Разное

Исследование влияния экстремально низких температур на физико-механические и эксплуатационные свойства герметизирующих материалов серии Абрис

03.09.2020 12:14
Просмотров: 17682

В 2020 г. Завод герметизирующих материалов отметил свой 20-летний юбилей. Сегодня это уникальное предприятие, совместившее в себе и научно-исследовательский центр, и производство. Основным направлением деятельности завода с момента создания является выпуск современных, качественных, отвечающих всем мировым требованиям cистем защиты жилых и производственных зданий и сооружений от неблагоприятных факторов природного и техногенного характера. На сегодняшний день ассортимент выпускаемой продукции насчитывает более 800 наименований. Специалистами предприятия разработаны двадцать пять технических условий на выпускаемые виды герметиков.

В активе завода — биоцидные, электропроводящие, электроизоляционные, маслостойкие, трудногорючие, радиационнозащитные, стойкие в агрессивных средах, магнитные, морозостойкие и другие материалы.

Специалистами завода изучаются мировые тенденции и потребности рынка в области герметизации, что позволяет осуществлять прогнозирование потребительского спроса на продукцию предприятия и своевременно предлагать свои новинки рынку.

Так, одной из последних разработок научно-технического центра завода стали герметики в морозостойком исполнении.

 Востребованность данных материалов на рынке обусловлена активным освоением северных регионов нашей страны, чрезвычайно богатых минерально-сырьевыми ресурсами.

Россия – это самое большое по территории государство во всем мире!  Более половины территории нашей страны (67 %) находится в зоне многолетнемерзлых пород, где в зимний период температура воздуха может опускаться до (−67)°C. Неблагоприятные погодные условия не являются помехой для строительства производственных объектов различной сложности, в частности в нефтегазодобывающей отрасли промышленности. На вечной мерзлоте возводятся магистрали, мосты, авиационные площадки, нефтепроводы, все виды подземных коммуникаций. Таким образом,  возникает потребность в кабельно-проводниковой продукции, электроизоляционной, гидроизоляционной, антикоррозионной защите, эксплуатация и монтаж которых  допускается при низких температурах.

Возможность применения в условиях Севера герметизирующих материалов, хорошо зарекомендовавших себя в умеренном климате, является актуальной проблемой современного материаловедения, так как климатические условия северных регионов  оказывают существенное влияние на эффективность эксплуатации герметизирующих материалов.

Специалистами завода была проведена огромная работа по повышению морозостойкости практически всех типов выпускаемых предприятием материалов и улучшению их эксплуатационных свойств, в том числе серии герметика Абрис К, предназначенных для защиты и надежной работы термоусаживаемых муфт, работающих на среднем и высоком напряжениях. В состав данной серии входит 3 марки герметика, свойства которых представлены в таблице 1.

Таблица 1 Свойства герметика Абрис К  ТУ 2513-006-52471462-2005

Наименования показателя

Марка

Абрис К-ЭИ

Абрис К-ЛБ

Абрис К-МЗ

Внешний вид

Пластичная однородная масса

Прочность связи герметика с алюминием при отслаивании, Н/м, не менее

900

800

500

 Водопоглощение, %, 24ч, не более

-

0,2

0,2

Маслостойкость, %, при 100 °С, 24ч, не более

12

-

-

Относительная диэлектрическая проницаемость при частоте 50Гц, не менее

От 10 до 40

(в зависимости от марки)

2,5

2,5

Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом·см

1010

1014

1014

Электрическая прочность, кВ/мм

15

18

18

Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 50 Гц

0,03 - 0,3

(в зависимости от марки)

 

0,35

0,35

Температурный интервал эксплуатации, °С

От –60 до +100

От –60 до +160

От –60 до +160

    Герметик марки Абрис К-ЭИ предназначен для выравнивания напряженности электрического поля в муфтах силовых кабелей. В герметике точно регулируется удельное объемное электрическое сопротивление, диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь. Материал обладает высокой маслостойкостью и способен противостоять воздействию пропиточных составов бумажной изоляции кабельных муфт.

