новые химические технологии
АНАЛИТИЧЕСКИЙ ПОРТАЛ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
ПОИСК    

НА ГЛАВНУЮ 

СОДЕРЖАНИЕ:

НАУКА и ТЕХНОЛОГИИ

Базовая химия и нефтехимия

Продукты оргсинтеза ............

Альтернативные топлива, энергетика ...........................

Полимеры ...........................

ТЕНДЕНЦИИ РЫНКА

Мнения, оценки ...................

Законы и практика ...............

Отраслевая статистика .........

ЭКОЛОГИЯ

Промышленная безопасность

Экоиндустрия .......................

Рециклинг ............................

СОТРУДНИЧЕСТВО

Для авторов .........................

Реклама на сайте ................

Контакты .............................

Справочная .........................

Партнеры ............................

СОБЫТИЯ ОТРАСЛИ

Прошедшие мероприятия .....

Будущие мероприятия ...........

ТЕНДЕРЫ

ОБЗОРЫ РЫНКОВ

Анализ рынка микробарита в России
Исследование рынка синтетических моющих средств в России
Анализ рынка средств дезинфекции поверхностей в России
Анализ рынка антисептиков в России
Анализ рынка дезинфицирующих средств в России
Анализ рынка углеводородных пропеллентов в России
Анализ рынка хладонов в России
Анализ рынка спальных мешков в России
Анализ рынка туристических рюкзаков в России
Исследование рынка туристических палаток в России

>> Все отчеты

ОТЧЕТЫ ПО ТЕМАМ

Базовая химия и нефтехимия
Продукты оргсинтеза
Синтетические смолы и ЛКМ
Нефтепереработка
Минеральные удобрения
Полимеры и синтетические каучуки
Продукция из пластмасс
Биохимия
Автохимия и автокосметика
Смежная продукция
Исследования «Ad Hoc»
Строительство
In English
  Экспорт статей (rss)

Мнения, оценки

Результаты испытания стеклопластиковых труб


Работа посвящена исследованию прочностных и жесткостных свойств стеклопластиковых труб на основе эпоксидных термостойких связующих. Проведен эксперимент по методике трехточечного изгиба для определения прочностных и жесткостных свойств  образцов вырезанных из данных труб. По экспериментальным данным произведен расчет упругих и прочностных характеристик стеклопластиковых труб.


 

