Способ определения предела текучести высоконаполненной полимерной композиции

Номер патента: 11398

Опубликовано: 30.12.2008

Авторы: Калинка Анна Николаевна, Ставров Василий Петрович

Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛА ТЕКУЧЕСТИ ВЫСОКОНАПОЛНЕННОЙ ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИИ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(72) Авторы Ставров Василий Петрович Калинка Анна Николаевна(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(56) Ставров В.П. Формообразование изделий из композиционных материалов. Мн. БГТУ, 2006. - С. 112-118.5685 1, 2003.1509669 1, 1989.4092849, 1978.(57) Способ определения предела текучести высоконаполненной полимерной композиции,в котором между плоскопараллельными плитами, нагретыми до температуры ниже температуры плавления используемого в композиции полимера, сжимают выполненные из исследуемой композиции диски одинаковой исходной толщины, но по меньшей мере трех различных исходных радиусов 0, где 1, 2, 3, и/или при трех различных значениях нагрузки , где 1, 2, 3, со скольжением вещества дисков по поверхности плит, определяют толщиныи конечные радиусыдисков после завершения вязкопластического течения полимерной композиции и вычисляют предел текучести т путем совместного решения системы уравнений вида 02 т 2 1 30 21 3 где 0 - параметр условий испытаний дисков, находимый путем решения той же системы уравнений- касательное напряжение на поверхности дисков. Изобретение относится к технике измерения вязкопластических свойств материала и может быть использовано для определения технологических характеристик высоконаполненной полимерной, в частности термопластичной, композиции. Известен способ определения предела текучести вязкопластичного материала путем деформирования образца между плоскопараллельными плитами 1. Согласно этому способу образец вязкопластичного материала в виде диска с известными объемом и толщиной помещают между плоскопараллельными плитами и сжимают заданным усилием до 11398 1 2008.12.30 завершения вязкопластического течения (до наступления квазиравновесного состояния). Измеряют толщину диска и вычисляют предел текучести т по формуле где- усилие сжатия диска- толщина диска после завершения вязкопластического течения- объем диска. Формула (1) выведена из уравнения равновесия вязкопластичного диска при условии,что на поверхности плит имеет место идеальное прилипание и поэтому касательные напряжения на поверхностях диска равны пределу текучести материала. При испытаниях высоконаполненной композиции, содержащей жесткий наполнитель, это условие не выполняется, поскольку наблюдается скольжение материала по поверхности плит. В результате определение предела текучести по известному способу приводит к методической погрешности, зависящей от состава композиции и условий испытаний. При испытаниях композиций с высокой объемной долей наполнителя, а также наполненных длинными и жесткими частицами, погрешность превышает 30 . При определении предела текучести высоконаполненных полимерных композиций по другому известному способу 2 после наступления квазиравновесного состояния на первой ступени нагрузки и измерения толщины диска нагрузку увеличивают и вновь измеряют толщину диска после достижения квазиравновесного состояния на второй ступени нагрузки. Предел текучести т материала вычисляют по формуле где 1 и 2 - усилие сжатия диска на первой и второй ступенях нагружения 1 и 2 - толщина диска после завершения вязкопластического течения на первой и второй ступенях нагружения соответственно- объем диска. Формула (2) также выведена из уравнения равновесия, но учитывает тот факт, что касательные напряжения на поверхности диска из высоконаполненных полимерных композиций, сжимаемого между плоскопараллельными плитами, меньше, чем предел текучести,ввиду скольжения материала по поверхности плит 3. Отношение этих величин представляет собой коэффициент трения. При определении предела текучести по данному способу предполагается, что материал и его состояние не претерпевают изменений в процессе деформирования на обеих ступенях нагрузки. Если это условие не выполняется, например при испытаниях структурно-нестабильных материалов или при изменяющейся в течение опыта температуре, то данный способ дает методическую погрешность, поскольку различные стадии деформирования образца относятся к различным состояниям материала,характеризующимся в т.ч. и различными значениями предела текучести. Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ определения предела текучести высоконаполненных полимерных композиций, согласно которому между плоскопараллельными плитами деформируют диски по крайней мере двух различных объемов (радиусов) и/или при двух различных усилиях, измеряют толщину дисков после завершения вязкопластического течения и вычисляют предел текучести т и касательное напряжениена поверхности плит из уравнений равновесия 4 где- усилие сжатие диска- номер варианта нагрузки и (или) объема (радиуса) диска (1, 2)- радиус дискапосле завершения вязкопластического течения- толщина дискапосле завершения вязкопластического течения. Деформирование образцов по меньшей мере двух различных объемов и/или при по меньшей мере двух различных усилиях, влияющих на конечную толщину диска, позволяет составить два уравнения равновесия и определить оба параметра материала, входящие в уравнения (2), - предел текучести т и касательное напряжениена поверхности плит. Этот способ используют для определения предела текучести структурнонестабильных материалов, в частности при изучении кинетики отверждения термореактивных, в т.ч. высоконаполненных полимерных композиций по изменению предела текучести. Однако, если время протекания структурных превращений, приводящих к изменению предела текучести материала или условий скольжения образца по поверхности плит соизмеримо с временем деформирования образца до достижения квазиравновесного состояния, то данный способ приводит к погрешностям оценки определяемых показателей. Так, при определении предела текучести высоконаполненных композиций на основе термопластичных полимеров в условиях, приближенных к условиям прессования изделий из этих композиций, температуру плит задают меньше температуры расплавленной композиции. В процессе деформирования дисков наблюдается интенсивное охлаждение поверхностей, соприкасающихся с плитами. В результате скольжение на этих поверхностях практически отсутствует. Уравнение равновесия (2), используемое для вычисления предела текучести и касательного напряжения на поверхности, не учитывает изменения граничных условий, потому применение известного способа приводит к погрешности определения диска этих показателей. Прилипание материала к поверхности плит при температуре расплавленной композиции снижает производительность испытаний, поскольку после извлечения образца необходима зачистка поверхности плит, либо для извлечения образца после каждого опыта необходимо охлаждать плиты до нормальной температуры, а затем вновь нагревать до температуры испытаний. Этот недостаток наиболее существенен, если предел текучести определяется в производственных условиях для оценки технологических свойств композиции и установления оптимальных параметров процесса изготовления изделий из этой композиции. К тому же данный температурный режим определения предела текучести и касательного напряжения (коэффициента трения) на границе не соответствует условиям деформирования заготовок из высоконаполненных термопластичных композиций при прессовании изделий, поэтому использование полученных таким образом значений предела текучести приведет к погрешности при оценке усилия прессования изделий. Заявляемое техническое решение - повышение точности и производительности определения предела текучести высоконаполненных полимерных композиций. Это достигается тем, что при определении предела текучести высоконаполненной полимерной композиции путем сжатия диска между плоскопараллельными плитами со скольжением вещества дисков по поверхности плит, измерения толщиныдиска после завершения вязкопластического течения и вычисления предела текучести т и касательного напряжения на поверхности дискаиз уравнений равновесия температуру плит задают ниже температуры прилипания термопластичной композиции, деформируют диски одинаковой исходной толщины, но по меньшей мере трех различных исходных радиусов 0, 3 11398 1 2008.12.30 где 1, 2, 3, и/или при трех различных значениях нагрузкигде 1, 2, 3, а предел текучести материала находят путем совместного решения системы уравнений вида где 0 - параметр, учитывающий условия деформирования диска- конечный радиус диска. Согласно предложению, при определении предела текучести задают такую температуру плит, при которой испытываемая композиция не прилипает к плитам. Эта температура зависит от состава композиции и свойств компонентов, входящих в ее состав, от состояния поверхности плит. Обычно она известна из предыдущих экспериментов или определяется известным образом. При такой температуре плит образцы могут быть беспрепятственно извлечены сразу после достижения квазиравновесного состояния. В результате снижаются затраты времени на определение предела текучести, повышается производительность эксперимента. Требуемая точность определения предела текучести достигается за счет учета неоднородных по площади диска условий на его границе, имеющих место при испытаниях высоконаполненной полимерной композиции. Поверхностные слои в средней части диска,контактирующие с плитами, неподвижны. При сжатии диска материал срединных его слоев выдавливается на периферию диска, где деформируется, скользя относительно поверхности плит. Эту особенность деформирования высоконаполненной полимерной