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

Разработка эпоксидных композиций, технологий получения термоусаживающихся муфт, муфто-клеевых соединений трубопроводов на их основе

На правах рукописи

Страхов Дмитрий Евгеньевич РАЗРАБОТКА ЭПОКСИДНЫХ КОМПОЗИЦИЙ, ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОУСАЖИВАЮЩИХСЯ МУФТ, МУФТО-КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТРУБОПРОВОДОВ НА ИХ ОСНОВЕ 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань - 2004

Работа выполнена на кафедре технологам строительных материалов, изделий и конструкций в Казанской государственной архитектурно строительной академии Научный руководитель - доктор химических наук, профессор Строганов Виктор Федорович Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор, академик РААСН, заслуженный деятель науки РФ Соколова Ю.А.

- доктор химических наук, профессор Ланцов В.М.

Ведущая организация - ГУП "ГОСНИИХП"

Защита состоится «16» февраля 2004 года в 14 часов на заседании диссертационного совета К 212.077.01 в Казанской государственной архитектурно-строительной академии по адресу: 420043, г. Казань, ул.

Зеленая, 1, КГАСА, ауд. В-209.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанской государственной архитектурно-строительной академии.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по адресу: 420043, г.Казань, ул.Зеленая, 1, диссертационный совет.

Автореферат разослан « », 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, Сулейманов А.М.

кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из важнейших факторов в обеспечении экономического и социального развития стран является наличие и эффективное использование энергоносителей. К основным задачам, обуславливающим реализацию этих требований, прежде всего относятся вопросы организации учета их расхода, транспортировки, эксплуатации инженерных и энергетических систем, а также использование ресурсосберегающих технологий.

В процессе эксплуатации трубопроводов (ТП) весьма актуальной является задача соединения и восстановления (ремонта) поврежденных участков. Для полиэтиленовых, полипропиленовых ТП широко применяются термоусаживающиеся муфты и фитинги из термопластов. Однако они не могут применяться в случае использования труб из реактопластов и других материалов, что обуславливает необходимость применения других надежных и эффективных технологий соединения ТП.

Из ряда известных технологических решений для соединения чугунных, пластмассовых, керамических, стеклянных и разнородных ТП наиболее целесообразно и актуально применение клеевых технологий.

Широкое использование конструкционных клеев в авиа-, ракето-, судо- и приборостроении, нефтегазовой отрасли, строительстве и других областях техники объясняется рядом существенных преимуществ использования клеевых технологий перед традиционными способами соединения. Главное из них - возможность создания надежных, длительно и эффективно работающих в сложных условиях эксплуатации силовых соединений современных конструкций. Однако весьма сложны в техническом исполнении соединения труб из разнородных материалов, поэтому их разработка весьма актуальна. Одним из наиболее технологичных и конструкционно простых решений этой проблемы является использование термоусаживающихся муфт (ТУМ) из реактопластов в сочетании с эпоксиадгезивами. Это обусловлено уникальным комплексом ценных технологических и эксплуатационных свойств эпоксидных реагентов:

высокая адгезия ко многим материалам, малая усадка в процессе отверждения, хорошие электроизоляционные свойства, химическая стойкость, высокая прочность и малая ползучесть под нагрузкой.

Цель работы. Разработка эффективных способов соединений ТП из разнородных материалов.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- Осуществить подбор компонентов для создания композиций и получения ТУМ на основе модифицированных эпоксидных композиций с использованием сырьевой базы республики Татарстан.

- Исследовать и определить наиболее эффективные рецептуры эпоксидных полимеров и клеев для соединения ТП.

- Усовершенствовать остнастку для изготовления ТУМ.

- Разработать устройства и остнастку для испытания ТУМ.

- Провести комплекс исследований по определению прочностных и деформационных показателей ТУМ.

- Выполнить расчеты соединений с использованием ТУМ, определить оптимальные геометрические размеры ТУМ, в том числе из условия равнопрочности соединения труба-муфта.

Научная новизна работы заключается в следующем:

Разработаны и исследованы новые эпоксикаучуковые композиции для получения термоусаживающихся муфт с эффектом "памяти формы" и оптимизированы их составы.

