Деловая слава России


Новости


МЕЖОТРАСЛЕВОЙ АЛЬМАНАХ

Свежий номер альманаха, Архив номеров, Подписка на альманах, Реклама в альманахе, Контакты



РАЗВИТИЕ НАУКИ В РОССИИ



Опрос

Нужно ли стремиться вернуть в Россию учёных, уехавших жить и работать за границу?
Да, не стоит упускать умных и талантливых людей
Скорее да, но вряд ли наше государство сможет обеспечить им заграничный уровень жизни
Скорее нет, лучше обеспечить хорошие условия тем, что ещё не уехали
Нет, лучше вложить средства в воспитание и развитие молодых учёных
Другое








Деловая слава России » Наука » ОАО НПО Стеклопластик

Наука, Научные статьи: ОАО НПО Стеклопластик - 22-12-2013, 17:00

 ОАО НПО Стеклопластик

 

Александр Николаевич ТРОФИМОВ

 генеральный директор ОАО «НПОСтеклопластик», кандидат технических наук, член-корреспондент РИА

 

Алексей Федорович КОСОЛАПОВ

директор НПК «Композит» ОАО «НПО Стеклопластик», кандидат технических наук, почетный химик России

 

 

АНТИКОРРОЗИОННОЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТРУБОПРОВОДОВ И ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

 

При разработке композиционного антикоррозионного покрытия, предназначенного для защиты металлических конструкций от коррозии, исследования проводились ОАО «НПО Стеклопластик» на эпоксидных диановых смолах с различными отвердителями, пластификаторами, флексибилизаторами и наполнителями.

 

В качестве отвердителей исследовались амины алифатические — ПЭПА, ТЭТА, ароматические — ПАБ; 4.4’ДАДФН; полиэфирамин — Д230; аминофенол — АФ-2, основание Маниха EP, меркантиновый Cure WR-6; изоционатный типа ТТ-75 и третичные амины — ТЭА, УП 606/2 (таблица 1). Данные таблицы 1 показывают, что наиболее эффективными и технологически пригодными, обладающими доступной сырьевой базой являются ароматические амины, в частности «Арамин», который разработан и производится в ОАО «НПО Стеклопластик». Следует отметить, что ароматические амины являются отвердителями горячего отверждения, а «Арамин» —холодного отверждения.

 

Таблица 1. Физико-механические и технологические свойства покрытий на основе ЭД-20 и различных отвердителей

 

Вид отверди-
теля
Адгезионная
прочность кванто-
вой поверхности
металла, МПа
Адгезионная проч-
ность квантовой
поверхности сте-
клопластика, МПа
Время технологиче-
ской пригодности
для нанесения, мин
 ПЭПА  5,1  4,0  40
 ТЭТА  6,9  5,1
 45
 Полиэфирамин
Д-230
 8,4
 6,8
 145
 Cure EPJ-185  10,8  9,4  95
Cure WR-6  9,15 8,0
130
ТТ-75  9,45
8,2
55
Арамин
12,2
11,2
65
2-этил-4
метилимидазол
10,6
9,5 90
УП-606/2  8,8 8,3
45
АФ-2 7,2
6,9
35

 

 

В качестве ускорителя используется выбранная нами кислота. При этом изменением ее количества регулируется время отверждения, а в качестве пластификатора выступает или дибутилфталат (ДБФ), или продукт ЭДОС — смесь диоксановых спиртов и их высококипящих эфиров. Следует отметить, что при использовании ДБФ прочность и относительное удлинение выше, а водопоглощение ниже, чем при использовании ЭДО-Са. В последнем случае выше адгезионная прочность.

 

 В пользу выбора отвердителя «Арамин» свидетельствует то обстоятельство, что особенностью отверждения эпоксидных композиций является одновременное протекание и взаимоусиление процессов химического и физического пространственного структурирования. Следовательно, высокие когезионные и адгезионные свойства эпоксидных композиций определяются как химическим взаимодействием функциональных групп смолы и отвердителя, так и межмолекулярным взаимодействием за счет сил физической природы, причем межмолекулярное взаимодействие тем сильнее, чем больше в составе покрытия высокополярных групп. В составе «Арамина» помимо NH2-групп присутствует достаточное количество высокополярных спиртовых, простых и сложноэфирных групп. С технологической точки зрения, на первой стадии при нанесении покрытия это связано с необходимостью замедления нарастания вязкости, от которого зависит качество нанесения покрытия. Замедление нарастания вязкости осуществляется через ослабление физического межмолекулярного взаимодействия путем введения в отверждаемую систему регуляторов физического взаимодействия, не встраивающихся в сетчатую структуру, то есть пластификаторов. Вторым фактором, влияющим на структурирование полимерной композиции, является внутрицепная нестойкость, понижение которой осуществляется путем введения флексибилизаторов, то есть компонентов, встраивающихся в сетчатую структуру, изменяющих ее технологию за счет снижения количества и функциональности узлов и увеличения межузлового расстояния.

