RU2635728C2 - Method of manufacturing combined pressure pipes - Google Patents
Method of manufacturing combined pressure pipes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2635728C2 RU2635728C2 RU2016104104A RU2016104104A RU2635728C2 RU 2635728 C2 RU2635728 C2 RU 2635728C2 RU 2016104104 A RU2016104104 A RU 2016104104A RU 2016104104 A RU2016104104 A RU 2016104104A RU 2635728 C2 RU2635728 C2 RU 2635728C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipe
- binder
- polymer
- composite
- carried out
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 12
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 41
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 26
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 19
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 claims abstract description 8
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000005495 cold plasma Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 claims abstract 3
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 claims abstract 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 4
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 21
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 8
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 abstract description 6
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 32
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 19
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 13
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 7
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 7
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 7
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 7
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 6
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 6
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 6
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 6
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 229920001225 polyester resin Polymers 0.000 description 3
- 239000004645 polyester resin Substances 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000233866 Fungi Species 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 description 1
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000005382 thermal cycling Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C51/00—Shaping by thermoforming, i.e. shaping sheets or sheet like preforms after heating, e.g. shaping sheets in matched moulds or by deep-drawing; Apparatus therefor
- B29C51/12—Shaping by thermoforming, i.e. shaping sheets or sheet like preforms after heating, e.g. shaping sheets in matched moulds or by deep-drawing; Apparatus therefor of articles having inserts or reinforcements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L9/00—Rigid pipes
- F16L9/12—Rigid pipes of plastics with or without reinforcement
- F16L9/133—Rigid pipes of plastics with or without reinforcement the walls consisting of two layers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L9/00—Rigid pipes
- F16L9/12—Rigid pipes of plastics with or without reinforcement
- F16L9/127—Rigid pipes of plastics with or without reinforcement the walls consisting of a single layer
- F16L9/128—Reinforced pipes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к области изготовления неметаллических труб, рассчитанных на высокие внутренние давления от 20 атм и выше, предназначенных для транспортировки и хранения жидких и газообразных сред, а именно, к способам изготовления комбинированных напорных труб из полимеров и композиционных материалов.The invention relates to the field of manufacturing non-metallic pipes, designed for high internal pressures of 20 atm and above, intended for transportation and storage of liquid and gaseous media, and in particular, to methods for manufacturing combined pressure pipes from polymers and composite materials.
Уровень техникиState of the art
Известен способ изготовления комбинированной напорной трубы, включающий плазменную обработку внешней поверхности внутреннего герметизирующего слоя в виде трубной заготовки из полимерного материала, нанесение на него внешнего слоя из композиционного материала, включающего армирующие волокна и связующее, и отверждение связующего композиционного материала. Плазменную обработку трубной заготовки проводят в холодной плазме анормального тлеющего разряда в воздухе в проточном режиме при давлении 2÷10 Па. В качестве полимерного материала для трубной заготовки используют полиэтилен (Патент РФ 2488732. Опубл. 27.07.2013 г.).A known method of manufacturing a combined pressure pipe, including plasma processing of the outer surface of the inner sealing layer in the form of a tubular billet of polymer material, applying an outer layer of composite material including reinforcing fibers and a binder, and curing the binder of the composite material. Plasma treatment of the tube billet is carried out in a cold plasma of an abnormal glow discharge in air in a flow mode at a pressure of 2 ÷ 10 Pa. As the polymeric material for the tubular billet use polyethylene (RF Patent 2488732. Publ. 07.27.2013).
Полученные с помощью известного способа изделия в виде комбинированных напорных труб представляют собой конструкции, состоящие из внутреннего герметизирующего слоя, изготовленного из полиэтиленовой трубной заготовки, и внешнего силового слоя, изготовленного известными технологическими способами из композиционного материала (композита). Этот способ изготовления изделия напорной комбинированной трубы включает три стадии: 1) плазменная обработка - прививка химически-активных групп и свободных радикалов на внешнюю поверхность полимерной трубной заготовки; 2) намотка на внешнюю поверхность полимерной заготовки слоя из композита; 3) отверждение связующего в композите.Obtained using the known method, the products in the form of combined pressure pipes are structures consisting of an internal sealing layer made of a polyethylene pipe billet and an external force layer made by known technological methods of a composite material (composite). This method of manufacturing a combined pressure pipe product includes three stages: 1) plasma treatment - grafting of chemically active groups and free radicals onto the outer surface of the polymer tube billet; 2) winding on the outer surface of the polymer billet layer of the composite; 3) curing the binder in the composite.