композиции учитывает дополнительный параметр 0 в уравнении (3). Если диски деформируются при одинаковой температуре плит, то значение этого параметра не зависит от объема и радиуса образцов и усилия сжатия. Это позволяет находить значение данного параметра по результатам испытаний тех же образцов и путем решения той же системы уравнений, что предел текучести. Задание температуры плит ниже температуры плавления матричного полимера в испытываемой композиции гарантирует неприлипание матричного полимера к поверхности плит и, кроме того, обеспечивает более быстрое охлаждение образцов, повышает тем самым производительность испытаний. Такой режим испытаний в большей мере соответствует условиям формообразования изделий из высоконаполненных термопластичных композиций, поэтому достигается более высокая точность оценки предела текучести как одной из технологических характеристик композиции. Достижение положительного эффекта с использованием предлагаемого технического решения иллюстрируется следующим примером. По результатам сжатия дисков в вязкотекучем состоянии (при температуре 180 С) определяли предел текучести композиции из вторичного полипропилена, наполненного древесными частицами (50 мас. ). По известному способу (вариант ) деформировали диски диаметром 30 мм и толщиной 5 мм. Температуру плит задавали равной 180 С. Диски предварительно нагревали до температуры 180 С, затем сжимали между плитами при двух различных усилиях 1300 Н и 2500 Н. Измеряли толщину дисков после завершения вязкопластического течения, по ней и объему дисков рассчитывали конечные радиусы. Значения усилий равновесных толщин дисков 1 и 2, соответствующих им радиусов 1 и 2, подставляли в уравнения равновесия (3) и, решая их, вычисляли предел текучести т. Матричный полимер при испытаниях прилипал к плитам, поэтому требовалась их зачистка между опытами. По предлагаемому способу (вариант ) между плоскопараллельными плитами сжимали диски также диаметром 30 мм и толщиной 5 мм, но при трех значениях усилия 4 11398 1 2008.12.30 1300 Н, 2500 Н и 3700 Н. Температуру плит при испытаниях поддерживали равной 40 С. При этой температуре матричный полимер композиции не прилипает к плитам,потому зачистка поверхностей плит не требовалась. Измеряли толщину дисков после завершения вязкопластического течения и по ней рассчитывали конечные радиусы дисков. Значения усилий, конечных толщин дисков 1, 2 и 3, соответствующих им радиусов 1, 2 и 3 подставляли в уравнения вида (3) и, решая их, вычисляли предел текучести т. По вариантумежду плоскопараллельными плитами сжимали диски равной толщины 5 мм, но трех различных диаметров - 30, 40 и 50 мм усилием 700 Н. Температура плит 40 С. Как и в предыдущих испытаниях, измеряли толщину дисков после завершения вязкопластического течения и по ней рассчитывали конечные радиусы дисков в каждом случае. По значениям усилий конечных толщин дисков 1, 2 и 3, соответствующих им радиусов 1, 2 и 3, решая совместно три уравнения вида (3), вычисляли предел текучести т. Результаты определения предела текучести композиции по трем вариантам приведены в таблице. Вариант Значение предела текучести, найденное по известному способу, на 20 меньше, чем по вариантам осуществления предлагаемого способа. Это обусловлено тем, что известный способ не учитывает особенности скольжения высоконаполненной композиции на поверхности контакта диска и плит, потому результат измерения включает методическую погрешность. Значения предела текучести, полученные по предлагаемому способу с варьированием объема (радиуса) диска (вариант ) и усилия сжатия (вариант ), различаются только на 1 , т.е. находятся в пределах погрешности оценки величин, входящих в уравнение (3). Следовательно, они пригодны для определения предела текучести. Затраты времени на испытания по предлагаемому способу вдвое меньше, чем на испытания по известному способу, за счет сокращения времени на подготовку образцов и плит, соответственно выше производительность определения предела текучести. Источники информации 1. Дедюхин В.Г., Ставров В.П. Прессованные стеклопластики. - М. Химия, 1976. С. 88. 2. А.с. СССР 1141308, МПК 01 11/00, 1985. 3. Ставров В.П., Дедюхин В.Г., Соколов А.Д. Технологические испытания реактопластов. - М. Химия, 1981. - С. 95-117. 4. Ставров В.П. Формообразование изделий из композиционных материалов. - Мн. БГТУ, 2006. - С. 115-117 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5

МПК / Метки

МПК: G01N 3/08, G01N 19/00

Метки: полимерной, определения, композиции, высоконаполненной, способ, предела, текучести

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/5-11398-sposob-opredeleniya-predela-tekuchesti-vysokonapolnennojj-polimernojj-kompozicii.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Способ определения предела текучести высоконаполненной полимерной композиции</a>

Похожие патенты