Устройство и способ определения физико-механических характеристик серии образцов полимерных материалов

Изобретение относится к области испытательной и измерительной техники, а именно к способам и устройствам для определения физико-механических характеристик (ФМХ) серии образцов полимерных материалов. Устройство для определения ФМХ серии образцов полимерных материалов содержит опорную и верхнюю плиты, соединенные между собой четырьмя вертикальными стойками, а также механический привод вертикального растяжения испытуемых образцов с силоизмерителем, соединенным с измерительным прибором и персональным компьютером (ИППК). На верхней плите смонтирован сепаратор с зажимами для каждого образца испытуемой серии, расположенный внутри цилиндрической термокамеры. Сущность: в сепаратор помещают силикагель и с помощью зажимов устанавливают серию испытуемых образцов, после чего сепаратор накрывают цилиндрической термокамерой с верхним закрытым торцом и подсоединяют через штуцеры трубопроводы с теплоносителем. Затем включают механический привод для вертикального растяжения образца. После испытания серии образцов полимерных материалов на ИППК проводят отбраковку незачетных испытаний и определяют средние значения ФМХ испытуемой серии. Технический результат: повышение точности определения ФМХ исследуемого материала для испытуемой серии образцов при соблюдении необходимых температурно-влажностных режимов множественных измерений. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к области испытательной и измерительной техники, а именно, к методам контроля полимерных материалов и приборам для определения их прочностных свойств, а также к способам и устройствам для определения физико-механических характеристик (ФМХ) серии образцов полимерных материалов.

Известно /1/, что для определения ФМХ полимерных материалов используются образцы в виде плоских лопаточек. Их растягивают на разрывной машине до разрушения, при этом фиксируют значения нагрузок и рассчитывают по известным формулам ФМХ. Для определения средних значений ФМХ с минимальной погрешностью необходимо оперативно обрабатывать результаты испытаний серии образцов в одинаковых условиях. Такие испытания являются трудоемкими, и при их проведении сложно поддерживать необходимый температурно-влажностный режим, чтобы не снижать точность определения ФМХ в широком диапазоне температур от минус 50°С до +80°С.

Известным аналогом данного изобретения является изобретение /2/, которое описывает способ и устройство для определения ФМХ материалов. На поверхности образца исследуемого материала с помощью преобразователя возбуждают упругие колебания и принимают с той же поверхности прошедшие по толщине образца отраженные эхосигналы этих колебаний. По параметрам принятого сигнала определяют пористость, плотность и механические свойства образца. Возбуждение упругих колебаний осуществляют лазерным оптико-акустическим преобразователем. Механические свойства материала определяют по мощности шумовой компоненты рассеянного акустического сигнала. Недостатком этого устройства является сложность и большая погрешность измерений.

Известно устройство для определения прочностных свойств материалов, содержащее средства размещения образца для испытаний, индентор, механизм привода индентора и средства для регистрации прочностных показателей образцов /3/. Недостатком этого устройства является отсутствие возможности определения всех ФМХ образцов и оперативной регистрации показателей множественной партии образцов при проведении групповых контрольных испытаний.

Наиболее близким аналогом к изобретению является устройство, описанное в /4/, принятое за прототип. Оно содержит неподвижное основание со средством позиционирования образца исследуемого материала, систему нагружения образца, закрепленного на стержне и систему контроля перемещений, которые установлены с возможностью их совместного перемещения вдоль вертикальной оси устройства, а также систему измерения степени деформации образца и системой регулирования режима нагрева образца (индентора).

Однако этот способ не позволяет получить достаточно достоверных и точных результатов ввиду отсутствия возможности испытывать серию образцов в одинаковых условиях, и поэтому погрешность измерений обусловлена большим разбросом значений параметров ФМХ и не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к контролю изделий ответственного назначения.

Технической задачей изобретения является создание способа и установки с возможностью испытывать серии образцов материала в одинаковых температурно-влажностных условиях, позволяющих оперативно и точно определять ФМХ полимерных материалов в широком диапазоне температур испытаний от минус 50°С до плюс 80°С.

Техническим результатом изобретения является создание эффективной системы позволяющей для серии испытаний измерять параметры нескольких образцов и повысить точность определения ФМХ при соблюдении необходимых температурно-влажностных режимов. Предлагаемое изобретение позволит минимизировать технологическое время испытаний и увеличить производительность труда при испытании серии образцов полимерных материалов.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для определения ФМХ серии образцов полимерных материалов, содержащем опорную и верхнюю плиты, соединенные между собой четырьмя вертикальными стойками, а также механический привод вертикального растяжения испытуемых образцов с силоизмерителем, соединенным с измерительным прибором и персональным компьютером (ИППК), выполнены следующие изменения.

