Способ испытания на ползучесть клеевого соединения при сдвиге и устройство для его реализации
Владельцы патента RU 2724153:
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР АГРОБИОТЕХНОЛОГИЙ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (СФНЦА РАН) (RU)
Изобретение относится к области определения механических и реологических свойств клеевых композиций. Сущность: склеенный образец размещают в обойме, испытывают его на ползучесть, регистрируют текущие значения деформации клеевой композиции и строят кривую ползучести, по которой судят о характеристиках ползучести клеевой композиции, текущее значение деформации клеевой композиции регистрируется расстоянием между линзой и стеклянной пластинкой методом колец Ньютона, наблюдаемых в монохроматическом свете с помощью цифрового микроскопа, соединенного с персональной ЭВМ (ПЭВМ) для их обработки, при нормальном к поверхности пластины падении световых лучей. Устройство содержит герметичную камеру, в которой размещены обойма для установки склеенных образцов, рычаг для нагружения образцов с балансировочными грузами, устройство терморегулирования с датчиком температуры с цифровым отображением текущей температуры в камере и нагреватель. В камере установлены клапаны для подвода и отвода охлаждающей жидкости для низкотемпературных испытаний. На рычаге расположена стеклянная пластина. Линза размещена на стойке на одной оптической оси с монохроматором и цифровым микроскопом, освещение линзы и стеклянной пластины производится точечным источником света. Нагружение склеенных образцов осуществляется эталонными грузами, размещенными на рычаге, регистрирование колец Ньютона осуществляется цифровым микроскопом с последующей передачей видеосигнала на ПЭВМ в дискретном или непрерывном режимах, а в ПЭВМ с помощью программного обеспечения производится анализ видеоизображения колец Ньютона с последующим построением кривой «деформация ползучести - время нагружения». Технический результат: повышение точности и уменьшение трудоемкости измерения ползучести при испытаниях клеевых композиций внахлестку. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области определения механических и реологических свойств клеевых композиций.
Известен способ испытания на ползучесть при сдвиге клеевого соединения [ГОСТ Р 57750 - 2017 Композиты полимерные. Метод испытания на ползучесть при сдвиге клеевого соединения] (прототип), заключающийся в статическом нагружении образца клеевого соединения в требуемых условиях и определении величины деформации ползучести. Способ предусматривает определение характеристик ползучести при испытаниях клеевых композиций внахлестку при температуре от -50°С до +260°С со скоростью нагружения от 8 до 10 МПа/мин, при этом на образец предварительно наносят поперечные риски, регистрируют текущие значения деформации образца между рисками, по крайней мере на двух участках характеризующихся экстремальными значениями температуры, и строят для этих участков кривые ползучести, по которых определяют характеристики ползучести для каждого участка образца. Для определения общей деформации измеряют удлинение между нанесенными рисками по обе стороны зоны нахлестки с помощью откалиброванного микроскопа со 100-кратным увеличением. Помимо этого, способ предусматривает крепление образца к нагружающей камере, нагружение его в нагрузочной камере с помощью испытательной машины, и фиксирование нагруженного образца по определенной методике с использованием упругого элемента, в частности пружины, и помещение нагруженного образца в требуемую среду (влажностную, агрессивную и т.д., либо в сочетание сред) или термокамеру.
Недостатками известного способа является:
- использование специализированных испытательных машин с определенными нагрузочными и скоростными характеристиками для нагружения образца, что сложно реализовать в условиях испытательных лабораторий и производственных условий, вследствие их высокой стоимости;
- использование специального нагрузочного приспособления, с упругим элементом (пружиной) вносит погрешность в условия нагружения, вследствие изменения упругих свойств материала пружины;
- значительная трудоемкость измерения характеристик ползучести, обусловленная неавтоматизированным способом измерения (с помощью микроскопа);
- погрешность измерения, обусловленная использованием оптического микроскопа.
Целью изобретения - является повышение точности и уменьшения трудоемкости измерения ползучести при испытаниях клеевых композиций внахлестку.
