На правах рукописиСОКОЛОВСЕРГЕЙ ВИТАЛЬЕВИЧГИБРИДНЫЕ ПЛАСТИКИ СЛОИСТОЙ СТРУКТУРЫ И БЕСТРАНШЕЙНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ РЕМОНТА ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ И КОММУНИКАЦИЙСпециальность: 05.17.06 – Технология и переработка полимеров и композитовАВТОРЕФЕРАТ на соискание ученой степени кандидата технических наукМосква - 2007Работа выполнена в Московской государственной академии тонкой химической технологии им. М. В. Ломоносова на кафедре «Химия и технология переработки пластмасс и полимерных композитов» и НПО «Стеклопластик»Научный руководитель Доктор технических наук, профессорСимонов-Емельянов Игорь Дмитриевич Официальные оппоненты Доктор технических наук, профессор^ Коврига Владислав Витальевич Доктор технических наук, профессорГоловкин Геннадий СергеевичВедущая организация – ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов» «ВИАМ» Защита диссертации состоится «28» мая 2007г. в 16-30 в ауд. 301 на заседании диссертационного совета Д 212.120.07 при МИТХТ им. М. В. Ломоносова по адресу: 119831, г. Москва, ул. М. Пироговская, дом 1.С диссертацией можно знакомиться в библиотеке МИТХТ им. М. В. Ломоносова Автореферат диссертации размещен на сайте www.mitht.ru Автореферат диссертации разослан 27 апреля 2007г.Отзывы и замечания просим направлять по адресу: 119571, г. Москва, пр. Вернадского, дом 86, МИТХТ им. М. В. Ломоносова. Ученому секретарю диссертационного совета.Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.120.07 доктор физ.-мат. наук, профессор В. В. Шевелев^ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. Реформа жилищно - коммунального хозяйства страны, намеченная Правительством страны, невозможна без проведения ремонтных работ сетей трубопроводов различного назначения и канализационных сетей, износ которых в настоящее время достиг 70%. В связи с этим на первый план выдвигается проблема разработки современных высокоэффективных материалов и технологий ремонта существующих трубопроводов. Как показывают расчеты и практика экономически выгодны, особенно в крупных городах, технологии ремонта, которые позволяют восстанавливать работоспособность подземных трубопроводов и канализационных сетей без проведения их вскрытия, так называемая бестраншейная технология ремонта. Условия проведения ремонта по бестраншейной технологии и эксплуатация трубопроводов предъявляют достаточно жесткие требования к выбору ремонтных материалов. Исходные компоненты и материал на стадии создания конструкции и во время ремонта должны обладать высокой деформируемостью, а при эксплуатации необходимо обеспечить конструкции герметичность, прочность, трещиностойкость, химическую стойкость и длительную работоспособность при воздействии различных факторов. Анализ проблемы показал, что в качестве ремонтного материала наиболее целесообразно использовать гибридные полимерные композиционные материалы (ПКМ) слоистой структуры (конструкции), которые при правильном выборе исходных компонентов и оптимальной технологии, полностью соответствуют предъявляемым технологическим, техническим, эксплуатационным и экономическим требованиям. Имеющиеся в научно-технической и патентной литературе данные, как по материаловедческим, так и технологическим вопросам данной проблемы, весьма ограничены и разрозненны, что не позволяет разработать научно обоснованную технологию получения ПКМ с заданными свойствами и эффективно проводить ремонтные работы трубопроводов и канализационных сетей по бестраншейной технологии.^ Цель работы заключается в разработке технологии получения гибридного ПКМ слоистой структуры с заданным уровнем технологических и эксплуатационных свойств и бестраншейной технологии ремонта трубопроводов и канализационных сетей с использованием разработанных ПКМ.