На верхней плите смонтирован сепаратор, состоящий из верхней и нижней тарелок закрепленных на вертикальной оси. По наружной окружности тарелок выполнены гнезда, в которых размещены верхние и нижние зажимы для каждого образца испытуемой серии. Нижний зажим одного из образцов через тягу с помощью шпоночного крепления соединен с силоизмерителем.

Сепаратор расположен внутри цилиндрической термокамеры с верхним закрытым торцом, на которой имеются входной и выходной штуцеры для тубопроводов с теплоносителем. Сепаратор может поворачиваться вокруг вертикальной оси в одно из рабочих положений ручкой поворота сепаратора и фиксироваться в этом положении фиксатором с помощью рукоятки, расположенной на верхней плите.

С использованием описанного устройства реализован способ определения ФМХ серии образцов полимерных материалов, включающий устройство по п. 1.

Сначала в сепаратор помещают силикагель, служащий для поддержания заданных влажностных условий внутри термокамеры. Затем с помощью зажимов в сепаратор устанавливают серию испытуемых образцов, закрывают его цилиндрической термокамерой и подсоединяют через входной и выходной штуцеры трубопровод с теплоносителем. После прошествия заданного времени термостатирования, начинают процесс испытаний серии.

Для этого сепаратор ручкой поворачивают вокруг оси на заданный угол и фиксируют его в рабочем положении фиксатором с помощью рукоятки. Нижний зажим очередного образца с помощью шпоночного крепления соединяют с тягой от силоизмерителя и включают механический привод для вертикального растяжения образца. При этом тяга начинает движение вниз с постоянной заданной скоростью V до момента разрыва образца. После этого привод останавливают и нижний зажим образца отсоединяют от тяги. Далее происходит процесс испытания следующего образца серии, начиная с момента следующего поворота сепаратора на заданный угол.

При этом сила растяжения P(t) образца, как функция времени t, измеряется силоизмерителем и ИППК. Величина деформации образца L(t) пересчитывается на ИППК по формуле L=t*V. После испытаний всей серии образцов на ИППК по известным математическим зависимостям проводится отбраковка незачетных испытаний и определяются средние значения ФМХ испытуемой серии.

Технический результат предлагаемого изобретения реализуется в процессе измерений термомеханических характеристик материалов. При подсоединении образцов к растягивающему приводу не происходит изменение температуры образца, находящегося в термокамере. За счет наличия в сепараторе силикагеля обеспечивается требуемая влажность атмосферы вокруг образцов. Предлагаемое изобретение позволяет измерять ФМХ всей серии образцов в одинаковых условиях и обеспечить автономность поддержания температуры образцов. При этом проводятся определения ФМХ в широком диапазоне температур, от минус 50°С до плюс 80°С для разных серий образцов. Все это позволяет повысить точность и достоверность определения ФМХ исследуемого материала при соблюдении необходимых температурно-влажностных режимов.

Предлагаемое изобретение позволит повысить оперативность проведения множественных измерений, а также упростить сам процесс измерений, минимизировать технологическое время испытаний и увеличить производительность труда при испытании серии образцов полимерных материалов.

Более подробно заявляемые в изобретении устройство и способ поясняется фигурой. Здесь показано устройство для определения ФМХ серии образцов полимерного материала, содержащее механический привод 9 вертикального растяжения испытуемых образцов 2. Силоизмеритель 18 соединен с измерительным прибором и персональным компьютером 19 (ИППК), регистрирующими силу растяжения и деформацию образцов. Опорная 20 и верхняя 17 плиты соединены между собой четырьмя вертикальными стойками 8. На верхней плите смонтирован сепаратор, состоящий из закрепленных на вертикальной оси 5 верхней 10 и нижней 14 тарелок. В них имеются по наружной окружности гнезда 10 для верхних 12 и нижних 3 зажимов каждого образца из испытуемой серии. Нижний зажим одного из образцов через тягу 16 с помощью шпоночного крепления 15 соединен с силоизмерителем. Сепаратор расположен внутри цилиндрической термокамеры 1 с верхним закрытым торцом и со штуцерами 13 и 4. Сепаратор имеет возможность поворачиваться вокруг оси в рабочее положение ручкой 7 поворота сепаратора и фиксироваться фиксатором, с помощью рукоятки 6, расположенной на верхней плите 17.