Для осуществления стадии I проводили обработку полиэтиленовой трубной заготовки в холодной плазме анормального тлеющего разряда пониженного давления в воздухе в проточном режиме (режиме непрерывной смены рабочего газа - воздуха). Давление воздуха в вакуумной камере, в которой осуществляли обработку, поддерживали в пределах 2÷10 Па. Температура плазмы не превышала 50°С. Заготовку помещали в камеру таким образом, что ее внешняя поверхность находилась в области катодного падения разряда и обращена к цилиндрическому сеточному катоду, где концентрация активных частиц плазмы наиболее высока. Вкладываемая в плазму электрическая мощность на единицу поверхности заготовки составляла 0.03÷0.1 Вт/см2, время экспозиции в плазме 15÷60 с. Для поддержания стабильных параметров плазмы по всей площади поверхности заготовки использовали сеточный катод.To carry out stage I, we processed a polyethylene tube billet in a cold plasma of an abnormal glow discharge of reduced pressure in air in a flow mode (continuous change of the working gas – air). The air pressure in the vacuum chamber in which the processing was carried out was maintained within 2 ÷ 10 Pa. The plasma temperature did not exceed 50 ° C. The billet was placed in the chamber in such a way that its outer surface was in the region of the cathode drop of the discharge and turned to the cylindrical grid cathode, where the concentration of active plasma particles was highest. The electric power deposited in the plasma per unit surface area of the preform was 0.03–0.1 W / cm 2 , and the exposure time in the plasma was 15–60 s. A grid cathode was used to maintain stable plasma parameters over the entire surface area of the preform.
Для получения комбинированной трубы на стадии II проводили спиральную намотку нитей жгута стеклоровинга на внешнюю поверхность трубной полимерной (полиэтиленовой) заготовки, предварительно смоченных связующим на основе полиэфирной смолы. Перед намоткой слоя композита, на поверхность вращающейся трубы наносился слой полиэфирного связующего наливом из емкости. Стадию III проводили методом холодного отверждения.To obtain a combined pipe in stage II, helical winding of glass roving strands was carried out on the outer surface of the pipe polymer (polyethylene) billet pre-moistened with a binder based on a polyester resin. Before winding the composite layer, a layer of a polyester binder in bulk from a container was applied to the surface of a rotating pipe. Stage III was performed by cold curing.
Достоинствами воздушного анормального тлеющего разряда пониженного давления, поддерживаемого в проточном режиме и равномерно распределенного по всей площади крупногабаритного образца, в сравнении с различными типами разрядов атмосферного давления является:The advantages of an air abnormal glow discharge of reduced pressure, maintained in the flow mode and evenly distributed over the entire area of a large-sized sample, in comparison with various types of atmospheric pressure discharges are:
1) высокая экологическая чистота метода (отсутствие вредных химических веществ в техпроцессе);1) high environmental cleanliness of the method (the absence of harmful chemicals in the process);
2) возможность получать холодную плазму с активными частицами (температура газа в области плазмы существенно ниже температуры размягчения полимерного материала изделия и его термодеструкции), распределенную равномерно по всей площади электродов;2) the ability to obtain a cold plasma with active particles (the gas temperature in the plasma region is significantly lower than the softening temperature of the polymer material of the product and its thermal degradation), distributed uniformly over the entire area of the electrodes;
3) наиболее активная зона плазмы - оболочка плазмы, которая наблюдается в области катода, имеет достаточно большую толщину от 1 до 5 см, в зависимости от давления воздуха в вакуумной камере;3) the most active zone of the plasma is the plasma shell, which is observed in the cathode region, has a sufficiently large thickness from 1 to 5 cm, depending on the air pressure in the vacuum chamber;
4) энергия ионов, атомов и молекул в зоне плазмы не превышает 0.028 эВ, а энергия электронов в зависимости от внешних параметров разряда (давление плазмообразующего газа, вкладываемая электрическая мощность) не превышает 15÷25 эВ, что позволяет проводить с высокой эффективностью обработку полимерного материала только на его поверхности (в атомарном слое - 10÷100
5) из пункта 2 вытекает возможность конструировать электроды, распределенные по всей поверхности изделия, имеющего большую площадь поверхности от единиц до десятков квадратных метров, что в свою очередь позволяет существенно снизить общее время экспозиции в плазме изделия до 15÷60 с, имеющего площадь поверхности более 10 м2;5) it follows from paragraph 2 that it is possible to design electrodes distributed over the entire surface of the product having a large surface area from units to tens of square meters, which in turn can significantly reduce the total exposure time in the plasma of the product to 15 ÷ 60 s, having a surface area of more 10 m 2;
6) из пункта 3 вытекает отсутствие высоких требований к технологическим расстояниям между поверхностью изделия и электродами и отсутствие необходимости использования специальных оправок для полимерной трубной заготовки;6) paragraph 3 implies the absence of high requirements for technological distances between the surface of the product and the electrodes and the absence of the need to use special mandrels for a polymer tube billet;
7) низкие электрические напряжения питания разряда 300÷600 В;7) low electric voltage supply discharge 300 ÷ 600 V;
8) использование проточного режима позволяет существенно снизить и контролировать температуру газа в области холодной плазмы и непрерывно выводить из активной зоны летучие низкомолекулярные продукты взаимодействия поверхности полимерного материала с активными частицами плазмы.8) the use of the flow regime allows one to significantly reduce and control the gas temperature in the cold plasma region and to continuously remove volatile low molecular weight products of the interaction of the surface of the polymer material with the active particles of the plasma from the active zone.
