Модуль упругости – важный параметр экструдируемого защитного покрытия
Экспериментально определен модуль Юнга нового покрытия, наносимого на “холодную” трубу, рассчитаны контактные давления, развиваемые при его нанесении. Показано, что увеличение модуля упругости до 3,8*10^2 МПа способствует реализации высоких эксплуатационных характеристик антикоррозионного покрытия....
Gespeichert in:
| Datum: | 2006 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут бiоорганiчної хiмiї та нафтохiмiї НАН України
2006
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3861 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Модуль упругости – важный параметр экструдируемого защитного покрытия / Л.Н. Шкарапута, Л.Л. Митрохина, И.П. Морозова, О.В. Алимова // Катализ и нефтехимия. — 2006. — № 14. — С. 77-80. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859875220134821888 |
|---|---|
| author | Шкарапута, Л.Н. Митрохина, Л.Л. Морозова, И.П. Алимова, О.В. |
| author_facet | Шкарапута, Л.Н. Митрохина, Л.Л. Морозова, И.П. Алимова, О.В. |
| citation_txt | Модуль упругости – важный параметр экструдируемого защитного покрытия / Л.Н. Шкарапута, Л.Л. Митрохина, И.П. Морозова, О.В. Алимова // Катализ и нефтехимия. — 2006. — № 14. — С. 77-80. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Экспериментально определен модуль Юнга нового покрытия, наносимого на “холодную” трубу, рассчитаны контактные давления, развиваемые при его нанесении. Показано, что увеличение модуля упругости до 3,8*10^2 МПа способствует реализации высоких эксплуатационных характеристик антикоррозионного покрытия.
Експериментально визначено модуль Юнга нового покриття, що наноситься на “холодну” трубу, розраховано контактні тиски, що створюються при його нанесенні. Показано, що збільшення модуля пружності до 3,8*10^2 МПа сприяє реалізації високих експлуатаційних характеристик антикорозійного покриття.
Young's modulus for a new coating onto a “cold” pipe was determined experimentally, contact pressures of coating were calculated. It was revealed that an increase in the elasticity modulus up to 3,8*10^2 MPa promotes implementation of high operating characteristics of an anticorrosive coat.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:51:11Z |
| format | Article |
| fulltext |
Катализ и нефтехимия, 2006, № 14 77
УДК 678.049: 539.32 © 2006
Модуль упругости – важный параметр
экструдируемого защитного покрытия
Л.Н. Шкарапута, Л.Л. Митрохина, И.П. Морозова, О.В. Алимова
Институт биоорганической химии и нефтехимии НАН Украины,
Украина, 02094 Киев, ул. Мурманская, 1; факс: (044) 573–25–52
Экспериментально определен модуль Юнга нового покрытия, наносимого на “холодную” трубу, рас-
считаны контактные давления, развиваемые при его нанесении. Показано, что увеличение модуля уп-
ругости до 3,8⋅102 МПа способствует реализации высоких эксплуатационных характеристик антикор-
розионного покрытия.
В ряду современных экструдируемых покрытий
для защиты нефте- и газопроводов от коррозии особое
место занимают многослойные покрытия, наносимые
методом кольцевой экструзии [1]. Как правило, распла-
вы полимеров наносят на разогретую до 453–513 К тру-
бу, которую затем охлаждают водой до 313–323 К, по-
сле чего заизолированная труба медленно охлаждается
до температуры окружающей среды [2]. Особенно от-
ветственным является охлаждение ниже 333–343 К,
так как при этом значительная часть полиэтилена (ос-
новного компонента покрытия) уже находится в закри-
сталлизованном состоянии и в силу существенного
различия в коэффициентах термического расширения
покрытия (βп ) и стали формируются внутренние сжи-
мающие напряжения (σвн) как результат искусственно-
го сдерживания усадки. В случае превышения σвн
прочности покрытия на разрыв (σр) происходит его
разрушение. Легко показать, что необходимое условие
прочности покрытия может быть представлено нера-
венством
σр >Епβп∆Т/(1-µп),
где Еп – модуль Юнга (упругости) покрытия; βп – ко-
эффициент термического расширения покрытия; ∆Т –
интервал температур; µп – коэффициент Пуассона.