Исследовано влияние дорнирования на свойства полимерных материалов, проведена оценка напряженно-деформированного состояния муфт, а также получены зависимости геометрических параметров (толщина и длина) муфты из условия равнопрочности муфто-клеевого соединения.

Разработан новый способ и технология получения неразъемных соединений труб: термоусаживающаяся муфта с центрирующей стеклопластиковой втулкой.

Практическая значимость работы:

- Разработана клеевая технология соединения разнородных ТП с применением ТУМ из реактопластов.

- Разработана методика испытания полимерных муфт.

- Разработана Инструкция по применению созданных материалов и их апробирование в производственных условиях.



Апробация работы: Результаты работы обсуждались на шестых академических чтениях РААСН/ ИвГАСА г. Иваново, (2000);

на Седьмой международной конференции по химии и физикохимии олигомеров. Москва-Пермь-Черноголовка, (2000);

на Пятьдесят третьей республиканской научной конференции/ Казань, (2001);

на Четвертой научно-практической конференции молодых ученых и специалистов республики Татарстан, Казань, (2001);

на XXII межд. н-практ. конф. "Композиционные материалы в промышленности",Украина, Ялта, (2002);

на Всеросийской межвузовской научно-технической конференции "Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика, экология", Казань, (2002);

на Пятьдесят четвертой республиканской научной конференции, Казань, (2002);

на Восьмой межд. конф. по хим. и физикохим. олигомеров.

"Олигомеры-2002", Москва - Черноголовка, (2002);

на Пятьдесят пятой республиканской научной конференции, Казань, (2003);

на Международной конф. "Наука и практика. Диалоги нового века", Н.Челны, (2003);

на Международном конгрессе "Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии", Белгород, (2003);

на Всероссийской науч. конф. "Структура и динамика молекулярных систем", Казань - Москва - Йошкар-Ола - Уфа, (2003).

Публикации: По материалам диссертации имеется 18 публикаций, в том числе 10 статей, патент РФ, заявка на патент РФ, 6 тезисов докладов на конференциях.

Структура и объем работы: Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографии - 112 наименований.

Изложена на 127стр. текста, 15 таблиц, 30 рис.

Автор выражает признательность научным консультантам проф.

Каюмову Р.А., с.н.с. Строганову И.В. за помощь в экспериментах и теоретических исследованиях и доц. Алексееву К.П., Амировой Л.М. за помощь в проведении испытаний полимерных образцов.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна и практическая ценность результатов.





В первой главе изложен анализ литературных данных о традициях и тенденциях развития технологий соединения ТП, начиная с рассмотрения материалов, типов соединяемых ТП и завершая способами соединения ТП.

Рассмотрены достижения отечественных и зарубежных авторов в области соединения ТП: Фрейдина А.С., Агапчева В.И., Строганова В.Ф., Белошенко В.А., Шелудченко В.И., Васильева Ю.С., Вострова В.М., Позднышева B.C., Шашкина Г.Ф., Ехлакова СВ., Шапиро Г.И., Кершенбаума Я.М., Кагана Д.Ф. и др., в т.ч. с использованием клеевых технологий.

Проанализированы работы Николаева А.Ф., Сорокина М.Ф., Фрейдина А.С., Соколовой Ю.А., Хозина В.Г., Строганова В.Ф., Кочергина Ю.С., Зайцева Ю.С., Бобрышева А.Н. и др. авторов, что позволило сформулировать предпосылки к созданию материалов с широким спектром упруго-деформационных свойств и обосновать возможность постановки задачи по разработке ТУМ для соединения ТП.

Установлено, что вопрос соединения ТП из разнородных материалов изучен недостаточно. Рассмотрены вопросы модификации эпоксидных полимеров, в том числе пути регулирования деформационных и прочностных показателей ЭП.

Изучен вопрос соединения ТП из разнородных материалов, показано, что наиболее простым и технологичным соединением ТП является способ с применением термоусаживающихся муфт (ТУМ) из реактопластов. Ранее исследования по соединению ТП с использованием ТУМ выполнялись только применительно к полиэтиленовым ТП. Следует отметить, что разработанный состав (аналог) достаточно сложен, а компоненты для изготовления ТУМ производятся на Украине (т.е. за рубежом).