Недостатками известного способа являются:The disadvantages of this method are:
1) Использование полиэтилена в качестве внутреннего герметизирующего слоя, который обладает высокими герметизирующими свойствами только при сравнительно низких температурах, не превышающих 90-120°С, в зависимости от надмолекулярной структуры данного полимера, определяющей температуру плавления его кристаллитов.1) The use of polyethylene as an internal sealing layer, which has high sealing properties only at relatively low temperatures, not exceeding 90-120 ° C, depending on the supramolecular structure of this polymer, which determines the melting point of its crystallites.
2) Использование на стадии I (плазменной обработки) в качестве катода пространственно распределенного по всей внешней поверхности трубной полиэтиленовой заготовки электрода - цилиндрического катода, что, например, при вкладываемой в плазму минимальной электрической мощности на единицу поверхности заготовки 0.03 Вт/см2 и внешнем диаметре стандартной трубной заготовки 315 мм и длине 6 м приводит к высокой общей электрической мощности процесса плазменной обработки одной заготовки - 2000 Вт и более. Этот факт, в свою очередь, создает высокие требования к номинальным параметрам источника тока и элементам электрической цепи для питания разряда (изоляция, токовводы вакуумной рабочей камеры, элементы резистивного балласта).2) The use of stage I (plasma treatment) as a cathode spatially distributed across the entire outer surface of the polyethylene tubular billet electrode - a cylindrical cathode, which, for example, when the minimum electric power is applied to the plasma per unit surface of the workpiece 0.03 W / cm 2 and the outer diameter a standard tube billet of 315 mm and a length of 6 m leads to a high total electric power of the plasma processing of a single billet - 2000 W or more. This fact, in turn, creates high requirements for the nominal parameters of the current source and the elements of the electric circuit for powering the discharge (insulation, current leads of the vacuum working chamber, elements of resistive ballast).
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Задача, решаемая заявленным изобретением, заключается в создании способа изготовления комбинированной напорной трубы, устраняющего отмеченные недостатки.The problem solved by the claimed invention is to create a method of manufacturing a combined pressure pipe that eliminates the noted drawbacks.
Технический результат заключается: в повышении адгезионной прочности по границе «полимер/композит», приводящей к повышению устойчивости к температурным и климатическим перепадам в широком интервале:The technical result consists in: increasing the adhesive strength at the "polymer / composite" border, leading to increased resistance to temperature and climatic changes in a wide range:
Технический результат достигается за счет того, что изготавливают напорную комбинированную трубу, путем: во-первых, плазменной обработки внешней поверхности внутреннего герметизирующего слоя в виде трубной заготовки из полимерного материала, которую проводят в холодной плазме анормального тлеющего разряда в воздухе при вращении трубной заготовки вокруг собственной оси; во-вторых, нанесения на него внешнего слоя из композиционного материала, включающего армирующие волокна и связующее; в-третьих, отверждения связующего композиционного материала.The technical result is achieved due to the fact that they produce a pressure head combined pipe by: firstly, plasma treatment of the outer surface of the inner sealing layer in the form of a tube stock of polymer material, which is carried out in a cold plasma of an abnormal glow discharge in air when the tube stock is rotated around its own axis secondly, applying to it an outer layer of composite material, including reinforcing fibers and a binder; thirdly, curing the binder composite material.
