1—2020《标准化工作导则 第 1 部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由中国轻工业联合会提出 。

　　本文件由全国塑料制品标准化技术委员会(SAC/TC48)归口 。

　　本文件起草单位:中石化(北京)化工研究院有限公司 、宏祥新材料股份有限公司 、安徽百盛源包装材料有限公司 、南昌天高环保科技股份有限公司 、上海盈帆工程材料有限公司 、山东路德新材料股份有限公司 、山东天海新材料工程有限公司 、郑州财税金融职业学院 、浩阳环境股份有限公司 、华盾雪花塑料(固安)有限责任公司 、江苏金霸环境技术股份有限公司 、仪征升力防排水材料有限公司 、泰安佳路通工程材料有限公司 、北京中环科环境股份有限公司 、浙江天鹏新材料有限公司 、山东新天鹤塑胶有限公司 。

　　本文件主要起草人:武鹏 、刘好武 、刘家岐 、朱天戈 、安国峰 、何勇 、梁训美 、者东梅 、许准 、肖华春 、李洪振 、刘丙伟 、陈锡明 、赵宝平 、刘文峰 、张保利 、赵刚 、高甫 、傅卫东 。

　　I

　　GB/T 41794—2022

　　土工合成材料 聚烯烃土工膜耐应力

　　开裂性能的评价 切口恒定拉伸负荷法

　　1 范围

　　本文件规定了采用切口恒定拉伸负荷法评价聚烯烃土工膜(以下简称“土工膜”)耐应力开裂性能的测试方法 。

　　本文件适用于以聚烯烃树脂为原料 , 加入各类添加剂所生产的土工膜耐应力开裂性能的评价 。本文件也适用于聚烯烃土工膜专用树脂耐应力开裂性能的评价 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 , 仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件 , 其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB/T 1040 . 3 塑料 拉伸性能的测定 第 3 部分:薄膜和薄片的试验条件

　　GB/T 2035 塑料术语及其定义

　　GB/T 6672 塑料薄膜和薄片厚度测定 机械测量法

　　GB/T 9352 塑料 热塑性塑料材料试样的压塑

　　GB/T 13760 土工合成材料 取样和试样准备

　　GB/T 17643 土工合成材料 聚乙烯土工膜

　　3 术语和定义

　　GB/T 2035 和 GB/T 17643 界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。

　　3.1

　　切口恒定拉伸负荷试验 notched constant tensile load test

　　对具有一定深度切口的试样施加恒定的拉伸应力 , 直至试样破坏或达到规定时间 。

　　注 : 切口恒定拉伸负荷试验 , 简称 NCTL试验 。

　　4 原理

　　在土工膜上裁取哑铃型试样 , 在试样窄平行中部制备切口并使试样剩余厚度达到规定值 , 切口方向垂直于试样长度方向 。 在特定温度的表面活性剂水溶液中对试样施加恒定拉力直至断裂或规定时间 , 记录试样断裂的时间或断裂数量 。

　　5 设备及试剂

　　5 . 1 应力开裂试验仪

　　应力开裂试验仪主要由内置加热和水循环装置的箱体 、试样架 、计时器 、杠杆和配重组成 , 如图 1 所

　　1

　　GB/T 41794—2022

　　示 。试验仪应能对试样施加一定的拉伸应力,并可使试样浸没在恒温的表面活性剂溶液中。 箱体一般为不锈钢制,内置加热器和控制器以保持试验温度,并配有水循环装置以保证箱体内溶液温度和浓度均匀一致。 应力开裂试验仪采用杠杆原理将应力施加到试样上,杠杆系数为 3 。试样架与计时器相连以自动记录试样断裂时间,精度为 0 . 1 h 。

　　a) 侧视图 b) 正视图

　　标引序号说明 :

　　1 — 计时器触发开关 ;

　　2 — 杠杆 ;

　　3 — 配重 ;

　　4 — 配重架 ;

　　5 — 试样 ;

　　6 — 试样架 ;

　　7 — 内置加热和水循环装置的箱体。

　　图 1 应力开裂试验仪示意图

　　5 . 2 冲模

　　哑铃型刀具,刀刃应锋利,能切出切口平整 、不带斜棱的试样。 应定期打磨或更换冲模以保持刀刃锋利。 可通过低倍放大镜检查试样边缘状态的方法检查刀刃。

　　5 . 3 切口装置

　　可制备切口深度一致的装置,如图 2 所示。 切口装置的刀片应无划痕 、毛边。 应及时更换有损伤的刀片。

　　2

　　GB/T 41794—2022

　　a) 正视图 b) 斜视图

　　标引序号说明 :

　　a — 刀刃高度 , 3 mm ;

　　b — 刀刃宽度 , 18. 9 mm~19 . 2 mm ;

