Влияние низкой температуры на надмолекулярную структуру материала сварного соединения полимерных труб

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.

1. Перепелкин В.П. Полипропилен, его свойства и методы переработки. Л.: ЛДНТП, 1963. 256 c.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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).

7. 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.

8. Комаров Г.В. Соединение деталей из полимерных материалов: Учебное пособие. СПб.: Профессия, 2006. 592 с.

9. Зайцев К.И., Мацюк Л.Н., Богдашевский А.Г. Сварка полимерных материалов: Справочник. М.: Машиностроение, 1988. 312 с.

10. 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.

11. СП 40-101-96. Свод правил по проектированию и монтажу трубопроводов из полипропилена

12. «Рандом сополимер». М.: ГУП ЦПП, 1997. 33 с.

13. ВСН 003-88. Строительство и проектирование трубопроводов из пластмассовых труб. М: Ротапринт ВНИИСТа, 1990. 107 с.

14. 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.55.1

15. Рамбиди Н.Г. Структура полимеров – от молекул до наноансамблей: Учебное пособие. Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2009. 264 с.

16. Каргин В.А., Слонимский Г.Л. Краткие очерки по физико-химии полимеров. М.: Химия, 1967. 232 с.

17. Жирнов А.Е., Аржаков М.С. Структура полимеров. Методическая разработка для теоретического курса и лабораторных работ по высокомолекулярным соединениям. М.: МГУ, 2013. 41 с.

18. Кучменова Л.Х. Термические свойства полимер-полимерных композитов на основе полипропилена.: дис. канд. техн. наук: Нальчик. 2014. 125 с.

19. 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.2017.10.023

20. Аммосова О.А. Численное моделирование теплового процесса сварки полиэтиленовых труб при низких температурах.: дис. … канд. техн. наук. Якутск, 2009. 126 с.

21. 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/s10891-016-1430-8

22. Starostin 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/10.1063/1.4967139

23. Vasilieva 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/10.1063/1.5084538

24. Gerasimov 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/10.1063/1.5084379

25. Старостин 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.

26. 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.