Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

3889

.pdf
Скачиваний:
3
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
70.09 Mб
Скачать

Научный журнал строительства и архитектуры

В данном способе свертывание обобщенного критерия можно произвести с помощью различных методов, в зависимости от которых меняется их математическая запись, например:

логический критерий записывается в виде

S

p,F x max pi Fi x ;

(9)

max

1 i N

 

среднестепенной критерий записывается в виде

 

 

 

1

 

N

d

1/d

 

S

p,F x

 

 

piFi

x

, d 0,

(10)

 

 

d

 

 

N

i 1

 

 

 

 

 

S

min

p,F x

max pi Fi

x ;

(11)

 

 

 

 

 

 

1 i N

 

 

 

мультипликативный критерии записывается в виде

S

 

p,F x

N

p F

x ;

(12)

 

 

 

 

i 1

i i

 

 

 

 

 

 

 

 

аддитивный критерий записывается в виде

 

N

 

S

p,F x pi Fi x .

(13)

 

i 1

 

Для рассматриваемой задачи большое значение имеют абсолютные величины критериев, в связи с этим необходимо выбрать именно аддитивный способ свертывания обобщенного критерия.

С учетом проведенного анализа для выбранных укрупненных параметров, упомянутых ранее, математическая модель обобщенного аддитивного векторного критерия оптимальности примет вид:

 

 

 

M Mmax

 

 

Zфi

Zфmax

 

 

 

 

Тстрi

Тстрmax

 

 

S pM 1

 

i

 

pZф

1

 

 

 

pТстрi 1

 

 

 

 

 

 

 

M

min

max

min

 

max

Т

min

 

Т

max

 

 

 

 

M

 

 

 

Zфi

Zф

 

 

 

 

стр

 

стр

 

(14)

 

 

Q

 

Qmax

 

 

 

Rобр

Rобр.max

 

 

 

 

 

i

max

 

 

 

pQт.п

1

 

т.пi

т.п

pRобр

1

систi

 

сист

 

 

p 1

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

min

 

max

обр.min

обр.max

 

min

 

max

 

 

Qт.п

 

Qт.п

 

сист

 

Rсист

 

Rсист

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где pM — значение веса материальной характеристики; pZф

— значение веса фактического

оборота тепла; pТ

— значение веса времени строительства; pQ

— значение веса годовых

 

стрi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т.п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тепловых потерь; p обр

— значение веса обратной величины параметра надежности; p

 

Rсист

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

значение веса дисперсии температуры у потребителя.

Следует отметить, что вследствие необходимости задания приоритета одного критерия над другим повышается степень субъективности искомого решения, связанного с привлечением экспертного анализа для получения веса конкретного критерия. Однако существуют также методы, основывающиеся на упорядочивании критериев или построении таблиц на базе попарного сравнения критериев. Данная информация, как правило, является более объективной, по сравнению с назначенными весами. Применение метода попарного сравнения рассматривались, например, в работах [4—6, 8].

Однако результатом расчета по данному методу является множество оптимальных вариантов, полученных при последовательном сравнении всех возможных пар критериев. В результате один и тот же вариант может быть лучшим по одному показателю и проигрывать по другому. Выбор конкретного варианта затруднителен и требует дополнительной инфор-

60

Выпуск № 3 (63), 2021

ISSN 2541-7592

мации, такую информацию можно получить, например, при использовании обобщенного критерия оптимальности, получение которого описывалось ранее, в качестве ориентира при выборе рассматриваемой области решения.

Рис. Методики выбора наилучшего варианта трассировки тепловой сети на базе матричного обобщения и векторной оптимизации по обобщенному аддитивному критерию оптимальности

61

Научный журнал строительства и архитектуры

Похожий принцип расчета был рассмотрен в работе [12], где осуществлялся выбор наилучшего варианта трассировки с помощью применения матричного обобщения. Как указывается в этой работе, смысл этого обобщения (с учетом минимизации, а не максимизации) состоит в последовательном рассмотрении всевозможных пар строк из приведенной матрицы. Если все позиции в одной из двух таких строк содержат величины, строго большие соответствующих величин второй строки из рассматриваемой пары (первая строка мажорирует вторую, является для нее мажорантой), то первую строку можно исключить из поиска оптимальных вариантов. Недостатком данного метода является ограничение количества вариантов при большом количестве критериев, а не поиск одного или небольшого числа наилучших. Таким образом, представляется более целесообразным применение этих двух методов совместно. Методика их совместного применения представлена на рисунке.