　　r — 半径 , ≤1 . 5 mm 。

　　图 2 切口装置示意图

　　5 . 4 试剂

　　试剂应由 10%的表面活性剂和 90%的去离子水组成 。表面活性剂一般为壬基酚聚氧乙烯醚 。试剂应储存于密闭的容器中 。

　　配制试剂水溶液时 , 应将混合液加热到 60 ℃左右 , 连续搅拌 1 h 。配制好的试剂水溶液应在一星期内使用 , 并只能使用一次 , 不能重复使用 。

　　新鲜试剂水溶液呈现透明的淡蓝色 , 而乳白色则表明有降解迹象 。 当观察到降解迹象时 , 应更换试剂水溶液 。 当没有证据表明试剂水溶液的稳定性 , 应每四个星期更换一次 。试剂水溶液的实际更换时间宜考虑正在进行试验的连贯性 , 不应采用已出现降解迹象的试剂开始试验 。

　　注 : 进行 1 000 h 的比对试验时 , 继续使用出现轻微降解迹象的试剂可能比在最后几百小时的试验期间更换试剂更好 。

　　6 试样

　　6 . 1 取样

　　按照 GB/T 13760 的规定 , 在土工膜的整个幅宽内 , 沿纵向选取 1 m 长的样品 , 用于试样制备 。

　　6 . 2 试样

　　在土工膜样品的横 、纵两个方向分别冲裁 5 个试样 。试样的形状和尺寸见图 3 和表 1 。 为适应试验设备 , 试样的长度可变 , 但窄平行部分的长度不应小于 13 mm , 宽度应为 3 . 20 mm±0 . 02 mm 。

　　采用冲模冲切制备试样 , 并应采用适宜的衬垫材料 , 以确保冲切的试样边缘整齐 、无缺口 。

　　3

　　4

　　GB/T

　　

　　41794—2022

　　

　　图 3 试样尺寸图

　　表 1 试样尺寸

　　单位为毫米

　　符号

　　说明

　　尺寸

　　l 1

　　总长度

　　≥60 . 00

　　l 2

　　端肩间距

　　25 . 0±0 . 2

　　l 3

　　窄平行部分长度

　　≥13 . 00

　　l 4

　　孔中心距端部距离

　　8 . 75±0 . 05

　　l 5

　　半径

　　15 . 00

　　l 6

　　窄平行部分宽度

　　3 . 20±0 . 02

　　l 7

　　端部宽度

　　12 . 7±0 . 2

　　对于糙面土工膜 , 应选取糙面土工膜两端表面光滑的部分进行冲切。 如糙面土工膜无光滑部分 , 则按照 GB/T 9352 的规定对土工膜样品进行压塑制样 , 然后再进行冲切 , 并在报告中注明试样的制备方式 。压塑片材的厚度应与土工膜样品的平均厚度保持一致 , 偏差不超过 ±10% 。

　　注 : 通过土工膜直接冲切试样获得的试验结果可能与压塑片材冲切试样获得的试验结果不同。 压塑片材试样无方向性。

　　6 . 3 拉伸试样

　　按照 GB/T 1040. 3 的规定 , 在土工膜样品的横 、纵两个方向分别冲切 5 个拉伸试样 , 试样类型为 5型 。拉伸试样的取样位置距切口恒定拉伸负荷(NCTL)试样取样位置不应超过 300 mm。 采用压塑制样制备 NCTL试样时 , 应在相同的压塑片材上冲切 5 个拉伸试样。

　　6 . 4 切口制备

　　按照 GB/T 6672 的规定 , 测量每个试样最小截面处的厚度 , 精确到 0. 01 mm。 试样的厚度偏差不应超过土工膜样品平均厚度的 ±5% 。否则应重新取样。

　　在每个试样的一侧表面制备一个切口 , 如图 4 所示。 切口制备后试样的剩余厚度为土工膜平均厚度的 80% 。

　　多层共挤土工膜试样切口的制备方法见附录 A。

　　注 1 : 切口的实际深度随试样实际厚度的不同而不同。 如平均厚度为 2 . 0 mm 的片材实际厚度可能为 1 . 95 mm ~ 2 . 05 mm , 为保证试样的剩余厚度为 1 . 6 mm , 相应切口的深度为 0. 35 mm~0 . 45 mm。

　　GB/T 41794—2022

　　注 2 : 为核查切口深度 , 可将带切口的试样在液氮中脆断 , 并用带有 目镜千分尺或经校准标线的光学显微镜测量试样断面的刻痕深度 。

　　标引序号说明:

　　1 — 试样厚度 ;

