resarПриродные ресурсы Арктики и СубарктикиArctic and Subarctic Natural Resources2618-97122686-9683Академия наук Республики Саха (Якутия)10.31242/2618-9712-2019-24-4-14resar-506Research ArticleМеталлургия и материаловедение. МатериаловедениеMetallurgy and materials science. Materials scienceВлияние низкой температуры на надмолекулярную структуру материала сварного соединения полимерных трубThe effect of low temperature on the supermolecular structure of the material of welded joint in polymer pipeshttps://orcid.org/0000-0003-4114-9955ГерасимовАлександр ИннокентьевичGerasimovAleksandr Innokentevich

Герасимов Александр Иннокентьевич, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, Институт проблем нефти и газа СО РАН, 677007, Якутск, ул. Автодорожная, 20, Россия, https://orcid.org/0000-0003-4114-9955, gerasimov2509@rambler.ru;

Gerasimov Aleksandr Innokentevich, candidate of technical sciences, leading researcher, Institute of Oil and Gas Problems SB RAS, 20 Avtodorozhnaya st., Yakutsk, 677007, Russia, https://orcid.org/0000-0003-4114-9955, gerasimov2509@rambler.ru;

gerasimov2509@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7834-8144БотвинГлеб ВладимировичBotvinGleb Vladimirovich

Ботвин Глеб Владимирович, ведущий инженер, Институт проблем нефти и газа СО РАН, 677007, Якутск, ул. Автодорожная, 20, Россия, https://orcid.org/0000-0001-7834-8144, gleb-0379@mail.ru

Botvin Gleb Vladimirovich, leading engineer, Institute of Oil and Gas Problems SB RAS, 20 Avtodorozhnaya st., Yakutsk, 677007, Russia, https://orcid.org/0000-0001-7834-8144, gleb-0379@mail.ru

gleb-0379@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3445-0961ДанзановаЕлена ВикторовнаDanzanovaElena Viktorovna

Данзанова Елена Викторовна, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Институт проблем нефти и газа СО РАН, 677007, Якутск, ул. Автодорожная, 20, Россия, https://orcid.org/0000-0002-3445-0961, dhv4071@mail.ru

Danzanova Elena Viktorovna, candidate of technical sciences, senior researcher, Institute of Oil and Gas Problems SB RAS, 20 Avtodorozhnaya st., Yakutsk, 677007, Russia, https://orcid.org/0000-0002-3445-0961, dhv4071@mail.ru.

dhv4071@mail.ruИнститут проблем нефти и газа СО РАНРоссияInstitute of Oil and Gas Problems SB RASRussian Federation201905112024244152160Copyright © Герасимов А.И., Ботвин Г.В., Данзанова Е.В., 20242024Герасимов А.И., Ботвин Г.В., Данзанова Е.В.Gerasimov A.I., Botvin G.V., Danzanova E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://resar.elpub.ru/jour/article/view/506

Исследована надмолекулярная структура сварного соединения полипропиленовых труб, выполненных в раструб, при положительных и отрицательных температурах окружающего воздуха. Подтверждена выдвинутая авторами гипотеза о том, что, независимо от температуры окружающего воздуха при сварке полипропилена, структура шва под поверхностным слоем сварного соединения становится сферолитной, как у основного полимерного материала. При сварке полимерных материалов в условиях низких температур окружающего воздуха влияние кондуктивного теплоотвода на формирование надмолекулярной структуры околошовной зоны сварного соединения проявляется особенно ярко, вследствие низкого коэффициента теплопроводности. Установлено, что надмолекулярная структура сварного соединения полипропиленовых труб, выполненного в раструб, при –30 °С по разработанной в ИПНГ СО РАН и запатентованной технологии сварки полимерных труб близка к структуре соединения, произведенного при комнатной температуре. Показано, что в зоне термического влияния сварного соединения полипропиленовых труб, сваренного даже при около 0 °С, обнаруживаются области с деструктурированной надмолекулярной структурой. Приведены направления дальнейших исследований.