 

В качестве флексибилизаторов частиспользуются алифатические эпоксидные смóлы. Следовательно, воздействуя на молекулярную подвижность эпоксидных композиций структурой и количеством пластификаторов и флексибилизаторов, можно регулировать не только их технологические (вязкость, жизнеспособность), но и физико-механические (прочность, модуль упругости, адгезия, относительное удлинение), и теплофизические (температура стеклования) свойства.

 

 

ОАО НПО Стеклопластик

 

 

Рис.1. Зависимость адгезионной прочности от времени отверждения при различной концентрации добавок пластификатора: 1 — 0; 2 — 2,5; 3 — 5,0; 4 — 10; 5 — 15 масс. % ДБФ

 

Влияние на свойства покрытия состава пленкообразователя изучалось введением различных пластификаторов, флексибилизаторов и наполнителей. На рис. 1 приведены данные по влиянию количества ДБФ на адгезионную прочность. Как видно из рисунка, зависимость τадг. от времени отверждения проходит через два максимума. С ростом концентрации ДБФ экстремальные значения прочности возрастают, причем особенно существенный рост tадг. наблюдается в случае первичного максимума. Кроме того, видно, что добавки ДБФ замедляют процесс эпоксиаминного отверждения, но при этом способствуют достижению более высокой конечной конверсии функциональных групп.

 

 

Таблица 2.   Влияние добавок ДЭГ-1 в качестве флексибилизатора на свойства покрытия


№ п/п

 

Соотношение ЭД-20/ДЭГ-1

 

τадг., МПа σр, Мпа εp, %

 

1

 

100/1 8,8 20,5 5

 

2

 

100/10 9,5 22,5 8

 

3

 

100/20

11,5 30,0 19

 

4

 

100/40 11,2 16,4 21

 

5

 

100/60 8,7 27,4 25

 

6

 

100/80 >17,3 35,3 38

 

7

 

0/100 2,1 4,2 95

 

 

 

Введение в исходную композицию в качестве флексибилизатора эпоксидной алифатической смолы ДЭГ-1 в исходную композицию ЭЛ-20+«Арамин» также приводит к существенному росту адгезионной прочности. Как видно из таблицы 2, с увеличением роста содержания ДЭГ-1 в смеси с ЭД-20 адгезионная прочность практически так же, как и когезионная прочность при разрыве σр самого покрытия, проходит через два максимума. Один из них проявляется в районе массового соотношения ЭД-20/ДЭГ-1, равного 5/1, второй — 5/4; в то же время разрывная деформация покрытия εp с ростом содержания ДЭГ-1 непрерывно растет. По-видимому, неболие добавки ДЭГ-1 в первую очередь повышают релаксационные характеристики композиции, понижая тем самым величину остаточных внутренних напряжений и плотность упаковки сетчатого полимера в стеклообразном состоянии. Вторичный максимум существенного роста когезионной и адгезионной прочности можно связать с переходом процесса НТО к условию Тотв.= T∞/cm` при котором достигается практически полное превращение функциональных групп покрытия, отверждаемого при комнатной температуре. Влияние добавок лапкросида в качестве флексибилизатора показано в таблице 3. Данные таблицы показывают, что введение 20% лапросида приводит к лучшим показателям покрытия по когезионной прочности, водопоглощению и температуре стеклования.