              Высокие удельные показатели прочности и жесткости волокнистых композиционных материалов наряду с химической стойкостью, сравнительно малым весом и другими свой-ствами, сделали эти материалы привлекательными для изготовления трубопроводов раз-личного назначения. Применение стеклопластиковых труб взамен металлических  увели-чивает  срок службы трубопроводов в 5-8 раз, исключает применение антикоррозионных защитных средств, в 4-8 раз снижает  массу трубопровода , исключает применение сва-рочных работ. При этом остается открытым вопрос применения стеклопластиковых труб работающих при повышенных температурах (до 1200С). 
              Данная работа ведется в рамках проекта РФФИ-Урал-2004 « Модели механики дефор-мирования и разрушения структурно- неоднородных материалов в задачах проектирова-ния элементов конструкций и технологий производства изделий из композитов, -01-04-96052», проекта ОФИ РФФИ-Урал-2004. « Проектирование элементов конструкций ком-позитных трубопроводов и технологий производства изделий из волокнистых пластиков, 04-01-97507», инновационного проекта департамента промышленности и науки Пермской области «Стеклопластиковые трубы с повышенной термостойкостью (рабочая температу-ра  эксплуатации до 1200С).
              Целью работы является определение прочностных и жесткостных свойств стеклопла-стиковых труб применяемых для транспортировки сред с повышенными температурами, что необходимо для грамотного проектирования и эксплуатации трубопроводов из стек-лопластика в условиях высоких температур. 
              Объектом исследований являются трубы из композиционных материалов, выпускае-мые ООО «Пласт». Материал несущего слоя труб стеклопластик, формуемый по методу «мокрой намотки» спирально-перекрестных слоев ровинга из стеклянных волокон и по-лимерной матрицы. Внутреннее герметизирующее покрытие труб состоит из специальных слоев, с большим содержанием полимерной матрицы. В качестве полимерной матрицы были использованы термостойкие связующие.
              Для обеспечения исследований изготовлен стенд для проведения долговременных испытаний на термостойкость с возможностью установки восьми труб и деталей. Стенд подключен к трубопроводу перегретого пара со средней температурой транспортируемой среды 120С. Температура, давление и расход пара в стенде непрерывно отслеживаются в течение всего времени проведения испытаний автоматической системой контроля.
              Так же экспериментальные трубы на основе термостойких связующих используются в ОАО «Уралкалий» для  «БКПРУ4» (Березниковское калийное рудоуправление №4) в технологических трубопроводах, транспортирующих смесь щелоков и глины нераствори-мой руды при температуре 100-105оС. 
              Для проведения эксперимента были взяты два образца труб: образец- свидетель, обра-зец прошедший термостарение в течение 1000ч. В данной работе проведено исследование прочностных и жесткостных свойств стеклопластиковой трубы изготовленной на основе композиции «А» (связующее «Макромер» №21) и на основе композиции «В» (связующее Этал-450).
              Научно-исследовательский процесс планировался в виде следующей последовательно-сти этапов:
- изготовление опытных труб на основе отобранных термостойких полимерных матриц совместно с образцами-свидетелями;
- исследование физико-механических и теплофизических свойств образцов-свидетелей;
- испытание изготовленных опытных термостойких стеклопластиковых труб в стенде в течение 1000 часов;
- исследование физико-механических и теплофизических свойств опытных труб, прошедших испытания в стенде в течение 1000 часов;
- анализ динамики физико-механических свойств стеклопластиковых труб в зави-симости от продолжительности, температуры испытаний и других факторов. Оценка влияния теплового воздействия проводится посредством сравнения свойств эксплуатировавшихся в стенде опытных труб и соответствующих образ-цов-свидетелей;
- оценка долговечности стеклопластиковых труб на основе рассматриваемой кон-струкции и полимерной матрицы. Прогнозирование срока эксплуатации и выдача рекомендаций к конструкции рассматриваемых изделий.
              При этом основными показателями изменения свойств выбраны изменения физико-механических опытных стеклопластиковых труб, подвергавшихся долговременной экс-плуатации, в сравнении с образцом-свидетелем:


Испытания на изгиб двуслойных образцов.


              Для определения физико-механических характеристик стеклопластиковых образ-цов проведены механические испытания по методике трехточечного изгиба (ГОСТ 25.601-80) образцов – свидетелей всех [2] опытных труб и труб, прошедших старение в паропро-воде при температуре 110-120С. 
              Целью испытаний являлось определение модуля Юнга , модуля сдвига, предела прочности на одноосное растяжение и сжатие и предела прочности на сдвиг в нормальных условиях и при повышенной температуре армированного стеклопластика несущего слоя трубы в осевом и радиальном направлениях.
              Для проведения испытаний были вырезаны плоские двухслойные образцы с разме-рами 115х20 мм , 95х20 мм , 75х20 мм и 60х20 мм из стеклопластиковых труб соответст-венно в осевом и в радиальном направлении.
             Перед испытанием проводились замеры индивидуальных размеров каждого образца. С помощью штангенциркуля измерялись ширина и толщина образцов.
              Условия испытаний – базы испытаний 50,65,85 и 105 мм , скорость нагружения 0,3мм/сек , температура  250С и 1200С.   Перед проведением испытаний образцы прогрева-лись в термопечи в течение двух часов. Всего было испытано 320 образцов.
           Эксперименты проводились на испытательном комплексе: разрывная машина 2055 Р-0.5 , с графопостроителем. На полученных графиках произвольно выбирались двадцать точек соответственно по оси абцисс откладывалось перемещение , а по оси ординат сила.
            Результаты испытаний представляют собой файлы данных, отражающих соответствие нагрузка на образец – перемещение активного захвата в каждый момент времени, позво-ляющие строить диаграммы деформирования, а также измеренные геометрические вели-чины. Обработка результатов эксперимента проводится по методике определения упругих и прочностных характеристик при трехточечном изгибе, которая приведена ниже.