В частном случае реализации заявленного способа в качестве полимерного материала для трубной заготовки используют полипропилен, или поливинилхлорид, или фторопласт.In the particular case of the implementation of the claimed method, polypropylene, or polyvinyl chloride, or fluoroplastic is used as the polymeric material for the tube billet.
В частном случае реализации заявленного способа на внешнюю обработанную поверхность трубной полимерной заготовки наматывают спирально нити жгута стеклоровинга, предварительно смоченные связующим на основе полиэфирной смолы.In the particular case of the implementation of the inventive method on the outer surface of the pipe polymer billet are wound spirally strands of glass roving, pre-moistened with a binder based on a polyester resin.
В частном случае реализации заявленного способа отверждение связующего композиционного материала проводят под воздействием температуры, светового облучения или химического катализатора.In the particular case of the implementation of the claimed method, the curing of the binder composite material is carried out under the influence of temperature, light exposure or a chemical catalyst.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Способ изготовления комбинированной напорной трубы включает три стадии:A method of manufacturing a combined pressure pipe includes three stages:
1) плазменная обработка - прививка химически-активных групп и свободных радикалов на внешнюю поверхность полимерной трубной заготовки;1) plasma treatment - the grafting of chemically active groups and free radicals on the outer surface of the polymer tube billet;
2) намотка на внешнюю поверхность полимерной заготовки слоя из композита;2) winding on the outer surface of the polymer billet layer of the composite;
3) отверждение связующего в композите.3) curing the binder in the composite.
В качестве полимерного материала для трубной заготовки использован полипропилен, или поливинилхлорид, или фторопласт, а на стадии I плазменной обработки, трубную заготовку приводят во вращательное движение с помощью встроенного в рабочую плазмохимическую вакуумную камеру механизма вращения, обеспечивая тем самым поступательное последовательное прохождение каждого участка внешней поверхности заготовки через активную область плазмы тлеющего разряда.Polypropylene, or polyvinyl chloride, or fluoroplastic is used as the polymeric material for the tube billet, and in stage I of the plasma treatment, the tube billet is rotated using the rotation mechanism integrated in the working plasma-chemical vacuum chamber, thereby ensuring the progressive sequential passage of each section of the outer surface blanks through the active region of a glow discharge plasma.
Заявленный способ отличается от наиболее близкого аналога тем, что для изготовления внутреннего герметизирующего слоя трубных заготовок используют более термостойкие полимеры, такие как полипропилен, поливинилхлорид и фторопласт, имеющие более высокие температуры плавления кристаллитов, чем полиэтилен; на стадии I в рабочую камеру плазмохимической установки встроен механизм вращения трубной заготовки относительно ее оси, позволяющий более чем в 10 раз снизить площадь электродов, используемых в качестве катода, и, соответственно, во столько же раз уменьшить общую электрическую мощность, вкладываемую в процесс плазменной обработки одной заготовки.The claimed method differs from the closest analogue in that for the manufacture of the inner sealing layer of tube blanks, more heat-resistant polymers are used, such as polypropylene, polyvinyl chloride and fluoroplastic having higher crystallite melting points than polyethylene; at stage I, a mechanism for rotating the tube billet relative to its axis is integrated into the working chamber of the plasma-chemical installation, which makes it possible to reduce the area of electrodes used as a cathode by more than 10 times and, accordingly, reduce the total electric power invested in the plasma processing by the same amount one piece.
Получение тестовых образцов комбинированных труб в приведенных ниже примерах осуществляли следующим образом:The preparation of test samples of combined pipes in the examples below was carried out as follows:
- Стадию I проводили с использованием двух длинных плоскопараллельных сплошных металлических электродов шириной 50 мм, длина которых выбиралась равной длине образца трубной полимерной заготовки. Процесс плазменной обработки внешней поверхности заготовки осуществлялся в режиме анормального тлеющего разряда при вращении образца вокруг собственной оси. Время обработки 2 мин.- Stage I was carried out using two long plane-parallel solid metal electrodes with a width of 50 mm, the length of which was chosen equal to the length of the sample of the tubular polymer billet. The plasma treatment of the outer surface of the workpiece was carried out in the mode of abnormal glow discharge during rotation of the sample around its own axis. Processing time 2 min.
