PETROMAKS2-Stort program petroleum

Lave temperaturer er kjent for å representere en utfordring for elastomermaterialer, siden mange blir uakseptabelt stive eller sprø ved nedkjøling. Selv om bruken av elastomerer i olje- og gassindustrien er relativt beskjeden sammenlignet med andre materialer, så er rollen til disse materialene svært viktig: de brukes i pakninger til forsegling eller tetting, og i mange applikasjoner utgjør tetningen den primære barrieren mot lekkasjer. Å bygge en bedre forståelse av hvordan elastomertetninger reagerer ved lave temperaturer har vært et fokus for forskning i dette prosjektet. De mekaniske egenskapene til elastomerer er viskoelastiske, som betyr at de reagerer forskjellig på mekanisk laster ved forskjellige temperaturer og forskjellige lasthastigheter. Dette påvirker også hvordan de oppfører seg når de belastes under konstant kraft eller stress, som ved tetningsapplikasjoner. Få studier er dedikert til disse fenomenene ved lave temperaturer, selv om tetninger i noe industrielt utstyr kan bli permanent eller periodisk utsatt for lave temperaturer. I dette prosjektet ble flere eksperimentelle elastomermaterialer utviklet med forskjellige strategier for å gi bedre pakning ved lave temperaturer. Noen av disse elastomermaterialer er helt nye og representerer "the state of the art" innen dette forskningsområdet. Denne aktiviteten har resultert i to PhD-teser og flere publikasjoner på de følgende områdene: Elastisk tilbakegang etter kompresjon: Elastisk tilbakegang er en av nøkkelindikatorene for elastomerytelse i tetningsapplikasjoner, for eksempel O-ringer i "flange joints". Kompresjonssettegenskapene til en elastomer ved omgivende- og lave-temperaturer har blitt vurdert og en viskoelastisk modell som beskriver forholdet mellom tid, temperatur og kompresjonssett har blitt foreslått og verifisert ved eksperimentelle resultater [1]. Lav temperatur viskoelastisitet: Materialmodeller som beskriver viskoelastisk oppførsel av et typisk materiale ved lav temperatur, har også blitt anvendt ved bruk av finite element analysis (FEA) på enkle geometrier for å demonstrere hvordan kompresjonsspenningsrelaksasjon kan modelleres. I tillegg har effekten av forskjellige fyllstoffer på de mekaniske egenskapene, kompresjonssett og termisk ekspansjonskoeffisient blitt undersøkt [2-4]. Statiske tetninger: Mekanismer for adhesjon av elastomer overflater til metalloverflater bidrar til tetningens funksjon. Effekten av overflateruhet på adhesjon og tetningslekkasje har blitt analysert [5,6]. Adhesjon har også blitt vurdert på forskjellige polymerer, fordi dette også påvirker tetningsytelsen [7,8] Dynamisk tetningsfunksjon: Friksjon og adhesjon mellom elastomeren og de omkringliggende metallkomponentene spiller også en betydelig rolle [9,10] i dynamiske seler. Effekten av bevegelsesretningen er undersøkt, siden elastomererens overflate etter bruk har blitt rapportert å være asymmetrisk [11]. Som konklusjon er disse nye materialene og de eksperimentelle metodene og numeriske modellene som er utviklet for å vurdere lavtemperaturytelsen til disse materialene statiske og dynamiske selene, svært verdifulle for olje- og gassindustrien. Siden de nye materialene kan brukes for å redusere oljelekkasje i arktikken, vil implementeringen av disse teknologiene forventes å ha en svært positiv effekt på å beskytte det delikate arktiske miljøet. Publiserte artikler fra prosjektet: [1] Compression Stress Relaxation in Carbon Black Reinforced HNBR at Low Temperatures. doi.org/10.1016/j.polymertesting.2017.08.023 [2] Elastic Recovery after Compression in HNBR at Low and Moderate Temperatures: Experiment and Modelling. doi.org/10.1016/j.polymertesting.2017.05.003 [3] Thermomechanical properties of zirconium tungstate/hydrogenated nitrile butadiene rubber (HNBR) composites for low-temperature applications. dx.doi.org/10.1007/s10853-016-0236-6 [4] Elastomer composites based on filler with negative coefficient of thermal expansion: Experiments and numerical simulations of stress-strain behaviour. www.ipme.ru/e-journals/MPM/no_33217/MPM332_07_shubin.pdf [5] The Effect of Surface Roughness and Viscoelasticity on Rubber Adhesion. doi.org/10.1039/C7SM00177K [6] Interfacial leakage of elastomer seals at low temperatures. doi.org/10.1016/j.ijpvp.2017.11.014 [7] Role of Preload in Adhesion of Rough Surfaces. doi.org/10.1103/PhysRevLett.118.238001 [8] Rubber adhesion below the glass transition temperature: Role of frozen-in elastic deformation. doi.org/10.1209/0295-5075/120/36002 [9] Rubber contact mechanics: adhesion, friction and leakage of seals. doi.org/10.1039/C7SM02038D [10] The effect of surface roughness and viscoelasticity on rubber adhesion. doi.org/10.1039/C7SM00177K [11] Rubber Friction Directional Asymmetry. doi.org/10.1209/0295-5075/116/66002