авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Производство труб из сшитого полиэтилена с повышенной долговечностью при высоких температурах эксплуатации

На правах рукописи

КИКЕЛЬ ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ Производство труб из сшитого полиэтилена с повышенной долговечностью при высоких температурах эксплуатации 05.17.06 – Технология и переработка полимеров и композитов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2007

Работа выполнена в Российском химико-технологическом университете имени Д.И. Менделеева Научный руководитель доктор технических наук, профессор Осипчик В.С.

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор Коврига В.В.

Доктор технических наук, профессор Шевердяев О.Н.

Ведущая организация Научно-производственное объединение ПО «Пластик»

Защита диссертации состоится «24» мая 2007 г. в _ часов на заседании диссертационного совета Д 212.204.01 в РХТУ им. Д.И.Менделеева (125047, г. Москва, Миусская пл., д.9)

С диссертацией можно ознакомиться в Научно-информационном центре РХТУ им. Д.И. Менделеева.

Автореферат диссертации разослан апреля 2007г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.204.01, кандидат химических наук Клабукова Л.Ф.

ВВЕДЕНИЕ Актуальность проблемы. В настоящее время при устройстве инженерных систем зданий и сооружений широко используют сшитые полимеры в качестве трубопроводов холодного, горячего водоснабжения и отопления. Мировое потребление сшитых полиэтиленов для этих целей составляет 55% и продолжает расти. Сшитые полиэтилены получают перекисным, силанольным или радиационным способами.

Каждый их способов сшивания полиэтиленов (ПЭ) имеет свои преимущества и недостатки в технологическом оформлении процесса, различается по эксплуатационным характеристикам и областям использования соответствующих изделий, экономическим показателям. Главным критерием является обеспечение надежности и долговечности работы трубопроводов горячего водоснабжения при правильно обоснованных условиях эксплуатации, которые отличаются по температурам (40-950С), применяемым давлениям, условиям монтажа и т.п.

Отсутствие производства отечественного силанольно- и перекисно сшивающегося ПЭ вызывает конкурентную борьбу по увеличению поставок на Российский рынок импортного сырья, информация по свойствам которого в ряде случаев носит ограниченный или противоречивый характер из-за различия условий и сроков эксплуатации трубопроводов в Европе и России (температуры теплоносителя не превышают 700С в Европе и 950С –в России).

Учитывая быстрый рост жилищного и промышленного строительства в России, организация производства труб горячего водоснабжения и отопления на основе сшитого полиэтилена, способных длительно эксплуатироваться при высоких температурах, безусловно является актуальным.

Цель работы. Научно-обоснованный выбор эффективной технологии производства труб горячего водоснабжения с повышенной долговечностью на основе сшитого полиэтилена применительно к условиям эксплуатации в России.

При этом рассматривались следующие вопросы:

- Анализ современного производства труб горячего водоснабжения из сшитого различными методами ПЭ.

- Изучение структуры и свойств сшитых различными методами полиэтиленов.

-Разработка эффективной технологии получения труб из силанольно-сшитого полиэтилена, оценка их эксплуатационной надежности (долговечности) при температуре теплоносителя 80-950С.

Научная новизна. Впервые проведены сравнительные исследования структуры и свойств, сшитого различными методами полиэтиленов ведущих фирм-производителей, применительно к условиям эксплуатации труб горячего водоснабжения в России. Установлено, что силанольно - сшитый ПЭ обладает большей плотностью структурной сетки и жесткостью, стабильностью свойств при кипячении в воде, меньшей деформируемостью при температурах до 950С по сравнению с радиационно- и перекисно-сшитым.

Изучение процессов релаксации напряжений образцов труб из сшитых полиэтиленов позволило установить, что условная константа скорости релаксации для силанольного сшивания при температурах 90 и 1100С в 2,5 - раз выше по сравнению с образцами, полученными радиационным и перекисным способами. Это связано со структурными особенностями, различием процессов сшивания и деструкции сшитых полиэтиленов.

Совокупность свойств силанольно - сшитого ПЭ объясняет повышенные значения давления разрушения и долговечности при температурах до 950С, что подтверждается гидравлическими испытаниями.