^ Научная новизна работы заключается в том, что разработан комплексный подход создания высокоэффективной научно обоснованной технологии получения гибридных ПКМ слоистой структуры с позиций теории монолитности и требований к проведению ремонта подземных трубопроводов и канализационных сетей бестраншейным методом; установлены основные закономерности уплотнения и структурообразования дисперсных и волокнистых наполнителей разной структуры, предложена математическая модель для описания пропитки волокнистых наполнителей полимерными связующими в динамическом режиме с учетом влияния вязкости на угол смачивания и установлены технологические параметры получения ПКМ с пористостью не превышающей 4%; впервые установлена количественная связь характеристик исходных компонентов с коэффициентом монолитности ПКМ слоистой структуры на основе полиэфирной смолы марки ПН-1 и показано, что, чем выше монолитность материала, тем выше коэффициент интенсивности напряжений при разрушении, прочность и трещиностойкость ПКМ; показано, что гибридные ПКМ на основе полиэфирной смолы слоистой структуры, сочетающие в качестве наполнителя стеклоткань и нетканый материал на основе ПЭТФ - войлока, обладают высокой деформируемостью рукавной конструкции при ремонте трубопроводов и в 2 раза большей трещиностойкостью в условиях эксплуатации; установлено влияние воздействия агрессивных модельных сред на монолитность ПКМ, коэффициент интенсивности напряжений при разрушении, прочность, трещиностойкость и определены значения безопасного и критического напряжений, а также длительной прочности при эксплуатации ПКМ, специально разработанных для ремонта трубопроводов; оптимизированы технологические параметры получения ПКМ, отдельных стадий и всей технологии ремонта подземных трубопроводов и канализационных сетей в целом бестраншейным методом.^ Практическая значимость работы 1. Разработана бестраншейная технология ремонта подземных трубопроводов и канализационных сетей с помощью разработанных гибридных ПКМ слоистой структуры на основе смолы ПН-1 и проведены успешные ремонтные работы по восстановлению трубопроводов, водостоков и канализационных сетей в гг. Москве, Нижнем Новгороде, Твери и Московской области (г. Красногорск, Люберцы, Зеленоград и др.). Отремонтировано более 50км трубопроводов. 2. Организовано опытно-промышленное и промышленное производство на фирме «Комстек 92» (г. Москва) и НПО «Стеклопластик» (п. Андреевка, Московская область) новых гибридных ПКМ на основе полиэфирной смолы марки ПН-1 слоистой структуры оптимальных составов и рукавов разных типоразмеров. 3. Создано специальное оборудование для получения гибридных ПКМ слоистой структуры с требуемыми свойствами и проведения ремонтных работ по восстановлению трубопроводов и канализационных сетей в натурных условиях. 4. Разработаны практические рекомендации и комплект технической документации на производство рукавов из гибридных ПКМ и проведение ремонтных работ по восстановлению трубопроводов различного назначения и типоразмеров с использованием новых материалов и бестраншейной технологии. ^ Апробация работы основные результаты работы были доложены (2 доклада) на Международной конференции «Вопросы теории и расчета рабочих процессов тепловых двигателей», г. Уфа, 2004. ^ Содержание и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка использованных литературных источников и приложения. Общий объем диссертации составляет 180 страниц текста, содержит 51 рисунок, 14 таблиц и включает список литературы из 120 наименований. В приложении приведены акты внедрения результатов работы.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ^ Глава 1. Методы, технологии и основные требования к полимерным композиционным материалам для бестраншейного подземного ремонта трубопроводов и коммуникаций. В литературном обзоре рассмотрены основные методы и проблемы связанные с проведением ремонтных работ трубопроводов различного назначения, а также материаловедческие задачи по выбору исходных компонентов и созданию технологии получения ПКМ слоистой структуры с заданным комплексом свойств с позиций теории монолитности. Анализ научно-технической литературы позволил обобщить имеющиеся результаты и сформулировать основные задачи, направленные на создание рукавных гибких препрегов из гибридных ПКМ слоистой структуры, а также монолитной и прочной конструкции в виде трубы при ремонте трубопроводов по бестраншейной технологии. ^ Глава 2. Исследование состава, структуры и свойств ПКМ слоистой структуры для ремонта трубопроводов и коммуникаций по бестраншейной технологии. Вопросы выбора исходных компонентов, обоснование состава ПКМ, структуры и ее параметров, а также состояние границы раздела фаз являются основополагающими при конструировании ПКМ с комплексом заданных свойств, удовлетворяющих требованиям проведения бестраншейной технологии ремонта трубопроводов. Анализ бестраншейной технологии ремонта трубопроводов предопределяет слоистую конструкцию ПКМ, выбор в качестве гибкого прочного несущего рукава (наполнителя)– стеклоткани, слоя повышающего ударопрочность - нектанного полимерного войлока (ударопрочного наполнителя), а для герметизации конструкции при пропитке и отверждении - пленок из полиэтилена (внешний слой) и полиэтилентерефталата (внутренний слой). Пропитка материала, его монолитность (сплошность) обеспечивается полимерным связующим, которое позволяет на первой стадии получать гибкий рукав (препрег) с практически неотвержденным связующим, а на второй стадии прочный, герметичный ПКМ слоистой структуры и изделие в виде трубы, которая формируется внутри ремонтируемого дефектного трубопровода. ^ 2.1. Уплотнение дисперсных и армирующих наполнителей под давлением и структурообразование ПКМ. Для создания монолитных ПКМ необходимо иметь данные о параметрах их структуры, которые для наполненных систем задаются жестким наполнителем. Роль полимерного связующего (матрицы) сводится к объемному деформированию, обеспечению текучести наполненных систем, а также заполнению пористого пространства между частицами (волокнами) наполнителя и созданию монолитного ПКМ. Условия сплошности для ПКМ можно записать как – φ1 + φ2 + φi=1 (где φ- содержание компонентов). Основным параметром структуры наполненных ПКМ разного строения является – φмакс . Минимальное содержание связующего необходимого для заполнения пор (П) и создания монолитного ПКМ будет равно – (1 – φмакс ). В зависимости от строения наполнителя, его упаковки значение φмакс меняется и изменяется содержание полимерного связующего в ПКМ. В работе исследовали дисперсные, волокнистые, тканные и нетканные наполнители разного строения и природы. В качестве объектов использовали стеклосферы марки МС-7А, стеклоровинг рубленный с длиной волокон 7мм, рулонный нетканый стекломатериал МПС-А-35, нетканый листовой материал на основе полиэтилентерефталатных волокон ТУ 01867882 и стеклоткань марки – ТР-07. Уплотнение наполнителей под давлением изучали на специальной установке. Уплотнение всех систем происходит в три стадии, определяемых начальной пористостью и деформационными характеристиками наполнителей. На рис 1 в качестве примера приведена зависимость параметра φмакс от давления уплотнения для рулонного нетканого материала на основе волокон полиэтилентерефталата. Начальная пористость однослойных и многослойных образцов ПЭТФ - войлока (1 – φмакс ) - изменяется в пределах 50-55%, а вклад межслоевой пористости составляет не более 2-5%. Полимерные волокна, в отличие от стеклянных волокон и частиц под давлением до 8 МПа деформируются и существенно уплотняются, при этом φмакс достигает значения 0,99, а пористость материала - 1%. Плотность уплотненного материала стремится к значению истинной плотности ПЭТФ - волокна, равного 1320 кг/м3 . Количество полимерного связующего, которое поглощается нетканым ПЭТФ материалом, составляет 48 об. %, что хорошо согласуется со значением начальной пористости материала (П = 55%) При формовании изделия из материала, армированного ПЭТФ – войлоком, под давлением вследствие деформирования полимерных волокон количество полимерного связующего в ПКМ можно регулировать в пределах от 45 до 95 об. %, что приведет к изменению комплекса эксплуатационных свойств. Стеклоткани разного плетения под давлением уплотняются не более чем на 10-20% в зависимости от исходной структуры (за исключением тканей объемного плетения) и значение пористости снижается на 10-20%, а φмакс достигает значения равного 0, 65 – 0,7. Рис. 1 В результате проведенных исследований показана возможность направленного изменения структуры ПКМ и ее параметров путем изменения давления формования, а также определены условия получения монолитных ПКМ дисперсной и армированной структуры с порошкообразными, коротковолокнистыми, тканными, неткаными и каркасными наполнителями, что позволяет проектировать составы монолитных ПКМ разных типов структур.