НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИЙ ІНСТИТУТ ім. Г.В. КАРПЕНКА
МАРУХА МАР’ЯНА ВАЛЕРІЇВНА
УДК 622.4 076; 667.633.263.3
РОЗРОБКА МОДИФІКОВАНИХ КОМПОЗИЦІЙНИХ ПОКРИТТІВ НА ПОЛІОРГАНОСИЛОКСАНОВІЙ ОСНОВІ ДЛЯ ЗАХИСТУ МАГІСТРАЛЬНИХ ТРУБОПРОВОДІВ
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
05.02.01 - матеріалознавство
Львів - 2008
Дисертацією є рукопис:
Роботу виконано у Фізико-механічному інституті ім. Г.В. Карпенка НАН України, м. Львів.
Науковий керівник: кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Черватюк Володимир Арсенович, зав. лабораторії сертифікаційних випробувань протикорозійних ізоляційних покрить магістральних трубопроводів ФМІ НАН України, м. Львів.
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Стухляк Петро Данилович, Тернопільський Державний технічний університет ім. І. Пулюя, завідувач кафедрою комп’ютерно-інтегрованих технологій.
Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Білий Левко Михайлович.
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України, м. Львів., відділ фізико-хімічних методів зміцнення матеріалів.
Захист відбудеться "_21_"_травня__ 2008 р. о _14_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.226.02 у Фізико-механічному інституті ім. Г.В. Карпенка НАН України, за адресою: 79601, м. Львів, вул. Наукова, 5.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Фізико-механічного інституту ім. Г.В. Карпенка НАН України (79601, м. Львів, вул. Наукова, 5).
Автореферат розісланий "_18_"_квітня__2008 р.
Вчений секретар спеціалізованої вченої ради _______________ Погрелюк І.М. д. т. н., пров. н. с
Актуальність теми. Магістральні трубопроводи належать до відповідальних інженерних споруд, від нормальної роботи яких залежить діяльність багатьох галузей народного господарства в Україні. Незважаючи на наявність ізоляційних покриттів, вони з часом погіршують свої техніко-експлуатаційні характеристики. Враховуючи значимість підвищення надійності та довговічності експлуатації трубопроводів, перспективним є проведення науково-дослідних і технологічних робіт зі створення та освоєння в практиці протикорозійного захисту нових високоефективних покриттів.
Лакофарбові матеріали і покриття на кремнієорганічній (поліорганосилоксановій) основі набули широкого використання в багатьох галузях промисловості. Для них характерні високі термостійкість, фізико-механічні та протикорозійні параметри.
У зв’язку з підвищенням вимог нормативної документації, зокрема ДСТУ 4219: 2003 до захисту від корозії магістральних трубопроводів, назріла потреба покращити характеристики ізоляції.
Підвищення властивостей кремнієорганічних покриттів, особливо, міцності під час удару та діелектричної суцільності, можна досягти науково-обгрунтованим введенням у склад кремнієорганічних матриць мінеральних наповнювачів різної структури, з наступною механічною та додатковою ультразвуковою обробкою композицій.
Основним недоліком кремнієорганічних покрить є їх крихкість. Модифікація мінеральнонаповнених композицій на основі поліметилфенілсилоксану поліуретановими системами дає можливість створити покриття з підвищеною еластичністю та низькими внутрішніми напруженнями.
Важливим напрямком наукових і технологічних досліджень, спрямованих на підвищення рівня протикорозійного захисту трубопроводів, є розробка нових методик та пристроїв для визначення параметрів кремнієорганічних ізоляційних матеріалів і покриттів не тільки в лабораторних, а й в експлуатаційних умовах.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась в лабораторії сертифікаційних випробувань протикорозійних ізоляційних покрить магістральних трубопроводів ФМІ НАН України, в рамках бюджетних тем "Розробка прискорених методів оцінки ресурсу захисних покриттів нафтогазопроводів та резервуарів" (№ Держреєстрації 0140004529) та "Підвищення ресурсу обладнання газокомпресорних станцій магістральних трубопроводів за рахунок створення і застосування нових поліуретан-кремнієорганічних наповнених покриттів" (№ Держреєстрації 0104V004526) Державної науково-технічної програми "Проблеми ресурсу і безпеки експлуатації конструкцій, споруд та машин" (“РЕСУРС”), в яких здобувач була виконавцем.
Об’єкт дослідження: кремнієорганічні матеріали і покриття.
Предмет дослідження: фізико-механічні, протикорозійні, структурні та діелектричні закономірності формування термостійких матеріалів і покрить на основі кремнієорганічного лаку КО-921.
Мета дослідження: встановлення закономірностей впливу мінеральних наповнювачів та олігомерно-полімерних модифікаторів на структурування композиційних матеріалів на основі поліметилфенілсилоксанового лаку КО-921 та створення нових термостійких кремнієорганічних покрить з покращеними ізоляційними і протикорозійними параметрами.