- На стадии II проводили спиральную намотку нитей жгута стеклоровинга на внешнюю обработанную поверхность трубной полимерной заготовки, предварительно смоченных связующим на основе полиэфирной смолы. Перед намоткой стеклопластикового слоя на поверхность трубы наносился слой связующего наливом из емкости на поверхность вращающейся трубы.- At stage II, the windings of glass roving tow were helically wound onto the external machined surface of the polymer pipe billet pre-moistened with a binder based on a polyester resin. Before winding the fiberglass layer on the surface of the pipe, a layer of binder was applied in bulk from the tank to the surface of the rotating pipe.
- Стадию III проводили методом холодного отверждения.- Stage III was carried out by cold curing.
В результате получили образцы комбинированных напорных труб с внутренним герметизирующим слоем из полимера и силовым слоем из композита.As a result, we obtained samples of combined pressure pipes with an internal sealing layer of polymer and a power layer of composite.
Для механических испытаний на внутреннее давление разрушения, циклические нагрузки внутренним давлением были изготовлены трубы длиной 1500 мм, внутренним диаметром 300 мм, толщиной внешнего силового слоя композита 10 мм.For mechanical tests for internal fracture pressure, cyclic loads with internal pressure, pipes with a length of 1500 mm, an inner diameter of 300 mm, and a thickness of the external composite power layer of 10 mm were manufactured.
Для получения результатов климатических испытаний образцов комбинированных труб, влияющих на образование дефектов (в виде отслоений по границе раздела полимер/композит), ухудшающих эксплуатационные характеристики труб, проводили 10 циклов нагрев - охлаждение. Стадия охлаждения осуществлялась в термокамере до отрицательной температуры -70°С при последующем хранении в течение 1 суток, а стадия нагрева проводилась до температур, указанных в примерах, иллюстрирующих действие изобретения, с последующим хранением в течение 1 суток. Наличие дефектов внутри стенки трубы в виде пустот или отслоений фиксировали методом ультразвуковой дефектоскопии. Дефектоскопия проводилась при последовательном сканировании поверхности стенки трубы с помощью дефектоскопа УД2Н-П и преобразователей ИМ1-126М с частотой 200 кГц.To obtain the results of climatic tests of samples of combined pipes that affect the formation of defects (in the form of delaminations at the polymer / composite interface) that degrade the performance of the pipes, 10 heating-cooling cycles were performed. The cooling stage was carried out in a heat chamber to a negative temperature of -70 ° C during subsequent storage for 1 day, and the heating stage was carried out to the temperatures indicated in the examples illustrating the effect of the invention, followed by storage for 1 day. The presence of defects inside the pipe wall in the form of voids or delaminations was recorded by ultrasonic inspection. Flaw detection was carried out during sequential scanning of the pipe wall surface using a UD2N-P flaw detector and IM1-126M converters with a frequency of 200 kHz.
Для определения адгезионной прочности между элементами стенки комбинированной трубы проводились испытания на отрыв внешнего силового слоя от внутреннего герметизирующего в радиальном направлении. Испытания проводились на образцах, произвольно вырезанных из разных частей труб, исходных и подвергавшихся испытаниям термоциклирования. Образцы вырезались из труб в направлении образующей. На наружной поверхности образцов (со стороны силового слоя) прорезались канавки на глубину силового слоя. После этого на наружную поверхность силового слоя компаундом холодного отверждения приклеивались «грибки», представляющие собой цилиндрические диски из алюминиевого сплава диаметром 25 мм. Испытания на отрыв проводились на машине УТС 110М-100 (машина для испытаний конструкционных материалов) с помощью ЭВМ, в ходе испытаний фиксировавшей усилие отрыва.To determine the adhesive strength between the wall elements of the combined pipe, tests were carried out to tear off the outer force layer from the inner sealing in the radial direction. The tests were carried out on samples randomly cut from different parts of the pipes, the original and subjected to thermal cycling tests. Samples were cut from the pipes in the direction of the generatrix. On the outer surface of the samples (from the side of the force layer), grooves were cut to the depth of the force layer. After that, “fungi”, which are cylindrical disks of an aluminum alloy with a diameter of 25 mm, were glued to the outer surface of the power layer with a cold curing compound. Tear-off tests were carried out on a UTS 110M-100 machine (machine for testing structural materials) using a computer that recorded the tear-off force during tests.