 

    Герметик марки Абрис К-ЛБ предназначен для гидроизоляции наружной оболочки кабеля. Обладает высокой газонепроницаемостью, гидроизоляционными свойствами, атмосферной стойкостью, тепло- и морозостойкостью, стойкостью к старению. Сохраняет все перечисленные свойства в течение всего срока эксплуатации муфт.

 

    Для межфазного заполнения предлагаются детали в виде призмы из герметика Абрис К-МЗ. Высокая пластичность материала позволяет заполнить внутреннее межжильное пространство. Отсутствие воздушных пустот в муфте и высокие газо-, паронепроницаемые свойства материала позволяют исключить ионизацию воздуха во время эксплуатации и увеличить ресурс работы муфты в целом. 

 

При доработке герметиков учитывались особенности эксплуатации кабельных муфт в условиях Крайнего Севера, где  крайне важно чтобы материал обладал устойчивостью к циклическим изменениям температуры, высокой деформативной способностью, повышенной трещиноустойчивостью, что позволяет компенсировать сильные деформации  при морозном пучении грунтов и просадках.

 Значительная часть лабораторных испытаний была посвящена модификации  полимерных композиций — основы герметиков для придания им требуемых физико-химических свойств. Склонность полимерных материалов к растрескиванию при деформациях ниже температуры хрупкости объясняется нарастанием в образце напряжений вследствие заторможенности процессов в макромолекулярных цепях, приводящих к релаксации напряжений. Введение в полимер дополнительного количества пластификаторов с низкой температурой замерзания, специальных наполнителей и технологических добавок, повышающих гибкость и подвижность макромолекул каучука, позволило понизить температуру, при которой  сохраняется эластичность, до (-65)°С, что привело к улучшению низкотемпературных характеристик герметиков. 

В процессе работы проводили экспериментальные исследования по изучению влияния отрицательных температур (от -20 до -60°С) на внешний вид и физико-механические свойства герметиков серии Абрис.

Оценку физико-механических показателей герметиков проводили в соответствии с требованиями нормативных документов в зависимости от вида герметизирующего материала. Результаты отдельных испытаний представлены в таблице 1.

 

 

 

Таблица 2 Испытания по определению гибкости (эластичности при изгибе) герметиков серии Абрис при отрицательных температурах (до -60 °С)

 

 

 

 

Марка герметика

Толщина

образца,

мм

Диаметр стержня, мм

Метод

испытаний

Результаты

испытаний

5

10

15

20

Кабельные герметики Абрис К (ТУ 2513-006-52471462–2005)

Абрис К-ЭИ-10,

Абрис К-ЭИ-15 – пласто-эластичная самоклеящаяся композиция, обладающая свойствами выравнивания напряженности электрического поля в конструкциях термоусаживаемых муфт

2

+

+

+

+

 

 

 

ГОСТ

2678–94

 

 

 

Минимальный радиус изгиба 5 мм

Абрис К-ЛБ - самоклеящаяся пласто-эластичная композиция для гидроизоляции наружной оболочки кабеля

2

+

+

+

+

ГОСТ

2678–94

Минимальный радиус изгиба 5 мм

Абрис К-С – эластичная высокопрочная самоклеящаяся композиция, армированная ПВХ, для изоляции кабелей связи

2

+

+

+

+

ГОСТ

2678–94

Минимальный радиус изгиба 5 мм

                 

Абрис К-МЗ –пластичный неотверждаемый герметик для заполнения внутреннего межжильного пространства муфты

2

+

+

+

+

ГОСТ

2678–94

Минимальный радиус изгиба 5 мм

Абрис СК (ТУ 2513-018-52471462-2012)

Абрис СК для герметизации судового кабеля в виде термопластичного брикета марок Б и  Бтг (не поддерживающего горение)