Методика определения упругих и прочностных характеристик при трехточечном изгибе
           Для определения упругих и прочностных характеристик [1] , [2] при изгибе чаще все-го используются призматические, реже – цилиндрические образцы. При испытаниях изотропных материалов на изгиб определяется модуль упругости Еи  и предел прочности при изгибе σи При этом используются зависимости между экспериментально замеряемыми нагрузками Р и соответствующими им прогибами w балок. При трехточечном изгибе стержня модуль упругости Еи  и предел прочности при изгибе определяются по формулам:
                                                 

                     Еи= Р·l3оп /(48·I·wmax)                                                     (1)

                                                   dи= 3/2 Pmax· l оп /(b0·h2)                                                    (2)

где     wмах – прогиб в середине пролета балки;l оп – расстояние между опорами.

           Формула (1) пригодна для оценки прочности при изгибе, если разрушение происходит в упругой области. Кроме нормальных напряжений напряжений в изгибаемой балке дей-ствуют касательные напряжения ,влияние которых на прочность и жесткость изотропных композиционных материалов пренебрежимо мало.
         Формулы  (1) и (2) не учитывают возможность межслойных сдвигов , поскольку изо-тропный композиционный материал равнопрочен во всех направлениях.
           Армированный композиционный представляет собой составную конструкцию , сла-быми местами которой являются низкая сдвиговая прочность и жесткость в некоторых направлениях. Применение к ним обычных формул теории изгиба , не учитывающих структурных особенностей  , может привести к грубым ошибкам.
          Разрушение при изгибе изотропных композиционных материалов обычно происходит под действием нормальных напряжений. Армированные анизотропные композиционные в зависимости от размеров образца могут при трехточечном изгибе разрушаться как от нор-мальных , так и от касательных нагрузок в последнем случае формула (2) для вычичления прочности не приемлема , так как при таких испытаниях определяется не прочность при изгибе , а предел прочности BXZ при межслойном сдвиге, и рабочая формула для ее рас-чета имеет вид
                                                  

                                                   tBXZ = 3/4 Pmax /(b0·h)                                                   (3)

           Таким образом, при испытаниях на изгиб в зависимости от характера разрушения образца можно определить прочность при изгибе или при межслойном сдвиге. На практике в образце всегда действуют и нормальные, и касательные напряжения, поэтому при оп-ределении свойств анизотропных композиционных материалов на изгиб нужно учитывать их взаимное влияние.
          Наиболее распространен трехточечный изгиб, когда свободно опирающийся на две опоры образец нагружается в середине пролета сосредоточенной силой Р. Для расчета мо-дуля упругости  при испытаниях  слоистых композитов на трехточечный изгиб следует пользоваться уточненными зависимостями, учитывающими влияние сдвиговых деформаций и связывающими максимальный прогиб балки посредине пролета wмах с приложенной силой.
Р ,истинным модулем упругости при изгибе  Еиист  и модулем межслойного сдвига Gxy :

                                wмах = - ( Р·l30 /( 48· Еиист · I) [ 1 + aк (h/l0)2 · Еиист / Gxy] ,                              (4)


где aк-коэффициент , зависящий от формы поперечного сечения балки
для прямоугольного сечения Еиист =1,2
Истинный модуль упругости при изгибе Еиист связан с фиктивным модулем Еи , который рассчитывается по формуле (1) , соотношением


                                               1 / Еи  =1 / Еиист + ( 1.2 Gxy ) (h/l0)2                                                            (5)


           Чем больше отношение толщины образца к его длине (h/l0 и чем больше степень анизотропии композита, характеризуемая отношением Еиист/ Gxy  .тем больше отличается значение истинного модуля упругости от фиктивного.
           С помощью единичного эксперимента по формуле (4) нельзя вычислить модули уп-ругости , поскольку она содержит две неизвестные величины Еиист и Gxy  . Чтобы получить значения этих величин испытываются несколько образцов с раз ным отношением
(h/l0) , строится график h/l0 и строится график, по оси абцисс которого откладывается величина (h/l0)2  , а по оси ординат – (1/ Еи). В этих координатах зависимость (5) должна изображаться прямой линией, пересекающей ось ординат , соответствующей (1/ Еиист) , а тангенс угла наклона этой прямой к оси абцисс равен 1,2/ Gxy . Далее значения Еиист и Gxy  определяются методом наименьших квадратов.
Уточненная формула для расчета максимальных нормальных напряжений σ*  при изгибе имеет вид