Исходя из значений σр = 14,28 МПа; µп = 0,38;
βп = 2⋅10-4 К-1 [3] и принимая ∆Т ~ 50 К, (охлаждение на
критическом участке от 333–343 К до 283–293 К),
можно получить оценку верхней границы модуля уп-
ругости материала покрытия
Екр < 8,8⋅102 МПа. (1)
Совершенно очевидно, что модуль упругости мате-
риала должен иметь и ограничение снизу, продикто-
ванное требованиями жесткости (стойкостью покры-
тия к гофрообразованию), определяемой как произве-
дение модуля упругости материала на момент инер-
ции поперечного сечения конструкции [4]. В работе [5]
показано, что экструдируемые полиэтиленовые по-
крытия за счет величины модуля упругости материала
(Е = 100÷200 МПа) и более рациональной геометрии
превосходят по удельной жесткости ленточные и би-
тумные покрытия в 100–200 раз. Это практически ис-
ключает возможность гофрообразования на покрытии
при любых подвижках трубопровода, делает оправ-
данным снижение требований к адгезионной прочно-
сти покрытия для экструдируемых покрытий.
О важности ограничения Еп снизу свидетельствует
и возможность увеличения (в процессе нанесения)
давления полимерного покрытия на поверхность тру-
бы за счет роста модуля упругости. Оценить величину
возникающего контактного давления покрытия на тру-
бу (р) можно, исходя из рассмотрения усадки нагрето-
го до определенной температуры фрагмента покрытия,
имеющего при комнатной температуре внутренний
диаметр D2 меньший, чем наружный диаметр изоли-
руемой трубы D1.
Предположим, что фрагмент покрытия длиной
L = 1 м имеет толщину δ, площадь поперечного сече-
ния S, а разность исходных диаметров 1
1 2
DD D
n
− = .
На элемент площади dS будет действовать давление р,
иначе сила f = pdS (рис. 1). Проекция этой силы на ось
Y будет f sin α = p dS sin α. Из рис. 1 следует, что эле-
ментарная площадь dS = L
2
1D dα =
2
1D dα. Фрагмент
покрытия будет находиться в равновесии, если проек-
ции всех сил на ось Y равны нулю:
1
0
2 sin d 0.
2
pDN
π
α α− =∫
Откуда
1
2Np
D
= ⋅ (2)
Имеет место статически неопределимая задача.
Рассмотрим совместность деформаций. Пренебрегая
деформацией трубы (D1 = const), получаем, что урав-
нение разности диаметров происходит за счет растя-
жения (удлинения) слоя покрытия. Если исходное раз-
личие в диаметрах D1 – D2 составляет D1/n, то относи-
тельное удлинение слоя покрытия εn, будет 1/n. Отно-
сительное удлинение от усилия N будет
е е .N n
N
EF
= =
78 Катализ и нефтехимия, 2006, № 14
Иначе
1N
EF n
= . (3)
Рассматривая совместно уравнения (2) и (3), полу-
чили
2
1 1 1
2 2 (1 ).EF EF Dp
nD D D
= = − (4)
Таким образом, чем больше модуль упругости ма-
териала, тем благоприятнее условия для формирования
высокой адгезионной прочности покрытия.