В табл. 1 приведены марка и состав технологических компонентов в смоле, используемой в качестве полимерного связующего в композите, и параметры процессов ее отверждения для различных примеров согласно изобретению.In the table. 1 shows the brand and composition of the technological components in the resin used as the polymer binder in the composite, and the parameters of its curing processes for various examples according to the invention.
В табл. 2 приведены результаты механических испытаний труб на давление разрушения до и после воздействия циклической нагрузки в течение 500 циклов внутренним гидравлическим давлением, меняющейся от 5 до 60 кгс/см2.In the table. 2 shows the results of mechanical testing of pipes for fracture pressure before and after exposure to cyclic loading for 500 cycles of internal hydraulic pressure, varying from 5 to 60 kgf / cm 2 .
В табл. 3 приведены результаты климатических испытаний образцов комбинированных труб на образование дефектов.In the table. 3 shows the results of climatic tests of samples of combined pipes for the formation of defects.
В табл. 4 приведены результаты испытаний адгезионной прочности между элементами стенки комбинированной трубы.In the table. 4 shows the results of tests of adhesive strength between wall elements of a combined pipe.
Пример 1Example 1
Для получения образцов комбинированных труб использовали полимерную трубную заготовку из полипропилена. Формирование композитного слоя на внешней поверхности заготовки, обработанной на стадии I, проводили с использованием в качестве связующего смолы марки Polipol 385. После процесса отверждения, режимы которого приведены в табл. 1, получали образцы комбинированных напорных труб, стенка которых состояла из двух слоев: внутреннего из полипропилена и внешнего из композита.To obtain samples of combined pipes, a polypropylene polymeric pipe billet was used. The formation of the composite layer on the outer surface of the workpiece processed in stage I was carried out using Polipol 385 grade as a binder resin. After the curing process, the modes of which are given in Table 1. 1, samples of combined pressure pipes were obtained, the wall of which consisted of two layers: the inner of polypropylene and the outer of the composite.
Результаты испытаний образцов труб по примеру 1 приведены в таблицах 2, 3 и 4.The test results of pipe samples in example 1 are shown in tables 2, 3 and 4.
Пример 2Example 2
Получение образцов комбинированных труб проводили по примеру 1, но в качестве связующего в композите использовали смолу марки Депол Х-400.Obtaining samples of the combined pipes was carried out as in example 1, but Depol X-400 resin was used as a binder in the composite.
Результаты испытаний образцов труб по примеру 2 приведены в таблицах 2, 3 и 4.The test results of pipe samples in example 2 are shown in tables 2, 3 and 4.
Пример 3Example 3
Для получения образцов комбинированных труб использовали полимерную трубную заготовку из поливинилхлорида. Формирование композитного слоя на внешней обработанной поверхности заготовки проводили с использованием в качестве связующего смолы марки Polipol 385. После процесса отверждения получали образцы комбинированных напорных труб, стенка которых состояла из двух слоев: внутреннего из поливинилхлорида и внешнего из композита.To obtain samples of the combined pipes, a polyvinyl chloride pipe billet was used. The composite layer was formed on the external surface of the workpiece using Polipol 385 grade as a binder resin. After the curing process, samples of combined pressure pipes were obtained, the wall of which consisted of two layers: the inner one made of polyvinyl chloride and the outer one made of composite.
Результаты испытаний образцов труб приведены по примеру 3 в таблицах 2, 3 и 4.The test results of pipe samples are shown in example 3 in tables 2, 3 and 4.
Пример 4Example 4
Получение образцов комбинированных труб проводили по примеру 3, но в качестве связующего в композите использовали смолу марки Депол Х-400.Obtaining samples of the combined pipes was carried out as in example 3, but Depol X-400 resin was used as a binder in the composite.
Результаты испытаний образцов труб по примеру 4 приведены в таблицах 2, 3 и 4.The test results of pipe samples in example 4 are shown in tables 2, 3 and 4.
Пример 5Example 5
Для получения образцов комбинированных труб использовали полимерную трубную заготовку из фторопласта. Формирование композитного слоя на внешней обработанной поверхности заготовки проводили с использованием в качестве связующего смолы марки Polipol 385. После процесса отверждения получали образцы комбинированных напорных труб, стенка которых состояла из двух слоев: внутреннего из фторопласта и внешнего из композита.To obtain samples of combined pipes, a polymeric fluoroplastic pipe billet was used. The composite layer was formed on the external treated surface of the preform using Polipol 385 grade as a binder resin. After the curing process, samples of combined pressure pipes were obtained, the wall of which consisted of two layers: the inner one made of fluoroplastic and the outer one made of composite.