На основании гидравлических испытаний труб построены номограммы расчетного срока службы полимерных трубопроводов из перекисно- и силанольно - сшитого ПЭ, что позволяет прогнозировать сроки эксплуатации.

Практическая значимость работы. На основании всесторонних испытаний показаны преимущества силанольного сшивания для труб, способных эксплуатироваться при температурах 950С в течение более 50 лет, тогда как срок службы труб из перекисно-сшитого ПЭ составляет 6-8 лет при внутреннем давлении в 1,5 раза ниже.

Разработана эффективная технология получения труб из силанольно сшивающегося ПЭ с использованием модернизированной установки гидротермической обработки, которая позволяет повысить скорости сшивания, обеспечивая высокую плотность структурной сетки и комплекс эксплуатационных характеристик с одновременным контролем качества продукции.

Апробация работы. Результаты работы были доложены и обсуждены на Х1Х международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии (Москва 2005г.) Публикации. По результатам работы опубликованы 4 статьи и тезисы доклада.



Объем и структура работы. Диссертация изложена на _ страницах, иллюстрированных рисунками и таблицами, состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, обсуждения результатов и выводов. Список цитируемой литературы включает _ наименований.

Объекты и методы исследования. Проведены гидравлические испытания при различных температурах (20-1100С) свыше 15 образцов труб различных фирм производителей из сшитых полиэтиленов, на основании которых для дальнейших исследований были отобраны трубы из силанольно сшитого ПЭ высокой плотности марки ISOPLAS P-501 фирмы MICROPOL (Великобритания), сополимера этилена с октеном марки Polidan TUX- фирмы Solvay (Бельгия), а также перекисно-сшитого ПЭ фирмы Rehau (Германия) и радиационно-сшитого фирмы KAN (Польша).

Образцы для испытаний представляли собой полоски, вырезанные из труб в продольном направлении, размером 100 5 2 мм.

Определяли физико-механические свойства образцов в интервале 20 1100С и релаксационные характеристики в режиме постоянной деформации (=20 и 40%) при 70-1100С, ползучесть при постоянной нагрузке (0,2 МПа) в интервале 120-1800С, изменение деформационно-прочностных показателей и массы образцов в процессе длительного кипячения в воде, а также теплостойкость по ВИКА, износостойкость и твердость образцов, уровень внутренних напряжений тензометрическим методом.

Для определения характеристики структурной сетки сшитого ПЭ в зависимости от технологии получения труб использовали методы дифференциально-сканирующей калориметрии в режиме нагрев- охлаждение нагрев и термомеханического анализа в интервале 25-250оС и скорости нагрева 10 и 20град/мин. Величину гель-фракции определяли путем прямого кипячения в орто-ксилоле. По данным набухания образцов в о-ксилоле рассчитывали параметры структурной сетки сшитого ПЭ: среднечисленную молекулярную массу цепей между узлами сетки (Мс) и число молей отрезков цепи между узлами сетки в единице объема (Nc)..





Параметры труб контролировали в соответствии с техническими условиями.

Гидравлические испытания проводили на установке Hammel при температурах 40-120оС и рабочих давлениях до 24 атм., что позволило спрогнозировать расчетный срок эксплуатации труб.

Результаты эксперимента и их обсуждение.

1. Исследования свойств сшитого различными методами ПЭ.

Трехмерная структура может быть достигнута в процессе радиационного, перекисного или силанольного сшивания. Каждый из способов имеет свои преимущества и недостатки в технологическом оформлении процесса и технико-экономических показателях. Материалы характеризуются химическими и структурными особенностями, что приводит к различию эксплуатационных показателей.

Сшитый ПЭ для промышленного производства труб горячего водоснабжения должен характеризоваться комплексом специальных свойств, информация по которым в ряде случаев ограничена или основана на данных фирм-производителей.

В связи с этим была поставлена задача сравнительного анализа образцов труб из полиэтиленов, сшитых перекисным (ПЭ-пс), силанольным (ПЭ-сс) и радиационным (ПЭ-рс) способами.