^ 2.2. Исследование процесса пропитки армирующих наполнителей полимерным связующим в динамических условиях. Процесс пропитки стекловолокнистных материалов полимерным связующим – одна из основных стадий получения монолитного ПКМ. Качество пропитки определяет монолитность, пористость, прочность ПКМ и стабильность его физико-механических характеристик в условиях эксплуатации. Процесс пропитки волокнистых наполнителей и получения качественных материалов рассмотрен с учетом динамики (скорости) нанесения связующего на волокно, пропитки по механизму фильтрации и влияния вязкостной составляющей связующего на смачивание. Приведены расчетные формулы, позволяющие рассчитать оптимальные скорости, время и давление пропитки материалов волокнистой слоистой структуры с заданными параметрами. Показано, что толщина слоя связующего наносимого на элементарное волокно в процессе его движения с заданной скоростью, возрастает с увеличением скорости и зависит от радиуса волокна, вязкости и поверхностной энергии связующего. Следует отметить, что количества наносимого связующего на элементарное волокно недостаточно для создания монолитного ПКМ. Расчет процесса пропитки по механизму фильтрации и с учетом влияния вязкостной составляющей на смачивание (статический и динамический угол) на практике приводит к одним и тем же результатам, однако предпочтение следует отдать более обобщенным зависимостям, полученным с использованием критерия Дерягина: При проведении пропитки в динамическом режиме, процессы являются термодинамически неравновесными и сопровождаются необратимыми диссипационными потерями энергии, а краевой угол смачивания, который принято называть в этом случае динамическим краевым углом смачивания θдин, зависит от статического краевого угла смачивания, а также и от скорости движения жидкости относительно твердой поверхности. На специальной установке НПО «Стеклопластик» для полимерных связующих на основе полиэфирной и эпоксидной смол были определены значения поверхностного натяжения (σ) статического (θ ст) и динамического (θ дин) углов смачивания при разных скоростях (W). В случае динамического краевого угла смачивания дин 60о, величина дин практически гарантирует хорошее качество пропитки (пористость менее 2%). При превышении величины дин 60о наблюдается резкий рост пористости пропитанных образцов с увеличением динамического краевого угла смачивания. При критическом значении динамического краевого угла смачивания получено уравнение, которое позволяет рассчитывать оптимальную скорость пропитки Wопт (пористость изделий менее 2-4%): Для упрощения нахождения оптимальной скорости пропитки Wопт была построена номограмма (Рис. 2), позволяющая с достаточной для инженерных расчетов точностью находить численные значения Wопт в зависимости от характеристик связующих (m, s, qст), охватывающих практически весь диапазон их реальных значений. Рис. 2. Номограмма для определения оптимальной скорости пропитки Wопт.^ 2.3. Критерии физико-механической совместимости армирующего наполнителя с полимерным связующим и конструирование слоистой структуры ПКМ. Материал для ремонта трубопроводов должен быть на стадии монтажа гибким и эластичным, а при эксплуатации монолитным, герметичным и обеспечивать прочность несущей конструкции в течение длительного времени. К выбору исходных компонентов ПКМ следует подходить с позиций анализа их совместной работы при нагружении и обеспечении монолитности ПКМ при эксплуатации. Ранее были предложены условия обеспечения монолитности и физико-механической совместимости армирующего наполнителя и полимерного связующего в виде следующей системы неравенств:Ec/Ea 0,06; с /а 1,5; с /а 0,06; с /а 0,04 где Е, , , соответственно, модуль упругости, деформация, прочность при растяжении и сдвиге; индекс «с» относится к связующему, «а» к армирующему наполнителю. Выполнение приведенных условий по монолитности являются обязательными для получения высокопрочных и герметичных материалов. Как было показано, удельный вклад параметров - адг, с и c в свойства композита неодинаков. В табл. 1 приведены значения коэффициентов значимости этих параметров.