Устройство работает следующим образом. Сначала в сепаратор 5, 10 и 4 с помощью верхних 12 и нижних 3 зажимов устанавливают серию испытуемых образцов в виде лопаточек 2, вырубленных на специальном штамповочном прессе. Для обеспечения требуемой влажности при термостатировании в сепаратор помещают силикагель и закрывают термокамерой 1. Затем в термокамеру через входной и выходной штуцеры подсоединяют трубопроводы и включают подачу в нее теплоносителей на заданное время термостатирования.

После окончания термостатирования начинают процесс испытания серии образцов. Для испытания очередного образца сепаратор поворачивают вокруг оси ручкой 7 и фиксируют его в рабочем положении фиксатором с помощью рукоятки 6. После этого нижний зажим 3 испытуемого образца с помощью шпоночного крепления 15 соединяют с тягой 16 от силоизмерителя 18 и включают механический привод 9 вертикального растяжения образца. Тяга двигается вниз с заданной скоростью V. После разрыва образца подается команда на остановку привода и нижний зажим 3 образца отсоединяют от тяги.

В процессе растяжения сигнал Р от силоизмерителя (как функция времени t) регистрируется ИППК. При этом величина деформации образца L в процессе растяжения пересчитывается на ПК по формуле L=t*V, а сила нагружения образца фиксируется в зависимости от деформации образца L, как P=f(L).

При испытании следующего образца серии тягу 6, соединенную с приводом растяжения образца, поднимают и процесс испытания повторяют до тех пор, пока не будут испытаны все образцы серии.

ИППК обрабатывает результаты испытаний серии образцов. При этом проводится отбраковка незачетных испытаний и определяются средние значения ФМХ испытуемой серии.

Промышленная применимость предлагаемого устройства подтверждается следующим примером реализации. В лабораторных условиях на заявленном устройстве испытывалось 12 образцов установленных в сепараторе. Термокамера создавала замкнутый объем - рабочую камеру для термостатирования образца. В сепаратор засыпается селикогель для поддержания влажности 60%. Температура образцов обеспечивалась циркуляцией теплоносителя термокамере. Газообразный азот для охлаждения образцов поступал из сосудов Дьюара. Для обеспечения определенной температуры в качестве теплоносителей, в термокамерах при термостатировании использовались материалы, приведенные в таблице.

Проводилось растяжение серии образцов до разрушения при заданной температуре испытания. На ИППК по известным математическим зависимостям определялись средние значения модуля упругости Е, напряжения σ, деформации е разрушения образцов, при заданных температуре и скорости растяжения образцов. При этом были обракованы результаты испытаний двух образцов из 12.

Предлагаемое изобретение позволило повысить точность определения ФМХ исследуемого материала для испытуемой серии образцов при соблюдении необходимых температурно-влажностных режимов множественных измерений. При этом для смены образца серии не требуется время, которое может привести к изменению температуры и влажности образцов. Все это позволяет минимизировать технологическое время испытаний и увеличить производительность труда при испытании серии образцов полимерных материалов.

Устройство повышает достоверность контроля конструкций ответственного назначения и, в конечном счете, увеличивает надежность изготавливаемых изделий. Приведенное устройство и способ были реализованы при сдаче продукции народного хозяйства и доказали свою эффективность.

Использованные литературные источники

1 М.Н. Бокшицкий. Длительная прочность полимеров. - М. Химия, 1978, с. 50(312).

2 «Способ определения ФМХ полимерных композиционных материалов и устройство для его осуществления». Патент РФ. №2214590.

3 «Устройство для определения прочностных свойств тонкостенных конструкций». Патент РФ №2142617.

4 «Устройство для измерения термомеханических характеристик термопластичных материалов». Патент РФ №2363940.

1. Устройство для определения физико-механических характеристик (ФМХ) серии образцов полимерных материалов, содержащее опорную и верхнюю плиты, соединенные между собой четырьмя вертикальными стойками, а также механический привод вертикального растяжения испытуемых образцов с силоизмерителем, соединенным с измерительным прибором и персональным компьютером (ИППК), отличающееся тем, что на верхней плите смонтирован сепаратор, состоящий из верхней и нижней тарелок, закрепленных на вертикальной оси, имеющих по наружной окружности гнезда с верхними и нижними зажимами каждого образца испытуемой серии, при этом нижний зажим одного из образцов через тягу с помощью шпоночного крепления соединен с силоизмерителем, а сам сепаратор расположен внутри цилиндрической термокамеры с верхним закрытым торцом, на которой имеются входной и выходной штуцеры для теплоносителя, причем сепаратор имеет возможность поворачиваться вокруг вертикальной оси в одно из рабочих положений ручкой поворота сепаратора и фиксироваться в этом положении фиксатором с помощью рукоятки, расположенной на верхней плите.