 

 

 

Таблица 3.  Влияние добавок лапроксида на свойства покрытия

 

Количество лапроксида σр, Мпа

 

 

  Водопоглощение W

за 24     часа   

 

 W1000час  

  Тд      

 

10

 

 

37,1

 

 

0,66

 

 

3,8

 

 

42

 

 

20

 

 

40,5

 

 

0,35

 

 

2,3

 

 

76

 

 

30

 

 

24,5

 

 

0,50

 

 

2,9

 

 

60

 

 

40

 

 

30,6

 

 

0,77

 

 

5,0

 

 

50

 

 

 

 

С позиции вышесказанного исследовано влияние добавок воды на свойства покрытия. Прежде всего отметим, что для исходной композиции ЭД-20 + «Арамин» все кинетические параметры таблицы 4 (максимальная приведенная скорость отверждения Wmax`, время достижения нулевой скорости отверждения τ и предельная, выделившаяся теплота процесса отверждения Q) в зависимости от концентрации добавки воды проходят через максимум (рис. 2). Адгезионная прочность, измеренная после выхода калориметрической кривой на нулевое значение, то есть при практически полном прекращении реакции отверждения, симбатно кинетическим параметрам также проходит через максимум (рис. 2) в той же области концентраций 2,5 масс. %. При увеличении концентрации воды происходит падение свойств композиции, что, повидимому, связано с выпадением воды в отдельную фазу. На это указывают визуальное изменение степени прозрачности отвержденных образцов, а также данные термомеханического анализа.

 

 

РИС 2

 

Рис. 2. Зависимость кинетических параметров отверждения (время достижения нулевой скорости отверждения τ, (1), максимальная приведенная скорость отверждения Wmax (2), предельная выделившаяся теплота отверждения Q (3) и адгезионная прочность τадг (4) от концентрации добавки воды

 



Данные термомеханического анализа показывают (см. таблицу 4), что при варьировании содержания воды начальная и средняя температуры процесса стеклования отверждаемых композиций практически не меняются. В основном происходит изменение температуры размягчения, то есть уширение интервала процесса стеклования в сторону более низких температур. О выделении воды в отдельную фазу свидетельствуют появление новых низкотемпературных переходов, связанных с размораживанием подвижности самой воды (–8 ÷ 4 oС), и появление пластифицированных структурных микрообластей.

 

 

Симбатный характер изменения кинетических и прочностных параметров свидетельствует о том, что наблюдаемое упрочнение адгезии в присутствии небольших количеств воды должно быть вызвано ростом степени отверждения композиции. На наш взгляд, этот эффект не связан существенно с химическим влиянием воды в качестве ускорителя реакции. Масштаб изменения величины максимальных скоростей отверждения сопровождается не снижением, как можно было бы ожидать, а наоборот, ростом времени окончательного отверждения. Это дает основание предположить, что вода прежде всего оказывает физическое влияние на процессы низкотемпературного отверждения в качестве пластификатора.

 

Действительно, как указывалось выше, в случае низкотемпературного отверждения, в момент достижения отверждаемой композицией температуры стеклования, равной температуре отверждения, происходит резкое снижение скорости взаимодействия функциональных групп покрытия. Вода, действуя как пластификактор, повышающий молекулярную подвижность композиции, вызывает понижение текущей температуры стеклования данной композиции. В связи с этим физическое торможение процесса отверждения наступает при более высоких степенях превращения функциональных групп (при большей степени сшивки), что и приводит к более растянутому во времени процессу отверждения. При этом достигается прежнее значение температуры стеклования композиции, что и в отсутствие воды. Новая порция воды вновь понижает Тст, что опять стимулирует дополнительное превращение функциональных групп, рост времени завершенности процесса и, соответственно, рост степени сшивки, компенсирующий снижение Тст до предыду-щего уровня. Таким образом, неизменный характер средней температуры стеклования при варьировании содержания воды также подтверждает высказанную выше точку зрения на физическую природу наблюдаемого эффекта упрочнения покрытия.

 

На основании проведенных исследований экспериментально показана важная структурно-кинетическая роль пластификатора и флексибилизаторов при формировании покрытия в условиях низкотемпературного отверждения, в том числе и при наличии небольших количеств воды. На свойства покрытия значительное влияние оказывает введение различных наполнителей. Лучшие результаты получены при введении в качестве наполнителя слюды (таблица 5).

 

Данные таблицы показывают, что введение слюды улучшает водостойкость композиции. Для предлагаемого покрытия выбрано наполнение в количестве 30% по массе. Увеличение наполнения приводит к резкому повышению вязкости и невозможности качественного нанесения. Проведенные исследования были положены в основу при разработке антикоррозионного покрытия АП-1 на соответствие требованиям ГОСТ Р 51164-98 и Техническим требованиям ОАО «Газпром» как импортозаменяющее, экологически чистое покрытие. АП-1 разработано на основе эпокиуретановых композиций и является новой модификацией противокоррозионных покрытий, выпускаемых ОАО «НПО Стеклопластик» для защиты внутренних и внешних поверхностей аппаратов, работающих под давлением в химической, нефтехимической промышленности и энергетике.