2

+

+

+

+

ГОСТ

2678–94

Минимальный радиус изгиба 5 мм

Абрис С (ТУ 5775-003-43008408–99)

Абрис С – самоклеящийся неотверждаемый герметик для герметизации швов и соединений в строительстве

2

+

+

+

+

 

 

ГОСТ

2678–94

 

 

Минимальный радиус изгиба 5 мм

Абрис С-Т – самоклеящийся неотверждаемый герметик для антикоррозионной защиты (без армирования)

2

+

+

+

+

 

 

4

+

+

+

+

 

 

Абрис С-Т-ЛТполитерм – герметик Абрис С-Т, армированный термоусаживающийся лентой-оберткой Политерм

2

+

+

+

+

 

Отслоений от ленты

Политерм

не наблюдается

4

+

+

+

+

 

Абрис ВБД (ТУ 2513-003-52471462–2001)

Абрис ВБД

вибродемфирующий самоклеящийся полимерно-битумный материал

2

+

+

+

+

ГОСТ

2678–94

Минимальный радиус изгиба 5 мм

Абрис Р (ТУ 5775-004-52471462–2003)

Мастика Абрис Рс неотверждаемая пастообразная гидро-, пароизоляционная мастика

1

+

+

+

+

ГОСТ

6806–73

Минимальный радиус изгиба 5 мм

 

2

+

+

+

+

Абрис РЗ (ТУ 6990-012-52471462–2009)

Абрис РЗтп –термопластичный радиационнозащитный материал

2

+

+

+

+

ГОСТ

2678–94

Минимальный радиус изгиба 5 мм

5

+

+

+

+

Абрис МАГ (ТУ 2379-017-52471462–2012)

Абрис МАГ – магнитный полимерно-битум­ный термопластичный материал

2

-

+

+

+

ГОСТ

2678–94

Минимальный радиус изгиба 10 мм

                 

Абрис ЭМИ (ТУ 2290-014-52471462–2011)

Абрис ЭМИ – полимерно-композиционный материал с радиоэкранирующими свойствами

2

-

+

+

+

ГОСТ

2678–94

Минимальный радиус изгиба 10 мм

Примечание:

«+» знак обозначает отсутствие трещин и разрывов в месте изгиба, образец выдержал испытание;

«-» знак обозначает наличие трещин, разрывов, отслаивания и иных дефектов в месте изгиба,

образец  не выдержал испытание.

 

Проведенные испытания показали, что состав герметиков обеспечивает устойчивость материалов Абрис к воздействию отрицательных температур независимо от толщины мастичного слоя, и герметики сохраняют гибкость (эластичность при изгибе) при температурах до - 60 °С.

Ряд герметиков, в частности Абрис С-Т, уже прошли опытно-промышленную отработку в условиях Севера (Ванкорское месторождение–НПС Пурпе, Ванкорский производственный участок) в качестве герметизирующей прокладки при проведении работ по теплоизоляции трубопроводов при температуре ниже -20 °С, а также герметизации строительных конструкций при минусовых температурах.

Герметики Абрис К-МЗ, Абрис К-ЛБ и выравнивающие ленты Абрис К-ЭИ-10, Абрис К-ЭИ-15, Абрис К-ЭИ-20 активно используются в конструкциях термоусаживаемых муфт при монтаже кабельных линий эксплуатация и монтаж которых допускается при низких температурах в северных регионах нашей страны.

Самоклеящаяся морозостойкая лента Абрис См-ЛБ была применена для обеспечения герметичности стыковых соединений трубопроводов в составе конструкции комплекта материалов «K-Flex для изоляции стыковых соединений». Согласно отзывам, полученным от технического директора ООО «К-Флекс», лента Абрис См-ЛБ имеет хорошую липкость к металлической поверхности, технологична в работе, удобна в применении, не требует дополнительных подготовительных операций.