^ Таблица 1 Коэффициенты значимости упруго-прочностных свойств элементов ПКМ Вид нагружения Коэффициент значимости параметров E адг Растяжение 0,06 - 0,20 0,74 Сжатие - 0,17 0,34 0,49 Сдвиг - 0,16 0,20 0,64 Введем коэффициенты отклонения, показывающие, насколько свойства связующего соответствуют теоретическим значениям, найденным из критериальных уравнений:. Тогда за меру монолитности (М) ПКМ можно принять некоторый функционал , представив его в виде линейной комбинации i и i, : . В табл. 2 приведены необходимые для расчета значения М данные по наполнителю, полимерным связующим и коэффициентов отклонения i . Таблица 2. Упруго-прочностные характеристики связующих и стекловолокна марки Е Характеристики Стекловолокно марки Е Условия совместной работы волокно - связующее Требования ксвязующему i ПН-1 ЭД-20 ПН-1 ЭД-20 , МПа 2350 60 80 140 0,43 0,57 Е х 10-4, МПа 7,5 0,3 0,4 0,45 0,67 0,89 , % 3 3,5 0,3 4,5 0,78 0,67 τадг. - 42 60 94 0,455 0,64 Значение коэффициента М для выбранных материалов будут равны: - для полиэфирного связующего М = Σii= 0,62 х·0,45 + 0,25 х 0,43 + 0,17 х 0,67 = 0,5 - для эпоксидного связующего М = Σii= 0,62 х 0,64 + 0,25 х 0,57 + 0,17 х 0,89 = 0,69 Как видно из приведенных расчетов, что эпоксидное связующее более эффективно, однако, учитывая стоимость смолы и комплекс требований к ПКМ целесообразно использовать в качестве связующего менее дефицитную и более дешевую полиэфирную смолу марки ПН-1. С увеличением значения коэффициента М физико-механические свойства ПКМ возрастают. Коэффициент монолитности может быть использован в качестве критерия физико-механической совместимости свойств армирующего наполнителя и полимерного связующего, для прогнозирования прочности ПКМ по известным свойствам и содержанию исходных компонентов.^ 2.6. Исследование трещиностойкости ПКМ слоистой структуры и ее связь с монолитностью и прочностью композитов Трещиностойкость ПКМ и критический коэффициент интенсивности напряжений (KQ) для случая обобщенного плоского напряженного состояния материала, определяемого в момент начала роста трещины (надрез), являются основными характеристиками, определяющими работоспособность и герметичность конструкции. Одним из наиболее сложных моментов при определении роста трещины является установление точного времени начала ее роста. Было предложено одновременно с записью кривой «усилие – смещение» проводить запись в реальном масштабе времени дифференциальных и интегральных параметров акустической эмиссии. Таким образом, удалось создать новую экспериментальную установку в НПО «Стеклопалстик» и методику, позволяющую одновременно регистрировать как физико-механическое воздействие на образец ПКМ, так и акустические сигналы, образующиеся при его разрушении и начале роста самой трещины в материале. Экспериментальным путем было установлено, что минимальная амплитуда импульса акустической эмиссии, связанного с началом микроразрушения исследуемых композитов, составляет 50 мкВ. Сигналы акустической эмиссии амплитудой менее 100 мкВ связаны с накоплением микротрещин в материале. За начало роста магистральной трещины нами принимался момент появления характерного скачка на диаграмме «усилие-смещение» и появление сигнала превышающего уровень 150 мкВ. Полагая, что процесс микроразрушения композита представляет собой процесс зарождения микротрещин, обозначим коэффициент интенсивности напряжений, соответствующий этому процессу – K0. При установлении на диаграмме «усилие – смещение» моментов возникновения первых сигналов акустической эмиссии и начала роста трещины можно определить значения K0 и KQ по соотношениям: где P0 и PQ – нагрузка соответственно в момент получения первого сигнала акустической эмиссии и начала роста трещины; V0 и VQ – раскрытие берегов трещины соответственно в момент первого сигнала акустической эмиссии и начала роста трещины; b – толщина образца в окрестности вершины