ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Физико-механические свойства из "Твердые углеводороды нефти" Изучение оптических свойств твердых углеводородов представляет больщой практический интерес, так как при температурах фазовых переходов изменяется ряд эксплуатационных характеристик и прежде всего физико-механические свойства. [c.48] К физико-механическим свойствам парафинов, церезинов и восковых композиций, определяющих поведение твердых углеводородов в условиях эксплуатации, относятся твердость, прочность, пластичность, адгезия, усадка, слипаемость. Начиная с 60-х годов механические свойства твердых углеводородов широко освещаются в литературе [43, 45, 62-65]. Для их характеристики предложен целый ряд показателей [66]. Так, прочностные и пластичные свойства твердых углеводородов могут быть определены по остаточному и предельному напряжениям сдвига и температуре хрупкости. [c.48] Некоторые механические показатели для парафинов, церезинов и защитных восков представлены в табл. 1.19. Как следует из этих данных, прочностные свойства парафинов превышают прочность церезинов и защитных восков, а температура хрупкости для парафинов находится, примерно, на одном уровне и составляет 26-32 °С. Несколько ниже она для церезинов, что обусловлено различием химического состава. Отрицательные значения температуры хрупкости защитного воска характеризуют его высокую пластичность. [c.48] Исследования механических свойств фракций вакуумной перегонки парафина с температурой плавления 59,4 °С (табл. 1.20), показали снижение значений физико-механических показателей с повышением температурных пределов выкипания фракций при одновременном увеличении температур затвердевания. По мере повышения температуры кипения во фракциях появляются углеводороды с более длинными алкильными цепями, а также циклические углеводороды, что и приводит к снижению значений физико-механических показателей. По мере увеличения молекулярной массы фракций способность углеводородов формировать крупные кристаллы уменьшается. Чем длиннее становятся алкильные цепи и чем выше вязкость фракций, тем труднее молекулам объединиться по всей длине в плотно упакованные кристаллы. [c.49] Способность образовывать кристаллы зависит прежде всего от строения молекул и их размера, что в свою очередь определяется природой данного соединения. н-Алканы могут образовывать кристаллы самой тесной и правильной упаковки. Однако более плотная упаковка возможна в том случае, если в момент перехода из жидкого состояния в твердое они будут обладать достаточной подвижностью, обеспечивающей правильное расположение молекул. [c.49] Наибольшее остаточное напряжение сдвига имеет фракция, выкипающая в пределах 428-450 °С. В ее состав входят в основном к-алканы. По результатам термографического анализа, в данной фракции при полиморфном переходе поглощается больше тепла, чем в остальных. Это положение также подтверждает присутствие во фракции большого количества к-алканов по сравнению с остальными фракциями, следовательно, и упаковка кристаллов здесь более плотная. [c.49] С повышением молекулярной массы фракций уменьшается возможность создания плотной упаковки кристаллов и вместе с тем углеводороды приобретают большие адгезионные свойства, что обеспечивает повышение предельного напряжения сдвига. [c.49] Комплексное исследование структурно-механических свойств твердых углеводородов позволило установить, что синтетические парафины склонны к упруго-хрупкому разрушению. Для высокоочищенного парафина упругие свойства преобладают над пластичными, а для церезинов характерны пластические деформации. [c.50] Прочностные свойства твердых углеводородов определяются их фазовым состоянием, которое зависит от температуры. Изучение изменений прочностных и пластичных свойств твердых углеводородов в зависимости от температуры освещено в работах [48, 66, 68]. В высокотемпературной области прочность структуры незначительна и продукт обладает пластичными свойствами. С понижением температуры в области полиморфного перехода уменьшаются колебания молекул и объем, занимаемый молекулой, усиливаются межмолекулярные связи и происходит формирование пространственной структуры, сопровождающееся значительным нарастанием прочности. Так, для парафинов с температурами плавления 55-60 °С в интервале перехода от кристаллов гексагональной структуры в орторомбическую прочность структуры возрастает в 100 