По данным набухания образцов в о-ксилоле рассчитаны среднечисленные молекулярные массы цепей между узлами сетки- Мс и концентрация отрезков молекулярных цепей в единице объема полимера- Nс (Табл.1).

Таблица 1.

Структурные параметры сетки сшитого ПЭ.

Материал Степень Степень Nc, Мс, смх10° сшивки, %, набухания, % г/моль 83 31 10 ПЭ-пс 68 28 13 ПЭ-сс 73 37 4 ПЭ-рс Более редкая структурная сетка, с большим расстоянием между узлами зацепления, формируется при радиационном сшивании, что приводит к большей сегментальной подвижности макроцепей, повышению ее деформационных характеристик и снижению прочностных (Рис.1 и 2).

Плотность сетки ПЭ-сс примерно на 30% выше, чем ПЭ-пс и в 3 раза – по сравнению с ПЭ-рс при меньшей степени сшивки.

По данным ТМА перекисно-сшитый ПЭ имеет более низкую температуру стеклования по сравнению с силанольно-сшитым (68 против 810С), более узкий интервал проявления высокоэластической деформации и более чем в 3 раза большую величину максимальной деформации (Табл.2).

Исследования показали, что независимо от способа сшивания (по данным ДСК) полимеры имеют одинаковые степени кристалличности (~ 50%), но различаются температурами начала термоокислительной деструкции: 240, 254 и 2300С соответственно для перекисно-, силанольно- и радиационно сшитого ПЭ.

Таким образом, способ получения сшитого полимера оказывает существенное влияние на структуру и соответственно на весь комплекс эксплуатационных показателей.

Рис.1 и 2. Зависимость относительного удлинения и прочности при разрыве образцов труб из сшитого ПЭ от температуры испытания.

Прочность при разр ыве, — ПЭ-рс, Уд линение, % — ПЭ-сс МПа 15 — ПЭ-пс, 20 70 90 110 20 70 90 Т емпература, оС Т емпература, оС Из данных рис.1 и 2 видно, что перекисно- и силанольно - сшитый полиэтилены обладают близкими значениями прочности, однако ПЭ-пс имеет уже при 700С (величина относительного значительную деформируемость удлинения возрастает более, чем в 2,5 раза ), тогда как для образцов ПЭ-сс практически сохраняется постоянной вплоть до 900С, а затем даже снижается, что вероятно связано с дополнительным сшиванием полимера. Прочность при разрыве при всех температурах испытания значительно ниже для образцов труб из ПЭ-рс.

Различный характер деформирования структурной сетки полиэтилена, сшитого различными методами, подтверждается данными по определению ползучести полимеров под нагрузкой (0,2МПа) при температурах: 120, 150 и 1800С;

прогрев образцов при соответствующей температуре - 15 минут.

Образцы из ПЭ-пс и ПЭ-сс обладают примерно одинаковой ползучестью под нагрузкой в интервале температур 120-1800С, причем до 1500С ее значения изменяются в меньшей мере, чем при дальнейшем повышении температуры.

Ползучесть образцов ПЭ-рс при 1500С в 2 раза выше по сравнению с ПЭ, сшитыми другими методами.

Плотность сшивки во многом определяет релаксационные характеристики сшитого ПЭ.

Релаксацию напряжения изучали в режиме постоянной деформации при 70, 90 и 1100С.

С ростом температуры испытания снижаются усилия деформирования, величина остаточной равновесной деформации и время ее достижения для всех образцов, хотя характер изменения этих показателей различный в зависимости от метода получения сшитого полиэтилена.

Количественной оценкой скорости релаксации является константа скорости k (табл. №2), определяемая графически как угловой коэффициент ln ( ft - f / fo - f) – t, где fo – при построения прямых в координатах начальное напряжение, ft –напряжение, соответствующее моменту времени t, f -равновесные значения напряжения. Тогда k=2,3 tg a, где a – угол наклона прямой к оси абсцисс.

Таблица 2.

Значение условной константы скорости процесса релаксации напряжений образцов сшитого полиэтилена при различных температурах ( =20%).