Выводы

1.Разработана математическая модель обобщенного аддитивного векторного критерия оптимальности трубопроводной трассы тепловой сети, отличающаяся от существующих возможностью учета смещенной оценки дисперсии температуры у абонентов.

Это позволяет получить более точное решение рассматриваемой оптимизационной задачи для систем теплоснабжения с неравномерным распределением тепловой нагрузки.

2.Разработан алгоритм системного анализа возможных вариантов трассировки трубопроводной сети, базирующийся на совместном применении методов матричного обобщения

ивекторной оптимизации по обобщенному аддитивному критерию, что повышает достоверность получаемого решения.

Библиографический список

1. Батищев, Д. И. Многокритериальный выбор с четом индивидуальных предпочтений / Д. И. Батищев, Д. Е. Шапошников. — Н. Новгород: ИПФ РАН, 1994. — 92 с.

2.Батищев, Д. И. Методы оптимального проектирования / Д. И. Батищев. — М.: Радио и связь, 1984. —

248 с.

3.Гвишиани, Д. М. Многокритериальные задачи принятия решений / под ред. Д. М. Гвишиани и С. В. Емельянова. — М.: Машиностроение, 1978. — 191 с.

4.Кольцов, Ю. В. Сравнительный анализ методов оптимизации для решения задачи интервальной оценки потерь электроэнергии / Ю. В. Кольцов, Е. В. Бобошко // Компьютерные исследования и моделирование. — 2013. — Т. 5, № 2. — С. 231—239.

5.Коптелова, И. А. Теория принятия решений в задачах повышения энергоэффективности систем энергоснабжения / И. А. Коптелова, Н. В. Арванитаки // Энерго- и ресурсосбережение: промышленность и транспорт. — 2016. — № 2 (14). — С. 35—40.

6.Коптелова, И. А. Теория принятия решений в задачах энергосбережения промышленных предприятий / И. А. Коптелова, Н. В. Арванитаки // Известия Волгоградского государственного технического университета. — 2011. — № (81). — С. 123—127.

7.Лобода А. В. Проектирование трасс систем теплоснабжения на основе системного анализа / А. В. Лобода, А. А. Чуйкина // Научный журнал строительства и архитектуры. — 2019. — № 3 (55). — С. 11—20.

8.Паладьев, В. В. Формирование матрицы попарного сравнения для уменьшения риска при принятии решений / В. В. Паладьев, В. Е. Дидрих, Н. А. Овчинников, Ю. А Болгова. // Информация и безопасность. — 2014. — Т. 17, № 3. — С. 484—485.

9.Постников, И. В. Обеспечение параметрической надежности теплоснабжающих систем / И. В. Постников, В. А. Стенников // Известия вузов. Проблемы энергетики. — 2017. — Т. 19, № 3—4. — С. 20—30.

10.Савельев М.В.Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ / М. В. Савельев. — М.: Высш. шк., 2001. — 319 с.

11.Чуйкина, А. А. Разработка методики и программы расчета оптимального маршрута трубопровод-

ной трассы системы теплоснабжения / А. А. Чуйкина, О. А. Сотникова // Сантехника, отопление, кондиционирование. — 2021. — № 4 (232). — С. 46—48.

12. Чуйкина, А. А. Проектирование оптимальной трубопроводной трассы тепловой сети / А. А. Чуйкина, А. В. Лобода, О. А. Сотникова // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова. — 2021. — № 2. — С. 27—37.

13. Melkumov, V. N. Influence of the layout of functional zones of cities on the development of heat supply systems / V. N. Melkumov, S. N. Kuznetsov, S. G. Tulskaya, A. A. Chuikina // Russian Journal of Building Construction and Architecture. — 2019. — № 2 (42). — С. 85—92.

62

Выпуск № 3 (63), 2021

ISSN 2541-7592

14. Melkumov, V. N. Solving the multi-criteria optimization

problem of heat energy transport /

V. N. Melkumov, S. G. Tulskaya, A. A. Chuykina, V. Yu. Dubanin // Advances in Intelligent Systems and Computing. — 2021. — Т. 1258. — С. 3—10.

References

1.Batishchev, D. I. Mnogokriterial'nyi vybor s chetom individual'nykh predpochtenii / D. I. Batishchev, D. E. Shaposhnikov. — N. Novgorod: IPF RAN, 1994. — 92 s.