В Институте биоорганической химии и нефтехи-
мии НАН Украины разработано антикоррозионное
покрытие с повышенным модулем упругости, Еп =
= 381,3 ± 48,7 МПа (таблица). Покрытие наносят мето-
дом кольцевой соэкструзии при температуре расплавов
полимеров 443–463 К на “холодную” (до 278 К) трубу
(рис. 2). Используя известное соотношение
β = (∂D/∂T)р [3], нашли, что
2
1
exp(в ).D T
D
= ∆
Результаты проведения измерений модуля упругости
при растяжении образцов изоляционного экструдируе-
мого покрытия
Н
ом
ер
об
ра
зц
а Сила,
H
Ширина
образца
h⋅102, м
Толщина
образца
δ⋅102, м
Площадь
сечения,
S⋅104, м2
Напря-
жение,
σ⋅10-4, Па
Модуль
упругости,
Е, МПа
1 51,01 2,10 0,33 0,69 73,58 367,9
2 51,99 2,10 0,33 0,69 74,95 374,8
3 51,99 2,25 0,28 0,63 82,50 412,5
4 54,94 2,25 0,28 0,63 86,33 431,6
5 51,99 2,20 0,25 0,55 94,18 470,9
6 49,05 2,20 0,25 0,55 89,27 446,4
7 51,99 2,20 0,39 0,86 60,82 304,1
8 55,92 2,20 0,39 0,86 65,24 326,2
9 51,01 2,20 0,39 0,86 59,45 297,2
Примечание. Исходная длина L0 = 25,0⋅10-2 м; конечная длина
L = 25,05⋅10-2 м; удлинение ∆L = 0,05⋅10-2 м; относительное
удлинение ε = 0,002.
Усадка 2
1
(1 ) 1 exp(в )D T
D
− = − ∆ была рассчитана
для условий охлаждения от 463 К до 278 ÷ 303 K , при
β = (1,7 ÷ 2,0) ⋅ 10-4 К-1 , она составила 0,03.
Это позволило по формуле (4) оценить величину
контактного давления, развиваемого при нанесении
покрытия толщиной δ = 0,003 м на трубу диаметром
0,219 м, р = 0,313 МПа.
Оценку величины контактного давления выполни-
ли также, используя соотношение, полученное из ана-
лиза напряжений, возникающих при деформации двух
полых цилиндров в ходе формирования тугой посадки
[6]. С учетом существенного различия в модулях упру-
гости стали (2⋅105 МПа) и покрытия (3,81⋅102 МПа)
получили
2 2
2 1 1
n 2 2
1 1 1
( 2 )(1 ) .
( 2 )
D D Dp E
D D D
µ
⎛ ⎞+ ∆ +
= − +⎜ ⎟+ ∆ −⎝ ⎠
(5)
Расчет по формуле (5) дал величину р = 0,306 МПа.
Близость значений, полученных в рамках различных
подходов, свидетельствует о состоятельности оценки
величины контактного давления на границе раздела
сталь–покрытие. Отметим, величина контактного дав-
ления падает с увеличением диаметра изолируемой
трубы (рис. 3). При больших диаметрах оправдан ме-
ханический прижим покрытия к трубе.
Опыт нанесения разработанного покрытия при от-
рицательных температурах окружающей среды, дли-
тельном хранении заизолированной трубы при темпе-
ратуре, достигающей 243 ÷ 248 К, показал стабиль-
ность его характеристик, что хорошо согласуется с ус-
ловием (1): модуль упругости материала предложенно-
го покрытия существенно ниже критического значения
Екр. В то же время использование разработанного ма-
териала позволяет увеличить удельную жесткость по
сравнению даже с трехслойным экструдируемым по-
крытием на основе полиэтилена высокой плотности [5]
в 1,9 раза.
dS
dα
f
α
X
N N
Y
Рис. 1. Расчетная схема Рис. 2. Нанесение покрытия
Катализ и нефтехимия, 2006, № 14 79
Рис. 3. Зависимость контактного давления (р) от диамет-
ра трубы (D)
Проведенные исследования свидетельствуют, что
использование предложенного покрытия открывает
возможность реализации энергосберегающего процес-
са изоляции стальных труб покрытием, обеспечиваю-
щим благоприятные условия для надежного
адгезионного сцепления, обладающим высо-
кой стойкостью к гофрообразованию
1. Изоляционные материалы и покрытия
для нефтепроводов и резервуаров, Москва,
ТОО “Журнал ЛКМ”, 1998.