Исходя из анализа литературных данных, сформулирована цель исследования: разработка эффективных способов соединений ТП из разнородных материалов.

Во второй главе приведены характеристики исследуемых объектов, методы исследований и испытаний.

Для получения ТУМ в качестве модификатора эпоксидиановых олигомеров выбраны эпоксикаучуки. Выбор обусловлен как возможностью регулирования в широком диапазоне упруго-деформационных свойств, так и богатой сырьевой базой эпоксикаучуков в республике Татарстан и, в частности, в Казани на ПО "Завод СК": ПДИ-1К, ПДИ-ЗА и ПЭФ-ЗАГ, которые отличаются химическим строением и содержанием эпоксигрупп.

Объекты исследования:

• Эпоксиднодиановые олигомеры:

ЭД-22, эпоксидное число (ЭЧ)-23%, ЭД-20 (21.50%)- ГОСТ 10587-84, n=0,08(для ЭД22), п=0,2(для ЭД20), где: R — (фрагмент бисфенола А • Эпоксикаучуки (ЭК) - Олигоэпоксиуретан ПЭФ-ЗАГ -ТУ 38.50302-89 (содержит концевые эпоксидные группы) где n=12-17, содержание ЭЧ 9-12%.

- Низкомолекулярный каучук: олигодиенэпоксид ПДИ-ЗА -ТУЗ 8.103410- (содержит концевые эпоксидные группы).

где: R - (С 4 Н 6 ) Р - (C 5 H 8 ) m - (С4Н5)Р (бутадиенизопреновый блок-сополимер) (ш= 11-17, р = 24-26) -Низкомолекулярный каучук ПДИ-1К- ТУ38.103342-88 (содержит концевые гидроксильные группы, его получают сополимеризацией дивинила и изопрена),(содержание ЭЧ 0.7-1.1%).

• Отверждающие системы Для отверждения реакционноспособных олигомеров применяли отвердители и инициаторы отверждения. Наибольшее применение в практике переработки эпоксидных композиций имеют аминные ("холодного" отверждения) и ангидридные ("горячего" отверждения) отвердители.

- Отвердитель "холодного" отверждения- диэтилентриаминометилфенол (УП-583Д), сочетающий в строении алифатические и ароматические фрагменты, является продуктом конденсации диэтилентриамина с фенолом и формальдегидом, ТУ 6-05-241-331-82.

- Отвердители "горячего" отверждения: триэтаноламинотитанат (ТЭАТ), линейного алифатического строения, является продуктом переэтэрификации тетрабутоксититана триэтаноламином, МРТУ 6-09-74-62 и изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид (изо-МТГФА), циклоалифатического строения, ТУ 6-09-3321-73.

- Отвердитель-ускоритель: трис(диметиламинометил)фенол (УП-606/2) ТУ6-0020. 9365.18-95.

Методы исследований:

- Термомеханический анализ (ТМА) полимеров осуществляли на автоматической установке в условиях одноосного сжатия при напряжении 6 МПа и скорости подъема температуры 1 К/мин. Из данных ТМА находили температуру стеклования (Тс) и характеристики технологичности полимера при изготовлении муфт: температуру перехода в высокоэластичное состояние (Т в э ), температуру деформирования (Тд), деформацию в высокоэластичном состоянии ( „), эффективную плотность узлов полимерной сетки (v t ).

- Золь-гель анализ проводили экстрагированием растворимых в ацетоне и хлороформе соединений, в аппарате Сокслета.

- Динамическую вязкость определяли на реовискозиметре Гепплера при 20°С, согласно инструкции прибора.

- Время гелеобразования (по обрыву нити).

- Методом ЯМР релаксации определяли подвижность элементов сетчатых ЭП при частоте резонанса на протонах 19 МГц.

- Испытания клеевых соединений на сдвиг ( г, ) выполняли по ГОСТ 14759-69, на равномерный отрыв ( „ ) по ГОСТ 14760-69.