трещины-надреза, l – исходная длина трещины (надрез). В работе проведены исследования отвержденной полиэфирной смолы марки ПН-1, а также ПКМ на ее основе. Было изучено влияние наполнителей разной структуры на трещиностойкость. Испытания проводили на образцах: ПН-1 + ПЭТФ - войлок, ПН-1 + стеклоткань и ПН-1 + ПЭТФ – войлок + стеклоткань. В табл.3 представлены значения коэффициентов K0 и KQ композиционных материалов на основе полиэфирной смолы ПН-1. Таблица 3 Значения K0 и KQ для полиэфирной смолы и композиционных материалов Материал K0, Н/мм3/2 Коэффициент вариации по K0,, % KQ, Н/мм3/2 Коэффициент вариации по KQ, % ПН-1 18 9,0 18 9,0 ПН-1 + ПЭТФ - войлок 30 10 30 11 ПН-1+ стеклоткань 50 11 115 12 ПН-1 + ПЭТФ – войлок + стеклоткань 67 14 130 14 Из полученных данных следует, что чем больше коэффициент интенсивности напряжений, тем выше трещиностойкость композиционного материала. Введение в полиэфирную смолу наполнителей и создание гетерогенной структуры материала приводит к повышению коэффициента KQ. Для создания высокопрочных материалов с повышенными значениями трещиностойкости для трубопроводов следует использовать слоистую структуру ПКМ, состоящую слоя стеклоткани, полимерного войлока и полимерного связующего на основе полиэфирной или эпоксидной смолы. Параметры трещиностойкости композита K0 и KQ симбатно связаны с его прочностью и монолитностью. На рис. 3 приведены зависимости определяющие связь коэффициентов монолитности стеклопластиков с их прочностью и трещиностойкостью. Р ис.3. Зависимости K0 , KQ и р ПКМ от их монолитности: 1 – ЭДТ-10 + ПЭТФ-СП, 2 – ПН-1 + ПЭТФ-СП, 3 – ПН-16 + ПЭТФ-СП, 4 – ПН-10 + ПЭТФ-СП С увеличением коэффициента монолитности ПКМ возрастает его трещиностойкость и комплекс физико-механических характеристик при условии отсутствия в материале дефектов в виде пор, что обеспечивается технологией пропитки, рассмотренной выше. Наибольшей трещиностойкостью обладает трехслойный материал следующей конструкции: слой стеклоткани + слой ПЭТФ – войлока + слой стеклоткани. Однако с увеличением содержания стеклоткани в конструкции материала для ремонта трубопроводов резко возрастает масса одного погонного метра рукава, что существенно затрудняет проведение монтажных работ. Предпочтение в этом случае следует отдать двухслойной конструкции материала, включающей слой из ПЭТФ – войлока и стеклоткани. Таким образом, впервые для композиционных материалов слоистой конструкции на основе полиэфирной смолы с высокой надежностью определены экспериментальные значения коэффициентов концентрации напряжений и установлена связь между свойствами исходных компонентов и монолитностью ПКМ с их трещиностойкостью, что позволяет целенаправленно конструировать ПКМ и создавать высокопрочные и трещиностойкие материалы.^ Глава 3 Исследование влияния воздействия агрессивных сред на эксплуатационные характеристики ПКМ слоистой структуры на основе полиэфирной смолы Полимерные композиционные материалы, используемые для ремонтных работ по восстановлению трубопроводов, в процессе эксплуатации под воздействием различных сред могут изменять свои исходные характеристики, что может привести к выходу из строя трубопровода, нарушить его герметичность. В связи с этим возникают две проблемы при моделировании поведения ПКМ при эксплуатации: наиболее правильно смоделировать состав агрессивных сред и температурно-временные условия проведения испытаний. Несомненно, что основной средой является вода, а в качестве агрессивных реагентов могут быть использования растворы щелочей и кислот в воде. Вода, проникая в ПКМ, нарушает взаимодействие на границе раздела фаз, а гидролиз может разрушить химические связи, что приведет к резкому снижению прочности материала (в 2-3 раза) после его выдержки в воде. Присутствие щелочей и кислот может привести к различным химическим реакциям, как стекловолокна, так и полимерного войлока и связующего. Все эти процессы не удается заранее спрогнозировать, что требует проведения соответствующих исследований. Водостойкость разработанных композитов определяли по изменению массы образцов после экспозиции их в воде в течение времени, необходимого для установления сорбционного равновесия при температуре 200С, а стойкость к агрессивным средам - к 10%-ной H2SO4 и NaOH при выдержке образцов в кислоте и щелочи в течение 43 и 150 суток. Испытания проводили по ГОСТ 12020-72. По экспериментальным данным, основываясь на оценке химстойкости по установленным согласно ГОСТ показателям, исследованные композиты, предназначенные для ремонта трубопроводов можно отнести к химически стойким.