Étude expérimentale des propriétés mécaniques et morphologiques dans un tube de gaz en HDPE-80

Experimental study of mechanical and morphological properties in HDPE-80 gas pipe

¹ Laboratoire de Recherche Mécanique des Matériaux et Maintenance Industrielle (LR3MI), Département de Tronc Commun, Centre universitaire (CUSA), Souk Ahras 41000, Algérie
² Laboratoire de Recherche Mécanique des Matériaux et Maintenance Industrielle (LR3MI), Département de Mécanique, Université Badji Mokhtar, BP 12, Annaba 23000, Algérie

Auteur de correspondance : chaoui@univ-annaba.org

Reçu : 28 Juin 2004
Accepté : 23 Août 2006

Résumé

L'objectif de cette étude expérimentale est d'établir la distribution des propriétés mécaniques et morphologiques à travers la paroi d'un tube de transport du gaz naturel en polyéthylène de haute densité (HDPE). L'approche proposée utilise un filament continu et uniforme, automatiquement usiné du tube à faible vitesse de coupe et à profondeur de passe optimale afin de réduire le flux de chaleur ainsi que les modifications structurales. Des courbes typiques (σ−ε), dans chaque couche, sont obtenues sur une machine d'essai conçue pour les polymères et sont statistiquement analysées. Elles montrent que le comportement mécanique du tube en HDPE est pratiquement divisé en 3 zones distinctes dont la seconde reste la plus étendue. Le niveau de contrainte moyen exprimant l'étirage à froid pour une couche donnée est presque constant à travers l'épaisseur du tube. Les contraintes et le module d'élasticité donnent de très bonnes corrélations avec l'épaisseur indiquant une augmentation de la surface externe vers les couches internes. Ceci est expliqué par l'évolution de cristallinité durant le procédé de production faisant appel à un refroidissement échelonné dans le temps et qui génère des contraintes résiduelles. Les corrélations statistiques à l'écoulement plastique, au début de l'étirage à froid et à la rupture indiquent des relations linéaires acceptables pour une probabilité d'erreur p ≤ 0,05. D'autre part, une corrélation linéaire croissante caractérise la relation entre la contrainte limite et le module d'élasticité. Ce résultat est confirmé dans la littérature pour des éprouvettes standards obtenues par moulage en compression.

Abstract

The objective of the experimental study is to establish mechanical and morphological properties distribution throughout a high-density polyethylene gas pipe wall. A continuous and uniform filament is automatically machined from the pipe at a very low cutting speed and an optimal depth of cut to minimize heating and structure disturbances. Typical engineering (σ−ε) curves, in every layer, are obtained using a testing machine especially designed for polymers and are statistically analyzed. Stress-strain behavior of HDPE pipe material is basically divided into 3 distinctive zones of which the second remains the important. The average stress level illustrating cold drawing for a given layer was almost constant throughout the pipe wall. Measured stresses and modulus correlated very well with pipe thickness indicating an increase from outer towards inner layers. This is explained from cristallinity evolution as the pipe production process is subjected to convective water-cooling, which generates residual stresses. Computed statistical stress-strain correlations at yielding, onset of cold drawing and fracture points revealed acceptable linear relations for an error level p ≤ 0.05. On the other hand, an increasing linear correlation is found to characterize the relation of yield stress to elastic modulus. This result is confirmed from literature for standard specimens prepared by compression molding.