- Для определения жескостных и прочностных характеристик полимерных муфт изготовлено устройство для испытания трубчатых образцов внутренним радиальным давлением и осевой сжимающей силой (рис.1).

На изготовленном устройстве индикаторы часового типа устанавливались в продольном и радиальном направлениях, а в качестве несжимаемой среды использовали резиновые кольца.

Рис.1. Устройство для испытания трубчатых образцов внутренним радиальным давлением и осевой сжимающей силой:

1 - верхний фланец, 2 - нижний фланец, 3 - полимерная муфта, 4 - кронштейн, 5-индикатор часового типа (измерение продольных деформаций), 6 - индикатор часового типа (измерение окружных деформаций), 7 - упор, 8 - несжимаемая среда (резиновые кольца), 9 - цилиндрические поршни, 10-металлический шарик.

Данные физико-механических испытаний обрабатывали с использованием программного комплекса Statgrafica.

В третьей главе изложены результаты разработки и исследования рецептур для изготовления ТУМ, условий их изготовления на стадиях заливки и лорнирования.

При разработке полимерных композиций исследовано более вариантов составов на основе эпоксидиановых олигомеров, эпоксикаучуков и отвердителей различного строения. В рассмотренных композициях содержание ЭК изменяли от 10 до 70%, что позволило модифицировать свойства полученных ЭП, изменять молекулярную массу сегмента (Мс) от 800 до 8200 кг/к моль.

Установлено, что стабильный эффект термоусадки обеспечивается при содержании в жесткой матрице 15-25% ЭК, при значениях молекулярных масс эпоксиполимеров в интервале 1200-1900кг/к моль.

Для получения качественных полимерных муфт усовершенствована конструкция и изготовлена полностью разборная пресс-форма, в которой муфта отверждается в кольцевом зазоре по заданному технологическому режиму (рис.2).

После отверждения композиции и охлаждения полимерной муфты ниже температуры стеклования (Тс) форму разбирали и муфту снимали с сердечника при помощи гидравлического пресса и специальной трубчатой оправки (втулки).

1 -стакан 2-сердечник 3-нижняя крышка 4-верхняя крышка 5-отверстие для заливки 6-полимерная композиция 7-крепежный винт Рис.2. Разборная пресс-форма Рис. 3. Оснастка для придания муфте эффекта "памяти формы":

1-опорная плита, 2-дорн, 3-втулка, 4-полимерная муфта Для придания муфте эффекта "памяти формы" использовали оснастку (рис.За), позволяющую осуществить процесс ее деформирования (раздачи) с увеличением диаметра (D0D1, где Do-внутренний диаметр заготовки до деформирования, D1-после деформирования). Деформирование выполняли следующим образом: нагретую до температуры ТС муфту одевали на утолщенную часть дорна, а съем деформированной муфты, после снижения температуры ТС, производили путем перемещения дорна относительно опорной плиты (рис.3б).

В результате имели возможность задавать процент деформации, что достигалось варьированием диаметров дорнов.

Для определения возможности эксплуатации соединения в зависимости от температуры окружающей и транспортируемой среды, были определены значения Тс в зависимости от содержания ЭК и видов отвердителей (рис.4а). Как видно, с увеличением содержания каучука Тс монотонно убывает. Максимальные значения Тс получены в ряду каучуков ПДИ-1К, ПДИ-ЗА и ПЭФ-ЗАГ. В ряду отвердителей наибольшее значение Тс получено на изо-МТГФА. Применение выбранных ЭК и отвердителей позволяет варьировать Тс полимеров в достаточно широком температурном интервале от 60 до 125°С.

Для определения упруго-деформационных свойств, необходимых для реализации технологии дорнирования, определяли степень деформации муфт в высокоэластическом состоянии (рис.4б).

Оптимальные значения деформаций, при которых наиболее надежно осуществляется процесс изготовления ТУМ, имеют значения 15-25%. На представленных кривых наглядно прослежена зависимость % деформации от содержания ЭК.

Для отвердителя изо-МТГФА характерны большие значения деформации, чем для 2-х других отвердителей (при равных количествах ЭК).