Из данных таблицы Условная константа скорости релаксации при температурах: следует, что для силанольно Материал 700С 900С 1100С -сшитого ПЭ наблюдали ПЭ-пс 0,14 0,09 0, самые высокие скорости ПЭ-сс 0,17 0,43 0, релаксации при всех ПЭ-рс 0,16 0,18 0, температурах испытания по сравнению с перекисно- и радиационно-сшитым ПЭ. При этом с повышением температуры с 70 до 900С константа скорости релаксации возрастает почти в 2,5 раза, оставаясь затем практически постоянной при Т=1100С.

Для перекисно-сшитого ПЭ скорости протекания релаксационных процессов замедляются с ростом температуры (особенно при Т=900С).

Константы скорости релаксации для радиационно-сшитого ПЭ мало изменяются с ростом температуры, оставаясь выше по сравнению с перекисно сшитым.

Немонотонное изменение скорости релаксации с ростом температуры для образцов сшитого ПЭ связано с протеканием процессов сшивания и деструкции, разрушением кристаллических структур. Сшивание уменьшает подвижность цепей, деструкция и аморфизация полимера ведут к противоположному эффекту. Суммарный эффект определяется соотношением скоростей протекания вышеперечисленных и релаксационных процессов.

Кроме того, сшитые полимеры имеют различную плотность структурной сетки, различную природу и величину межмолекулярного взаимодействия, разлиную степень сшивки. ПЭ-сс имеет меньшую степень сшивки (68%) по сравнению с ПЭ-пс и ПЭ-рс (соответственно 83 и 78%).

Таким образом, установлено, что радиационно-сшитый ПЭ характеризуется меньшими показателями плотности сшивки и соответственно наиболее низкими прочностными характеристиками, резко снижающимися с ростом температуры. В 2 раза увеличивается деформируемость образцов уже при 700С. Значения ползучести образцов ПЭ-рс примерно вдвое выше. Данный способ получения сшитого ПЭ не может быть рекомендован для производства труб горячего водоснабжения, эксплуатирующихся свыше 700С.

Для перекисно-сшитого ПЭ при близких значениях прочности и деформационной теплостойкости по сравнению с образцами ПЭ-сс наблюдали большую деформируемость полимера, в том числе и в условиях, приближенных к эксплуатационным (в процессе длительного кипячения в воде – рис.3 и 4).

Рис.3 и 4. Изменение относительного удлинения и прочности при разрыве образцов от времени кипячения в воде.

Прочность при разрыве, МПа Удлинение,% 0 27 54 71 88 100 106 118 148 0 27 54 71 88 100 106 118 148 Время, ч Время, час ПЭ-ПС ПЭ-СС ПЭ-ПС ПЭ-СС Из приведенных на рис. 3 и 4 данных следует, что для ПЭ-сс величина относительного удлинения при разрыве от времени кипячения образцов в воде изменяется незначительно, при этом прочность несколько возрастает в первые 20 часов, а затем несколько снижается и в дальнейшем ее значения стабилизируются. Это связано с тем, что в процессе длительного воздействия температуры и воды для ПЭ-сс возможно дополнительное сшивание за счет гидроксильных групп, а также протекание процессов разрыва и рекомбинации связей в результате термической деструкции.

Для образцов ПЭ-пс при увеличении времени термообработки до часов величина относительного удлинения изменяется несущественно, однако оставаясь в 1,5 –2 раза выше по сравнению с ПЭ-сс. Более высокие значения прочности образцов перекисно-сшитых труб очевидно вызваны ориентацией в процессе растяжения. После 100 часов испытания наблюдали резкий рост деформируемости (более чем в 1,5 раза) при некотором снижении прочностных показателей, что вероятно связано с превалированием деструктивных процессов.

Таким образом, резкое повышение эластичности ПЭ-пс с повышением температуры делает проблематичным его использование при температурах свыше 800С.

Следовательно, все приведенные выше исследования позволяют сделать вывод о существенном преимуществе труб, полученных по методу силанольного сшивания и возможности их использования при температурах 950С.

теплоносителя до Представленное заключение о преимуществе силанольного сшивания подтверждается данными, полученными на испытательном стенде при температуре воды 950С. Давление разрушения силанольно - сшитых труб в 1,3 и 1,5 раза выше, чем перекисно- и радиационно-сшитых соответственно. ПЭ-сс демонстрирует лучшую устойчивость к воздействию высоких температур при высоком давлении, что отражается на его сроке службы.