 

АП-1 применяется для защиты от коррозии наружной поверхности:

 

• стальных магистральных трубопроводов всех диаметров, транспортирующих природный газ, нефть и нефтепродукты, и фасонных частей к ним;

• трубопроводов компрессорных, газораспределительных и насосных станций;

• промысловых газопроводов;

• нефтебаз (включая резервуары);

• подземных хранилищ газа;

• трубопроводов теплоэлектростанций, соединенных с магистральными трубопроводами;

• переходов «земля — воздух»;

• аварийного запаса;

• трубопроводов на других аналогичных промышленных площадках подземной, наземной (в насыпи) и надземной прокладки.

 

 

Отличительными особенностями антикоррозионного покрытия АП-1 являются:

 

• температура эксплуатации покрытия от –60 oС до +80 oС;

• возможность нанесения покрытия при относительной влажности воздуха до 100%;

• возможность ручного нанесения (кистью, валиком, шпателем) при небольших объемах восстановления изоляции, в частности при выборочных ремонтах и ремонтах выхода трубопровода «земля — воздух»;

• простое, надежное и дешевое оборудование отечественного производства для нанесения покрытия при больших объемах ремонта;

• возможность формирования комбинированного покрытия на основе АП-1 и композиционной ленты для наиболее коррозионно-опасных участков;

• отсутствие усадки;

• химическая стойкость покрытия в «сырой» нефти, нефтепродуктах, смесях, содержащих сероводород;

• экономичность (возможность регулировать величину ударной прочности в зависимости от назначения покрытия путем изменения толщины покрытия и, следовательно, его расход);

• простота совмещения АП-1 со старой (заводской) ленточной изоляцией;

• возможность применения для защиты газопроводов надземной прокладки и аварийного запаса;

• экологичность покрытия, позволяющая применять его как в трассовых, так и в заводских и базовых условиях для защиты запорной арматуры и фасонных деталей;

• ремонтопригодность покрытия АП-1 (при повреждении покрытия в ходе транспортировки и разгрузки защищенных изделий поврежденное место легко восстанавливается);

• возможность нанесения на влажную поверхность;

• расход АП-1 — в среднем от 1,5 до 2 кг на 1 м2.

 

 

АП-1 наносится на трубы, соединительные детали трубопроводов и запорную арматуру в цеховых и базовых условиях, на магистральные и промысловые газопроводы в трассовых условиях при текущем (защита сварных стыков при врезке катушек, восстановлении изоляции при выборочном ремонте по технологии «холодной сварки») и капитальном ремонте. При защите подземных переходов для усиления ударной прочности покрытия АП-1 применяется армирование стеклосеткой. Покрытие АП-1 химически стойко к сероводороду, нефти и нефтепродуктам.

 

Сравнительные характеристики эпоксиуретанового покрытия АП-1 и других

покрытий приведены в таблице 6.

 

В исходном состоянии по приведенным характеристикам практически все покрытия удовлетворяют требованиям ОАО «Газпром». Однако эти требования должны сохраняться при эксплуатации в течение не менее 30 лет. Наиболее важным показателем для определения срока службы покрытия является водопоглощение при различных температурах.

 

В процессе разработки и испытаний покрытия АП-1 контроль на соответствие ГОСТ Р 51164-98 и Техническим требованиям ОАО «Газпром» проводился ООО «ВНИИГАЗ» и Челябинским отделением НТЦ ООО «Уралтрансгаз».

 

Результаты испытаний покрытия АП-1 в условиях Челябинского отделения НТЦ ООО «Уралтрансгаз» представлены в таблице 7.

 

Данные таблицы показывают, что водопоглощение покрытия АП-1 при повышенных температурах 60 и 80 oС после выдержки в течение 400 часов имеет одинаковое значение с показателем водопоглощения, измеренным при 20 oС, а затем становится ниже.

 

Эти результаты подтверждаются и данными, полученными в исходном состоянии после нанесения АП-1 на трубопровод, и через 2 года эксплуатации при шурфовании этого участка трубопровода (таблица 8).