^ 3.1. Определение коэффициента монолитности ПКМ слоистой структуры после воздействия агрессивных сред В критериальные показатели, описывающие условия монолитности композита, входят упруго-прочностные характеристики армирующего наполнителя полимерного связующего и границы раздела фаз, которые существенно зависят от внешнего воздействия (температура, давление, облучение и т.д.) и вида агрессивной среды (вода, кислота, щелочь). Совокупность этих параметров обуславливают условия работы изделия из ПКМ в процессе его эксплуатации. В первом приближении получим, где c0, адг0, с0, Ес0 – кратковременные значения упруго-прочностных характеристик связующего при нормальном режиме эксплуатации: kI (i = 1 4) – коэффициенты, учитывающие изменение свойств связующего под воздействием агрессивной среды. Анализ полученных экспериментальных данных показывает, что упруго-прочностные характеристики ПКМ после воздействия агрессивных сред достаточно хорошо описываются степенными зависимостями. При этом значения коэффициентов равны К1= 0,03 1/мес.; К2= 0,03 1/мес.; К4= 0,02 1/мес. Для случая воздействия различных эксплуатационных факторов на ПКМ получили следующие коэффициенты монолитности для ПКМ: Как показывают результаты наибольшее влияние на монолитность ПКМ оказывает воздействие 10-% NаОН и наименьшее вода. Причем коэффициент монолитности ПКМ снижается с 0,5 до соответственно - 0,35 – вода, 0,31 – кислота и 0,26 – щелочь, что может привести к снижению прочности и трещиностойкости материала.^ 3.2. Исследование кинетики разрушения и трещиностойкости ПКМ слоистой структуры в условиях воздействия агрессивных сред С использованием приведенной выше методики (см. гл. 2) провели оценку воздействия различных эксплуатационных факторов на вязкость разрушения композитов. Оценку степени одновременного воздействия агрессивных сред и температур на вязкость разрушения композиционных материалов проводили на образцах композитов, предварительно экспонированных в дистиллированной воде, 10%-м растворе H2SО4 и 10%-м растворе NaOH в воде при 293, 323 и 353 K. Образцы испытывали после выдержки в агрессивной среде в течение 3, 6, 9 и 12 месяцев. Статистическая обработка полученных результатов показала, что характер зависимости между трещиностойкостью и эксплуатационными факторами удовлетворительно описывается экспонентой: где KQXt – текущее значение KQ при воздействии эксплуатационных факторов (среда, температура, нагрузка); KQX0 – начальное значение KQ для ПКМ; X – эксплуатационные факторы; t – время экспозиции материала при воздействии эксплуатационных факторов; Bx – скорость изменения KQ при заданном X. В координатах lnKQ X зависимость вязкости разрушения композиционных материалов от воздействия эксплуатационных факторов представляет собой прямую: ln Из полученных данных (табл. 4)следует, что наиболее трещиностойким материалом при нормальных условиях эксплуатации является выбранный в качестве материала трубопроводов композит на основе смолы ПН-1, стеклоткани и ПЭТФ - войлока. В случае воздействия эксплуатационных факторов (H2О, H2SО4, NaOH и температуры) наибольшая скорость снижения трещиностойкости наблюдается у композита на основе стеклоткани, наименьшая - у композита на основе ПЭТФ - войлока. Композит же на основе их комбинации сочетает в себе достаточно высокую трещиностойкость, как при нормальных условиях, так и при воздействии эксплуатационных факторов.Таблица 4. Трещиностойкость композита ПН-1 + стеклоткань+ ПЭТФ - войлок после экспозиции в агрессивных средах при повышенных температурах КQ н/мм3/2 Т0К Среда КQt (н/мм3/2) после эксплуатации в течение, мес. 3 6 9 12 130 293 А 105 20 82,5 79 130 293 Б 74 39 33 29 130 293 В 67 26 21 18