Разработка требований правил Регистра к применению полимерных композиционных материалов при изготовлении емкостей для хранения сжиженного природного газа

Полимерные композиционные материалы (ПКМ) широко используются в промышленности, строительстве и транспорте. Одной из относительно новых областей применения ПКМ является создание конструкций, эксплуатируемых при криогенных температурах. К таким конструкциям, в первую очередь, следует отнести баки для жидкого ракетного топлива, элементы конструкций космических аппаратов, ракет и спутников. В связи с этим перспективным может являться применение ПКМ в конструкциях емкостей для хранения и транспортировки сжиженного природного газа на судах-газовозах. Для применения таких емкостей на перспективных судах-газовозах следует разработать специальные требования Правил Российского морского регистра судоходства к ПКМ для конструкций емкостей. Для этого необходимо выполнить анализ научнотехнической литературы, описывающей опыт применения ПКМ для конструкций, работающих при криогенной температуре, провести комплекс испытаний. В работе формализованы особенности изменения характеристик ПКМ при воздействии криогенной температуры на основе опыта их практического применения и лабораторных исследований. В результате выявлены существенные характеристики ПКМ, требования к которым необходимо учесть в нормативных документах, приведена структура новых требований Правил по применению ПКМ для емкостей для транспортировки сжиженного природного газа. 

1. Правила классификации и постройки судов для перевозки сжиженных газов наливом. Часть IV. Хранение груза. 2023. Российский морской регистр судоходства. [Электронный ресурс]. URL: https://lk.rs-class.org/regbook/getDocument2?type=rules3 заяв. и патентооблад. Минпромторг России. — №. 2013108513/11; заявл. 26.02.2013; опубл. 27.08.2014, Бюл. № 24. — 10 с.

2. Пат. 2566588 Российская Федерация, МПК В63В25/16, F17C3/02, B32B37/00 Способ изготовления блоков термоизоляционной герметичной стенки емкости нового типа из полимерных композиционных материалов для сжиженного природного газа / М.Н. Бирюкова, А.В. Блинов, А.В. Задумов, А.Е. Рыжкин, Д.Ю. Соосаар, Н.Н. Федонюк, В.М. Шапошников; заяв. и патентооблад. Минпромторг России. — № 2013152659/11; заявл. 28.11.2013; опубл. 27.10.2015, Бюл. № 16. — 8 с.

3. Трофимов Н.Н. Физика композиционных материалов: в 2-х т. / Н.Н. Трофимов, М.З. Канович, Э.М. Карташов и др. — М.: Мир, 2005. — Т. 2. — 344 с.

4. Zhang Y. Tensile and interfacial properties of polyacrylonitrile-based carbon fiber after different cryogenic treated condition / Y. Zhang, F. Xu, Ch. Zhang, J. Wang et al. // Composites. — 2016. — Vol. 99. Part B. — Pp. 358 — 365.

5. Перепелкин К.Е. Армирующие волокна и волокнистые полимерные композиты / К.Е. Перепелкин. — СПб.: Научные основы и технологии (НОТ), 2009. — 380 с.

6. Буров Л.А. Применение полимерных композиционных материалов в криогенном оборудовании / Л.А. Буров — М.: ЦНИТИХИМНЕФТЕМАШ, 1987. — 50 с.

7. Reed R.P. Low-temperature mechanical properties of glass/epoxy laminates / R.P. Reed, M. Madhukar, B. Thaicharoenporn et al. // Joint Conference of the Transactions of the Cryogenic Engineering. — 2014. — Vol. 1574. — Pp. 109 — 116.

8. Perez N.S. Mechanical Testing of Fibre-reinforced Polymer Matrix Composites at Cryogenic Temperatures / N.S. Perez, R.M. Shaw, M.R.L Gower // National Physical Laboratory, 2022. — Report MAT 112. — P. 31.

9. Shi H. Effects of Cryogenic Temperature on Mechanical Properties of Carbon Fiber/Epoxy Composites / H. Shi, Q. Lei, X. He, K. Yang, B. Sun, H. Sun // 18th European Conference on Composite Materials. — 2018. — Vol. 24. — P. 6.

10. Meng J. Mechanical Properties and Internal Microdefects Evolution of Carbon Fiber Reinforced Polymer Composites: Cryogenic Temperature and Thermocycling Effects / J. Meng, Y. Wang, H. Yang, P. Wang et al. // Composite Science and Technology. — 2020. — Vol. 191. — P. 14.

11. Правила классификации и постройки морских судов. Часть XVI. Конструкция и прочность судов из полимерных композиционных материалов. 2023. Российский морской регистр судоходства. [Электронный ресурс]. URL: https://lk.rs-class.org/regbook/getDocument2?type=rules3&d=43A718B7-356C-4B37-8FCC-624DAADFEA70&f=2-020101-174-16 (дата обращения 13.08.2024).

12. Филин В.Ю., Ильин А.В., Ларионов А.В., Назарова Е.Д. Обоснование требований МАКО и Регистра к выбору материалов корпусных конструкций, эксплуатируемых при низких климатических температурах. Часть 1 — сопротивление старту трещины // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. — 2023. — № 72 — 73. — С. 48 — 58. — EDN AJUOKJ.

13. Бойко М.С. Расчет теплового потока в корпусе судна-газовоза на основе аналитических методов теории теплообмена / М.С. Бойко // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. — 2023. — № 70 — 71. — С. 88 — 100. — EDN DIFTRC