2. Способ определения ФМХ серии образцов полимерных материалов, использующий устройство по п. 1 формулы, в котором сначала в сепаратор помещают силикагель, и с помощью зажимов устанавливают серию испытуемых образцов, после чего сепаратор накрывают цилиндрической термокамерой с верхним закрытым торцом, подсоединяют через входной и выходной штуцеры трубопроводы с теплоносителем и по прошествии заданного времени термостатирования начинают процесс испытаний серии образцов, для чего сепаратор ручкой поворачивают вокруг оси на заданный угол и фиксируют его в рабочем положении фиксатором с помощью рукоятки, а нижний зажим очередного образца с помощью шпоночного крепления соединяют с тягой от силоизмерителя, затем включают механический привод для вертикального растяжения образца, приводящий в движение вниз тягу с постоянной заданной скоростью V до момента разрыва образца, после чего привод останавливают, нижний зажим образца отсоединяют от тяги и продолжают процесс испытания следующего образца серии, при этом на ИППК фиксируют в зависимости от времени t силу растяжения образца P(t) и деформацию образца L(t)=t*V, а после испытаний всей серии образцов на ИППК проводят отбраковку незачетных испытаний и определяют средние значения ФМХ испытуемой серии.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оборудованию для механических испытании при повышенных температурах. Камера содержит прямоугольный корпус, теплоизоляцию, расположенные на боковых стенках внутри корпуса нагревательные элементы, соединенные с внешним источником питания.

Изобретение относится к инженерно-геологическим изысканиям, в частности к способам определения изменения устойчивости грунтовых оснований, подвергнутых химико-физическому закреплению. В заявленном способе в грунтовом основании размещают излучатели упругих волн и зонды, каждый из которых содержит нагревательный элемент, приемный акустический преобразователь и термометр.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к оценке остаточного ресурса теплового ограждения (футеровки) сталеразливочных ковшей. Заявленное решение позволяет получить данные об остаточном ресурсе теплового ограждения сталеразливочных ковшей на основе комплексной оценки условий их эксплуатации, позволяющей учесть основные величины, определяющие срок службы футеровки сталеразливочного ковша.

Изобретение относится к области испытаний объектов на комбинированное воздействие внешних факторов. Способ испытаний заключается в одновременном воздействии на объект испытаний (ОИ), помещенный в климатическую камеру, механических и температурных нагрузок.

Изобретение относится к средствам (испытательные машины) и методам механических испытаний образцов материалов на растяжение, сжатие, изгиб и на мало- и многоцикловую усталость. Машина испытательная содержит нагружающее устройство, содержащее основание, два червячно-винтовых редуктора, скрепленных с основанием и связанных между собой муфтой, серводвигатель, приводящий в движение траверсу с помощью червячно-винтовых редукторов и гаек, сопряженных с винтами и закрепленных в траверсе, гайки-корпуса, сочлененные с ходовыми винтами, со встроенными в них кольцевыми поршнями для выборки люфта между винтами и траверсой, направляющие колонны, закрепленные в основании и сопряженные с траверсой через шариковые втулки, поперечину, жестко связывающую направляющие колонны и ходовые винты через шарикоподшипники, гидроцилиндр, образованный траверсой, плунжером и двумя фланцами, верхний захват, скрепленный с плунжером с помощью шпильки и двух шарнирных узлов, датчик перемещения, датчик силы, скрепленный с основанием с помощью шпильки и двух шарнирных узлов, нижний захват, скрепленный с датчиком силы с помощью шпильки, стойку для установки печи при высокотемпературных испытаниях, скрепленную с основанием и поперечиной, а также включает насосную установку и систему управления и измерения.

Изобретение относится к установке для испытаний на деформацию металлической обсадной трубы в процессе ожидания затвердевания цементного раствора для цементирования скважины, которая содержит котел высокой температуры и высокого давления; воздушный компрессорный насос; емкость для перемешивания и накапливания цементного раствора; устройство увеличения давления жидкости; линейки для измерения деформации обсадной трубы и вычислительное устройство с системой отображения данных; котел высокой температуры и высокого давления на левой стороне снабжен масловпускным отверстием для теплопроводного масла и датчиками давления, а на правой стороне снабжен масловозвратным отверстием для теплопроводного масла и нагревательным устройством; в крышке котла выполнены открытые отверстия, в которые вставлены термопары; дно котла снабжено отверстием для закачивания цементного раствора; внутри котла расположен цилиндр для имитации обсадной трубы; нагревательное устройство, термопары и датчики давления связаны с вычислительным устройством с системой отображения данных; линейки для измерения деформации обсадной трубы содержат горизонтальную линейку для измерения деформации и вертикальную линейку для измерения деформации, применяемые для осуществления измерений при моделировании горизонтальной и вертикальной деформации обсадной трубы.