Технология получения труб из ПЭ-сс проще по сравнению с другими методами, а высокие свойства данного материала открывают возможность его широкого использования в горячем водоснабжении и отоплении в Российских климатических условиях, что явилось основой организации их производства.

2. Влияние природы полимерной матрицы на эффективность силанольного сшивания, структуру и свойства сшитого ПЭ.

Для исследования влияния полимерной матрицы на свойства труб были использованы полиэтилен высокой плотности марки ISOPLAS P-501 фирмы MICROPOL (Великобритания) (ПЭ-сс) и сополимер этилена с октеном Polidan TUX-100 фирмы Solvay.

Установлено, что наличие короткоцепных разветвлений оказывает существенное влияние на процессы кристаллизации и формирование структурной сетки при силанольном сшивании (табл.3).

Таблица 3. Некоторые характеристики структурной сетки сшитого ПЭ на основе ПЭНД и сополимера этилена с октеном.

Материал Плот- Степень Степень Nc, Мс, Тпл., Тст., Тн.

0 смх10° ность, сшивки, кристал- г/моль С С ок.

3 кг/м % личности, % С 950 69 52 13 415 133 105 ISOPLAS P- 952 66 68 9 588 137 114 TUX- Методами ДСК и ТМА показано, что наличие разветвлений в TUX-100 по сравнению с ПЭ-Р-501 приводит к повышению температур плавления и стеклования, а также степени кристалличности в 1,3 раза, что видно из данных таблицы 3.

Несмотря на большую степень кристалличности TUX-100, материал характеризуется большей степенью набухания в растворителе, что свидетельствует об образовании менее плотной структурной сетки в аморфных зонах. Это связано с тем, что чем больше степень разветвленности и длина разветвлений, тем менее регулярна упаковка и больше размер элементарной ячейки.

Структурные различия ПЭ-сс и TUX-100 приводят к повышению деформационных характеристик в разветвленном ПЭ. Это особенно проявляется при высоких температурах - удлинение при разрыве возрастает на 50% при Т=700. Прочность при растяжении и ползучесть под нагрузкой возрастают примерно на 20%, несколько ускоряются релаксационные процессы. Материал обладает большей твердостью и износостойкостью.

Исследованные материалы показали хорошую устойчивость к постоянному внутреннему давлению с большим запасом относительно расчетного при температуре 950С ISOPLAS P-501 и TUX-100 могут быть использованы для производства труб горячего водоснабжения, однако стоимость второго значительно выше.

3. Разработка эффективной технологии получения труб из силанольно сшитого полиэтилена.

Свойства труб из силанольно-сшитого ПЭ во многом определяются плотностью образующейся трехмерной структуры, которая формируется в процессе обработки готового изделия в горячей воде и зависит от вида и количества привитого ненасыщенного кремнийорганического соединения с легко гидролизуемыми группами;

типа и количества используемого катализатора гидролитической конденсации;

времени и температуры гидротермической обработки изделия.

В связи с этим, сокращение времени термообработки является важной предпосылкой интенсификации процесса производства труб из силанольно сшитого ПЭ.

Оптимальное время паро-водяной обработки составляет 2 часа на 1 мм толщины стенки трубы. Разработанная конструкция участка гидротермической обработки позволяет осуществлять двухстороннюю обработку (снаружи–паром, внутри –водой при Т=95С с давлением 2 атм), что сокращает время достижения требуемой степени сшивки (~65%) в два раза.

Рис.5. Степень сшивки труб ПЭ-сс от времени хранения (без термообработки) Процесс сшивания может происходить и без Степень сшивки,% термообработки изделий в процессе их хранения на воздухе при комнатных температурах, что видно из данных рис. 5.

Время хранения, месяц Установлено, что для образцов труб без 9 2 гидротермической обработки при сроке хранения от 1 до 9 месяцев степень сшивки практически не меняется и составляет 53-55%, что не соответствует нормативным требованиям. Только после восемнадцати месяцев хранения наблюдается ее рост до 62% (рис.5).