　　2 — 切 口 。

　　图 4 试样切口示意图

　　7 试验步骤

　　7 . 1 按照 GB/T 1040. 3 的规定测定拉伸试样的拉伸屈服应力 , 试验速度为 50 mm/min±5 mm/min 。

　　7 . 2 对 NCTL试样施加应力 。推荐的拉伸应力大小为同方向拉伸试样拉伸屈服应力的 30% 。

　　注 : 当绘制一定应力范围内 、某一方向的应力-断裂时间完整曲线 , 则进行 10 个应力梯度水平的试验 。每个应力水平 3 个试样 , 共 30 个试样 。 当绘制两个方向的曲线时 , 试样数量加倍 。应力水平范围约为拉伸屈服应力的20%~65% , 增量不超过 5% 。

　　7 . 3 按照公式(1)计算施加在每个试样上的应力 , 该应力与拉伸屈服应力的 30%相对应 。

　　F =30% × σ × W × tL × (1/MA) ……………………( 1 )

　　式中:

　　F — 施加在每个试样上的应力 , 单位为牛顿(N) ;

　　σ — 拉伸屈服应力 , 单位为兆帕(Mpa) ;

　　W — 试样窄平行部分宽度 , 单位为毫米(mm) ;

　　tL — 试样的剩余厚度 , 单位为毫米(mm) ;

　　MA — 应力开裂试验仪的杠杆系数 , 为 3 . 0 。

　　7 . 4 将装满试剂水溶液的试验箱体温度调节至 50 ℃ ±1 ℃ 。

　　经相关方协商 , 可进行其他温度下的试验 , 并在报告中注明 。

　　7 . 5 将试样夹持在应力开裂试验仪的试样架上 。

　　7 . 6 将试样架浸没入试剂水溶液中并使其温度达到平衡 。平衡时间至少为 0. 5 h 。

　　7 . 7 根据 7 . 3 的计算结果称量每个试样所需的配重 , 精确至 0. 1 g 。将配重缓慢放入配重架中 , 避免对试样形成冲击 , 并开始计时 , 直至试样断裂或相关方商定的特定时间 , 记录试样断裂所需的时间或特定时间内断裂试样的数量 。

　　8 结果计算与表示

　　8 . 1 分别计算横 、纵两个方向试样断裂时间的算术平均值 , 结果精确至 0. 1 h 。

　　8 . 2 当进行特定时间试验时 , 以断裂试样数量作为试验结果 。 当无断裂试样时 , 记为“未断裂”。

　　5

　　GB/T 41794—2022

　　9 试验报告

　　试验报告应包含以下内容 :

　　a) 本文件编号 ;

　　b) 受试材料的完整标识,包括类型 、来源 、制造厂和所知的热历史 ;

　　c) 所用表面活性剂的种类 ;

　　d) 试验所用试样的拉伸屈服应力和施加的屈服应力百分比 ;

　　e) 横 、纵两个方向的断裂时间平均值和每个试样的断裂时间 ;

　　f) 在特定时间内试样断裂的数量及对应的断裂时间。

　　6

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　　附 录 A

　　(资料性)

　　多层共挤聚烯烃土工膜的切口制备

　　A. 1 具有单功能表层的共挤土工膜

　　A. 1 . 1 适用于所有层均由相同树脂制备且具备相同热历史 、单功能表层的共挤聚烯烃土工膜 , 如某 一表层为白色 、绿色或导电层的土工膜 。

　　A. 1 . 2 除非另有规定 , 应在功能层一面进行切口制备 。

　　A. 2 具有双功能表层的共挤土工膜

　　A. 2 . 1 适用于所有层均由相同树脂制备且具备相同热历史 、双功能表层的共挤聚烯烃土工膜 , 如上表面为白色和下表面为导电层的土工膜 。

　　A. 2 . 2 除非另有规定 , 应在暴露于日光下的功能层一面进行切口制备 。

　　A. 3 具备三层及以上的多层共挤土工膜

　　A. 3 . 1 典型的产品为包含乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)芯层的 5 层或 7 层共挤的聚烯烃土工膜 。

　　A. 3 . 2 试验仅针对聚烯烃树脂进行 。

　　A. 3 . 3 按照 GB/T 9352 的规定对聚烯烃树脂进行压塑制样 , 然后进行冲切 。 压塑片材的厚度应与土工膜样品的平均厚度保持一致 , 偏差不超过 ±10% 。

　　注 : 此类土工膜如果在表层制备切口进行试验可能没有实际意义 。 因为芯层会阻止裂纹的扩展 , 导致获得极高的耐应力开裂性能的评价结果 , 不能反映出所用聚烯烃树脂的真实性能 。

　　A. 4 机织布增强的单层或多层聚乙烯复合土工膜

　　A. 4 . 1 试验仅针对聚乙烯树脂进行 。

　　A. 4 . 2 按照 GB/T 9352 的规定对聚乙烯树脂进行压塑制样 , 然后进行冲切 。 压塑片材的厚度应与待测土工膜的平均厚度保持一致 , 偏差不超过 ±10% 。