Изобретение относится к области исследования материалов особыми способами, в частности к установкам для оценки низкотемпературных свойств пластичных смазок (ПС), для тяжелонагруженных узлов трения скольжения, и может быть использовано в нефтехимической промышленности, частности в лабораториях при производстве новых видов ПС.

Изобретение относится к области проведения исследований и может быть использовано при проведении опытов, направленных на установление длительной прочности строительных материалов. Установка состоит из рамы, выполненной из уголков, опорных стержней, стержневых электронагревателей и грузового устройства для нагружения образца, увлажнителя воздуха STARWIND SHC1331, выполненного с возможностью создания требуемой влажности, психрометра ВИТ-1, выполненного с возможностью фиксации влажности и температуры окружающей среды, каркаса для сохранения микроклиматических условий проведения эксперимента, выполненного из деревянных брусков и обшитого поликарбонатными листами.

Группа изобретений относится к способу и устройству для испытаний кабелей тяговых электрических двигателей на комплексное воздействие механических и климатических нагрузок. Способ для испытаний выходных кабелей тяговых электрических двигателей на комплексное воздействие механических и климатических нагрузок, заключающийся в том, что кабели испытываются в климатической камере при имитации нижнего значения температуры среды, действующей при эксплуатации, с одновременной имитацией действующих при эксплуатации механических нагрузок, причем механические нагрузки имитируются устройством для испытаний выходных кабелей тяговых электрических двигателей, обеспечивающим углы перегиба и закручивания кабелей, амплитуду колебаний во время испытаний, которые равны эксплуатационным, а количество циклов колебаний кабеля (N) во время испытаний определяется по формуле N=f×t, где f - частота колебаний в минуту, t - время испытаний, установленное в нормативно-технической документации на кабель.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для оценки надежности сложных пространственных конструкций. Способ включает силовое нагружение изделия, регистрацию образовавшегося на поверхности в результате внутренних термомеханических процессов температурного поля, выявление внутренних дефектов по анализу температурного поля, перед силовым воздействием через изделие пропускают электрический ток до его разогрева, регулируют величину электрического тока таким образом, чтобы температура изделия не превышала допустимую, осуществляют регистрацию температурного поля поверхности и измеряют величину и координаты его аномальных участков, прикладывают к изделию механическую нагрузку, осуществляют повторную регистрацию температурного поля поверхности изделия, по разности двух термограмм поверхности изделия до и после приложения механической нагрузки определяют наличие внутренних избыточных напряжений и дефектов, нагрев изделия электрическим током осуществляют до температуры, на 3-10°С превышающей температуру окружающей среды.

Изобретение касается обработки материалов высоким давлением, в частности, устройства для испытания образцов на растяжение, кручение, сжатие под высоким давлением и при высоких температурах. Установка содержит контейнер с расположенной в нем рабочей камерой, заполненной рабочей средой, с захватами для образца, механизм нагружения, нагреватель, выполненный в форме спирали и расположенный в рабочей камере таким образом, что образец находится внутри спирали, средства подачи рабочей среды и контрольно-измерительную аппаратуру. В качестве рабочей среды используют жидкую среду. Механизм нагружения выполнен в форме верхнего и нижнего плунжеров. Нагреватель, выполненный в форме спирали с теплоизоляционным покрытием, помещен в керамическую трубку, при этом один из концов спирали соединен с корпусом верхнего захвата, другой размещен в электроизолированном отверстии нижнего захвата и предназначен для периодического взаимодействия с контактами, установленными в нижнем плунжере. Средства контрольно-измерительной аппаратуры выполнены в виде термопары, спай которой размещен в полости керамической трубки, а вывод через электроизолированное отверстие верхнего захвата соединен с электрическими контактами верхнего плунжера. Контакты верхнего и нижнего плунжера выполнены конической формы. Технический результат: обеспечение надежности и расширение технологических возможностей за счет отсутствия ограничений по достижении высоких температур и давлений. 1 ил.
Наркология
Наверх