До оцінки зносостійкості трубних марок поліетилену
Труби з поліетилену широко використовуються для газо-і водопостачання, а також для транспортування різних суспензій і суспензій у гірничодобувних та інших галузях промисловості. При експлуатації поліетиленові труби піддаються інтенсивному зношування твердими абразивними частинками, що містяться у воді та інших середовищах, що транспортуються по трубах. Тому питання зносостійкості ПЕ труб є важливим і вимагає ясного розуміння і чіткої оцінки.
В даний час діє один стандарт на зносостійкість пластмас - це ГОСТ 11012, який оцінює зносостійкість в найбільш важких умовах абразивного зносу. Так як показники зносостійкості сильно змінюються при зміні умов експлуатації, розроблено та стандартизовано кілька методів випробувань, що дозволяють імітувати умови експлуатації. Ці стандарти представлені в групі «Забезпечення зносостійкості виробів».
Найбільш близькими до умов роботи поліетиленових труб є наступні стандарти:
1) ГОСТ 23.207-89 Метод випробування машинобудівних матеріалів на ударно-абразивне зношування.
2) ГОСТ 23.208-79 Метод випробувань матеріалів на зносостійкість при терті про нежорстко закріплені абразивні частинки.
3) ГОСТ 23.219-84 Метод випробувань на зносостійкість матеріалів і деталей при гідроерозіонном зношуванні дисперсними частинками.
В даний час діє один стандарт на зносостійкість пластмас - це ГОСТ 11012, який оцінює зносостійкість в найбільш важких умовах абразивного зносу. Так як показники зносостійкості сильно змінюються при зміні умов експлуатації, розроблено та стандартизовано кілька методів випробувань, що дозволяють імітувати умови експлуатації. Ці стандарти представлені в групі «Забезпечення зносостійкості виробів».
Найбільш близькими до умов роботи поліетиленових труб є наступні стандарти:
1) ГОСТ 23.207-89 Метод випробування машинобудівних матеріалів на ударно-абразивне зношування.
2) ГОСТ 23.208-79 Метод випробувань матеріалів на зносостійкість при терті про нежорстко закріплені абразивні частинки.
3) ГОСТ 23.219-84 Метод випробувань на зносостійкість матеріалів і деталей при гідроерозіонном зношуванні дисперсними частинками.
 | Ситуація в міжнародній стандартизації характеризується тим, що в 1995 році був прийнятий стандарт міжнародної організації по стандартизації ISO 9352-1995 «Пластмас. Визначення опору зносу за допомогою абразивних дисків ». Цей стандарт розроблений на базі американського стандарту ASTM. Сьогодні цей стандарт прийнятий і в Європі, йому відповідає німецький стандарт DIN 5375-1 і британський стандарт BS-2782-3: Метод 370:1996. Однак, незважаючи на велику кількість стандартів, можливість з їх допомогою точно визначити порівняльну зносостійкість матеріалів в конкретних умовах експлуатації є не завжди. Внаслідок цього в деяких випадках доводиться розробляти спеціальні методики. Так, наприклад, методика з оцінки зносостійкості поліетиленових труб пропонується в статті [2]. Представлена схема випробувального стенду, в якому відрізки труб довжиною 1000 мм були заповнені водною суспензією з абразивними частинками і піддавалися розгойдування з певною частотою, викликаючи знос при русі частинок вздовж стінки. Випробуванням піддавалися труби з лінійного поліетилену та зшитого поліетилену - РЕХ-а. В результаті було показано, що труби із зшитого поліетилену РЕХ-а по опору гідроабразивному зносу в три рази перевершують труби з лінійного поліетилену високої щільності. |
Раніше з проблемою зносостійкості пластмас проводились багатопланові дослідження [1, 3, 4, 5, 6]. У роботах С.Б. Ратнера і його учнів послідовно і різнобічно ставилися і вирішувалися питання зносу пластмас і впливу на нього різних факторів. Були показані зв'язок зносостійкості пластмас з іншими механічними властивостями і способи підвищення зносостійкості різних полімерних матеріалів.
Завданням цього дослідження було вивчення найбільш жорсткого виду зносу - абразивного зносу по шліфувальній шкірці. Була використана шліфувальна шкурка Н12 по ГОСТ 13344. Ця шкурка має середній показник шорсткості, що дозволяє створювати знос полімерних матеріалів швидко і з досить гарною відтворюваністю оцінювати зносостійкість матеріалів. В принципі, для оцінки зносостійкості полімерних матеріалів можна використовувати шліфувальні шкурки різної зернистості, але, як було показано в роботах [3, 4, 6], для оцінки абразивного зносу можна використовувати шкірку тільки однієї зернистості, т.к. при стиранні будь-яких матеріалів є єдиний перехідний коефіцієнт від однієї шкурки до іншої. Також була виявлена кореляція між стиранням по шкірці і в масі вільного незакріпленого абразиву [4]. Це пояснюється, зокрема, тим, що незалежно від розмірів зерна та закріпленности абразиву, механізм зносу пластмас залишається u1086 однаковим, зберігаючи характер мікрорезанія.