Данные образцы были подвергнуты гидротермической обработке в течение 3-х часов. Степень сшивки составила составляет 70- 76 % независимо от срока хранения.

Проведенные исследования методами термомеханического анализа (ТМА) и дифференциально-сканирующей калориметрии (ДСК) показали, что глубина сшивания и структура образующейся сетки различны, что видно из данных таблиц 3 и 4.

Таблица 3.

Данные ТМА образцов труб из ПЭ-сс.

№№ Условия Скорость Степень ТМакс. Тст, Деформа нагревния, 0 п/п сшивания сшивки, % С С ция, % 0 деформ.

/мин 1 10 55 120 71 3, На воздухе 300 суток 2 10 72 128 81 2, Гидрообра ботка, 3 часа 3 30 55 148 73 На воздухе 300 суток 4 30 52 151 75 На воздухе 50 суток Величина деформации, температура максимума ее проявления, ширина области высокоэластичности, а также температура стеклования зависят от условий получения сшитого полиэтилена.

Полученные данные свидетельствуют о формировании структуры различной степени сложности, которая образуется в процессе хранения за счет протекания реакции гидролитической поликонденсации под действием влаги воздуха. С увеличением времени хранения глубже проходят реакции гидролиза и конденсации, возрастает плотность сшивки и снижается деформируемость системы.

ПЭ-сс, сшитый в результате гидротермической обработки, при одной скорости испытания имеет степень отверждения 75% против 55%, более высокую температуру стеклования (810С вместо 72), соответственно снижается величина деформации (более чем в 1,5 раза).

Данные ДСК получены в режиме нагрев – охлаждение – нагрев (табл.4).

Различие между степенью кристалличности, определенной в режиме нагревания и охлаждения, вероятно, связано с дополнительным сшиванием функциональных групп ПЭ-сс в процессе нагревания, что препятствует дополнительной кристаллизации и повышает дефектность кристаллов.

Таблица 4.

Данные ДСК - исследований ПЭ-сс при скорости нагрева 100/мин.

Температура,0С № Условия Условие испы- Степень кристал сшивания тания образцов личности, % Тн раз Тмах. разм Ткр Без гт/о* 1-ый нагрев.

1. 65 131 - охлаждение 2. То же - 109,5 2-ой нагрев.

3. То же 80 126 - 1-ый нагрев.

4 Гт/о 100 132 - Охлаждение.

5 То же 113 2-ой нагрев.

6 То же 95 131 - * гт/о – гидротермическая обработка.

Полученные данные свидетельствует о том, что в ПЭ-сс, сшитым путем гидротермической обработки, процессы формирования сшитой структуры в основном завершены.

Гидротермическая обработка труб горячего водоснабжения обеспечивает более высокую степень и плотность сшивки. При этом температура начала размягчения образцов повышается на 350С по сравнению с образцами, сшитыми на воздухе, и мало изменяется при повторном нагреве.

Таким образом, условия проведения гидротермической обработки ПЭ-сс и конструкция установки для ее проведения оказывают существенное влияние на формирование структурной сетки, процессы завершенности химических реакций и стабильность свойств в процессе эксплуатации.

Практическая реализация результатов исследования. Проведенные комплексные исследования и стендовые гидравлические испытания показали значительное преимущество силанольно - сшивающегося ПЭ для производства труб горячего водоснабжения, способных длительно эксплуатироваться до 950С. На основании гидравлических испытаний построены номограммы (рис. 6) и определены расчетные сроки службы трубопроводов на основе перекисно- и силанольно - сшитого ПЭ.

Рис.6 Номограмма расчетного срока службы ПЭ-сс (РЕХ-в) и ПЭ-пс (РЕХ-а) при Т=82 и 950С.

Из приведенных дан-ных следует, что трубы из ПЭ-сс могут эксплуатиро ваться при температурах 950С в течение более 50 лет, тогда как срок службы труб из ПЭ-пс составляет 6-8 лет при давлении в 1,5 раза ниже.

Внесен ряд конструктивных изменений в технологическую схему производства труб из сшитого ПЭ, которые позволили интенсифицировать процесс их производства и улучшить качество.