Максимальное значение % деформации обеспечивается применением ПДИ-ЗА.

Рис.4. Зависимости Т с, е от содержания каучука и видов отвердителей:

1 - ПДИ-1К, 2 - ПДИ-ЗА, 3 - ПЭФ-ЗАГ На основе экспериментальных данных получены зависимости (рис.5) и уравнения регрессии для расчета модулей упругости (табл.1).

Как видно, с увеличением содержания ЭК значения Еу монотонно убывают. Наибольшие значения Еу получены на отвердителе изо-МТГФА.

Еу, ГПа С, мас. ч.

Еу, ГПа С,мас.ч.

Еу, ГПа С,мас.ч.

Рис.5. Зависимости Еу от содержания ПЭФ-ЗАГ и вида отвердителя:

1-модель, 2-95% уровень доверия, 3- ошибка оценки Таблица Уравнения регрессии полимерных муфт № Вид Уравнение, описывающее зависимость Адекватность отвердителя Еу от количества каучука (К) модели, % 1 Изо-МТГФА Еу=4,3865+0,00456*К-0,0006248К 98, Еу=3,817+0,00132*К-0,0005931*К 2 ТЭАТ 97, Еу=3,31+0,00677*К-0,000759*К 3 УП583Д 99, К-содержание ЭК в композиции (м.ч.).

Учитывая характер нагружения изучаемых конструкций ТП, определены разрушающие напряжения полимерных муфт (ПМ) при нагружении их внутренним радиальным давлением (табл.2).

Таблица Зависимость разрушающего напряжения полимерных муфт от состава композиций (каучук и отвердитель) Содержание Тип отвердителя № каучука Изо-МТГФА | ТЭАТ | УП-583Д образца ПЭФ-ЗАГ, разрушающее напряжение С,мас.ч.,МПа 1 73. 0 91.8 82. 2 10 65. 87.9 79. 3 55. 20 80.1 77. 4 45. 30 71.1 68. 5 30. 40 58.3 49. 6 50 20. 47.9 33. 7 60 15. 25.0 16. 8 13. 70 * * * - для отвердителей изо-МТГФА и ТЭАТ при содержании каучука 70м.ч.

происходит потеря формоустойчивости.

Видно, что для всех видов рассмотренных отвердителей изменение происходит монотонно с увеличением содержания каучука.

На основании экспериментальных данных (табл.2) получены зависимости у от содержания каучука, описываемые уравнениями регрессии (табл.3).

Таблица Уравнения регрессии для полимерных муфт на различных отвердителях № Вид Адекватность Уравнение, описывающее зависимость отвердителя модели, % бу от количества каучука (К) 1 Изо-МТГФА 98, бу =91,499-0,252*К -0,013 7*К 2 ТЭАТ 99, бу =82,479+0,016*К-0,019*К 3 99, УП583-Д бу =76,38-1,278*К +0.0048*К Для сравнения уровня прочности при осевом сжатии испытаны муфты аналоги (Украина) и разработанные ЭК муфты, содержащие 80м. ч.

эпоксидной смолы, 20м.ч. эпоксикаучука и 15м.ч. отвердителя ТЭАТ, для которых определено среднее разрушающее напряжение:

=(103.36+0.08)МПа, что превышает значения для муфт-аналогов на 20%.

Для исследования процесса термоусадки на основе экспериментальных данных построена зависимость относительного увеличения внутреннего диаметра заготовки d/d0 ( d = d|- d0) где do-внутренний диаметр заготовки до деформирования, di-после деформирования) от внутреннего диаметра муфты D (рис.6).

до лорнирования после усадки после лорнирования E,, Ey, Ex, Ex, Ey, vx Ey, vy vy vy ГПа ГПа ГПа ГПа ГПа ГПа 2,8 0,3 3,21 0,31 2,8 0,26 3,1 0, 3,04 0, 0,26 3, Полученные экспериментальные данные (табл.4) свидетельствуют о том, что муфты после дорнирования находятся в НДС, которое полностью исчезает после усадки.