Результаты испытаний образцов труб по примеру 5 приведены в таблицах 2, 3 и 4.The test results of pipe samples in example 5 are shown in tables 2, 3 and 4.
Пример 6Example 6
Получение образцов комбинированных труб проводили по примеру 5, но в качестве связующего в композите использовали смолу марки Депол Х-400.Obtaining samples of the combined pipes was carried out as in example 5, but Depol X-400 resin was used as a binder in the composite.
Результаты испытаний образцов труб по примеру 6 приведены в таблицах 2, 3 и 4.The test results of pipe samples in example 6 are shown in tables 2, 3 and 4.
Результаты испытаний показали, что предлагаемый способ позволяет изготовить комбинированную напорную трубу с внутренним герметизирующим слоем из различных полимерных материалов и силовым слоем из композита, обладающую следующими свойствами и характеристиками:The test results showed that the proposed method allows to produce a combined pressure pipe with an internal sealing layer of various polymeric materials and a power layer of composite, which has the following properties and characteristics:
1) гарантированной сплошностью сшивки и высокой адгезионной прочностью по границе «полимер/композит» по всей площади испытанных образцов трубы;1) guaranteed crosslinking continuity and high adhesive strength along the polymer / composite boundary over the entire area of the tested pipe samples;
2) высокой адгезионной прочностью между полимерным и композитным слоями, близкой к межслоевой прочности внутри композита, превышающей 35 кг/см2;2) high adhesive strength between the polymer and composite layers, close to the interlayer strength inside the composite, exceeding 35 kg / cm 2 ;
3) возможностью эксплуатации при рабочих давлениях более 100 кгс/см2, величина которых зависит от типа наполнителя и толщины композитного слоя (рабочее давление эксплуатации образцов труб, изготовленных по предлагаемому способу, с учетом коэффициента безопасности 3 составило около 100 кгс/см2);3) the ability to operate at operating pressures of more than 100 kgf / cm 2 , the value of which depends on the type of filler and the thickness of the composite layer (operating pressure for the operation of pipe samples made by the proposed method, taking into account the safety factor 3, was about 100 kgf / cm 2 );
4) высокой устойчивостью к температурным климатическим перепадам в широком интервале:4) high resistance to temperature climatic changes in a wide range:
- для трубы полипропилен/композит от -70°С до +130°С,- for polypropylene / composite pipes from -70 ° С to + 130 ° С,
- для трубы поливинилхлорид/композит от -70°С до +150°С,- for the pipe polyvinyl chloride / composite from -70 ° C to + 150 ° C,
- для трубы фторопласт/композит от -70°С до +200°С.- for fluoroplastic / composite pipes from -70 ° С to + 200 ° С.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет производить напорные комбинированные трубы с высокими эксплуатационными характеристиками при высокой технологичности производственного процесса и при снижении более чем в 10 раз электрической мощности, вкладываемой в процесс плазменной обработки, значительно снижая тем самым требования к параметрам технологического оборудования.Thus, the proposed method allows the production of pressure head combined pipes with high performance at a high technological process and a decrease of more than 10 times the electric power invested in the plasma treatment process, thereby significantly reducing the requirements for the parameters of technological equipment.