Завданням цього дослідження було вивчення найбільш жорсткого виду зносу - абразивного зносу по шліфувальній шкірці. Була використана шліфувальна шкурка Н12 по ГОСТ 13344. Ця шкурка має середній показник шорсткості, що дозволяє створювати знос полімерних матеріалів швидко і з досить гарною відтворюваністю оцінювати зносостійкість матеріалів. В принципі, для оцінки зносостійкості полімерних матеріалів можна використовувати шліфувальні шкурки різної зернистості, але, як було показано в роботах [3, 4, 6], для оцінки абразивного зносу можна використовувати шкірку тільки однієї зернистості, т.к. при стиранні будь-яких матеріалів є єдиний перехідний коефіцієнт від однієї шкурки до іншої. Також була виявлена кореляція між стиранням по шкірці і в масі вільного незакріпленого абразиву [4]. Це пояснюється, зокрема, тим, що незалежно від розмірів зерна та закріпленности абразиву, механізм зносу пластмас залишається u1086 однаковим, зберігаючи характер мікрорезанія.
 | Для порівняльних випробувань були вибрані труби, виготовлені з різних поліетіленів трубних марок як лінійного, так і зшитого. Лінійними поліетиленами високої щільності були марки 3802В ТОВ «Ставролен» (ПЕ 80) і KPIC Р600ВL (ПЕ 100). Як зразок зшитого поліетилену був обраний пероксиднозшитий поліетилен РЕХ-а, виготовлений з порошкоподібного поліетилену марки Lupolen 5261 ZQ 456 фірми LyondellBassel. Для порівняння досліджувалися зразки у вигляді брусків 10х10х15 мм, отримані методом лиття під тиском з порошкоподібного поліетилену марки Lupolen 5261 ZQ 456, який використовується для отримання пероксиднозшитого РЕХ-а. Детально властивості матеріалів описані в [7]. Зразки пластмас для можливого порівняння з поліетиленом. Для кожного виду поліетилену було проведено не менше семи паралельних випробувань. Результати випробувань представлені в табл.2. Отримані дані показують, що у всіх зразків поліетиленів свідчення зносу є близькими. Це пов'язано з тим, що при випробуваннях всі зразки поліетиленів, і лінійних, і сітчастих, мали близькі величини щільності, твердості і межі текучості. З літературних даних [1, 4] відомо, що показник стирання по шкірці не дуже чутливий до модифікацій пластмас одного типу. До модифікацій в даному випадку відносять введення стабілізаторів, а також створення сітчастої структури полімеру, в разі, якщо полімер не змінює свого для випробувань з труб вирізалися механічно. |
Випробування на абразивний знос проводилися на машині Шоппер за методикою ГОСТ 11012 (рис. 1).
Випробувальна машина складається з наступних частин:
- Обертового циліндра діаметром 150-170 мм, призначеного для кріплення на ньому шліфувальної шкурки. Кутова швидкість поверхні циліндра становить 0,30 ± 0,05 м / с;
- Патрона для змінного утримувача з закріпленим у ньому зразком;
- Навантажуючого пристрою, що забезпечує додаток навантаження 1 кгс перпендикулярно стіраючій поверхні;
- Механізму, що забезпечує рівномірне переміщення патрона вздовж твірної циліндра на відстань 10 +1 мм за час одного оберту циліндра;
- Пристрою, що забезпечує щільне закріплення шліфувальної шкурки на бічній поверхні циліндра (без здуття і перекосів),
- Поздовжньої планки;
- Спеціального пристрою, що піднімає патрон при підході зразка до планки і опускає його без удару після проходження планки.
При випробуванні зразок, затиснутий в патрон, стирається по шкірці, натягнутій на барабан. Причому при обертанні барабана патрон переміщюється подібно різцю токарного верстата так, що стирання відбувається весь час по свіжій поверхні шкірки. Така траєкторія обрана тому, що абразивна здатність знижується внаслідок ковзання зразка пластмаси по шкірці, вже засміченою продуктами зносу.
За методом ГОСТ визначається значення зносу як величина зменшення обсягу зразка в кубічних міліметрах на 1 м шляху зносу, розмірність мм / м. У табл. 1 представлені дані про знос деяких видів стану. Знос РЕХ-а в порівнянні з вихідним поліетиленом марки Lupolen 5261 ZQ 456 злегка змінився. З цього можна зробити висновок, що створення сітчастої структури надає слабкий вплив на зносостійкість поліетилену в умовах абразивного зносу. Зносостійкість зшитого поліетилену трохи нижче, ніж у ПЕ 80 і ПЕ 100.