                                           σ* = σи( 1+ אּа2 / 15 - אּа4 / 525)                                                              (6 )


а расчета максимальных сдвиговых напряжений


                                                  txy* = tBXZ (1 - אּа2 / 60 + אּа4 / 12600),                                         (7)


где σи и tBXZ  определяются по формулам (2) и (3) соответственно;

а =(πh / 2l0) (Еи Gxy)1/2 – параметр анизотропии


           Таким образом проводится обработка результатов испытаний на трехточечный изгиб об-разцов стеклопластиковых труб как в осевом так и в радиальном направлениях.

Результаты эксперимента на трехточечный изгиб.
             Данные полученные при обработке результатов эксперимента приведены в таблицах (1) , (2) , (3) , (4). На рисунках (1) – (8) показано изменение модуля Юнга , модуля сдвига , предела прочности при изгибе , предела прочности при сдвиге при комнатной температу-ре и при температуре 1200С до и после термостарения.


Таблица 1. Модуль Юнга и модуль сдвига при комнатной температуре и при температуре 1200С для образцов стеклопластиковой трубы изготовленной при использовании связую-щего – композиция «А» до и после термостарения .

Е, ГПа  G, МПа 
 в осевом
направлении
в окружном
направлении
 в осевом
направлении
в окружном
направлении
"А" t=207,710,71"А" t=20115,9220,1
"А"(1000) t=206,912,37"А"(1000) t=20110,54168,24
"А" t=1205,739,48"А" t=12094,9134,4
"А"(1000) t=1204,478,49"А"(1000) t=12094,77155,46

Таблица 2. Предел прочности на изгиб и предел прочности на сдвиг при комнатной тем-пературе и при температуре 1200С для образцов стеклопластиковой трубы изготовленной при использовании связующего – композиция «А» до и после термостарения .

Предел прочности
на изгиб, МПа
  Предел прочности
на сдвиг, МПа
 
 в осевом
направлении
в окружном
направлении
 в осевом
направлении
в окружном
направлении
"А" t=20114221,1"А" t=2010,727,21
"А"(1000) t=20108,92213,09"А"(1000) t=2012,1220,4
А" t=12090,98151,7"А" t=1208,317,26
"А"(1000) t=12082,31149,2"А"(1000) t=1207,1614,32

Таблица 3. Модуль Юнга и модуль сдвига при комнатной температуре и при температуре 1200С для образцов стеклопластиковой трубы изготовленной при использовании связую-щего – композиция «В» до и после термостарения .

Е, ГПа G, МПа
в осевом
направлении
в окружном
направлении
в осевом
направлении
в окружном
направлении
"В" t=208,1812,08"В" t=20161,8193,8
"В"(1000) t=205,79,1"В"(1000) t=20131,7180,3
"В" t=1201,634,53"В" t=120167,2223,5
"В"(1000) t=1200,932,3"В"(1000) t=12064,7133,6

Таблица 4. Предел прочности на изгиб и предел прочности на сдвиг при комнатной тем-пературе и при температуре 1200С для образцов стеклопластиковой трубы изготовленной при использовании связующего – композиция «В» до и после термостарения .

Предел прочности
на изгиб, МПа
 Предел прочности
на сдвиг, МПа
в осевом
направлении
в окружном
направлении
в осевом
направлении
в окружном
направлении
"В" t=20128,7243,2"В" t=2011,1122,07
"В"(1000) t=2091,9144,9"В"(1000) t=207,4313,13
"В" t=12078,04117,9"В" t=1206,0812,24
"В"(1000) t=1204846,5"В"(1000) t=1203,886,55


 
Рисунок 1. Изменение модуля Юнга при нагревании до 1200С стеклопластиковой трубы изготовленной на основе связующего – композиция «А» до и после термостарения


Рисунок 2. Изменение модуля сдвига при нагревании до 1200С стеклопластиковой трубы изготовленной на основе связующего – композиция «А» до и после термостарения


 
Рисунок 3. Изменение предела прочности на сдвиг при нагревании до 1200С стеклопласти-ковой трубы изготовленной на основе связующего – композиция «А» до и после термо-старения.