2.Batishchev, D. I.Metodyoptimal'nogoproektirovaniya / D. I. Batishchev. — M.: Radioi svyaz', 1984.— 248s.

3. Gvishiani, D. M. Mnogokriterial'nye zadachi prinyatiya reshenii / pod red. D. M. Gvishiani i S.

V.Emel'yanova. — M.: Mashinostroenie, 1978. — 191 s.

4.Kol'tsov, Yu. V. Sravnitel'nyi analiz metodov optimizatsii dlya resheniya zadachi interval'noi otsenki poter' elektroenergii / Yu. V. Kol'tsov, E. V. Boboshko // Komp'yuternye issledovaniya i modelirovanie. — 2013. — T. 5, № 2. — S. 231—239.

5.Koptelova, I. A. Teoriya prinyatiya reshenii v zadachakh povysheniya energoeffektivnosti sistem energosnabzheniya / I. A. Koptelova, N. V. Arvanitaki // Energo- i resursosberezhenie: promyshlennost' i transport. — 2016. — № 2 (14). — S. 35—40.

6.Koptelova, I. A. Teoriya prinyatiya reshenii v zadachakh energosberezheniya promyshlennykh predpriyatii / I. A. Koptelova, N. V. Arvanitaki // Izvestiya Volgogradskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. — 2011. — № (81). — S. 123—127.

7.Loboda A. V. Proektirovanie trass sistem teplosnabzheniya na osnove sistemnogo analiza / A. V. Loboda, A. A. Chuikina // Nauchnyi zhurnal stroitel'stva i arkhitektury. — 2019. — № 3 (55). — S. 11—20.

8.Palad'ev, V. V. Formirovanie matritsy poparnogo sravneniya dlya umen'sheniya riska pri prinyatii reshenii / V. V. Palad'ev, V. E. Didrikh, N. A. Ovchinnikov, Yu. A Bolgova. // Informatsiya i bezopasnost'. — 2014. — T. 17, № 3. — S. 484—485.

9. Postnikov, I. V. Obespechenie parametricheskoi nadezhnosti teplosnabzhayushchikh sistem /

I.V. Postnikov, V. A. Stennikov // Izvestiya vuzov. Problemy energetiki. — 2017. — T. 19, № 3—4. — S. 20—30.

10.Savel'ev M. V. Konstruktorsko-tekhnologicheskoe obespechenie proizvodstva EVM / M. V. Savel'ev. — M.: Vyssh. shk., 2001. — 319 s.

11.Chuikina, A. A. Razrabotka metodiki i programmy rascheta optimal'nogo marshruta truboprovodnoi trassy sistemy teplosnabzheniya / A. A. Chuikina, O. A. Sotnikova // Santekhnika, otoplenie, konditsionirovanie. — 2021. — № 4 (232). — S. 46—48.

12. Chuikina, A. A. Proektirovanie optimal'noi truboprovodnoi trassy teplovoi seti / A. A. Chuikina,

A.V. Loboda, O. A. Sotnikova // Vestnik BGTU im. V. G. Shukhova. — 2021. — № 2. — S. 27—37.

13.Melkumov, V. N. Influence of the layout of functional zones of cities on the development of heat supply systems / V. N. Melkumov, S. N. Kuznetsov, S. G. Tulskaya, A. A. Chuikina // Russian Journal of Building Construction and Architecture. — 2019. — № 2 (42). — С. 85—92.

14. Melkumov, V. N. Solving the multi-criteria optimization problem of heat energy transport / V. N. Melkumov, S. G. Tulskaya, A. A. Chuykina, V. Yu. Dubanin // Advances in Intelligent Systems and Computing. — 2021. — Т. 1258. — С. 3—10.

DEVELOPMENT OF A METHODOLOGY FOR DETERMINING THE BEST OPTION FOR THE ROUTE OF THE HEAT NETWORK AT THE INITIAL DESIGN STAGE

A. A. Chuikina 1

Voronezh State Technical University 1

Russia, Voronezh

1 Ph. D. student of the Dept. of Heat Supply and Oil and Gas Business, e-mail: teplosnab_kaf@vgasu.vrn.ru

Statement of the problem. Choosing the best option for the route of the thermal network at the initial stage of design is a complex multifactorial task, in addition, due to the lack of a number of necessary design calculations, its solution is accompanied by a limited set of initial data. Thus, it becomes relevant to develop a new methodology for designing the optimal route of the heat supplysystem, taking into account the qualitative and quantitative characteristics of the object under consideration.

