Влияние водоотталкивающего покрытия на работоспособность конструкций из полимерных композиционных материалов в условиях экстремально низких температур

Б.С. Ермаков¹, О.В. Швецов¹, С.А. Вологжанина², Д.В. Нечаев¹, И.Д. Карпов^1
1 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация
² Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация
Горная Промышленность №5 / 2024 стр.198-203

Резюме: Проведен анализ влияния водоотталкивающего покрытия на работоспособность конструкций, используемых в горной промышленности, из полимерных композиционных материалов в зоне арктики и субарктики. Изучено влияние на механические свойства образцов длительного воздействия низких климатических температур, влагопоглощения, «перехода через ноль», воздействия соляного тумана, а также комплексное влияние перечисленных факторов. В качестве защитного покрытия использовался водоотталкивающий лак ЭП-730, наносимый методом напыления. Установлено, что в ходе длительной эксплуатации изделий из полимерных композиционных материалов в северных регионах России следует обращать особое внимание на возможную деградацию их механических свойств под воздействием различных климатических факторов. К числу наиболее значимых факторов риска относятся переходы температуры внешней среды через ноль и влажную морскую среду. Совместное воздействие нескольких климатических факторов также оказывает дополнительное усиливающее воздействие на деградацию механических свойств материалов и снижает надежность и долговечность оборудования. Полученные результаты подчеркивают необходимость применения водоотталкивающих покрытий для повышения надежности и долговечности конструкций из полимерных композиционных материалов, эксплуатируемых в северных регионах.

Ключевые слова: полимерные композиционные материалы, водоотталкивающее покрытие, экстремально низкие температуры, морской климат, механические свойства материалов

Благодарности: Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (тема №FSEG-2024-0009 Разработка моделей деградации служебных свойств металлических и композиционных материалов для строительства в условиях многолетнемерзлых грунтов).

Для цитирования: Ермаков Б.С., Швецов О.В., Вологжанина С.А., Нечаев Д.В., Карпов И.Д. Влияние водоотталкивающего покрытия на работоспособность конструкций из полимерных композиционных материалов в условиях экстремально низких температур. Горная промышленность. 2024;(5S):198–203. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-5S-198-203

Информация о статье

Поступила в редакцию: 08.09.2024

Поступила после рецензирования: 24.10.2024

Принята к публикации: 31.10.2024

Информация об авторах

Ермаков Борис Сергеевич – доктор технических наук, профессор, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация; https://orcid.org/0009-0008-0932-2408; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Швецов Олег Викторович – кандидат технических наук, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0001-9368-4074; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Вологжанина Светлана Антониновна – доктор технических наук, доцент, Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0001-7675-865X; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Нечаев Даниил Валерьевич – Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, г. СанктПетербург, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0002-5997-143X; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Карпов Иван Дмитриевич – Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов..

Вклад авторов

Авторы заявляют о равноценном вкладе всех соавторов в работу.

Список литературы

1. Пряхин Е.И., Азаров В.А. Повышение адгезии фторопластовых покрытий к стальным поверхностям труб с перспективой их использования в газотранспортных системах. Черные металлы. 2024;(3):69–75. https://doi.org/10.17580/chm.2024.03.11 Pryakhin E.I., Azarov V.A. Increasing the adhesion of fluoroplastic coatings to steel surfaces of pipes with a view to their use in gas transmission systems. Chernye Metally. 2024;(3):69–75. (In Russ.) https://doi.org/10.17580/chm.2024.03.11

2. Череповицын А.Е., Цветков П.С., Евсеева О.О. Критический анализ методических подходов к оценке устойчивости арктических нефтегазовых проектов. Записки Горного института. 2021;249:463–478. https://doi.org/10.31897/PMI.2021.3.15 Cherepovitsyn A.E., Tsvetkov P.S., Evseeva O.O. Critical analysis of methodological approaches to assessing sustainability of arctic oil and gas projects. Journal of Mining Institute. 2021;249:463–478. https://doi.org/10.31897/PMI.2021.3.15

3. Suprun E., Tynchenko V., Khramkov V., Kovalev G., Soloveva T. The use of artificial intelligence to diagnose the disease. BIO Web of Conferences. 2024;84:01008. https://doi.org/10.1051/bioconf/20248401008

4. Пряхин Е.И., Прибыткова Д.А. Влияние качества подготовки поверхности труб для теплосетей на их коррозионную стойкость при эксплуатации в условиях подземного залегания. Черные металлы. 2023;(11):97–102. https://doi.org/10.17580/chm.2023.11.15 Pryakhin E.I., Pribytkova D.A. The influence of the quality of surface preparation of pipes for heating networks on their corrosion resistance during operation in underground conditions. Chernye Metally. 2023;(11):97–102. (In Russ.) https://doi.org/10.17580/chm.2023.11.15

5. Tynchenko V.S., Stashkevich A., Muzyka P., Leontieva A.A., Degtyareva K.V. Effective energy management tools: inventory management and monitoring of energy consumption by personnel. E3S Web of Conferences. 2023;458:01011. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202345801011

