CC BY
28
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ СВЧ ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ СВОЙСТВ
ИЗОЛЯЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ
Елена Мидхатовна Абуталипова
Докт.тех.наук, доцент ФГБОУВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» г.Стерлитамак
Попова Елена Викторовна Канд.техн.наук, доцент ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» г.Стерлитамак
Методология исследования заключается в поэтапном изучении проникающей способности СВЧ излучения в полимеры различной природы, влияния различных параметров энергетического потока на структуру полимеров, особенностей формирования физико-механических и эксплуатационных свойств полимеров в ходе проведения данного вида обработки. Для реализации процесса обработки полимерных материалов СВЧ излучением необходимо исследовать глубину проникновения излучения в материал. Расчетные методы здесь неприменимы, так как не получены аналитические выражения для описания действительных и мнимых частей диэлектрической и магнитной проницаемости полимеров, а также для их поглощающей способности в зависимости от частоты излучения и температуры в соответствующий период технологического цикла. Для исследования глубины проникновения СВЧ излучения в полимерные материалы при участии автора разработана универсальная лабораторная СВЧ установка, позволяющая не только определять глубину проникновения электромагнитного излучения в полимерные
материалы, но и обрабатывать их СВЧ излучением (рисунок 1).
Влияние энергетического потока СВЧ излучения на эволюцию строения полимерных изоляционных материалов проводили по изображениям их структуры, полученным при помощи зондового сканирующего микроскопа высокого разрешения типа NT-MDT Integra Prima в атомно-силовом режиме с использованием зондов типа NSG 11.
Оценку эффективности воздействия СВЧ излучения на изменение адгезии изоляционного покрытия на основе ПВХ осуществляли в ходе визуального наблюдения с помощью оптического микроскопа (х 100), а также количественной оценки величины адгезии пленки методом отрыва (ГОСТ 25812-83).
Глубину проникновения излучения определяли на полимерах, широко применяемых при производстве изоляционных покрытий.
Рисунок 1. Схема лабораторной СВЧ установки
В ходе экспериментов были определены значения глубины проникновения СВЧ излучения в гранулы полиэтилена, полиэтилентерефталата, полипропилена, кабельного пластиката на основе ПВХ и ПВХ пленку (таблица 1).
Таблица 1.
Глубина проникновения СВЧ излучения в полимерные материалы_
Виды полимерных материалов Глубина проникновения, м
Гранулы полиэтилена 0,412
Гранулы полиэтилентерефталата 0,281
Гранулы полипропилена 0,345
Гранулы кабельного пластиката на основе ПВХ 0,195
Гранулы ПВХ 0,191
ПВХ пленка 0,102
Влияние диапазона энергии СВЧ излучения и про- алов на основе ПВХ исследовали с применением лабора-должительности обработкина изменение строения, а торной установки (рисунок 1), варьируя уровень излучае-также физико-механических свойств полимерных матери- мой энергии в пределах от 50 до 400 кДж/кг и продолжительность обработки - от 30 до 300 с.
Таблица 2.
Экспериментальные значения максимальной разрывной нагрузки для различных полимерных материалов
Удельная энергия, кДж/кг Максимальная разрывная нагрузка, МПа
ПВХ пленка Полиэтиленовая пленка
без СВЧ обработки 20,70 11,60
51,0 20,71 11,69
75,8 25,48 11,75
102,5 29,60 11,86
126,8 35,30 12,04
154,2 38,19 12,33
205,8 38,35 15,43
258,0 33,82 12,32
360,0 14,12 12,10
Экспериментально показано, что увеличение в два раза разрывной нагрузки у материалов на основе ПВХ (таблица 2) происходит в диапазоне допустимой удельной энергии СВЧ излучения 102,5...205,8 кДж/кг при обработке в течение 1-3 мин.Дальнейшее увеличение мощности излучения приводит к резкому снижению прочностных свойств пленки.