 

Вода и водные растворы неорганических солей выступают в роли химически агрессивных сред по отношению к полимерным покрытиям подземных трубопроводов. При изучении химической стойкости полимерных материалов и защитных свойств покрытий на их основе определяют массу агрессивной жидкости, проникающей в полимер по привесу. Для расчета долговечности покрытия АП-1 в качестве критерия оценки использован показатель водопоглощения за различный период воздействия воды в соответствии с ГОСТ 12020-72 (стандарт СЭВ 428-77) «Пластмассы. Методы определения стойкости к действию химических сред» и ГОСТ Р51164-98 «Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии». За долговечность покрытия принимается период времени, в течение которого прогнозируемое водопоглощение пленки покрытия достигнет 5%. График, построенный по данным таблицы 8 для АП-1 (рис. 3), показывает, что прогнозируемый срок этого покрытия с учетом 5%-ного запаса функциональности составляет 42 года.

 

Практическое использование покрытия АП-1 приведено на фото. На АП-1 разработаны Технические условия и «Инструкция по нанесению покрытия АП-1», согласованные с ОАО «Газпром», получены Сертификат соответствия и санитарно-гигиеническое заключение. Производство АП-1 организовано на ОАО «НПО Стеклопластик».

 


Литература:

 

1. Гончаров В.М., Капцов И.И., Россоха А.М., Скрильник В.В. Эпоксидно-битумное покрытие для антикоррозионной защиты трубопроводов // Нефтяная и газовая промышленность. 1998. № 1. С. 37.

 

2. Груздев А.А., Тютьнев А.М., Черказов Н.М. Новые материалы, технологии и оборудование для защиты магистральных нефтепроводов от коррозии // Трубопроводный транспорт нефти. 1998. Вып. 32. С. 20–21.

 

3. Гумеров Р.С., Лебеденко В.М., Рамеев М.К., Ибрагимов М.Ш. Опыт применения липких лент для антикоррозионной защиты нефтепроводов // Трубопроводный транспорт нефти. 1966. № 1. С. 23.

 

4. Кочнова З.А., Шодэ Л.Г. Эпоксидные пленкообразователи. 1994. № 9–10. С. 42–47.

 

5. Кочнова З.А., Шодэ Л.Г. Отвердители для эпоксидных пленкообразователей. 1995. № 3–4. С. 42–47.

 

6. Кузнецов М.В., Новосёлов В.Ф., Тугунов П.И. и др. Противокоррозионная защита трубопровода и резервуаров. М.: Недра, 1992. 238 с.

 

7. Орехов В.В., Бычков Р.А. Новое технологическое решение при восстановлении антикоррозионного покрытия трубопроводов // Нефтепромысловое дело. 1966. № 3. С. 35.

 

8. Перлин С.М., Макаров В.Г. Химическое сопротивление стеклопластиков. М.: Химия, 1988. 184 с.

 

9. Попова Т.В. Полиаминные отвердители для эпоксидных лакокрасочных материалов: автореф. дис. канд. хим. наук. 2000.

 

10. Семёнова И.В., Флорианович Г.М., Хорошилов А.В. Коррозия и защита от коррозии / Под ред. И.В. Семёновой. М.: Физматлит, 2002. 336 с.

 

11. Смирнов Ю.Н., Шацкая Т.Е., Натрусов В.И. Структурнокинетические особенности формирования прочностных свойств эпоксиаминных связующих при низких температурах // Пластмассы. 2004. № 8. С. 26–30.

 

12. Сооружение и ремонт газонефтепроводов и газохранилищ: Сб. науч. тр. / Редкол.: А.Г. Гумаров и др. Уфа: изд-во УГНТУ, 2002. 232 с.

 

13. Сооружение, ремонт и диагностика трубопроводов: Сб. науч. тр. УГНТУ. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2003. 242 с.

 

14. Учайкин В.С. Антикоррозионное трехслойное полиэтиленовое покрытие стальных труб диаметром 530–1420 мм.// Транспортировка нефтепродуктов. 1999.

№ 9–10. С. 15–17.

 

(Межотраслевой альманах ДСР №43/2013г.)


Таблица 2
Влияние добавок ДЭГ-1 в качестве флексибилизатора на свойства покрытия


Ключевые теги: НПО Стеклопластик
 

Другие новости по теме:


Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.


АКТУАЛЬНО

ПРИОРИТЕТНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ НАУКИ

» Большой выбор комплектующих для ПК

Календарь событий:

«    Август 2019    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
 

Архив новостей:

Август 2019 (1)
Июль 2019 (1)
Май 2019 (4)
Апрель 2019 (2)
Март 2019 (2)
Февраль 2019 (5)