раз. В низкотемпературной области прочность твердых углеводородов наибольшая по сравнению с другими областями. [c.50] Характер изменения прочностных и пластичных свойств от температуры твердых углеводородов зависит от состава. Так, для парафинов и углеводородов, образовавших комплекс с карбамидом, это изменение выражено более резко, чем для церезинов, защитных восков и углеводородов, не реагирующих с карбамидом (рис. 1.21). [c.50] Сопоставление физико-механических свойств со структурой твердых углеводородов проведено на молекулярном уровне с использованием температурных зависимостей показателей преломления и ИК-спектров в области 1700-700 см Ч На рис. 1.22 и 1.23 приведены результаты исследования высокоочищенного грозненского парафина (Спл = 56,2 °С), состоящего из н-алканов и углеводородов церезина 80 , не образовавших комплекс с карбамидом, содержащих разветвленные и циклические структуры. Каждому участку кривой зависимости прочности от температуры соответствуют температурные зависимости рефрактометрических кривых и ИК-спектров, т. е. определенная область фазовых превращений. Наименьшие изменения прочностных свойств парафина проходят в высокотемпературной области III (см. рис. 1.23), где молекулы еще имеют возможность вращаться вокруг осей длинных алкильных цепей, что придает парафинам пластичные свойства. [c.50] Физико-механические показатели церезинов и защитных восков отличаются от показателей парафинов более низкими значениями температуры хрупкости, остаточного напряжения сдвига и пологой кривой изменения этого показателя от температуры. Такой характер изменения физико-механических свойств объясняется структурными особенностями молекул указанных продуктов, что находит отражение на соответствующих рефрактометрических кривых и ИК-спектрах поглощения. [c.52] На примере углеводородов, выделенных из церезина 80 путем кар-бамидной обработки, показано влияние фазового состояния на величину и характер изменения остаточного напряжения сдвига от температуры (см. рис. 1.23). Для этого продукта характерно появление ромбической структуры через 5 °С после начала кристаллизации, на что указывает наличие полосы 730 см в ИК-спектрах углеводородов церезина 80 , не образовавших комплекс с карбамидом. Формирование ромбической структуры происходит в продуктах такого рода постепенно. Для этих углеводородов имеет место совместное сосуществование аморфной и ромбической структур до 55 °С. Такой характер кристаллизации приводит к незначительному повышению прочностных свойств продукта с понижением температуры и, следовательно, к плавному изменению этих свойств в зависимости от температуры в области одно временного существования аморфной и кристаллической (ромбической) структуры (область II), (см. рис. 1.23). [c.52] Различие химического состава парафинов, церезинов и восков сказывается на механических свойствах этих углеводородов. Так, отсутствие циклических углеводородов в парафинах создает повышенное напряжение в них и делает систему хрупкой, что приводит к возрастанию прочностных свойств. Цикличность и разветвленность углеводородов придает молекулам повыщенную подвижность, что затрудняет создание ими упорядоченной структуры и более плотной упаковки кристаллов. Например, в грозненском парафине почти полностью отсутствуют циклические углеводороды, и его остаточное напряжение сдвига при 25 °С составляет 1,84 МПа. Присутствие даже небольших количеств ароматических углеводородов (0,1-0,4%) снижает прочность структуры на 20%. Церезины и защитные воски с более высокой температурой плавления по сравнению с парафинами, содержащие в своем составе циклические углеводороды, имеют более низкую прочность - 0,43 и 0,08 МПа соответственно, обусловленную низким внутренним напряжением системы, придающим ей высокую пластичность. [c.53] Химический состав твердых углеводородов определяет также характер зависимости физико-механических свойств от температуры. Прочностные свойства парафинов, состоящих преимущественно из углеводородов нормального строения, при полиморфном переходе меняются резко. Наличие в составе церезинов и защитных восков молекул с кольцевыми структурами приводит к более плавному изменению прочностных свойств (см. рис. 1.21). Следовательно, для получения продуктов с теми или иными физико-механическими свойствами, необходимо получать твердые углеводороды заданного химического состава. [c.53] Вернуться к основной статье