2. Петрусенко Е.В., Территория Нефте-
газ, 2004, (1/2), (www.neftegas.info).
3. Энциклопедия полимеров, в 3-х томах,
Москва, Сов. энциклоп., 1972–1977.
4. Писаренко Г.С., Сопротивление мате-
риалов, Киев, Выща шк., 1974.
5. Петрусенко Е.В., Территория Нефте-
газ, 2004, (4), (www.neftegas.info).
6. Глушков Г.С., Синдеев В.А., Курс со-
противления материалов, Москва, Высш.
шк., 1965.
Поступила в редакцию 01.03.2006 г.
Модуль пружності – важливий параметр
захисного покриття, що екструдується
Л.М. Шкарапута, Л.Л. Митрохіна, І.П. Морозова, О.В. Алімова
Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України,
Україна, 02094 Київ, вул. Мурманська, 1; факс: (044) 573-25-52
Експериментально визначено модуль Юнга нового покриття, що наноситься на “холодну” трубу, роз-
раховано контактні тиски, що створюються при його нанесенні. Показано, що збільшення модуля пру-
жності до 3,8⋅102 МПа сприяє реалізації високих експлуатаційних характеристик антикорозійного по-
криття.
Modulus of elasticity as an important parameter
of an extruded protective coating
L.N. Shkaraputa, L.L. Mitrokhina, I.P. Morozova, O.V. Alimova
Institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry of NAS of Ukraine,
1, Murmanskaya Str., Kyiv, 02094, Ukraine, Fax: (044) 573-25-52
Young's modulus for a new coating onto a “cold” pipe was determined experimentally, contact pressures of
coating were calculated. It was revealed that an increase in the elasticity modulus up to 3,8⋅102 MPa promotes
implementation of high operating characteristics of an anticorrosive coat.
0,0
0,5
1,0
1,5
0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25D , м
p
, М
П
а
80 Катализ и нефтехимия, 2006, № 14
Орган по сертификации продукции
Института биоорганической химии и нефтехимии
Национальной академии наук Украины
Свидетельство № UА.PN.109 от 10.09.2005 г.
Орган по сертификации продукции Института биоорганической хи-
мии и нефтехимии (ИБОНХ) НАН Украины работает на рынке сертификацион-
ных услуг в Системе УкрСЕПРО 10 лет. Орган проводит сертификацию:
• нефтепродуктов (моторных, трансмиссионных и других масел, пла-
стичных смазок, автомобильных бензинов, дизельного топлива,
смазочно-охлаждающих жидкостей, битумов и т.п.);
• химических продуктов технического назначения (автохимии);
• лакокрасочных материалов и растворителей к ним;
• моющих средств и т.п.
Орган по сертификации располагает собственными испытательны-
ми лабораториями на базе ИБОНХ НАН Украины, оснащенными совре-
менным оборудованием. В органе работают ведущие специалисты в об-
ласти нефтепереработки и нефтехимии, а также аудиторы Системы
УкрСЕПРО и Европейской организации качества ЕОК.
Все перечисленное выше, а также широкая область аккредитации
Органа позволяют его руководству проводить гибкую ценовую политику
при работе с заказчиками. В области сертификации с нами сотрудничают
фирмы из многих регионов Украины, а также целый ряд зарубежных ком-
паний-производителей из Германии, Италии, Франции и других стран.
На сертификацию могут быть заявлены как отдельные партии про-
дукции, так и продукция, выпускаемая серийно.
Приглашаем к взаимовыгодному сотрудничеству! Выполнение сер-
тификационных работ в сжатые сроки и в полном соответствии с требова-
ниями Системы УкрСЕПРО, конфиденциальность гарантируется!
Наш адрес: 02160 Киев, Харьковское шоссе, 50, ком. 138.