Установлено также, что в аналогичных условиях водопоглощение материалов на основе ПВХ уменьшается примерно в три раза, что свидетельствует об образовании поперечных связей в полимере, приводящих к увеличению плотности пространственной сетки. Кроме того, дальнейшее исследование термостабильности ПВХ и покрытий на его основе с помощью метода «конгокрасный» показало, что в установленном ранее диапазоне значений удельной теплоты СВЧ излучения время термостабильности ПВХ увеличивается в среднем на 6 мин. Следовательно, повышение механической прочности образцов ПВХ пленки происходит в результате трансформации структуры, инициируемой СВЧ излучением. И, наконец, косвенным подтверждением конформационных измене-
ний молекулярной структуры ПВХ пленки является существенный (примерно в 2,7 раза) рост ее удельного электросопротивления [8].
Подтверждением значительной термостабильности обработанных СВЧ излучением образцов ПВХ пленки является их высокая температура стеклования. Следует отметить, что у образцов ПВХС-70С пик частичного плавления смещен в область более высоких температур. При этом температура их стеклования (85...89°С) (таблица 3)несколько превышает величину, характерную для ПВХ (82.83 °С). Данное явление объясняется уменьшением гибкости цепи макромолекул ПВХ и образованием поперечных связей вследствие высокой поляризационной способности молекул [10].
Таким образом, значения температур начала и завершения процесса стеклования (таблица 3) подтверждают, что воздействие СВЧ излучения на ПВХ приводит к увеличению степени его кристалличности, в результате чего происходит рост прочности полимерной пленки. При этом не наблюдается сшивки макромолекул полимера, которая происходит при более высокой энергии СВЧ излучения, что препятствует потере пленкой эластичности.
Таблица 3.
Влияние энергии СВЧ излучения на значения температуры различных стадий стеклования_
Излученная энергия, Температура Температура Температура
кДж/кг начала стеклования, С стеклования, °С завершения стеклования, °С
без СВЧ обработки 81,73 82,30 85,44
102,5 81,99 85,06 88,81
205,8 83,44 89,28 93,32
258,0 83,23 88,76 92,11
309,0 82,50 84,47 89,93
В результате увеличения температуры стеклования ПВХ под воздействием СВЧ излучения повышается теплостойкость полимерных материалов, тем самым значительно увеличивается верхний температурный предел их эксплуатации, что существенно расширяет практическое использование ПВХ при переработке и эксплуатации готовых изделий.
Изображения структуры ПВХ пленки получены в контактном режиме с помощью атомного силового микроскопа типа NT-MDT Integra Prima. У необработанной СВЧ излучением ПВХ пленки преобладает аморфная структура. Под воздействием СВЧ излучения в ПВХ изменяется ориентация боковых ответвлений его макромолекул, что
способствует росту числа центров кристаллизации, упорядочению структуры и уменьшению областей свободного объема в ней. В результате уменьшается общая площадь аморфных областей структуры в пользу вновь образующейся кристаллической фазы, что сопровождается повышением степени упорядоченности в расположении макромолекул полимера. Молекулы ПВХ начинают перестраиваться в параллельные строчки, что является признаком роста его кристалличности, обеспечивающего улучшение физико-механических свойств ПВХ пленки.
Таким образом, экспериментально доказана принципиальная возможность использования СВЧ излучения
для проведения целенаправленного перестроения структуры полярных полимеров, обеспечивающего улучшение их физико-механических свойств. Для ее практической реализации разработаны конструкции СВЧ агрегатов [6,9,11], дающих возможность изготавливать основные виды изоляционных материалов, находящих широкое применение в нефтегазовой отрасли.
Список литературы:
1. Гринько B.C. Горин А.С. Техническое состояние линейной части магистральных нефтепроводов и резервуарных парков. Планы их приведения к нормативному состоянию.// Трубопроводный транспорт нефти, 2001, № 6, с. 17-20.
2. Черкасов Н.М., Гладких И.Ф., Гумеров К.М., Суб-аев И.У. Асмол и новые изоляционные материалы для подземных трубопроводов. М.: Недра, 2005. 155 с.
1. Prospects of microwave processing: An overview. S. Das, A.K. Mukhopadhyay, S. Datta and D Basu. Bull. Mater. Sci., Indian Academy of Sciences., Vol.31, №7, 2008, pp. 943-956.