6. Sizyakov V.M., Bazhin V.Yu., Piirainen V.Yu., Sharikov F.Yu., Mas’ko O.N. Implemention of self-propagating low-temperature synthesis to produce pure silicon carbide. Refractories and Industrial Ceramics. 2023:64(3):265–270. https://doi.org/10.1007/s11148-024-00836-2

7. Пиирайнен В.Ю., Баринкова А.А. Разработка композиционных материалов на основе красного шлама. Обогащение руд. 2023;(3):35–41. https://doi.org/10.17580/or.2023.03.06 Piirainen V.Yu., Barinkova A.A. Development of composite materials based on red mud. Obogashchenie Rud. 2023;(3):35–41. (In Russ.) https://doi.org/10.17580/or.2023.03.06

8. Chernykh N., Mikhalev A., Dmitriev V., Tynchenko V., Shutkina E. Comparative analysis of existing measures to reduce road accidents in Western Europe. In: 2023 22nd International Symposium INFOTEH-JAHORINA, INFOTEH, East Sarajevo, Bosnia and Herzegovina, 15-17 March. 2023. IEEE; 2023, pp. 1–6. https://doi.org/10.1109/INFOTEH57020.2023.10094192

9. Голик В.И., Кукарцев В.А., Панфилова Т.A., Тынченко В.С., Конюхов В.Ю. К механохимической активации процессов выщелачивания в дезинтеграторе. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023;(11-1):175–189. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_111_0_175 Golik V.I., Kukartsev V.A., Panfilova T.A., Tynchenko V.S., Konyukhov V.Yu. The mechanochemical activation of leaching processes in a disintegrator. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2023;(11-1):175–189. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_111_0_175

10. Golik V., Stas G., Morkun V., Morkun N., Gaponenko I. Study of rock structure properties during combined stopping and development headings. E3S Web of Conferences, 2020;166:03006. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202016603006

11. Orlov V., Kukartsev V., Suprun E., Gek D., Ageev D. Designing an information system to automate service management at the enterprise. E3S Web of Conferences. 2023;458:09019. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202345809019

12. Zubail A., Traidia A., Masulli M., Vatopoulos K., Villette T., Taie I. Carbon and energy footprint of nonmetallic composite pipes in onshore oil and gas flowlines. Journal of Cleaner Production. 2021;305:127150. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.127150

13. Тихонов А.С., Ковалев А.В. Анализ конструкций нефтяных и газовых скважин с целью выявления перспективных направлений дальнейших исследований. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2022;333(3):126–143. https://doi.org/10.18799/24131830/2022/3/3492 Tikhonov A.S., Kovalev A.V. Analysis of oil and gas well casing designs in order to identify promising areas for further research. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Аssets Engineering. 2022;333(3):126–143. (In Russ.) https://doi.org/10.18799/24131830/2022/3/3492

14. Orlov V., Tynchenko V., Nizameeva A., Shalaeva D., Ageev D. Development of a multifunctional cross-platform system for automation of energy data and resource management. E3S Web of Conferences. 2023;460:07002. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202346007002

15. Kukartsev V.V., Kravtsov K.I., Suprun P.S., Gek D.K., Pinchuk I.A. Advancements in network-based management systems for enhanced business services. E3S Web of Conferences. 2023;460:07003. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202346007003

16. Дубов Г.М., Дворовенко И.В., Азиханов С.С., Зырянов И.В., Логвинов И.А., Попов Д.К. Оптимизация эксплуатации газобаллонного оборудования технологического транспорта АК «АЛРОСА», использующего компримированный природный газ в качестве моторного топлива в условиях Якутии. Горная промышленность. 2024;(2):84–91. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-2-84-91 Dubov G.M., Dvorovenko I.V., Azikhanov S.S., Zyryanov I.V., Logvinov I.A., Popov D.K. Optimisation of the gas cylinder equipment operation of ALROSA’s compressed gas utility vehicles in conditions of Yakutia. Russian Mining Industry. 2024;(2):84–91. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-2-84-91

17. Ardashkin I.B., Yakovlev A.N., Martyushev N.V. Evaluation of the resource efficiency of foundry technologies: Methodological aspect. Advanced Materials Research. 2014;1040:912–916. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.1040.912

18. Skeeba V., Ivancivsky V., Martyushev N.V., Lobanov D.V., Vakhrushev N.V., Zhigulev A.K. Numerical simulation of temperature field in steel under action of electron beam heating source. Key Engineering Materials. 2016;712:105–111. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.712.105

19. Агафонов В.В., Оганесян А.С., Соловых Д.Я., Козлова О.Ю. Влияние полипропиленового волокна на цементный закладочный композит на основе хвостов обогащения. Устойчивое развитие горных территорий. 2023;15(4):1108-1118. https://doi.org/10.21177/1998-4502-2023-15-4-1108-1118 Agafonov V.V., Oganesyan A.S., Solovykh D.Ya., Kozlova O.Yu. Effect of polypropylene fiber on cement backfill based on tailings. Sustainable Development of Mountain Territories. 2023;15(4):1108-1118. https://doi.org/10.21177/1998-4502-2023-15-4-1108-1118