В результате исследований выбран состав на основе ПЭФ-ЗАГ (табл.5).

Выбор данного эпоксикаучука обусловлен тем, что при близких технических характеристиках с ПДИ-ЗА, ПДИ-1К он регулярно выпускается в промышленных масштабах (ПО "Завод СК", г.Казань). Установлено, что наиболее надежно и качественно (без разрушения муфт) процесс дорнирования протекает при содержаниях ЭК от 15 до 25м.ч. в зависимости от вида отвердителя. С учетом меньшей стоимости исходных материалов (ЭД-20 и ЭК), затрат на изготовление муфт, удалось сократить их себестоимость в 1,5-1,75 раза (в зависимости от вида используемого отвердителя). Характеристики оптимальных составов представлены в табл.5.

Состав КОМПОЗИЦИЙ и свойства полимеиных MУФТ Таблица Садйстм Состав композиций Режим разрушение Ту Ту отверждения Тс Р Мс заготовок, пример ком ЭД-20 УП-583Д ТЭАТ °С, час ПЭФ-ЗАГ мин.

к/ * о ъ гк м л Ект Изо-МТГФА с пози % С кг/м Мла ции 1 85 1398,14 100- 25,13 15 1038,89 8, 18°С,24ч.

2 80 100- 24,68 94 20 1466, 1038, 18°С,24ч. 8, не разрушалась 3* 75 23,14 18 25 1597, 1038, 18°С,24ч. 7, 4 100 90 15 1470. 10 1142, 120°С,3ч.

100 5 85 15 !5 1548, 1141,64 7, 120°С,3ч.

99 6* 80 20 не разрушалась 15 1601, 1141,02 7, 120°С,3ч.

110 7 95 5 1518, 1049,84 8, 80°С,1ч.+ S 90 83 107 65 10 1048,34 1564, 120°СЗч.

9* 85 20 6S не разрушалась 1618, 15 8, 1047, * - оптимальные составы композиций Таким образом, результаты выполненных исследований позволили определить зависимости и получить уравнения регрессии Еу, бу от химического состава композиции, определить условия, при которых возможно осуществление дорнирования, определить время усадки и влияние дорнирования на свойства ПМ муфт. На основании проведенных исследований определены оптимальные составы для изготовления ТУМ.

В четвертой главе выполнены экспериментальные исследования прочности муфто-клеевых соединений.

Для оценки прочностных характеристик клеевого шва в муфто-клеевом соединении (МКС) из различных материалов изготовлены образцы (рис.8) из стали, чугуна, дюралюминия и бронзы, в которых концы трубных заготовок выполняли на 1/3 длины с закрытыми полостями (глухими).

Рис.8. Схема муфто-клеевого соединения в сборе:

1 - трубчатые оправки, 2 - ТУМ, 3 - клеевая прослойка Для выяснения влияния материалов труб (субстратов), способов обработки их поверхностей и типов используемых клеев определены средние значения разрушающих напряжений при сдвиге ( ).

Рассмотрено два варианта клея: выбранный нами серийно выпускаемый одноупаковочный клей УП16-06 и опытный Украинский клей с муфтами (патент РФ №2141600, БИ №32, 1999г.) и новые разработанные ЭК муфты. Как видно, в зависимости от склеиваемых субстратов (рис.9) разрушающие напряжения различны:. разработанных муфт на клее (пат.

РФ №2141600, БИ №32, 1999г.) превышают значения муфт и клея аналога.

На клее УП16-06 значения разрушающих напряжений превышают значения клея-аналога для всех рассмотренных субстратов.

Таким образом, у разработанных ЭП муфт уровень разрушающих напряжений не уступает аналогу и достигнут на серийно выпускаемом одноупаковочном клее.

Рис.9. Зависимости разрушающих напряжений при сдвиге ( ) от вида муфт, клеев и склеиваемых материалов - Муфта (опытный образец клея по пат. РФ №2141600, БИ №32, 1999г.) - Муфта ЭК (клей УП16.06) - Муфта ЭК (клей по пат. РФ №2141600, БИ №32,1999г.) С целью повышения прочности МКС, надежности в процессе эксплуатации, обеспечения технологических удобств соединения (наличие зазоров между соединяемыми трубами, предупреждения выдавливания клея в рабочее пространство трубы и пр.) предложен и запатентован способ неразъемного соединения труб (рис.10).