На сегодняшний день высока актуальность применения герметизирующих материалов в криогенных промышленных установках, на трубопроводах, резервуарах и оборудовании по производству нефтехимии, технологических газов, на трубопроводах систем получения и транспортировки сжиженного природного газа (СПГ).

Успешное освоение арктической зоны невозможно без буровых платформ и терминалов, а также специализированных транспортных судов. Для их постройки требуется огромное количество специальных морозостойких универсальных судовых кабелей, изготовленных из материалов, позволяющих им оставаться гибкими даже при низких температурах.

Совместно с производителем кабельной продукции были разработаны и отработаны в конструкции кабеля герметизирующие составы для его внутренней гидроизоляции.

В качестве герметизирующего слоя  внутренних токопроводящих жил судового кабеля используется термопластичный герметик Абрис СК-Б, представляющий собой композицию на основе полимерного связующего, наполнителя, пластификатора и технологических добавок. Состав герметика  обеспечивает надежную герметичность кабеля в продольном направлении при гидростатическом давлении до 15 МПа, высокую стойкость к агрессивным средам, механическую прочность, эксплуатацию кабеля при температурах до минус 60 °С. Герметик данной марки может выпускаться по требованию заказчика не поддерживающим горение  - Абрис СК–Бтг.

Следующим этапом разработки морозостойких материалов стала серия герметиков, предназначенных для эксплуатации в условиях экстремально низких температур до -200°С.

Данные материалы используют для герметизации, антикоррозионной защиты, тепло-шумоизоляции строительных и металлических конструкций, для герметизации швов между изделиями из пеностекла, пенополиуретана и т.п. в конструкциях теплоизоляции криогенных трубопроводов, резервуаров и оборудования, работающих в условиях экстремально низких температур до -200°С.

Серия морозостойких герметизирующих материалов Абрис См разработана на базе отечественного сырья с применением специальных технологических добавок и пластификаторов.

Герметик Абрис См может выпускаться в виде пластичной или пастообразной массы.

Разработанные материалы по своим техническим характеристикам не уступают зарубежным аналогам и обладают повышенной пластичностью и липкостью к холодным поверхностям.

Материалы серии Абрис См после циклического воздействия криогенных температур в диапазоне от +30 до -200 °С сохраняют эксплуатационные свойства и физико-механические показатели (гибкость, эластичность, сцепление с подложкой) на уровне исходных показателей.

Указанные технические характеристики подтверждены циклическими испытаниями в условиях криогенных температур.

Испытания по определению стойкости герметиков марок Абрис См в штатном исполнении и Абрис Стг в трудногорючем исполнении к воздействию отрицательных температур (до -170 ºС) проводили по ГОСТ 9.507–88 п.6 Метод 1 в лаборатории полимерных материалов НИИхимии ННГУ им. Н.И. Лобачевского (г. Нижний Новгород).

В таблице 2 представлено описание методики проведения испытаний в соответствии с нормативной документацией, а на рисунке 1 – вид образцов морозостойких герметиков Абрис после выдержки при -170 ºС в течение 30 минут.

 

Таблица 3 Методики проведения испытаний

Наименование НТД

Номер

образца

Подготовка

образцов

к испытанию*

Сущность метода

ГОСТ 9.507–88. Материалы герметизирую­щие. Методы испыта­ния.

п.6. Методы испытаний на воздействие низких температур

(Метод 1)

№1

Герметик Абрис См толщиной 2 мм, нанесенный на брусок пеностекла размером 70×70×(20±5) мм

Образцы герметика, нанесенного на подложку из пеностекла, помещали в камеру холода в горизонтальном положении после установления в ней температуры -40 ºС. Затем понижали температуру до -170 ºС и выдерживали при заданной температуре в течение 30 мин. По окончании испытаний проводили визуальный осмотр с целью определения состояния образца. Образцы считали выдержавшими испытание, если при их осмотре не было обнаружено дефектов (растрескивание, отслоение от поверхности пеностекла)

№2

Герметик Абрис Стг толщиной 2 мм, нанесенный на брусок пеностекла размером 70×70×(20±5) мм

№3

Мастика Абрис Стг-Б толщиной 10 мм в лотке из алюминиевой фольги

№4

Герметик Абрис См-Б толщиной

2 мм, нанесенный на брусок пеностекла размером 70×70×(20±5) мм

*Образцы готовили в соответствии с техническими условиями на материал и требованиями дальнейшей эксплуатации герметизирующего состава в производственных условиях.