63

Научный журнал строительства и архитектуры

Results. A mathematical model of a generalized additive vector optimality criterion has been developed, taking into account the material consumption of the heat network, its reliability, construction time, annual thermal losses, heat turnover and temperature dispersion at the consumer. A method is proposed for determining the best option for the route of a thermal network at the initial design stage by jointly solving the optimization problem using vector optimization and matrix generalization methods. The expediency of the joint application of the methods of pairwise comparison and vector optimization in solving the problem under consideration is noted.

Conclusions. An important characteristic of the developed mathematical model of the generalized criterion is the possibility of obtaining a more accurate solution to the optimization problem under consideration with an uneven distribution of the heat load by means of a biased estimate of the temperature variance among consumers. The combined application of the methods of matrix generalization, pairwise comparison and vector optimization can improve the accuracy of the calculation when solving the optimization problem of choosing the best route of the thermal network.

Keywords: thermal networks, normalized optimality criteria, the best route option, multi-criteria optimization, pairwise comparison.

КОНКУРС НА ПОЛУЧЕНИЕ ГРАНТОВ

ПРЕЗИДЕНТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДЛЯ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПОДДЕРЖКИМОЛОДЫХ РОССИЙСКИХ УЧЕНЫХ

КАНДИДАТОВ НАУК И ДОКТОРОВ НАУК

Минобрнауки России совместно с Советом по грантам Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых и по государственной поддержке ведущих научных школ

Российской Федерации объявляет о проведении конкурсов на получение грантов Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых.

Гранты выделяются на проведение научных исследований в 2022—2023 гг.

На конкурсы могут быть представлены заявки по следующим научным направлениям:

естественные науки: математика и механика, физические науки, химические науки, биологические науки, науки о Земле и окружающей среде, компьютерные науки и информатика;

социальные и гуманитарные науки;

медицинские науки;

технические науки;

сельскохозяйственные науки;

науки о космосе.

Гранты выделяются для финансирования расходов на проведение фундаментальных и прикладных научных исследований, направленных на решение конкретных задач в рамках направлений, определенных в Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации (утверждена Указом Президента Российской Федерации от 01.12.2016 № 642), которые позволят получить научные и научно-технические результаты и создать технологии, являющиеся основой инновационного развития внутреннего рынка продуктов и услуг, устойчивого положения России на внешнем рынке.

Прием заявок на участие в конкурсах будет осуществляться с 07.09.2021 г. по 07.10.2021 г. в электронном виде, регистрация на сайте Совета по грантам и заполнение интерактивных форм являются обязательными. Завершить работу на сайте Совета по грантам необходимо в срок до 14 часов 00 минут московского времени 07.10.2021 г.

Подробнее: https://grants.extech.ru/docs/MK_2022.PDF.

64

Выпуск № 3 (63), 2021

ISSN 2541-7592

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

УДК 678.762.2

DOI 10.36622/VSTU.2021.63.3.006

АКРИЛОВЫЙ ОЛИГОМЕР НА ОСНОВЕ ДИМЕРА БУТАДИЕНА ДЛЯ АНТИКОРРОЗИОННОГО ПОКРЫТИЯ

Д. С. Глазков 1, В. А. Козлов 2

Воронежский государственный технический университет 1, 2 Россия, г. Воронеж

1Студент строительного факультета, e-mail: glazckov. mitia@yandex.ru

2Д-р физ.-мат. наук, проф., зав. кафедрой строительной механики, e-mail: vakozlov61@yandex.ru

Постановка задачи. В задачу работы входила оценка эффективности модифицирующего влияния соолигомера 4-винилциклогексена с метилметакрилатом (ОБММА-50) на свойства антикоррозионного покрытия на основе сополимера КОРС, полученного с использованием кубовых остатков ректификации стирола для повышения технологических и эксплуатационных физикомеханических характеристик исходного покрытия.

Результаты. Установлены функциональные, структурные и конформационные особенности исходного сополимера и олигомерного модификатора, которые обеспечивают их совместимость при формировании антикоррозионного покрытия. Выявлен оптимальный рецептурный состав и эффективный интервал содержания акрилового олигомера, где наблюдается повышение технологических и физико-механических показателей исходного антикоррозионного покрытия от

15 до 100 %.