 

Рисунок 4. Изменение предела прочности на изгиб при нагревании до 1200С стеклопласти-ковой трубы изготовленной на основе связующего – композиция «А» до и после термо-старения.


Рисунок 5. Изменение модуля Юнга при нагревании до 1200С стеклопластиковой трубы изготовленной на основе связующего – композиция «В» до и после термостарения.


Рисунок 6. Изменение модуля сдвига при нагревании до 1200С стеклопластиковой трубы изготовленной на основе связующего – композиция «В» до и после термостарения


 
Рисунок 7. Изменение предела прочности на изгиб при нагревании до 1200С стеклопласти-ковой трубы изготовленной на основе связующего – композиция «В» до и после термо-старения


 
Рисунок 8. Изменение предела прочности на сдвиг при нагревании до 1200С стеклопласти-ковой трубы изготовленной на основе связующего – композиция «В» до и после термостарения

Анализ результатов.
По полученным результатам можно сделать следующие выводы:
              При нагревании и термостарении упругие и прочностные  свойства стеклопластико-вых труб изменяются: для трубы на основе композиции «А» падение модуля Юнга при нагревании в осевом направлении составляет 25,5% , после термостарения 35,2% , в ради-альном при нагревании 11,4% , после термостарения 31,3% , модуля сдвига при нагрева-ниии в осевом направлении 18,12% , после термостарения 14,2% , в радиальном направле-нии при нагревании 38,9% , после термостарения 7,6 , предела прочности на изгиб при на-гревании в осевом направлении 20,1% после термостарения 24,4% , в радиальном при на-гревании 31,3% , после термостарения ,29,9% , предела прочности на межслойный сдвиг при нагревании в осевом направлении составляет 22,4% , после термостарения 40,9% , в радиальном при нагревании 36,5% , после термостарения 29,8%.
              Для трубы на основе композиции «В» падение модуля Юнга при нагревании в осе-вом направлении составляет 80,0% , после термостарения 83,6% , в радиальном при нагре-вании 62,5% , после термостарения 74,7% , модуль сдвига при нагреваниии в осевом на-правлении увеличивается на 3,3% , после термостарения уменьшается на 50,8% , в ради-альном направлении при нагревании увеличивается на 15,3% , после термостарения уменьшается на 25,7% , предел прочности на изгиб уменьшается-при нагревании в осевом направлении на 39,3% после термостарения на 47,7% , в радиальном при нагревании на 51,5% , после термостарения на 67,9% , предел прочности на межслойный сдвиг уменьша-ется - при нагревании в осевом направлении составляет 45,2% , после термостарения 47,7% , в радиальном при нагревании уменьшается на 44,5% , после термостарения на 50,1%.
              Полученное, в результате эксперимента, изменение физико-механических свойств стеклопластиковых труб изготовленных на основе композиций «А» и «В» позволяет гово-рить о том что они могут быть использованы для эксплуатации при повышенных темпера-турах (до 1200С) в технологических трубопроводах и паропроводах.

Список литературы.

1.Васильев В.В. справочник «Композиционные материалы»-М. : Машиностроение, 1990 г.
2.Шаклеина С.Э. «Статическая и длительная прочность элементов пульпо и реагентопро-водов из композиционных материалов»- Пермь, 2003 г.

 


Поносов С.Е.     plast@perm.raid.ru
Пермский государственный технический университет

Подробнее о текущей ситуации и прогнозе российского рынка труб из сшитого по-лиэтилена смотрите в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок стеклопластиковых труб в России».

Версия для печати | Отправить |  Сделать стартовой |  Добавить в избранное

Куплю

19.04.2011 Белорусские рубли в Москве  Москва

18.04.2011 Индустриальные масла: И-8А, ИГНЕ-68, ИГНЕ-32, ИС-20, ИГС-68,И-5А, И-40А, И-50А, ИЛС-5, ИЛС-10, ИЛС-220(Мо), ИГП, ИТД  Москва

