Сравнительная оценка влияния особенностей технологии на теплофизические характеристики наполненных эластомеров с углеродным компонентом

Abstract

Актуальность работы обусловлена необходимостью комплексного изучения свойств полимерных композиционных материалов с углеродными компонентами, для которых характерны ресурсная, энергетическая и экологическая эффективность. К важным их достоинствам относятся промышленная технология изготовления, невысокая стоимость, небольшой вес. Такие особенности делают их перспективными в качестве материалов для изделий, применяемых в разведке и добыче нефтегазовых ресурсов. Материалы работают при различных эксплуатационных воздействиях: внешней среды (воздух, трансформаторное масло), механических деформациях и т. д. Эксплуатация таких материалов сопровождается регулируемыми процессами теплообмена и теплопередачи, например, для обеспечения требуемых тепловых режимов при транспортировке нефти и газа по трубопроводам. В этой связи актуальны экспериментальные исследования теплофизических характеристик материалов, из которых по промышленной технологии изготавливаются изделия разнообразных форм для нужд нефтегазовой отрасли. Цель: изучение теплофизических характеристик наполненных эластомеров с углеродными компонентами в зависимости от технологических режимов изготовления изделий. Методы: инструментальное измерение теплофизических характеристик, рентгеноструктурный, статистический и корреляционный анализы. Результаты. Для наполненных эластомеров с углеродными компонентами изучены зависимости теплоемкости, теплопроводности, температуропроводности от особенностей технологии (способа профилирования и вулканизации изделия). Выявлены закономерности изменения характеристик. Установлено, что изменение способа профилирования и вулканизации больше влияет на коэффициенты теплопроводности и температуропроводности, чем на теплоемкость. Проанализирована их связь с характеристиками структуры материала. На основании выполненных исследований предложены рекомендации по подбору технологии в зависимости от области применения конечных изделий

Relevance. The need for a comprehensive study of the properties of polymer composite materials with carbon components, which are characterized by resource, energy and environmental efficiency. Their important advantages include industrial manufacturing technology, low cost, and light weight. Such features make them promising as materials for products used in the exploration and production of oil and gas resources. The materials operate under the impact of changing external environments, mechanical effects and other factors. The operation of such materials is accompanied by controlled processes of heat exchange and heat transfer, for example, to ensure the required thermal conditions during oil and gas transportation through pipelines. In this regard, experimental studies of the thermophysical characteristics of materials, from which products of various shapes for the needs of the oil and gas industry are manufactured, using industrial technology, are relevant. Aim. To study the impact of technology features on thermophysical characteristics of filled elastomers with a carbon component. Objective. Dependencies of the thermophysical characteristics of filled elastomers with carbon components on the technological modes of manufacturing products of a wide range of shapes from them. Methods. Instrumental measurement of thermophysical characteristics, X-ray structural, statistical and correlation analysis. Results. The authors have studied the dependences of heat capacity, thermal conductivity, and thermal diffusivity on the technology features (product profiling and vulcanization method) for filled elastomers with carbon components. They revealed the patterns of change in characteristics. It was found that changing the profiling and vulcanization method has a greater effect on thermal conductivity and thermal diffusivity coefficients than on heat capacity. Their relationship with the characteristics of the material structure was analyzed. Based on the studies performed, recommendations were proposed for selecting a technology depending on the area of application of the final products