Завдання дослідження.
Вивчити кінетику структурування поліметилфелілсилоксану з мінеральними наповнювачами, поліуретановими та поліепоксидними модифікаторами та затверджувачами.
Дослідити структурні, фізико-механічні, ізоляційні та протикорозійні параметри мінерально наповнених кремнієорганічних композитів.
Дослідити вплив механічної та ультразвукової обробки мінерально наповнених кремнієорганічних композицій на властивості матеріалів і покриттів.
Встановити вплив модифікації мінерально наповнених кремнієорганічних композицій поліепоксидами і поліуретанами на характеристики матеріалів та покриттів.
Розробити швидкий метод контролю готовності мінеральних наповнювачів для приготування кремнієорганічних композицій.
Створити переносний електрод для вимірювання ємності та опору систем "сталева основа – захисне покриття" не лише в лабораторних, а й в експлуатаційних умовах.
Наукова новизна одержаних результатів:
Встановлено синергетичний ефект впливу мінеральних наповнювачів різної природи - оміакарбу та кам’яновугільної золи на структуру та характеристики кремнієорганічних композиційних матеріалів і покриттів;
Підтверджено, що механо-хімічна та ультразвукова обробка покращує структурування мінерально наповнених кремнієорганічних композицій та характеристики кремнієорганічних матеріаліві покриттів;
Показано, що поліепоксидні та поліуретанові модифікатори, а також амінні та оловоорганічні каталізатори забезпечують "холодне" зшивання поліметилфенілсилоксановох матриці та її систем з мінеральними наповнювачами, утворюючи ефективні композиційні матеріали і покриття;
Дослідження кінетики тверднення і ІЧ-спектри показали, що поліметилфенілсилоксанова матриця вступає в реакції хімічної взаємодії з поліольними та ізоціанатними компонентами поліуретанової композиції;
Підтверджено, що модифікація мінерально наповнених кремнієорганічних композицій поліуретановими модифікаторами покращує ряд характеристик захисних покриттів, насамперед, еластичність;
Розроблено метод контролю готовності мінеральних наповнювачів для приготування кремнієорганічних композицій, що базується на визначенні їх діелектричної суцільності;
Вперше створено електрод та розроблено методику вимірювання ємності та опору протикорозійних покриттів в лабораторних та експлуатаційних умовах.
Практичне значення одержаних результатів:
впроваджено в практику захисту магістральних трубопроводів Морського нафтового терміналу (МНТ)"Південний" Філії Магістральних нафтопроводів "Дружба" Відкритого акціонерного товариства (ВАТ) "Укртранснафта" кремнієорганічні покриття з щільноупакованою структурою мінеральних наповнювачів;
впроваджено в Долинському лінійному виробничому управлінні магістральних газопроводів Державному підприємстві (ДП)"Прикарпаттрансгаз" мінеральнонаповнені кремнієорганічно-уретанові покриття для магістральних трубопроводів та їх зварних стиків;
освоєно в Державному підприємстві інженерному центрі (ДПІЦ)"Техно-Ресурс" НАН України переносний електрод для вимірювання імпедансних характеристик захисних покрить в лабораторних та польових умовах;
освоєно в лабораторії ДПІЦ "Техно-Ресурс" НАН України пристрій для контролю сухості мінеральних наповнювачів.
Обгрунтованість та достовірність наукових положень і висновків, сформульованих в дисертації, забезпечено коректною постановкою завдань та вибором ефективних методик досліджень, їх відповідністю вимогам до протикорозійної ізоляції трубопроводів (ДСТУ 4219-2003), узгодженням результатів дисертаційної роботи з даними літературного огляду та дослідно-промислової перевірки.
Особистий внесок здобувача. Вибір напрямку та отримання основних результатів досліджень, що становлять суть дисертаційної роботи, здійснено здобувачем та науковим керівником. Аналіз літературних даних, вибір і апробація методик досліджень, постановку, синтез та нанесення кремнієорганічних композицій, дослідження властивостей матеріалів і покрить, обробку результатів проведено здобувачем самостійно. Аналіз експериментальних результатів і формулювання висновків здійснено разом з науковим керівником. Імпедансні дослідження покрить проведено за участі пров. н. с. відділу № 11 ФМІ НАН України, д. т. н. Зіня І.М.
Апробація роботи: Результати роботи заслухано на XVI науково-технічній конференції молодих науковців і спеціалістів ФМІ НАН України (м. Львів, 2001 р), VI Українському з’їзді з електрохімії (м. Алушта в Кримській АР, 2005 р), VIII Міжнародній конференції - виставці "Проблеми корозії на протикорозійного захисту матеріалів" (м. Львів, 2006 р).
Публікації: Результати досліджень за темою дисертації опубліковано в 9 статтях у фахових наукових виданнях, в тому числі в 3-х матеріалах доповідей на вітчизняних і міжнародних конференціях, отримано 2 патенти України на винахід.