Выводы. Показаны те особенности в структуре и составе исходного полимера и акрилового модификатора, которые обеспечивают существенное повышение физико-механических показателей покрытия, содержащего в своем составе оптимальную концентрацию акрилового олигомера.

Ключевые слова: кубовые остатки ректификации стирола, димер бутадиена, акриловый соолигомер, антикоррозионный композиционный материал.

Введение. В настоящее время, когда вопросы экономии материальных, сырьевых и энергетических ресурсов ставятся во главу дня, проблема борьбы с коррозией металлов, приносящей миллионные убытки экономике любой страны, приобретает все большую актуальность.

Для защиты металлических поверхностей от коррозии и атмосферного воздействия широко примененяются полимерные композиции на основе сополимера кубовых остатков ректификации стирола (КОРС) [1, 2]. Химический состав и структура данного сополимера характеризуются линейным строением макромолекулы, основная цепь которой содержала стирольные фрагменты, связанные между собой валентными связями по винильным группам с ароматическим кольцом, и только по концам такой жесткой, малоподвижной и неполярной структуры отмечены мономерные единицы полярного малеинового ангидрида, что в сочетании с отмеченными особенностями основной цепи обусловило низкую структурную и адгезионную активность сополимера КОРС [3, 4].

Основными недостатками отмеченных композиций являются высокая продолжительность времени высыхания, а также нестабильные физико-механические показатели и адгези-

© Глазков Д. С., Козлов В. А., 2021

65

Научный журнал строительства и архитектуры

онные свойства покрытий [5]. С позиций материаловедения композиционных материалов введение в данную композицию полярного, с меньшей молекулярной массой, высокой функциональностью и подвижностью макромолекулы акрилового соолигомера способно ускорить структурные процессы, повысить адгезионный контакт и в целом улучшить физикомеханические свойства антикоррозионного полимерного покрытия [6, 7].

Целью работы являлась установка эффективности модифицирующего влияния соолигомера 4-винилциклогексена с метилметакрилатом (ДБММА-50) в составе антикоррозионного покрытия на основе сополимера КОРС, полученного с использованием кубовых остатков ректификации стирола.

Достижение цели оценивалось по уровню повышения технологических и эксплуатационных свойств антикоррозионного покрытия на основе сополимера КОРС путем введения в

его состав соолигомера (ДБММА-50), полученного с использованием кубовых остатков ректификации толуола, образующихся в производстве бутадиенового каучука [8]. Поставленная задача приобретает повышенную актуальность в связи с развитием теории и практики повышения физико-механических показателей антикоррозионных покрытий модифицированием исходного состава функциональным акриловым олигомером, полученным на основе побочных продуктов действующего производства синтетического каучука.

1. Материалы и методы исследования ингредиентов и антикоррозионного покры-

тия. Исходя из основных свойств синтезированных низкомолекулярных сополимеров 4-винилциклогексена (ВЦГ) с метилметакрилатом (низкомолекулярности, ненасыщенности, наличия сложноэфирных групп) представлялось целесообразным испытание данных продуктов в составе выпускаемой в промышленности композиции на основе сополимера КОРС. Свойства данных полимерных продуктов представлены в табл. 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

Структурные показатели макромолекул сополимеров антикоррозионного состава [9]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вид

 

M

n ,

N

азв,

Lмакр,

RF,

Vтеор103,

полимера

а. е. м.

Å

нм

Å

Å3/молекулу

ДБММА-50

1500…5200

14…53

1,54

4,3…16,3

7,5…16,7

0,4…4,6

КОРС

10000…15000

67…144

1,54

21…44

19,2…30,4

10,1…28,03

Примечание: M n — среднечисленная молекулярная масса; N — общая степень полимеризации; азв — длина повторяющегося участка макромолекулы; Lмакр — длина макромолекулы; RF — размер клубка макромолекулы; Vтеор — объем свободного клубка.

Как следует из табл. 1, базовый сополимер КОРС превышает акриловый соолигомер ДБММА-50 по величине среднечисленной молекулярной массы от 2 до 10 раз, что закономерно отражается также в величинах общей степени полимеризации, длины макромолекулы, размера и объема ее клубка. С учетом отмеченных конформационных особенностей макромолекула ДБММА-50, обладая более высокой проникающей способностью, может уплотнять рыхлую структуру базового сополимера КОРС и в силу присутствия полярных сложноэфирных групп инициировать структурные, в том числе адгезионные, процессы на контактной поверхности защищаемого металла [10, 11].