При порівнянні показників зносу поліетіленів трубних марок з полімерами інших типів видно, що поліетилени трубних марок набагато перевершують інші типи матеріалів за цим показником.
Література
1. Ратнер С.Б., Ярцев В.П. Физическая механика пластмасс. – М.: Химия, 1992. – 186 с.
2. Yosi Bar, Hansjoerg Nitz. Новые возможности применения труб из сшитого полиэтилена // Пластические массы, 2006. № 10, с. 48-49.
3. Двуглова Л.Я., Лурье Е.Г., Радюкевич О.В., Ратнер С.Б., Фарберова И.И. Износ (истирание) пластмасс и методы его оценки // Пластические массы, 1962. № 1, с. 60-66.
4. Фарберова И.И., Ратнер С.Б., Лурье Е.Г., Гурман И.М., Игнатова Т.А., Носова Л.А. О влиянии некоторых рецептурных и технологических факторов на истирание пластмасс // Пластические массы, 1962. № 9, с. 35-38.
5. Ратнер С.Б. ДАН СССР, т. 144. – 1962. – № 2.
6. Ратнер С.Б., Фарберова И.И., Радюкевич О.В., Лурье Е.Г. Связь износостойкости пластмасс с другими механическими свойствами // Пластические массы, 1963. № 7, с. 38-42.
7. Гориловский М.И. Разработка оптимизированных технологических процессов производства напорных труб из сополимеров этилена с бутеном и гексеном и сшитого полиэтилена. Автореф. дисс. – М., 2006.
Випробувальна машина складається з наступних частин:
- Обертового циліндра діаметром 150-170 мм, призначеного для кріплення на ньому шліфувальної шкурки. Кутова швидкість поверхні циліндра становить 0,30 ± 0,05 м / с;
- Патрона для змінного утримувача з закріпленим у ньому зразком;
- Навантажуючого пристрою, що забезпечує додаток навантаження 1 кгс перпендикулярно стіраючій поверхні;
- Механізму, що забезпечує рівномірне переміщення патрона вздовж твірної циліндра на відстань 10 +1 мм за час одного оберту циліндра;
- Пристрою, що забезпечує щільне закріплення шліфувальної шкурки на бічній поверхні циліндра (без здуття і перекосів),
- Поздовжньої планки;
- Спеціального пристрою, що піднімає патрон при підході зразка до планки і опускає його без удару після проходження планки.
При випробуванні зразок, затиснутий в патрон, стирається по шкірці, натягнутій на барабан. Причому при обертанні барабана патрон переміщюється подібно різцю токарного верстата так, що стирання відбувається весь час по свіжій поверхні шкірки. Така траєкторія обрана тому, що абразивна здатність знижується внаслідок ковзання зразка пластмаси по шкірці, вже засміченою продуктами зносу.
За методом ГОСТ визначається значення зносу як величина зменшення обсягу зразка в кубічних міліметрах на 1 м шляху зносу, розмірність мм / м. У табл. 1 представлені дані про знос деяких видів стану. Знос РЕХ-а в порівнянні з вихідним поліетиленом марки Lupolen 5261 ZQ 456 злегка змінився. З цього можна зробити висновок, що створення сітчастої структури надає слабкий вплив на зносостійкість поліетилену в умовах абразивного зносу. Зносостійкість зшитого поліетилену трохи нижче, ніж у ПЕ 80 і ПЕ 100.
При порівнянні показників зносу поліетіленів трубних марок з полімерами інших типів видно, що поліетилени трубних марок набагато перевершують інші типи матеріалів за цим показником.
Література
1. Ратнер С.Б., Ярцев В.П. Физическая механика пластмасс. – М.: Химия, 1992. – 186 с.
2. Yosi Bar, Hansjoerg Nitz. Новые возможности применения труб из сшитого полиэтилена // Пластические массы, 2006. № 10, с. 48-49.
3. Двуглова Л.Я., Лурье Е.Г., Радюкевич О.В., Ратнер С.Б., Фарберова И.И. Износ (истирание) пластмасс и методы его оценки // Пластические массы, 1962. № 1, с. 60-66.
4. Фарберова И.И., Ратнер С.Б., Лурье Е.Г., Гурман И.М., Игнатова Т.А., Носова Л.А. О влиянии некоторых рецептурных и технологических факторов на истирание пластмасс // Пластические массы, 1962. № 9, с. 35-38.
5. Ратнер С.Б. ДАН СССР, т. 144. – 1962. – № 2.
6. Ратнер С.Б., Фарберова И.И., Радюкевич О.В., Лурье Е.Г. Связь износостойкости пластмасс с другими механическими свойствами // Пластические массы, 1963. № 7, с. 38-42.
7. Гориловский М.И. Разработка оптимизированных технологических процессов производства напорных труб из сополимеров этилена с бутеном и гексеном и сшитого полиэтилена. Автореф. дисс. – М., 2006.