Тел/факс: (044) 552-70-59 E-mail: sepronaft@mail.ru
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-3861 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:51:11Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Інститут бiоорганiчної хiмiї та нафтохiмiї НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Шкарапута, Л.Н. Митрохина, Л.Л. Морозова, И.П. Алимова, О.В. 2009-07-10T13:01:35Z 2009-07-10T13:01:35Z 2006 Модуль упругости – важный параметр экструдируемого защитного покрытия / Л.Н. Шкарапута, Л.Л. Митрохина, И.П. Морозова, О.В. Алимова // Катализ и нефтехимия. — 2006. — № 14. — С. 77-80. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3861 678.049: 539.32 Экспериментально определен модуль Юнга нового покрытия, наносимого на “холодную” трубу, рассчитаны контактные давления, развиваемые при его нанесении. Показано, что увеличение модуля упругости до 3,8*10^2 МПа способствует реализации высоких эксплуатационных характеристик антикоррозионного покрытия. Експериментально визначено модуль Юнга нового покриття, що наноситься на “холодну” трубу, розраховано контактні тиски, що створюються при його нанесенні. Показано, що збільшення модуля пружності до 3,8*10^2 МПа сприяє реалізації високих експлуатаційних характеристик антикорозійного покриття. Young's modulus for a new coating onto a “cold” pipe was determined experimentally, contact pressures of coating were calculated. It was revealed that an increase in the elasticity modulus up to 3,8*10^2 MPa promotes implementation of high operating characteristics of an anticorrosive coat. ru Інститут бiоорганiчної хiмiї та нафтохiмiї НАН України Модуль упругости – важный параметр экструдируемого защитного покрытия Модуль пружності – важливий параметр захисного покриття, що екструдується Modulus of elasticity as an important parameter of an extruded protective coating Article published earlier |
| spellingShingle | Модуль упругости – важный параметр экструдируемого защитного покрытия Шкарапута, Л.Н. Митрохина, Л.Л. Морозова, И.П. Алимова, О.В. |
| title | Модуль упругости – важный параметр экструдируемого защитного покрытия |
| title_alt | Модуль пружності – важливий параметр захисного покриття, що екструдується Modulus of elasticity as an important parameter of an extruded protective coating |
| title_full | Модуль упругости – важный параметр экструдируемого защитного покрытия |
| title_fullStr | Модуль упругости – важный параметр экструдируемого защитного покрытия |
| title_full_unstemmed | Модуль упругости – важный параметр экструдируемого защитного покрытия |
| title_short | Модуль упругости – важный параметр экструдируемого защитного покрытия |
| title_sort | модуль упругости – важный параметр экструдируемого защитного покрытия |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3861 |
| work_keys_str_mv | AT škaraputaln modulʹuprugostivažnyiparametrékstrudiruemogozaŝitnogopokrytiâ AT mitrohinall modulʹuprugostivažnyiparametrékstrudiruemogozaŝitnogopokrytiâ AT morozovaip modulʹuprugostivažnyiparametrékstrudiruemogozaŝitnogopokrytiâ AT alimovaov modulʹuprugostivažnyiparametrékstrudiruemogozaŝitnogopokrytiâ AT škaraputaln modulʹpružnostívažliviiparametrzahisnogopokrittâŝoekstruduêtʹsâ AT mitrohinall modulʹpružnostívažliviiparametrzahisnogopokrittâŝoekstruduêtʹsâ AT morozovaip modulʹpružnostívažliviiparametrzahisnogopokrittâŝoekstruduêtʹsâ AT alimovaov modulʹpružnostívažliviiparametrzahisnogopokrittâŝoekstruduêtʹsâ AT škaraputaln modulusofelasticityasanimportantparameterofanextrudedprotectivecoating AT mitrohinall modulusofelasticityasanimportantparameterofanextrudedprotectivecoating AT morozovaip modulusofelasticityasanimportantparameterofanextrudedprotectivecoating AT alimovaov modulusofelasticityasanimportantparameterofanextrudedprotectivecoating |