Многослойные термопластичные трубы на основе PE-Xa, армированные нитями Кевлар, с повышенной теплостойкостью для сетей отопления (1090749), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Литературный обзор.Влитературномобзорепроанализированытермопластичныематериалы,применяемые для производства полимерных труб различного назначения, а также ихнедостатки, ограничивающие применение полимерных труб в сетях отопления стемпературой эксплуатации более 100°С и давлением до 1 МПа.Представленыосновныеметодыоценкиэксплуатационныхполимерных труб и АТТ для различных условий эксплуатации.характеристикРассмотрены ипредложены материалы для многослойной конструкции АТТ, для применения их в сетяхотопления с переменным температурным режимом до 115°С, давлением до 1 МПа, а такжеспособ соединения АТТ обжимными металлическими фитингами.На основании анализа данных научно-технической и патентной литературы былисформулированы основные задачи для проведения исследований, расчетов конструкции6многослойных АТТ и фитингов, а также разработки методик оценки длительнойпрочности АТТ и эксплуатационных характеристик труб при переменных условияхэксплуатации.Глава 2.

Объекты и методы исследования.В качестве объектов исследования были использованы многослойные трубыразличного диаметра с внутренним слоем из РЕ-Ха, с армирующим каркасом из нитейКевлар различной линейной плотности, уложенными на промежуточный соединительныйслой из СЭП, и с наружным покрытием из СЭП.Для получения внутреннего слоя РЕ-Ха применяли композицию на основепорошкообразного полиэтилена высокой плотности (ПЭВП) марки Lupolen 5261 ZQ 456(Lupolen), Basell Polyolefins, и пероксида Luperox Di, Arcema, а в качестве СЭП – маркуVestolen P 9421, Sabic. Для создания армирующего каркаса применяли крученые нити изарамидного волокна Кевлар К29 фирмы Dupont различной линейной плотности (от 250 до1320 текс).Образцы труб получали на технологической линии предприятия «Завод АНДГазтрубпласт» компании «Группа ПОЛИПЛАСТИК», обеспечивающей одностадийныйнепрерывный процесс производства многослойных армированных труб.

Для каждого этапаодностадийного непрерывного производства армированных труб всех типоразмеров былиопределены и использованы технологические режимы, обеспечивающие монолитностьмногослойной конструкции труб, отсутствие вытяжки и овальности труб, требуемоезначение степени сшивки РЕ-Ха (>70%).Для определения физико-механических свойств РЕ-Ха и исходного несшитогополиэтилена Lupolen при повышенных температурах (до 125°) испытывали на растяжениепо ГОСТ 9550-81 и ГОСТ 11262-80 образцы в форме лопатки тип 1 по ГОСТ Р 53652.32009, вырубленных из трубной заготовки РЕ-Ха со степенью сшивки 85% и прессованныхпластин из Lupolen. Испытания проводили на разрывной машине с термокамеройZweig/Roell Z050, Zwick GmbH & Co.KG. Теплофизические свойства изучали натермомеханическом анализаторе TMA Q400em, TA instruments, по ISO 11359 на образцах вформе пластин 5х5х4,5 мм, вырубленных из трубы РЕ-Ха и прессованной пластины изLupolen и методом ДСК на приборе DSC Q100, TA instruments по ISO 11357-3.Релаксационные процессы в РЕ-Ха изучали при испытании на растяжение образцовв форме лопатки тип 1 по ГОСТ Р 53652.3-2009, вырубленных из трубной заготовки РЕ-Хасо степенью сшивки 85%, на стенде Tensile creep tester MOD 1598, IPT, в камерах с водой7при температуре от 50 до 95°С и постоянной деформации 7% , а также при температуре95°С и постоянной деформации от 3 до 20%.При разработке метода определения длины рабочей части фитинга для соединенияАТТ разного типоразмера из условия прочности заделки армирующего каркаса трубпроводили испытание на определение усилия выдергивания нитей из стенки трубы,обжатой фитингом, на трубных образцах диаметром 70 мм с каркасом из осевых нитей и сразличной длиной обжатия при различных режимах испытания на машине Zweig/RoellZ050.Работоспособность АТТ и соединения АТТ-фитинг изучали при гидравлическихиспытаниях образцов диаметром от 50 до 150 мм при нагружении образцов внутреннимдавлением до разрушения с постоянной скоростью роста давления по ISO/TS 18226 притемпературе воды 20, 40, 60, 80 и 90°С на испытательном стенде Airless Pipe tester MOD1672, IPT.Для определения длительной прочности армированных труб и арамидных нитейКевлар тестировали образцы АТТ различного диаметра (от 50 до 150мм), запрессованныхфитингами соответствующего типа, на стойкость к действию постоянного внутреннегодавления по ГОСТ 24157-80 в термошкафах Binder FED 720, при температурах 95°С, 105 и115°С на испытательном стенде Airless Pipe tester MOD 1675, IPT.Для оценки работоспособности разработанных армированных труб и фитингов дляих соединения проводили испытания экспериментального трубопровода из армированнойтрубы диаметром 85 мм на опытном полигоне при переменном температурном режиме иразличных уровнях давления в трубопроводе.Глава 3 Экспериментальные данные и обсуждение результатовВ главе рассмотрены вопросы, связанные с проектированием многослойнойконструкции АТТ разного диаметра, обжимных фитингов и соединения АТТ-фитинг, атакжеметодыэксплуатационныхоценкидлительнойхарактеристик.прочностиПредставленыАТТипрогнозированияэкспериментальныеихданныеисследования физико-механических и теплофизических характеристик РЕ-Ха, процессоврелаксации напряжений в РЕ-Ха, работы АТТ и соединения АТТ-фитинг под давлением идлительной прочности АТТ.83.1 Исследование физико-механических и теплофизических характеристик РЕ-Ха приповышенных температурах.В разделе 3.1 представлены результаты исследования физико-механических итеплофизических характеристик РЕ-Ха и Lupolen и зависимости предела текучести (σт),модуля упругости (Е) и деформации при пределе текучести (εт) от температуры.