Claims (3)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016104104A RU2635728C2 (en) | 2016-02-09 | 2016-02-09 | Method of manufacturing combined pressure pipes |
| PCT/RU2016/000067 WO2017138830A1 (en) | 2016-02-09 | 2016-02-12 | Method for producing combined pressure pipes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016104104A RU2635728C2 (en) | 2016-02-09 | 2016-02-09 | Method of manufacturing combined pressure pipes |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016104104A RU2016104104A (en) | 2017-08-14 |
| RU2635728C2 true RU2635728C2 (en) | 2017-11-15 |
Family
ID=59564025
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016104104A RU2635728C2 (en) | 2016-02-09 | 2016-02-09 | Method of manufacturing combined pressure pipes |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2635728C2 (en) |
| WO (1) | WO2017138830A1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2256724C1 (en) * | 2003-12-10 | 2005-07-20 | Самарский государственный аэрокосмический университет им. акад. С.П. Королева | Method of application of composite coats in vacuum |
| EA200701008A1 (en) * | 2004-11-05 | 2007-10-26 | Дау Корнинг Айэлэнд Лимитед | PLASMA SYSTEM |
| RU2488732C1 (en) * | 2012-07-26 | 2013-07-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Новые композитные технологии" | Method of making combined pressure pipe |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BR0206389B1 (en) * | 2001-10-30 | 2013-02-05 | Polypropylene tube and process for its preparation. |
-
2016
- 2016-02-09 RU RU2016104104A patent/RU2635728C2/en active
- 2016-02-12 WO PCT/RU2016/000067 patent/WO2017138830A1/en not_active Ceased
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2256724C1 (en) * | 2003-12-10 | 2005-07-20 | Самарский государственный аэрокосмический университет им. акад. С.П. Королева | Method of application of composite coats in vacuum |
| EA200701008A1 (en) * | 2004-11-05 | 2007-10-26 | Дау Корнинг Айэлэнд Лимитед | PLASMA SYSTEM |
| RU2488732C1 (en) * | 2012-07-26 | 2013-07-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Новые композитные технологии" | Method of making combined pressure pipe |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| ГОЛОВЯТИНСКИЙ С.А. Модификация поверхности полимеров импульсной плазмой атмосферного давления. - Вестник Харьковского университета, серия физика "Ядра, частицы, поля", 2004, N 628, вып. 2/24, с.80-86. * |
| И.М. Пастух Теория и практика безводородного азотирования в тлеющем разряде. - Харьков: ННЦ ХФТИ, 2006. - 361 с. * |
| И.М. Пастух Теория и практика безводородного азотирования в тлеющем разряде. - Харьков: ННЦ ХФТИ, 2006. - 361 с. ГОЛОВЯТИНСКИЙ С.А. Модификация поверхности полимеров импульсной плазмой атмосферного давления. - Вестник Харьковского университета, серия физика "Ядра, частицы, поля", 2004, N 628, вып. 2/24, с.80-86. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016104104A (en) | 2017-08-14 |
| WO2017138830A1 (en) | 2017-08-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1161806C (en) | Metallized film prodn. method thereof capacitor using it | |
| Ohkubo et al. | Drastic improvement in adhesion property of polytetrafluoroethylene (PTFE) via heat-assisted plasma treatment using a heater | |
| CN1323409C (en) | Double-sided metallized film manufacturing method and metallized film capacitor using the same | |
| KR20090050686A (en) | Polyethylene microporous membrane with excellent physical properties and high permeability and surface energy | |
| JP2007300126A (en) | High temperature capacitor and method of manufacturing the same | |
| EP1325509A1 (en) | Method and device for treating surfaces using a glow discharge plasma | |
| Kostov et al. | Treatment of polycarbonate by dielectric barrier discharge (DBD) at atmospheric pressure | |
| CN106661240A (en) | Fluororesin tube | |
| Santos et al. | Carbon fiber surface modification by plasma treatment for interface adhesion improvements of aerospace composites | |
| JP2018028075A (en) | Polypropylene film roll | |
| RU2635728C2 (en) | Method of manufacturing combined pressure pipes | |
| RU2488732C1 (en) | Method of making combined pressure pipe | |
| KR20180108825A (en) | Method for producing an adhesive tape by plasma lamination | |
| JP2010061860A (en) | Plasma generation device | |
| Wang et al. | Homogeneous surface hydrophilization on the inner walls of polymer tubes using a flexible atmospheric cold microplasma jet | |
| Mardanov et al. | A review of use of barrier discharge for modification of surface of polymers | |
| RU2459996C2 (en) | Method of making combined article for transportation and/or storage of fluids and gases | |
| Liu et al. | Degradation of plasma-treated poly (p-phenylene benzobisoxazole) fiber and its adhesion with bismaleimide resin | |
| Abourayana et al. | Investigation of the performance of a pilot-scale barrel atmospheric plasma system for plasma activation of polymer particles | |
| Silva et al. | Atmospheric plasma treatment of carbon fibers for enhancement of their adhesion properties | |
| Shutov et al. | Formation of fibrous filtering membranes by electrospinning | |
| KR20040021955A (en) | Atmospheric pressure plasma surface treatment apparatus and method for polymer | |
| RU2632295C2 (en) | Multilayer combined material polymer-composite and method of its manufacture | |
| JP2015138755A (en) | Method and device for hydrophilization of tube inner surface | |
| Jacobs et al. | Effect of humid air exposure between successive helium plasma treatments on PET foils |