Рис. 10. Схема неразъемного соединения труб:

1,2 - концы соединяемых труб, 3 - стеклопластиковая втулка, 4 - полимерная муфта Особенностью данного соединения является то, что внутри труб, в месте их соединения, устанавливается центрирующая втулка длиной 1,1-1, длины ТУМ, изготовленная навивкой псевдоленты в виде жгута стекловолокна при угле 5-10° между жгутом и образующей втулки.

По результатам гидравлических испытаний, данный способ позволил увеличить прочность «38% (13 МПа против 8 МПа у контрольной серии).

Таким образом, проведенные исследования показали возможность увеличения прочности МКС при использовании центрирующей втулки.

В пятой главе на основе известных подходов проведены расчеты МКС (решение задачи проводилось в упругой постановке и по теории предельного равновесия).

На основании численных расчетов получены зависимости геометрических параметров соединения из условия его равнопрочности (рис.

11). Определены оптимальные геометрические размеры ТУМ в зависимости от толщин и механических характеристик труб и различных клеев (рис. 12).

1-толщина 4мм 2-толщина 3мм 3-толщина 2мм 4-толщина 1мм Рис.11.Зависимости геометрических размеров ТУМ от видов клеев (релаксации). Полученные данные свидетельствуют о том, что муфты после дорнирования переходят в напряженно-деформируемое состояние, которое полностью исчезает после усадки.

6. Выполнены исследования прочности разрушающих напряжений при сдвиге ( ) муфто-клеевых соединений, определено влияние материалов труб, способов обработки их поверхностей и типов используемых клеев, разработан и запатентован способ неразъемного соединения труб, позволивший увеличить прочность соединения на 38%.

7. Разработана конструкция полностью разборной формы для получения литых муфт, отверждаемых ЭК композиций в заданном кольцевом зазоре и определена технология изготовления литых муфт, их деформирования "дорнирования" для придания эффекта "памяти формы".

8. Выполнены расчеты по теории предельного равновесия. На основании исследований получены зависимости геометрических параметров соединения из условия его равнопрочности. Определены оптимальные геометрические размеры ТУМ в зависимости от видов и геометрических размеров склеиваемых материалов, видов клеев.

9. Результаты работы апробированы на предприятиях: ЭПЗ "ВКНИИВОТ" и ООО "КОНЕСКО" и показано, что технология соединения (ремонта) перспективна и может применяться на предприятиях для локального ремонта трубопроводов.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Страхов Д.Е. Технологическая оснастка для изготовления и испытания муфто-клеевых соединений труб из полимерных и разнородных материалов./ Материалы пятьдесят третьей республиканской научной конференции. Сборник научных трудов студентов и аспирантов.-Казань. 2001.-С.81-85.

2. Страхов Д.Е. Совершенствование технологической оснастки для изготовления и испытания муфто-клеевых соединений труб из полимерных и разнородных материалов./ Материалы пятьдесят четвертой республиканской научной конференции. Сборник научных трудов студентов и аспирантов.-Казань.-2002.-С.81-84.

3. Страхов Д.Е. Исследование механических характеристик полимерных муфт./ Материалы пятьдесят пятой республиканской научной конференции. Сборник научных трудов студентов и аспирантов.-Казань. 2003.-С.220-223.

4. Строганов В.Ф., Белошенко В.А., Строганов И.В., Страхов Д.Е.

Нетрадиционные строительные технологии при соединении труб и ремонте трубопроводов./ Материалы шестых академических чтений РААСН. Современные проблемы строительного материаловедения. Иваново.-2000.-С.505-510.

5. Строганов В.Ф., Белошенко В.А., Строганов И.В., Страхов Д.Е. Влияние строения эпоксидных олигомеров на способность отвержденных полимеров к усадке./Тез. докл. Седьмая международная конференция по химии и физикохимии олигомеров.- Москва-Пермь-Черноголовка, 2000, С.235.