Разработаны нормативно-техническая документация на производство труб различных диаметров, освоено их промышленное производство фирмой БИР ПЕКС (г. Саратов), получены сертификаты соответствия, предложены методики испытаний при повышенных температурах.

На основании натурных испытаний выданы рекомендации для широкого использования труб на основе силанольно-сшитого полиэтилена в строительстве при температурах 950С. Проведенные технико-экономические расчеты показали, что применение систем труб из сшитого полиэтилена позволяет снизить капитальные затраты на их устройство, повысить долговечность по сравнению с металлическими. Скрытая прокладка труб удовлетворяет эстетическим запросам и улучшает условия эксплуатации.

Создана и внедрена технология монтажных работ.

Получены акты от потребителей об использовании труб из силанольно сшитого полиэтилена в различных регионах России.

Выводы.

1. Проведен комплексный анализ структуры и свойств сшитых различными методами полиэтиленов, на основании которого показаны преимущества использования силанольно - сшитого ПЭ для производства труб горячего водоснабжения и отопления.

2. Установлены закономерности формирования пространственно-сетчатой структуры ПЭ в процессе хранения и гидротермической обработки. При гидротермической обработке степень сшивки составляет 70-75%, тогда как без нее- 53-55% после годового хранения, при этом глубина сшивания и структура образующейся сетки различны.

Показано, что процессы формирования сетчатой структуры при гидротермической обработке практически завершены, что обеспечивает стабильность свойств.

3. Изучены процессы релаксации образцов труб сшитого различными методами полиэтилена в режиме постоянной деформации. Показано, что константы скорости релаксации при 90 и 1100С для силанольно - сшитого ПЭ в 2,5 выше, чем радиационно-сшитого и в 4 раза выше по сравнению с перекисно сшитым., что приводит к повышению стабильности свойств и снижению уровня внутренних напряжений.

4. Изучены свойства силанольно - сшитого ПЭ различных марок. Установлено, что ПЭ-сс, полученный на основе сополимера этилена с октеном, характеризуется большими значениями степени кристалличности, температур плавления и стеклования, прочности и деформируемости, твердости и износостойкости при одинаковых степенях сшивания.

5. Разработана эффективная технология получения труб горячего водоснабжения на основе силанольно - сшитого ПЭ, удовлетворяющих эксплуатационным требованиям строительного комплекса России. Показано, что модернизация участка гидротермической обработки позволяет в 2 раза ускорить процессы сшивания и обеспечить стабильность структуры и механических характеристик. Предложены методы расчета и изготовлены комплекты формующей оснастки, позволяющие повысить производительность получения труб и улучшить их качество.

6. На основе долговременных испытаний установлены расчетные сроки эксплуатации труб из сшитого ПЭ, проведены лабораторные и натурные испытания, разработана нормативно-техническая документация. Освоено промышленное производство силанольно-сшитых труб горячего водоснабжения и отопления, характеризующихся большим запасом прочности относительно расчетного давления при температурах до 950С. Получены акты о промышленной реализации и научно-технической эффективности использования труб из силанольно-сшитого ПЭ.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Кикель В.А., Осипчик В.С., Лебедева Е.Д. Сравнительный анализ структуры и свойств сшитого различными методами полиэтиленов. //Пласт. массы, №8, 2005, с.3-6.

2. Кикель В. А., Осипчик В.С., Лебедева Е.Д. Исследование свойств силанольносшитого полиэтилена, предназначенного для производства труб холодного/горячего водоснабжения и отопления //Пласт. Массы.-2005.-№11. С.8-10.

3. Кикель В.А., Осипчик В.С. Свойства сшитого полиэтилена для производства труб горячего водоснабжения// Успехи в химии и химической технологии. 2005.-Т.Х1Х, №6.-С. 44-46.

4. Кикель В.А. Современные системы полимерных трубопроводов //С.О.К.:

Сантехника. Отопление. Кондиционирование. - 2003. -№11.- С.22-23.

5. Кикель В. А. Сшитый полиэтилен среди полимерных труб // С. О. К.:

Сантехника, отопление, кондиционирование. -2002.- №5.-С. 13-15.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.