 

Рисунок 1 Образцы морозостойких герметиков Абрис после выдержки при -170 ºС в течение 30 минут.

 

После воздействия экстремально низких температур на поверхности образцов не обнаружено видимых дефектов, образцы сохранили исходные пласто-эластичные характеристики и хорошее сцепление с подложкой из пеностекла.

Согласно результатам проведенных испытаний герметики марок Абрис См, Абрис См-Б, Абрис Стг и Абрис Стг-Б (ТУ 5772-003-43008408–99) устойчивы к воздействию отрицательных температур до -170 ºС.

Дополнительно были проведены испытания по определению изменений физико-механических свойств герметиков после циклического воздействия криогенных температур: -200 °С – 5 мин, нагрев до +20 ºС, затем охлаждение до -200 °С (всего пять циклов).

Испытания физико-механических свойств герметика проводили по ГОСТ 26589–94, ГОСТ 25945–87 и ГОСТ 6806–73.

По окончании испытаний было отмечено, что изменений внешнего вида при осмотре образцов герметиков Абрис См, Абрис См-Б, Абрис Стг и Абрис Стг-Б после циклического воздействия криогенных температур не наблюдается: масса однородная; покрытие на подложке из пеностекла ровное, без отслоений от подложки и видимых дефектов, трещин. У образцов сохранилась гибкость и эластичность при изгибе при температуре испытаний от +(23±5) до -(20±5) °С.

Результаты физико-механических испытаний показали, что водопоглощение и относительное удлинение при разрыве по ГОСТ 25945–87, прочность связи с пеностеклом по ГОСТ 26589–94 соответствуют исходным показателям герметика.

К преимуществам технологии применения материалов серии Абрис относятся: технологичность выполнения защиты сложных поверхностей за счет пласто-эластичных и самоклеящихся свойств материалов; повышенная трещиноустойчивость гидроизоляционной конструкции; готовность к применению, т.е. возможность использования без дополнительных подготовительных процедур; не требует сложного оборудования.

Проведенные испытания показали устойчивость материалов Абрис к воздействию экстремально низких температур, что дает возможность использовать их в криогенных промышленных установках, на трубопроводах систем получения и транспортировки сжиженного природного газа (СПГ).

Следует учесть, что все вышеуказанные результаты получены при испытании материалов серии Абрис и не могут быть использованы применительно к другим аналогичным материалам.

Новая группа морозостойких кабелей, получивших товарный знак СКАБ (рис. 3), призвана решить проблему эксплуатации кабельно-проводниковой продукции при крайне низких температурах (до -70°С), например, в арктических условиях.

Помимо кабелей, важнейшую роль в поддержании надежностных характеристик различных узлов электрооборудования играют электрические соединители, ведь по оценкам специалистов, около 50% всех отказов вызваны низким качеством разъемов. Поэтому в России, как и во всем мире, в условиях усложнения радиоэлектронной аппаратуры идет борьба за качество электрических соединителей. Как и кабели, соединители подвержены самым жестким и агрессивным внешним воздействиям, характерным для эксплуатации на земле, на воде и в воздухе в суровых арктических условиях, поэтому к ним предъявляются повышенные требования по следующим параметрам:

Благодаря использованию современных материалов, а также продуманным конструкциям самих кабелей, особенно в морозостойком безгалогенном герметизированном и огнестойком исполнении, продукция ООО НПП «Спецкабель» может быть с успехом использована при освоении и использовании арктических пространств и ресурсов.