Пределтекучести и модуль упругости РЕ-Ха несколько ниже, чем у Lupolen, что связано соснижением степени кристалличности при сшивании ПЭВП. Степень кристалличностиРЕ-Ха со степенью сшивки 85% и несшитого Lupolen равны 49% и 62% соответственно,пики кривых в области температур плавления (Тпл) кристаллической фазы равны ~131°С и~137°С соответственно.

С повышением температуры от 20 до 125°С σт РЕ-Ха снижается с20 МПа до 3,1 МПа, что является существенным ограничением применения данногоматериала для производства напорных труб и эксплуатации их при повышенныхтемпературах и давлениях. Однако в области температур 115-130°С близких к температуреплавления кристаллической фазы РЕ-Ха его модуль сохраняет достаточно высокиезначения (25-50 МПа), что позволяет использовать РЕ-Ха в качестве материалавнутреннего слоя в многослойных армированных трубах.Деформационные характеристики РЕ-ХаиLupolenсущественноразличаются.ДляLupolen εт в области температур 20-105°Сувеличивается линейно с ростом температуры –с 9 до 17%, и только после температуры 115°Свозрастает до 27%. РЕ-Ха отличается резкимувеличением εт при температурах выше 40°С с15 до 60% (рис.

1). Данный эффект связан сРис. 1 - Зависимость εт от температурыдля РЕ-Ха (1) и Lupolen (2)наличиеммолекуламихимическихПЭ,связейкоторыемеждупрепятствуюттечению материала после перестройки кристаллической фазы до момента их разрыва поддействием растягивающих напряжений. Наличие химических межмолекулярных связейпозволяет образцам из сшитого полиэтилена сохранять свою первоначальную форму дажепри температурах выше плавления кристаллической фазы (Тпл=~131°С), что способствуетсозданию формоустойчивых изделий на его основе для эксплуатации при повышенныхтемпературах.93.2ИзучениепроцессоврелаксациинапряженийвРЕ-Хаприразличныхтемпературах и деформациях.В разделе 3.2 представлены результаты исследования процессов релаксациинапряжений в РЕ-Ха со степенью сшивки ~85%.Для описания процессов релаксации применяли уравнение Больцмана - Вольтерра(1)сразличнымиядрамирелаксацииT(τ),основанныенарассмотрениитермодинамических функций:[∫( )](1)Процесс релаксации напряжения в полимере рассматривается как результатвзаимодействия или диффузии кинетических единиц – релаксаторов, которые могут,сливаться, перестраиваться и диффундировать в полимерном материале в процессерелаксации, образуя структуру, которая способствует снижению общего напряжения всистеме.Для аппроксимации кривых релаксации, полученных при постоянной деформации7% и температурах 50°C, 65, 80 и 95°С, использовали кинетическое ядро T1(τ) идиффузионное ядро T2(τ) релаксации1:- кинетическое ядро релаксации (2):( )[()() () ()],( )∫,(),(2)- диффузионное ядро релаксации (3):( )[() () ()],∫( ),,(3)По значению коэффициента корреляции при аппроксимации данных по релаксациинапряжений (равного 0,997 и 0,974 для кинетического и диффузионного ядрасоответственно) установлено, что полученные кривые релаксации наилучшим образомописываются с помощью кинетического ядра T1(τ), что свидетельствует о кинетическоммеханизме релаксации напряжений в РЕ-Ха, а лимитирующей стадией релаксационногопроцесса является взаимодействие релаксаторов в структуре сшитого материала.Для оценки механической работоспособности полимерных материалов наибольшеезначение имеют величины начального σ0 и квазиравновесного σ∞ напряжений.

Характеристики

Список файлов диссертации