The supramolecular structure of a welded joint of polypropylene pipes, made into a bell at positive and negative ambient temperatures, is investigated. The hypothesis put forward by the authors is confirmed that, regardless of the ambient temperature when welding polypropylene, the structure of the seam under the surface layer of the welded joint becomes spherical like that of the main polymer material. When welding polymeric materials at low ambient temperatures, the effect of conductive heat removal on the formation of the supramolecular structure of the heat-affected zone of the welded joint is especially pronounced due to the low coefficient of thermal conductivity. The structure of welded joints of polypropylene pipes was studied using a scanning electron microscope. It was shown that the nature and size of supermolecular formations in the structure of welded joints made in the open air at a temperature of –30 °C according to the welding technology developed and patented in the Institute of oil and gas problems SB RAS are identical with the structure obtained at positive ambient temperatures. It is shown that in the heat affected zone of the welded joint of polypropylene pipes, welded even at about 0 °C, regions with a destructured supermolecular structure found. The directions of further research are given.

сварка нагретым инструментом в раструбполипропиленовая трубакондуктивный теплоотводнадмолекулярная структураучасток вблизи швазона термического влияниянизкая температура окружающего воздухаwelding with heated tool into the socketpolypropylene pipeconductive heat removalsupermolecular structureadjoining zoneheat affected zonelow ambient temperatureРабота выполнена в рамках госзаказа Министерства науки и высшего образования РФ (№ 0377-2018-0001).The work has been accomplished within the framework of the State Order of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (No. 0377-2018-0001)ReferencesПерепелкин В.П. Полипропилен, его свойства и методы переработки. Л.: ЛДНТП, 1963. 256 c.Perepelkin V.P. Polypropylene, its properties and processing methods. Leningrad: LDNTP, 1963. 256 p.Тудрий Е.В., Галкина И.В., Собанов А.А., Галкин В.И. Физико-химия полимеров: учебно-методическое пособие. Казань: Казан. ун-т, 2015. 45 с.Tudriy E.V., Galkina I.V., Sobanov A.A., Galkin V.I. Fiziko-khimiya polimerov: uchebno-metodicheskoye posobiye. Kazan’: Kazan. Univ, 2015. 45 p.Байгалиев Б.Е., Черноглазова А.В., Темникова С.В., Щелчков А.В., Тимербулатова И.Р., Калмыков П.Э. Исследование возможности замены теплоизоляционных труб с металлическими элементами на трубы из полисульфона // Вестник Казанского технологического университета. 2013. Т. 16, № 10. С. 96–98.Baygaliyev B.E., Chernoglazova A.V., Temnikova S.V., Shchelchkov A.V., Timerbulatova I.R., Kalmykov P.E. Issledovaniye vozmozhnosti zameny teploizolyatsionnykh trub s metallicheskimi elementami na truby iz polisul’fona // Bulletin of Kazan Technological University. 2013. Vol. 16, N. 10. P. 96–98.Гуреев В.М., Ермаков А.М., Гельманов Р.Р., Калимуллин Р.Р. Разработка перспективных отопительных приборов из неметаллических материалов // Энергетика Татарстана. 2010. № 3 (19). С. 59–62.Gureyev V.M., Ermakov A.M., Gel’manov R.R., Kalimullin R.R. Razrabotka perspektivnykh otopitel’nykh priborov iz nemetallicheskikh materialov Energetika Tatarstana. 2010. N. 3 (19). P. 59–62.Проничев Д.В., Трыков Ю.П., Гуревич Л.М., Слаутин О.В. Исследование теплопроводности слоистых металлических композитов // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2007. № 5 (31). С. 34–36.Pronichev D.V., Trykov YU.P., Gurevich L.M., Slautin O.V. Issledovaniye teploprovodnosti sloistykh metallicheskikh kompozitov // Izvestiya Volgogradskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2007. N. 5 (31). P. 34–36.