04.04.2011 Куплю Биг-Бэги, МКР на переработку.  Москва

Продам

19.04.2011 Продаем скипидар  Нижний Новгород

19.04.2011 Продаем растворители  Нижний Новгород

19.04.2011 Продаем бочки новые и б/у.  Нижний Новгород

Материалы раздела

ПРОИЗВОДСТВО МЕТАЛЛОПРОКАТА С ПОКРЫТИЕМ В РОССИИ
ПРОИЗВОДСТВО ОДНОРАЗОВЫХ ШПРИЦЕВ В РОССИИ
СПРОС НА ЗУБНЫЕ ИМПЛАНТЫ В РОССИИ
Производство инфузионных растворов в России
ПРОИЗВОДСТВО ПВХ ТРУБ В РОССИИ
Производство антифризов в России
ПРОИЗВОДСТВО ПОЛИПРОПИЛЕНОВЫХ ТРУБ В РОССИИ
ПОТРЕБЛЕНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ЛИТЫХ ДИСКОВ В 2018 ГОДУ
ПРОИЗВОДСТВО ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ТРУБ В РОССИИ
Производство арматуры выросло в 2018 году
ПОБЕДИТЕЛИ КОНКУРСА IQ-CHem.
НОВЫЙ НПЗ на АМУРЕ
НЕПСКОЕ КАЛИЙНОЕ МЕСТОРОЖДЕНИЕ: новые возможности
МЕТАНОЛЬНЫЙ ЗАВОД В ЯКУТИИ
НОВЫЕ ПРОЕКТЫ: получение диоксида титана
ПРОИЗВОДСТВО СЭНДВИЧ-ПАНЕЛЕЙ В ВОРОНЕЖЕ
НОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО CO2
РЫНОК ПОДШИПНИКОВ: ШЭФФЛЕР ПОСТРОИТ ЗАВОД В РОССИИ
MATHESON БУДЕТ ПРОДАВАТЬ ГЕЛИЙ "ГАЗПРОМА"
НОВЫЙ ЦЕМЕНТНЫЙ ЗАВОД В НОВОРОССИЙСКЕ
МОДЕРНИЗАЦИЯ РЯЗАНСКОГО НПЗ
УКРАИНСКИЙ РЫНОК ПЕСТИЦИДОВ
ТОМСКИЙ НПЗ ГОТОВИТ 3-Ю ОЧЕРЕДЬ
РЫНОК АНИЛИНА: планы «Пигмента»
В ЯКУТИИ ПОСТРОЯТ ТРИ СОЛНЕЧНЫЕ СТАНЦИИ
НОВЫЙ ЖБИ-ЗАВОД
СИБУР УВЕЛИЧИЛ ВЫРАБОТКУ ШФЛУ
В РОССИИ БУДУТ ПРОИЗВОДИТЬ Е471
ПРОИЗВОДСТВО КАУСТИЧЕСКОЙ СОДЫ В РОССИИ
НОВЫЙ АСФАЛЬТОБЕТОННЫЙ ЗАВОД
ТРЕТИЙ ЗАВОД «ФАРМАСИНТЕЗА»
ПОШЛИНЫ НА ИМПОРТ И ЭКСПОРТ МТБЭ
ГАЗПРОМ ПОСТРОИТ ГХК ПО ВЫДЕЛЕНИЮ ГЕЛИЯ
ЗАПУЩЕН КРУПНЕЙШИЙ в РОССИИ КИРПИЧНЫЙ ЗАВОД
НОВЫЕ ПРОЕКТЫ: производство газобетона на Сахалине
НАЧАЛОСЬ ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЯРНПЗ
НОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО МИНЕРАЛЬНОЙ ВАТЫ
LINDE БУДЕТ ПРОДАВАТЬ ГЕЛИЙ «ГАЗПРОМА»
ГАЛОПОЛИМЕР на РЫНКЕ ПЛАВИКОВОГО ШПАТА
КТО ВОЗЬМЕТ "ГРОДНО АЗОТ"?
НОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО ШПОНА
НОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ
AIR LIQUIDE ЗАПУСТИЛО ПРОИЗВОДСТВО В ЧЕРЕПОВЕЦКЕ
О СИТУАЦИИ на «НИТОЛЕ»
МОДЕРНИЗАЦИЯ ОРСКОГО НПЗ

>>Все статьи

Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru
Copyright © Newchemistry.ru 2006. All Rights Reserved