УДК 629.12:620.197
ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИМЕРОВ С «ЭФФЕКТОМ ПАМЯТИ»
В РЕНОВАЦИОННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Рассмотрены виды и свойства полимеров с «эффектом памяти»; использование термоусаживающихся пластмасс при ремонте трубопроводов. Приведены результаты экспериментальных и стендовых испытаний, даны рекомендации по их применению.
полимеры, радиационная термообработка, термоусаживающиеся пластмассы, реновация, ремонт трубопроводов
Повышение долговечности и надежности деталей машин и механизмов различных систем – является оной из важнейших задач в реновационном производстве.
Для этих целей широко применяются полимеры с «эффектом памяти». Наибольшее распространение получил полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), состоящий из кристаллической и аморфной фаз.
При облучении гамма-лучами, рентгеновскими лучами происходит сшивание макромолекул полимера, т. е. переход из линейной в сложные пространственные структуры. Доза облучения для различных целей различна и составляет 0,058-0,5 МГр. Сшивание протекает преимущественно в аморфных областях. Применяемая степень сшивания 60-80% гель-фракции.
При нагреве радиационно-сшитого полимера до температуры, превышающей температуру плавления кристаллической фазы, он переходит в каучукообразное состояние. Если в этом состоянии к полимеру приложить растягивающие усилия и затем охладить материал, то зафиксируется положение его молекул в растянутом, напряженном положении.
При повторном нагреве такого полимера до температур, превышающих температуру плавления кристаллов, в материале произойдет релаксация поперечных напряженных связей и первоначальная конформация цепей макромолекул после охлаждения восстановится – произойдет термоусадка полимера. Это свойство облученного полимера получило название «эффект памяти».
Полимеры с мелкокристаллической структурой имеют более высокую адгезию.
Термоусаживающие пластмассы (ТУП) выпускаются в виде лент, манжет, пленок, трубок и наиболее широко применяются в строительстве, судостроении, электротехники. Материалы, применяющиеся при коррозионной защите сварных швов, ремонте трубопроводов, представляют двухслойные изделия, наружный слой которых изготовлен из сшитого ориентированного полиэтилена, способного восстанавливать форму при плавлении кристаллической фазы полимера, а внутренний – термопластичный слой из сэвилена (сополимера этилена с винилацетатом).
Материал адгезионного слоя должен обладать высокой прочностью адгезионной связи одновременно к гидрофильной поверхности стали и гидрофобной поверхности сшитого полиэтилена; длительной водостойкостью при температуре эксплуатации.
При проведении стендовых испытаний исследовались три вида ТУП: лента ЛТИ-823; лента герметичная Радлен ИГ; термоусаживающая манжета ТУМ. Во всех случаях имелся адгезированный подслой.
Труба нагревается до температуры 150-170ºС; берется УД в разные стороны; прикатка одной стороны ленты подслоем к трубе. Накладывали второй конец внахлест (подслой подогрет), прикатка. Лента неплотно облегает трубу (с учетом на усадку) (рисунок). Нагрев ленты проводился со стороны, противоположной нахлесту (Т=100-120ºС).
Рис. Применение термоусаживающейся ленты для защиты сварного
шва трубопровода от коррозии
Данные по свойствам ТУП даны в табл. 1.
Таблица 1. Характеристики марок термоусаживающихся пластмасс
Наименование показателя | ТУП Марки, технические условия (ТУ) | ||
Лента Радлен ЛГ | Термоусаживающаяся манжета (ТУМ) | ЛТИ-823 | |
1 | 2 | 3 | 4 |
Предел прочности при разрыве, МПа (20ºС) | 12,7 | Не <14,0 | 12,0-13,0 |
Относительное удлинение при разрыве δ, % (20ºС) | Не <200 | Не <300 | 300-500 |
Продолжение табл.1 | |||
1 | 2 | 3 | 4 |
Усадка в продольном направлении, % в поперечном направлении, % | Не <200±5 - | 30±5 - | 10-50 ±10 |
Т рабочая, длительная, ºС | От -60 до +110 | От -45 до +80 | От -45 до +60 |
Адгезия (отдир), кг ∙см к стали к ПЭ | <5 <5 | 3,5 3,5 | 8-12 - |
Усадка: температура, ºС время, мин | 100-120 3-5 | 120 15 | 130-140 - |
Испытания проводились на образцах труб разных диаметров из стали 10(15) длиной 450 мм, имевших заглушку с одной стороны и фланц с другой. Создавались искусственные дефекты размеров 5x25 мм. После заделки дефектов и усадки ТУП проводились гидравлические испытания.
Принципиально возможны два вида намотки ТУП на трубу в районе дефекта или места, нуждающегося в усилении. На прямых участках труб свищ отстоит от фланца, штуцера, отростка на 10 мм и более; на криволинейных участках с радиусом гиба трубы не менее двух диаметров может применяться кольцевая намотка. Во всех остальных случаях предпочтение должно быть отдано спиральной намотке.
Количество необходимых слоев ленты ТУП в зависимости от ее марки и условного давления Ру в трубопроводе приведено в табл. 2.
Таблица 2. Рекомендуемое количество слоев ленты ТУП
Марка ТУП | Давление Ру, МПа | |||
0,1 | 0,25 | 0,4 | 0,6 | |
Количество слоев ленты | ||||
ЛТИ-823 | 2-3 | 3-4 | 4-5 | 5-6 |
Радлен ЛГ | 2 | 2-3 | 3 | 3-4 |
ТУМ | 1-2 | 2 | 2-3 | 2-3 |
Установлено, что с ростом диаметров труб от 32 до 89 мм среднее давление отрыва покрытия уменьшается с 0,2 до примерно 1,8 МПа. При испытаниях на рабочем стенде с давлением воды в пределах 1,0 – 1,2 МПа в течение 6 мес. в образцах отказов не было.
На предприятиях Калининградской области применяют и зарубежные марки ТУП (Raychem (Ренхем), Hotcland и др.), температуры эксплуатации которых в пределах от минус 50 до 100ºС. Так, на «Калининградгазавтоматике» Raychem применяют для медных шин, центральная часть (ячейки комплексно распределительных устройств).
Термоусаживающиеся пластмассы можно рекомендовать не только в машиностроении для ремонта воздуховодов и трубопроводов, защиты «слабых» мест в районах их фасонных частей, сварных швов в системах забортной и пресной воды от наружной коррозии, но и в других отраслях промышленности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Калачева термоусаживающихся пластмасс при восстановлении деталей конструкций / // Проблемы и перспективы совершенствования охраны государственной границы: XIV Межвузовская научная конференция: материалы / КПИ ФСБ РФ. – Калининград, 2005. – Ч.3. – С.148-150.
2. Крыжановский свойства полимерных материалов: учеб.-справочное пособие / , , . - СПб.: Профессия, 2003. – 240 с.
3. Солнцев / , . - СПб.: Химиздат, 2004. – 736 с.
4. Фетисов и технология металлов / , , и др. - М.: Высш. шк., 2000. – 658 с.
USING POLYMER WITH “EFFECT OF MEMORIES” IN RECYCLING
PRODUCTION
M. S. Kalacheva
The types and characteristics of polymer with “effect of memories” and particularities of their using in pipe line repairs are cousidered. The results of the stand test and recommendations on using are presented.