20. Alabtah F.G., Mahdi E., Eliyan F.F. The use of fiber reinforced polymeric composites in pipelines: A review. Composite Structures. 2021;276:114595. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2021.114595

21. Грязев М.В., Качурин Н.М., Стась Г.В. Пылегазовые выбросы с поверхности породных отвалов ликвидированных шахт угольного бассейна. Устойчивое развитие горных территорий. 2018;10(4):500–508. https://doi.org/10.21177/1998-4502-2018-10-4-500-508 Gryazev M.V., Kachurin N.M., Stas G.V. Dust and gas emissions from the dumps surfaces of the liquidated mines of the Moscow Coal basin. Sustainable Development of Mountain Territories. 2018;10(4):500–508. (In Russ.) https://doi.org/10.21177/1998-4502-2018-10-4-500-508

22. Ilangovan S., Senthil Kumaran S., Naresh K., Shankar K., Velmurugan R. Studies on glass/epoxy and basalt/epoxy thin-walled pressure vessels subjected to internal pressure using ultrasonic ‘C’ scan technique. Thin-Walled Structures. 2023;182(А):110– 116. https://doi.org/10.1016/j.tws.2022.110160

23. Silva N.S., Netto T.A., Bastian F.L., Silva R.A.F. On the effect of the ply stacking sequence on the failure of composite pipes under external pressure. Marine Structures. 2020;70:102–115. https://doi.org/10.1016/j.marstruc.2019.102658

24. Панфилова Т.А., Тынченко В.С., Кукарцев В.А., Башмур К.А., Кондратьев В.В. К концепции выщелачивания металлосодержащего сырья в дезинтеграторе. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023;(11-1):239–251. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_111_0_239 Panfilova Т.А., Tynchenko V.S., Kukartsev V.A., Bashmur K.A., Kondratiev V.V. To the concept of leaching metal-containing raw materials in the dizintegrator. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2023;(11-1):239–251. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_111_0_239

25. Луганцев Б.Б., Чавкин А.И., Турук Ю.В., Воронова Э.Ю., Исаков В.С. Необходимость и область применения нержавеющих анкеров. Горная промышленность. 2024;(1):94–98. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-1-94-98 Lugancev B.B., Chavkin A.I., Turuk Ju.V., Voronova E.Yu., Isakov V.S. The need for and scope of application of stainless steel rock bolts. Russian Mining Industry. 2024;(1):94–98. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-1-94-98

26. Галачиева С.В., Махошева С.А., Жанокова М.В. Развитие эколого- ориентированной экономики высокогорного региона на примере применения инновационных технологий в полимерной химии. Устойчивое развитие горных территорий. 2023;15(3):528–538. https://doi.org/10.21177/1998-4502-2023-15-3-528-538 Galachieva S.V., Makhosheva S.A., Zhanokova M.V. Development of an environmentally oriented economy in a high-mountain region using the example of the application of innovative technologies in polymer chemistry. Sustainable Development of Mountain Territories. 2023;15(3):528–538. (In Russ.) https://doi.org/10.21177/1998-4502-2023-15-3-528-538

27. Tian H., Wei C., Lai Y., Chen P. Quantification of water content during freeze – thaw cycles: A nuclear magnetic resonance based method. Vadose Zone Journal. 2018;17(1):1–12. https://doi.org/10.2136/vzj2016.12.0124

28. Sherov A.K., Sherov K.T., Sikhimbayev M.R., Absadykov B.N., Кuanov I.S. Research of qualitative indicators of a gear pump with two-shaft connection for pumping petroleum products. News of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan. Series of Geology and Technical Sciences. 2021;4(448):108–116. https://doi.org/10.32014/2021.2518-170X.88

29. Bao X., Wang Z., Fu D., Shi C., Iglesias G., Cui H., Sun Z. Machine learning methods for damage detection of thermoplastic composite pipes under noise conditions. Ocean Engineering. 2022;248: 110817. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2022.110817

30. Pashkov E.N., Martyushev N.V., Ponomarev A.V. An investigation into autobalancing devices with multireservoir system. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2014;66:012014. https://doi.org/10.1088/1757-899X/66/1/012014

31. Fang P., Xu Y., Gao Y., Ali L., Bai Y. Mechanical responses of a fiberglass flexible pipe subject to tension & internal pressure. Thin-Walled Structures. 2022;181:110107. https://doi.org/10.1016/j.tws.2022.110107

32. Vidayev I.G., Martyushev N.V., Ivashutenko A.S., Bogdan A.M. The resource efficiency assessment technique for the foundry production. Advanced Materials Research. 2014;880:141–145. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.880.141