6. Алексеев К.П., Страхов Д.Е., Строганов И.В. Напряжения в муфто клеевых соединениях./ Материалы пятьдесят второй республиканской научной конференции. - Казань. - 2000. -С.93-98.

7. Страхов Д.Е., Строганов И.В., Строганов В.Ф., Алексеев К.П.

Композиционные материалы для соединения труб методом термоусадки./ Тез. докл. Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений. -Казань, 2001.-С.76.

8. Страхов Д.Е., Строганов И.В. Разработка методик и устройств для испытаний муфто-клеевых композитных материалов./ Тез. докл.

Четвертая научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов республики Татарстан. - Казань. -2001г. С.178.

9. Строганов В.Ф., Алексеев К.П., Строганов И.В., Страхов Д.Е. Муфто клеевые соединения трубопроводов// Изв. ВУЗов «Строительство».2002. №6.-С.135-140.

Ю.Строганов В.Ф., Строганов И.В., Страхов Д.Е., Алексеев К.П.

Композиционное соединение стеклопластиковых труб термоусаживающимися реактопластами./ Тез.докл. XXII межд. н-практ.

конф. "Композиционные материалы в промышленности". - Украина, Ялта, Укр. Инф. центр. 2002 г. - С.114.

П.Алексеев К.П., Строганов В.Ф., Страхов Д.Е., Строганов И.В. Установка для испытания муфтоклеевых соединений // Материалы XIV Всеросийской межвузовской научно-технической конференции/ Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика, экология. - Казань, Изд. "Унипресс", 2002.-С.212-214.

12.Строганов В.Ф., Страхов Д.Е., Строганов И.В., Алексеев К.П., Белошенко В.А. Термоусаживающиеся реактопласты на основе эпоксикаучуковых олигомеров. Тез. докл. Восьмой межд. конф. по хим. и физикохим.

олигомеров. "Олигомеры-2002". - Москва - Черноголовка. 2002г. - С.276.

П.Алексеев К.П., Строганов В.Ф., Страхов Д.Е. Экспериментальное исследование механических характеристик муфто-клеевых соединений трубопроводов термоусаживающимися муфтами из термореактивных материалов //Проблемы прочности и пластичности.- Нижний Новгород, 2002.-ВЫП.64, С. 138-142.

Н.Артюхин Ю.П., Алексеев К.П., Страхов Д.Е. Расчет и экспериментальное исследование клеевого соединения трубопроводов при сдвиге./ Наука и практика. Диалоги нового века. - Н.Челны.- 2003.-С.290-291.

15.Строганов В.Ф., Артюхин Ю.П., Алексеев К.П., Страхов Д.Е., Строганов И.В. Исследование свойств термоусаживающихся муфт в зависимости от вида отвердителей, режимов отверждения и расчет клеевых соединений металлических трубопроводов при сдвиге./ Международный конгресс.

Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии. - Белгород.- 2003.-С.441-444.

16.Строганов В.Ф., Белошенко В.А., Страхов Д.Е., Строганов И.В., Алексеев К.П., Борзенко А.П., Рапопорт А.Ц., Шуматов С.А. Способ неразъемного соединения труб. Патент РФ БИ №32 от 20.11.2003г.

П.Строганов В.Ф., Страхов Д.Е., Строганов И.В., Сундуков В.И., Хакимов A.M. Физико-механические характеристики и ядерная релаксация в эпоксидных полимерах./ Тез. докл. Структура и динамика молекулярных систем.- Казань - Москва - Йошкар-Ола - Уфа.-2003. С.288.

18.Строганов В.Ф., Страхов Д.Е., Строганов И.В., Алексеев К.П. Композиция для изготовления термоусаживающихся муфт. Заявка на патент РФ №2003105761/04/от 27.02.2003г.

Корректура автора Подписано в печать 12.01.04 Формат 60 84/ Заказ 22 Печать RISO Обьем 1.0 усл.-печ.л.

Тираж 100 экз. Бумага тип. № Печатно-множительный отдел КГАСА 420043, Казань, Зеленая,

 

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.