Теплопроводность воздуха в зависимости от температуры и давления. URL: http://thermalinfo.ru/ svojstva-gazov/gazovye-smesi/teploprovodnost-vozduha-v-zavisimosti-ot-temperatury-i-davleniya (дата обращения 01.11.2018).Thermal conductivity of air depending on temperature and pressure. URL: http://thermalinfo.ru/svojstva-ga- zov/gazovye-smesi/teploprovodnost-vozduha-v-zavisimosti-ot-temperatury-i-davleniya, (accessed 01.11.2018).Герасимов А.И. Некоторые вопросы сварного соединения полимерных материалов // Наука и инновации в XXI веке: Актуальные вопросы, открытия и достижения: сб. статей XI Междунар.научн.-практ. конф. Ч. 1. Пенза: МЦНС «Наука и просвещение», 2018. С. 118–122.Gerasimov A.I. Nekotoryye voprosy svarnogo soyedineniya polimernykh materialov // Nauka i innovatsii v XXI veke: Aktual’nyye voprosy, otkrytiya i dostizheniya: sb. statey XI Mezhdunar.nauchn.-prakt. konf. CH.1. – Penza: MTSNS «Nauka i prosveshcheniye». 2018. P. 118–122.Комаров Г.В. Соединение деталей из полимерных материалов: Учебное пособие. СПб.: Профессия, 2006. 592 с.Komarov G.V. Soyedineniye detaley iz polimernykh materialov: Uchebnoye posobiye. SPb.: Professiya, 2006. 592 p.Зайцев К.И., Мацюк Л.Н., Богдашевский А.Г. Сварка полимерных материалов: Справочник. М.: Машиностроение, 1988. 312 с.Zaytsev K.I., Matsyuk L.N., Bogdashevskiy A.G. Svarka polimernykh materialov: Spravochnik. M.: Mashinostroyeniye, 1988. 312 p.Ботвин Г.В., Данзанова Е.В., Герасимов А.И. Методика испытаний на прочность сварного соединения полипропиленовых труб // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83, № 9. С. 70–72.Botvin G.V., Danzanova E.V., Gerasimov A.I. Metodika ispytaniy na prochnost’ svarnogo soyedineniya polipropilenovykh trub // Zavodskaya laboratoriya. Diagnostika materialov. 2017. Vol. 83, N. 9. P. 70–72.СП 40-101-96. Свод правил по проектированию и монтажу трубопроводов из полипропиленаSet of Rules SP 40-101-96 Svod pravil po proektirovaniyu i montazhu truboprovodov iz polipropilena«Рандом сополимер». М.: ГУП ЦПП, 1997. 33 с.«Random sopolimer». M.: GUP TsPP, 1997. 33 p.ВСН 003-88. Строительство и проектирование трубопроводов из пластмассовых труб. М: Ротапринт ВНИИСТа, 1990. 107 с.Industrial Construction Standards VSN 003-88. Stroitel’stvo i proyektirovaniye truboprovodov iz plastmassovykh trub. M.: Rotaprint VNIIST, 1990. 107 p.Старостин Н.П., Герасимов А.И., Ботвин Г.В., Данзанова Е.В. Сварка полипропиленовых труб при отрицательных температурах // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2017. № 4 (55). С. 7–18. doi: 10.18720/CUBS.55.1Starostin N.P., Gerasimov A.I., Botvin G.V., Danzanova E.V. Svarka polipropilenovykh trub pri otritsatel’nykh temperaturakh // Stroitel’stvo unikal’nykh zdaniy i sooruzheniy. 2017. N. 4 (55). P. 7–18. doi: 10.18720/CUBS.55.1.Рамбиди Н.Г. Структура полимеров – от молекул до наноансамблей: Учебное пособие. Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2009. 264 с.Rambidi N.G. Struktura polimerov – ot molekul do nanoansambley: Uchebnoye posobiye. Dolgoprudnyy: Izdatel’skiy Dom «Intellekt», 2009. 264 p.Каргин В.А., Слонимский Г.Л. Краткие очерки по физико-химии полимеров. М.: Химия, 1967. 232 с.Kargin V.A., Slonimskiy G.L. Kratkiye ocherki po fiziko-khimii polimerov / M.: Khimiya, 1967. 232 p.Жирнов А.Е., Аржаков М.С. Структура полимеров. Методическая разработка для теоретического курса и лабораторных работ по высокомолекулярным соединениям. М.: МГУ, 2013. 41 с.Zhirnov A.E., Arzhakov M.S. Struktura polimerov. Metodicheskaya razrabotka dlya teoreticheskogo kursa i laboratornykh rabot po vysokomolekulyarnym soyedineniyam. M.: MGU, 2013. 41 p.Кучменова Л.Х. Термические свойства полимер-полимерных композитов на основе полипропилена.: дис. канд. техн. наук: Нальчик. 2014. 125 с.Kuchmenova L.KH. Termicheskiye svoystva polimer-polimernykh kompozitov na osnove polipropilena: Kand diss. Nal’chik, 2014. 