Указанная цель достигается тем, что согласно изобретению, способ определения характеристик ползучести клеевой композиции, заключающийся в том, что склеенный образец размещают в обойме, испытывают его на ползучесть, регистрируют текущие значения деформации клеевой композиции и строят кривую ползучести, по которой судят о характеристиках ползучести клеевой композиции, текущее значение деформации клеевой композиции регистрируется расстоянием между линзой и стеклянной пластинкой методом колец Ньютона, наблюдаемые в монохроматическом свете с помощью цифрового микроскопа, соединенного с персональной ЭВМ (ПЭВМ), для их обработки, при нормальном к поверхности пластины падении световых лучей.
Устройство для реализации способа для определения характеристик ползучести клеевой композиции, содержащее склеенные образцы, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя герметичную камеру, в которой размещены обойма для установки склеенных образцов, рычаг для нагружения образцов с балансировочными грузами, устройство терморегулирования с датчиком температуры с цифровым отображением текущей температуры в камере, и нагревателя, в камере установлены клапаны для подвода и отвода охлаждающей жидкости для низкотемпературных испытаний, на рычаге расположена стеклянная пластина, линза размещена на стойке на одной оптической оси с монохроматором и цифровым микроскопом, освещение линзы и стеклянной пластины производится точечным источником света, при этом нагружение склеенных образцов осуществляется эталонными грузами, размещенными на рычаге, регистрирование колец Ньютона осуществляется цифровым микроскопом, с последующей передачей видеосигнала на ПЭВМ в дискретном или непрерывном режимах, а в ПЭВМ с помощью программного обеспечения производится анализ видеоизображения колец Ньютона с последующим построением кривой «деформация ползучести - время нагружения».
Способ реализуется следующим образом.
При ненагруженном состоянии склеенного образца, с помощью цифрового микроскопа и ПЭВМ, регистрируют начальное значение диаметров и количество колец Ньютона.
При нагружении склеенного образца и развитии ползучести клеевого слоя стеклянная пластина переместится на величину Н, что в свою очередь увеличит воздушный зазор между стеклянной пластиной и линзой, при этом изменится количество и диаметр колец Ньютона. Величина перемещения стеклянной пластины Н будет определять величину ползучести клеевого слоя.
Величина ползучести Н определяют по зависимости:
где λ - постоянная монохроматора;
n - номер кольца Ньютона;
dn - диаметр колец Ньютона;
R - радиус кривизны линзы.
Помимо этого, отличительным признаком, от прототипа, способ испытания на ползучесть клеевого соединения при сдвиге, является наличие цифрового микроскопа и ПЭВМ, позволяющих в дискретном или непрерывном режимах производить съемку колец Ньютона, проводить их анализ с построением кривой «деформация ползучести - время нагружения».
Техническая суть изобретение поясняется иллюстрацией (фиг.) на которой показан вариант осуществления способа испытания на ползучесть клеевого соединения при сдвиге и устройство для его реализации.
На чертеже приняты следующие обозначения:
1 - камера; 2 - обойма; 3 - склеенные образцы; 4 - рычаг; 5 - балансировочные грузы; 6 - устройство терморегулирования; 7 - датчик температуры; 8 - нагреватель; 9 - клапаны; 10 - стеклянная пластина: 11 - линза; 12 - стойка; 13 - монохроматограф; 14 - цифровой микроскоп; 15 - точечный источник света; 16 - эталонные грузы; 17 - персональная ЭВМ.
