Отчет о научно-исследовательской работе. Односторонняя печать

3.4. Изменение температурных напряжений в полимерных
покрытиях при низких температурах 
3.4.1. Характер распределения напряжений в покрытии при
хранении в условиях низких температур 
На настоящее время трехслойное полиэтиленовое покрытие является 
наиболее эффективным наружным антикоррозионным покрытием труб заводско-
го нанесения. Трехслойное покрытие состоит из слоя эпоксидного праймера тол-
щиной от 100 до 600 мкм, адгезионного подклеивающего слоя толщиной от 0,3 
мм и наружного полиэтиленового слоя толщиной от 2,2 до 2,7 мм. В зависимости 
от диаметров труб и назначения трубопроводов общая толщина трехслойного по-
крытия может варьировать от 2,5 до 6 мм.
В силу малой толщины и хорошей адгезии к металлу, наличие слоя эпок-
сидного праймера может не учитываться, поэтому при расчетах трехслойное по-
крытие трубопровода рассматривают, как двуслойное, состоящее из адгезионного 
подклеивающего слоя и наружного полиэтиленового.
Покрытие трубопроводов под воздействием температурных нагрузок нахо-
дится в сложном напряженном состоянии, которое в общем случае предполагает 
наличие как нормальных, так и касательных напряжений. За счет существенной 
разности величин коэффициентов температурного расширения трубной стали 
(0,135÷0,43)10
-41
/К и полимерного покрытия (2,2÷5,5)10
-41
/К, покрытие при низких 
температурах натягивается на поверхности трубы, испытывая двухосное растяже-
ние в плоскости поверхности и сжатие в поперечном сечении (рисунок 3.17, а). 
 
а б 
Рисунок 3.17. – нормальные (а) и касательные (б) напряжения, действующие на 
элемент и в сечении покрытия при понижении температуры 

---

113 
 
 
В соответствии с предложенной упрощенной методикой могут быть опре-
делены значения кольцевых (


) и продольных (

z
) напряжений. В общем случае 
в покрытии возникают также и радиальные напряжения (

r
), величина которых 
может быть определена приближенно. Однако, следует отметить, что методика 
предлагает решение этой задачи в предположении, что значения кольцевых 
напряжений по толщине покрытия не изменяются. Если не принимать во внима-
ние данное допущение и при определении параметров напряженного состояния 
учитывать толщину самого покрытия, то при воздействии температуры также бу-
дут возникать деформации по толщине покрытия. Таким образом, в радиальном 
направлении будут возникать напряжения сжатия. В первом приближении можно 
предполагать, что характер напряженного состояния покрытия при низких тем-
пературах качественно совпадает с напряженным состоянием трубы, нагруженной 
внутренним давлением (рисунок 3,17.11, б). 
Помимо нормальных напряжений, покрытие испытывает дополнительно 
напряжения сдвига, которое также обеспечивается разностью коэффициентов 
температурного расширения стали и полимера. Особенно сильно такие напряже-
ния проявляются в адгезионном подклеивающем слое, который находится на гра-
нице двух материалов с разными свойствами 
Касательные напряжения возникают за счет появления температурных де-
формаций в контактирующих слоях материалов с разными значениями темпера-
турных напряжений. 
Таким образом, прочность покрытия определяется рядом условий: 
- нормальные кольцевые (


) и продольные(
z

)напряжения не должны 
превышать предела прочности полимерного слоя:
 
п




; 
 
п
z



(3.19) 
- радиальные напряжения не должны превышать величины прочности адге-
зии, определённой методом отрыва: 
 
n
a
r



; 
(3.20) 
- касательные напряжения не должны превышать величины прочности адге-

---

114 
 
 
зии, определенной методом сдвига: 
 




a
. 
(3.21) 
Для определения прочности полимерного покрытия необходимо определить 
все компоненты тензора напряжений, которые в общем случае состоят из трех 
нормальных напряжений и шести касательных.