125 p.Spinaa R., Spekowiusb M., Hopman C. Simulation of crystallization of isotactic polypropylene with different shear regimes // Thermochimica Acta. 2018. Vol. 659. P. 44–54. https://doi.org/10.1016/j.tca.2017.10.023Spinaa R., Spekowiusb M., Hopman C. Simulation of crystallization of isotactic polypropylene with different shear regimes // Thermochimica Acta. 2018. Vol. 659. P. 44–54. https://doi.org/10.1016/j.tca.2017.10.023Аммосова О.А. Численное моделирование теплового процесса сварки полиэтиленовых труб при низких температурах.: дис. … канд. техн. наук. Якутск, 2009. 126 с.Ammosova O.A. Chislennoye modelirovaniye teplovogo protsessa svarki polietilenovykh trub pri nizkikh temperaturakh. Kand diss. Yakutsk, 2009. 126 p.Starostin N.P., Ammosova O.A. Simulation of the thermal process of butt welding of polyethylene pipes at low temperatures // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2016. Vol. 89, N. 3. P. 714–720. https:// doi.org/10.1007/s10891-016-1430-8Starostin N.P., Ammosova O.A. Simulation of the thermal process of butt welding of polyethylene pipes at low temperatures // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2016. Vol. 89, N. 3. P. 714–720. https:// doi.org/10.1007/s10891-016-1430-8Starostin N.P., Vasilieva M.A., Ammosova O.A. Developing the process of welding of polypropylene pipes into a socket at low temperatures. Mechanics, resource and diagnostics of materials and structures (MRDMS-2016) // Proceedings of the 10th International Conference. – AIP Publishing. 2016. N. 1785, 040082. https://doi.org/10.1063/1.4967139Starostin N.P., Vasilieva M.A., Ammosova O. A. Developing the process of welding of polypropylene pipes into a socket at low temperatures. Mechanics, resource and diagnostics of materials and structures (MRDMS-2016) // Proceedings of the 10th International Conference. – AIP Publishing. 2016. N. 1785, 040082. https://doi.org/10.1063/1.4967139Vasilieva M.A., Starostin N.P. Modeling of thermal process of preheating polyethylene pipe and coupling with replaceable nozzles for socket welding at low temperatures // Proceedings of the 12th International Conference on Mechanics, Resource and Diagnostics of Materials and Structures (MRDMS-2018). – AIP Conference Proceedings. 2018. N. 2053. 040100. https://doi. org/10.1063/1.5084538Vasilieva M.A., Starostin N.P. Modeling of thermal process of preheating polyethylene pipe and coupling with replaceable nozzles for socket welding at low temperatures // Proceedings of the 12th International Conference on Mechanics, Resource and Diagnostics of Materials and Structures (MRDMS-2018). – AIP Conference Proceedings. 2018. N. 2053. 040100. https://doi. org/10.1063/1.5084538Gerasimov A.I., Danzanova E.V., Botvin G.V. Research methods of strength of weld seam of polymer pipes // Proceedings of the 12th International Conference on Mechanics, Resource and Diagnostics of Materials and Structures (MRDMS-2018). – AIP Conference Proceedings. 2018. N. 2053. 030018. https://doi. org/10.1063/1.5084379Gerasimov A.I., Danzanova E.V., Botvin G.V. Research methods of strength of weld seam of polymer pipes // Proceedings of the 12th International Conference on Mechanics, Resource and Diagnostics of Materials and Structures (MRDMS-2018). – AIP Conference Proceedings. 2018. N. 2053. 030018. https://doi. org/10.1063/1.5084379Старостин Н.П., Герасимов А.И., Данзанова Е.В., Ботвин Г.В., Андреев Б.И. Эффективность электромуфтовой сварки полиэтиленовых труб при низких температурах окружающего воздуха // Сварочное производство. 2017. № 11. С. 47–49.Starostin N.P., Gerasimov A.I., Danzanova E.V., Botvin G.V., Andreyev B.I. Effektivnost’ elektromuftovoy svarki polietilenovykh trub pri nizkikh temperaturakh okruzhayushchego vozdukha // Svarochnoye proizvodstvo. 2017. N. 11. P. 47–49.Данзанова Е.В. Сварка полиэтиленовых труб для газопроводов при естественно низких температурах: автореф. дис. канд. техн. наук. М.: РГУ им. И.М. Губкина, 2012. 18 с.Danzanova E.V. Svarka polietilenovykh trub dlya gazoprovodov pri yestestvenno nizkikh temperaturakh: Kand. diss. M., 2012. 143 p

The authors declare that there are no conflicts of interest present.