В качестве модифицирующей добавки использовали акриловый олигомер ДБММА-50, полученный при исходном массовом соотношении димер бутадиена (ВЦГ): метилметакрилат (ММА) — 1:3. Истинность сополимерного характера макромолекул ВЦГ с ММА следует из результатов исследований растворов гомополимеров и предполагаемых низкомолекулярных сополимеров турбидиметрическим титрованием [12], которые свидетельствуют об образовании соолигомеров ВЦГ с ММА со следующей структурной формулой [14, 15] (рис. 1).

Указанная структурная формула акрилового соолигомера (ДБММА-50) подтверждена ИК-спектральными данными, приведенными на рис. 2.

66

Выпуск № 3 (63), 2021

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ISSN 2541-7592

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

H 3

 

 

 

 

 

 

C

H

 

 

C H 2

 

 

 

 

 

C H 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

Рис. 1. Состав и структурная формула

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

соолигомера ДБММА-50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

O C H 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На рис. 2, где представлен ИК-спектр низкомолекулярного сополимера ВЦГ с ММА при молярном соотношении структурных единиц 55,3:45,7, необходимо отметить существенные частотные характеристики рядом с 1730 см–1 и некоторые полосы поглощения в интервале 1200…1050 см–1, связанные с валентными колебаниями карбонильной (С=О) и простой эфирной (С–О–С) групп, которые определяют наличие сложноэфирных групп в составе макромолекулы акрилового соолигомера. Синтез акрилового соолигомера по двойным связям ВЦГ и ММА подтверждается отсутствием характеристических полос для координат 3080 и 1645 см–1. Характеристические полосы поглощения в непосредственной близости с координатными точками 670, 1080, 3020 см-1 можно интерпретировать как колебания двойной связи циклогексенового кольца ВЦГ [16, 17].

Рис. 2. ИК-спектр соолигомера ВЦГ с метилметакрилатом (ДБММА-50), содержащего 55,3 % мол. ВЦГ и 45,7 % мол. ММА

При изготовлении композиции для покрытия сополимер КОРС (ТУ 103 279-2003) и олигомер ДБММА-50 растворяли в ксилоле, вводили пластификатор (дибутилфталат) и порциями при перемешивании асбест. Перемешивание вели до образования однородной массы. Полученную смесь наносили на подготовленную металлическую поверхность с таким расчетом, чтобы толщина слоя составляла 0,8—1,1 мм. Покрытие сушили при температуре 20 0С.

Для сравнения (в качестве контрольной) была покрыта металлическая поверхность композицией, выпускаемой в настоящее время промышленностью (г. Энгельс, экспериментальный механический завод). Композиция имела следующий состав, % мас.: сополимер КОРС — 22,0; ксилол — 52,0; дибутилфталат — 0,7; полиариленалкилы — 0,3; хризотиловый асбест — 25,0.

Композицию, содержащую олигомер ДБММА-50, готовили с различным соотношением ингредиентов (табл. 2) и подвергали испытаниям согласно общепринятым методикам [19, 20].

 

 

Соотношение ингредиентов антикоррозионной смеси

 

Таблица 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ингредиенты

 

 

Содержание ингредиентов смеси, % мас., и номер опыта

 

 

1

 

2

3

4

 

5

6

 

 

 

 

 

Сополимер КОРС

20,0

 

21,0

23,5

25,0

 

26,0

28,0

 

Олигомер

0,2

 

0,4

5,2

7,0

 

10,0

12,0

 

ДБММА-50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

67

Научный журнал строительства и архитектуры

 

 

 

 

 

Окончание табл. 2

 

 

 

 

 

 

 

 

Ингредиенты

 

Содержание ингредиентов смеси, % мас., и номер опыта

 

 

1

2

3

4

5

6

 

 

 

Пластификатор

0,5

0,7

0,9

1,0

1,1

1,5

 

Асбест

12,0

15,0

20,0

22,0

25,0

28,0

 

Ксилол

67,3

62,9

60,4

45,0

37,9

30,5

 

2. Анализ результатов исследования. Результаты испытаний представленных в табл. 2 составов антикоррозионных покрытий сведены в табл. 3

 

Физико-химические свойства покрытий

 

 

Таблица 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Показатель

Контрольный

 

Состав по опытам, приведенным в табл. 1

1

 

2

3

4

5

 

6

 

 

 

 

Время высыхания при 20 0С

72

63

 

55

52

51

52

 

60

Ударная прочность по У-1А, Н·м

4,3

5,0

 

5,0

5,0

5,0

5,0

 

4,3

Твердость по МЭ-3, усл. ед.