2. Microwave synthesis of polymeric materials. Scale up and commercial aspects. Dariusz Bogdal, Aleksander Prociak, Chemistry Today, Vol 25 №3, 2007, p.30-33
3. Колганова С.Г. «Электротехнология нетепловой модификации полимерных материалов в СВЧ электромагнитном поле» Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, Саратов, 2010 г.
4. Патент РФ №118818 Сверхвысокочастотная электромагнитная установка для модификации поли-
мерных пленок. Абакачева Е.М., Киреев К.А., Маликов Р.М., Сулейманов Д.Ф., Шулаев Н.С. Опубликовано: 27.07.2012 Бюл. № 21
5. Патент РФ № 2461586 Способ производства полимерной пленки Абакачева Е.М., Иванов С.П., Маликов Р.М., Сулейманов Д.Ф., Шулаев Н.С. Опубликовано: 20.09.2012 Бюл. № 26
6. Абакачева (Абуталипова) Е.М.,Н.С. Шулаев, Д.Ф. Сулейманов / Исследование физико-механических свойств полимерных материалов, модифицированных в электромагнитном поле СВЧ-диапазона // Бутлеровские сообщения. 2011. - Т.24. №1. - С. 9598.
7. Абакачева (Абуталипова) Е.М., И.Г. Ибрагимов, Д.Ф. Сулейманов, А.Р. Фахразов / Мобильная сверхвысокочастотная установка для модификации полимерных материалов // Научно-технический журнал "Нефтегазовое дело". - 2012. - Том 10, №2. - С. 73-74.
8. Абакачева (Абуталипова) Е.М., И.Р. Кузеев, Р.Ф. Нафикова, Н.С. Шулаев, Д.Ф. Сулейманов/Иссле-дование термостабильности поливинилхлорида, модифицированного в электромагнитном поле СВЧ- диапазона// Научно-технический журнал "Нефтегазовое дело". - 2012. -Том 10, №2. - С. 7981.
9. Шулаев Н.С., Абакачева (Абуталипова) Е.М., Попова Е.В., Сулейманов Д.Ф., Жулаев А.В./ Методика расчета установок для нетепловой модификации полимеров в электромагнитном поле сверхвысокочастотного диапазона// Электронный науч. журнал «Нефтегазовое дело». - 2013. - № 3. -С. 471-478.
УДК 338.24(075.8) +614.8.084
ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫМИ РИСКАМИ
Алекина Елена Викторовна, Мельникова Дарья Александровна,
Яговкин Николай Германович
к.х.н., доцент; аспирант; д.т.н, зав. кафедрой «Безопасность жизнедеятельности», Самарский государственный технический университет, г. Самара
Любые решения, связанные с управлением профессиональными рисками принимаются при наличии значительного количества разноплановой информации (об объектах). Факторы, влияющие на правильность принятия управленческого решения в значительной мере находятся в состоянии неопределенности.
Поэтому создание эффективной автоматизированной системы обработки информации (АСОИ) по управлению профессиональными рисками представляет собой сложную, наукоемкую проблему, решение которой требует анализа широкого круга вопросов, начиная от правильного определения целевого предназначения системы и выработки требований к качеству ее функционирования и заканчивая вопросами синтеза составных частей и системы в целом на основе единого методологического подхода [1,2,5].
АСОИ обладают свойством целенаправленности функционирования. Поэтому цель функционирования является основным понятием, от корректности определения
которого зависит эффективность работы системы. В большинстве случаев она определяется требованиями системы (органа) более высокого уровня, в интересах которой (которого) функционирует АСОИ.
В общем смысле под целью функционирования АСОИ следует понимать желаемый результат конечной деятельности системы при заданных материальных и временных ограничениях, т.е. обеспечение требуемого уровня профессионального риска. Временные ограничения могут носить различный по продолжительности характер. Недостатком такого определения цели является ее размытость, которая не позволяет корректно формализовать цель. Для исключения этого, необходимо раскрыть понятие «желаемый результат». Применительно к системам, выходным результатом которых являются информационные сообщения различной природы, «желаемый результат» может быть определен с позиций качества выходной информации: ее достоверностью (точностью), своевременностью и полнотой. Данные свойства оценива-