Предлагаемое устройство для реализации способа представляет собой герметичную камеру 1 (стенка камеры на чертеже не показана), в которой размещены обойма 2 для установки склеенных образцов 3, рычаг 4 для нагружения образцов с балансировочными грузами 5, устройство терморегулирования 6 с датчиком температуры 7 с цифровым отображением текущей температуры в камере, и нагревателя 8. В камере установлены клапаны 9 для подвода и отвода охлаждающей жидкости для низкотемпературных испытаний. Обойма 2 предназначена для прямолинейного перемещения одного из склеенных образцов 3. Балансировочные грузы 5 предназначен для компенсации паразитного веса нагрузочного рычага на склеенные образцы 3. Устройство терморегулирования 6 необходимо для поддержания заданной температуры в камере 1 и управляет нагревателем 8 при высокотемпературных испытаниях, либо управляет клапанами 9 для подачи охлаждающей жидкости при низкотемпературных испытаниях. Датчик температуры рабочей среды 7 предназначен для контроля и поддержания теплового режима рабочей среды, а также передачи данных на устройство терморегулирования 6, связанного с нагревателем 8 либо с клапанами 9. В камере 1 могут находится, как жидкие, так и газообразные среды, используемые при испытаниях на ползучесть клеевых материалов. Помимо этого, камера 1 предназначена для испытания клевых материалов при повышенной влажности. На рычаге 4 расположена стеклянная пластина 10. Линза 11 размещена на стойке 12 на одной оптической оси с монохроматором 13 и цифровым микроскопом 14. Освещение линзы 11 и стеклянной пластины 10 производится точечным источником света 15. Нагружение склеенных образцов 3 осуществляется эталонными грузами 16, размещенными на рычаге 4.
Устройство функционирует следующим образом. Склеенные образцы 3 помещают в обойму 2 и нагружают эталонными грузами 15 через рычаг 4. При возникновении ползучести клеевого слоя, происходит изменение воздушного зазора между стеклянной пластиной 10 и линзой 11, что приведет к изменению количества и диаметра колец Ньютона. Регистрация колец Ньютона осуществляется цифровым микроскопом 14, с последующей передачей видеосигнала на ПЭВМ 17. В ПЭВМ 17 с помощью специального программного обеспечения производится анализ видеоизображения колец Ньютона с последующим построением кривой «деформация ползучести - время нагружения».
В результате патентного поиска не выявлено изобретательских решений, идентичных заявляемому, что соответствует критерию «новизна».
Новая совокупность признаков способа и устройства для его реализации, а именно:
- использование оптической системы регистрации ползучести клеевого слоя посредствам фиксирования колец Ньютона;
- использование автоматизированной системы, включающей цифровой микроскоп и ПЭВМ, для измерения ползучести клеевых композиций;
- повышения точности и достоверности измерения ползучести клеевых композиций за счет отсутствия промежуточных устройств;
что подтверждает причинно-следственную связь новой совокупности признаков и достигнутого результата, которые не были известны из уровня техники до создания настоящего изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретательского решения по критерию «изобретательский уровень».
1. Способ определения характеристик ползучести клеевой композиции, заключающийся в том, что склеенный образец размещают в обойме, испытывают его на ползучесть, регистрируют текущие значения деформации клеевой композиции и строят кривую ползучести, по которой судят о характеристиках ползучести клеевой композиции, текущее значение деформации клеевой композиции регистрируется расстоянием между линзой и стеклянной пластинкой методом колец Ньютона, наблюдаемых в монохроматическом свете с помощью цифрового микроскопа, соединенного с персональной ЭВМ (ПЭВМ) для их обработки, при нормальном к поверхности пластины падении световых лучей.
2. Устройство для реализации способа для определения характеристик ползучести клеевой композиции по п. 1, содержащее склеенные образцы, отличающееся тем, что дополнительно включает в себя герметичную камеру, в которой размещены обойма для установки склеенных образцов, рычаг для нагружения образцов с балансировочными грузами, устройство терморегулирования с датчиком температуры с цифровым отображением текущей температуры в камере и нагреватель, в камере установлены клапаны для подвода и отвода охлаждающей жидкости для низкотемпературных испытаний, на рычаге расположена стеклянная пластина, линза размещена на стойке на одной оптической оси с монохроматором и цифровым микроскопом, освещение линзы и стеклянной пластины производится точечным источником света, при этом нагружение склеенных образцов осуществляется эталонными грузами, размещенными на рычаге, регистрирование колец Ньютона осуществляется цифровым микроскопом с последующей передачей видеосигнала на ПЭВМ в дискретном или непрерывном режимах, а в ПЭВМ с помощью программного обеспечения производится анализ видеоизображения колец Ньютона с последующим построением кривой «деформация ползучести - время нагружения».