0,45

0,46

 

0,46

0,50

0,51

0,51

 

0,45

Условная прочность

7,7

7,0

 

8,4

9,9

10,7

12,0

 

7,6

при растяжении, МПа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Адгезионная прочность

0,54

0,53

 

0,55

0,74

1,06

0,87

 

0,54

методом отслаивания, кН/м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Водопоглощение, %

0,88

0,87

 

0,87

0,79

0,81

0,87

 

0,88

Водостойкость, сут

360

360

 

360

360

360

360

 

360

Как следует из приведенных в табл. 3 данных, введение ДБММА-50 в состав композиции способствует повышению адгезионной прочности к металлу, ударной прочности, условной прочности при растяжении, а также значительно сокращает время высыхания покрытия.

Для более детального исследования влияния концентрации акрилового соолигомера на технологические и эксплуатационные свойства исходного антикоррозионного состава на основе сополимера КОРС был расширен диапазон содержания модификатора с целью нахождения оптимального интервала его концентрации. Результаты исследований физико-механических показателей исходного и модифицированного покрытий представлены на рис. 3, 4.

Время высыхания при 20 °С, мин

а)

б)

75

70

65

60

55

50

0 1 2 5 7 10 15

Концентрация олигомера ДБММА-50, %

Риc. 3. Зависимости технологических (а) и эксплуатационных (б) показателей антикоррозионного покрытия на основе сополимера КОРС от содержания модификатора ОБММА-50

Необходимо отметить, что за исключением времени высыхания (рис. 3а) и ударной прочности (рис. 3б), где свойства модифицированного состава значимо выше в более широком интервале (1÷10 % мас) для других свойств покрытия установлены более узкие интервалы оптимальных значений. Так, для физико-механических показателей исследованного модифицированного антикоррозионного покрытия (рис. 4а, б, в, г) в основном эксплуатацион-

68

Выпуск № 3 (63), 2021

ISSN 2541-7592

ного характера оптимум лежит в более узком диапазоне концентрации акрилового олигомера и составляет 5—10 % мас. Отмеченное обстоятельство, вероятно, связано с особенностями структурирования покрытия под влиянием модификатора.

а)

б)

в)

г)

Риc. 4. Зависимости физико-механических показателей антикоррозионного покрытия на основе сополимера КОРС от содержания модификатора ОБММА-50

Повышение прочностных показателей покрытия, содержащего от 5 до 10 % ДБММА-50, объясняется, очевидно, структурированием ненасыщенного олигомера ДБММА-50 по двойным связям, которое приводит к усилению матрицы покрытия. Дальнейшее увеличение содержания акрилового олигомера сопровождается образованием дефектных микрообластей (в связи с различием в полярности сополимера КОРС и олигомера ДБММА-50), что нарушает однородность покрытия и снижает его физико-механические свойства [21, 22].

Синтез соолигомеров на основе димера бутадиена — ВЦГ — в присутствии радикальных инициаторов не требует специального оборудования, поэтому организация производства ДБММА-50 на действующем оборудовании любого завода по производству синтетического каучука не представляет особых затруднений.

Стоимость олигомера ДБММА-50 согласно ориентировочной калькуляции себестоимости составляет 16 2000 руб./т (стоимость в основном определяется ценой метилметакрилата — 15 5000 руб./т по ТУ РЕА 29-66). Стоимость сополимера КОРС — 45 000 руб./т. Введение ДБММА-50 в композицию повышает ее стоимость. Однако при этом повышается качество покрытия, что, в свою очередь, продлит срок службы покрытия на 5—10 лет [23]. Для сравнения: стоимость алкидно-стирольного лака (широко ис-

пользуется) 7 200—86 000 руб./т [24, 25].

Выводы

1. Сравнение свойств опытной и базовой композиций показывает, что при использовании олигомера ДБММА-50 в составе смеси достигается существенный эффект повышения технологических и эксплуатационных физико-механических показателей исходного покрытия.

69

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]