×
26.08.2017
217.015.dc11

Результат интеллектуальной деятельности: Способ ультразвукового контроля твердости полимеров

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Использование: для определения твердости по Шору полимера. Сущность изобретения заключается в том, что испытуемый образец размещают между излучателем и приемником ультразвуковых колебаний, подают с генератора электрический сигнал определенной частоты и длительности на упомянутый излучатель ультразвуковых колебаний с последующим приемом импульсов ультразвуковых колебаний, прошедших образец, при помощи приемника, с измерением скорости их распространения и коэффициента затухания, зависящего от расстояния между поверхностями излучателя и приемника, для каждого конкретного испытуемого образца, с дальнейшим их преобразованием в электрический сигнал с амплитудой, зависящей от свойств образца. Одновременно с подачей и приемом ультразвуковых колебаний электронным штангенциркулем измеряют толщину образца, затем определяют константы, индивидуальные для полимера одной марки при заданной частоте измерения и толщине испытуемого образца, после чего определяют твердость полимера по Шору по заданной математической формуле. Технический результат: обеспечение возможности ультразвукового определения твердости полимеров по Шору. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области диагностики полимеров неразрушающими методами и может быть использовано для определения твердости полимеров по Шору в шинной промышленности и промышленности синтетического каучука.

Твердость по Шору - один из методов измерения твердости материалов и используется для измерения твердости низкомодульных материалов, как правило, полимеров: пластмасс, эластомеров, каучуков и продуктов их вулканизации.

Метод позволяет измерять глубину начального вдавливания, глубину вдавливания после заданных периодов времени или и то и другое вместе. Метод является эмпирическим испытанием, поэтому не существует простой зависимости между твердостью, определяемой с помощью данного метода, и каким-либо фундаментальным свойством испытуемого материала.

Широкое распространение нашел способ определения структуры, упругих свойств или состава материалов по изменению величины затухания ультразвуковых волн либо по изменению скорости их распространения в исследуемом теле [а.с. СССР № 77708].

Этот способ предложен для определения характеристик металлов и неточен при определении свойств и состава полимерных материалов.

Известен способ определения физико-механических характеристик, включающий излучение импульсов ультразвуковых колебаний (УЗК) излучателем, прием импульсов, прошедших в конструкции, приемником, измерение скорости их распространения в плоскости конструкции и затухания УЗК путем измерения сдвига основных составляющих спектра принятых многократно прошедших по толщине импульсов относительно излученных, по которым, используя ранее полученные уравнения регрессии или тарировочные графики, построенные на их основе, определяют искомые характеристики [а.с. СССР № 808930, БИ 8 - 81 г.].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является способ ультразвукового контроля предела прочности полимеров при разрыве полимеров [патент РФ №2319957, заявка №2006107831/28 от 15.03.2006, МПК 7 G01N 29/00 - прототип].

Указанный способ ультразвукового контроля предела прочности при разрыве полимеров включает излучение импульсов ультразвуковых колебаний излучателем, прием импульсов, прошедших образец, приемником, измерение скорости их распространения и коэффициента затухания ультразвуковых колебаний, при этом в результате параметрической идентификации модели определяют значения коэффициентов P и m, индивидуальные для каждой марки полимера, и на основе измеренных параметров ультразвуковых колебаний рассчитывают предел прочности при разрыве образца полимера по формуле:

,

где σ - предел прочности при разрыве, кгс/см2; ρ - плотность полимера, кг/см3; h - толщина образца, см; с - скорость ультразвука, см/с; α - коэффициент затухания ультразвука, см-1; ω - частота ультразвуковых колебаний, с-1.

Недостатком данного способа является то, что этот способ не позволяет определять твердость полимера по Шору, Sh, т.е. имеет узкий диапазон применения.

Технической задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание способа ультразвукового определения твердости полимеров по Шору за счет использования измеренных скорости и коэффициента затухания ультразвуковых колебаний (УЗК).

Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном способе ультразвукового контроля твердости полимеров, заключающемся в том, что испытуемый образец размещают между излучателем и приемником ультразвуковых колебаний, после чего подают с генератора электрический сигнал определенной частоты и длительности на упомянутый излучатель ультразвуковых колебаний с последующим приемом импульсов ультразвуковых колебаний, прошедших образец, при помощи приемника, с измерением скорости их распространения и определением коэффициента затухания, зависящего от расстояния между поверхностями излучателя и приемника, для каждого конкретного испытуемого образца, с дальнейшим их преобразованием в электрический сигнал с амплитудой, зависящей от свойств образца, согласно изобретению одновременно с подачей и приемом ультразвуковых колебаний, электронным штангенциркулем измеряют расстояние между поверхностями излучателя и приемника, равное толщине сжатого образца, затем определяют константы, индивидуальные для полимера одной марки при заданной частоте измерения и толщине испытуемого образца, после чего определяют твердость полимера по Шору по формуле:

Sh=B1/α+B2,

где Sh - твердость полимера по Шору, ед. Шора; α - коэффициент затухания, м-1; В1 и В2 - константы, определяемые методом наименьших квадратов экспериментально по измерениям коэффициента затухания α в полимере ультразвуковым способом Shэксп и эталонным методом Shэт (твердомером Шора тип А ТВР-А), в соответствии с критерием:

где i - номер опыта.

Сущность предложенного ультразвукового метода заключается в том, что, по коэффициенту затухания УЗК, зависящему от химического строения, структуры и молекулярной подвижности полимера, определяют твердость полимера.

Известно, что величина добротности (Q) колебательной системы «преобразователь - индентор - материал», по которой судят о твердости полимера, связана с коэффициентом затухания [Голямина И.П. Ультразвук, маленькая энциклопедия [Текст] / И.П. Голямина. - М.: Советская энциклопедия, 1979. - 400 с.]:

где ω - частота измерения; α - коэффициент затухания, м-1.

Поскольку добротность связана с коэффициентом затухания уравнением (2), то для перевода между различными единицами твердости можно использовать некоторые масштабные коэффициенты , В2:

где и В2 - константы, определяемые экспериментально методом наименьших квадратов при заданной частоте измерения и толщине испытуемого образца.

После преобразований связь твердости по Шору A (Sh, ед. Шор А) полимеров с акустическими характеристиками материала при некоторой фиксированной частоте излучения имеет вид:

где В1 и В2 - константы, определяемые экспериментально методом наименьших квадратов при заданной частоте измерения и толщине испытуемого образца.

Коэффициент/степень затухания ультразвука определяется по следующей формуле [Перепечко И.И. Акустические методы исследования полимеров [Текст] / И.И. Перепечко. - М.: Химия, 1973. - 296 с.]:

где Аизл - амплитуда сигнала на источнике излучения, В, Апр - амплитуда сигнала на приемнике, В, h - толщина образца, см.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показана блок-схема, реализующая предлагаемый способ, на фиг. 2 - график твердости с нанесенными экспериментальными и расчетными значениями.

Экспериментальные данные обозначены знаком «х», расчетные данные - «-».

В таблице 1 приведены экспериментальные и расчетные зависимости твердости по Шору от величины коэффициента затухания ультразвука.

На фиг. 1 обозначены: 1 - генератор, 2 - излучающий пьезопреобразователь, 3 - исследуемый образец, 4 - приемник, 5 - цифровой осциллограф, 6 - вычислительное устройство.

Предложенный способ может быть реализован следующим образом.

Исследуемый образец 3 помещают между излучателем 2 и приемником 4. С генератора 1 электрический сигнал определенной частоты и длительности подается на излучатель 2, ультразвуковой импульс с которого, пройдя образец 3, попадает в приемник 4 и преобразуется в электрический сигнал с амплитудой, зависящей от свойств образца. Электрические сигналы с генератора 1 и приемника 4 подаются на цифровой осциллограф 5, а затем данные с осциллографа подаются на вычислительное устройство 6. Электронным штангенциркулем измеряют толщину образца h и вводят в вычислительное устройство 6. После обработки данных осциллографа рассчитывается величина коэффициента затухания ультразвука и величина твердости полимера по Шору.

Пример конкретного применения способа

Для образцов марки полимера СКС-30 толщиной 2 мм, прозвучиваемых на частоте 2,5 МГц при температуре 293 K с амплитудой 28 В, в результате аппроксимации методом наименьших квадратов были получены значения коэффициентов B1=3158 и B2=49,8. Коэффициент корреляции равен 0,878, средняя абсолютная ошибка 1,79 ед. твердости по Шору, средняя относительная ошибка 3,5%, что говорит о тесной корреляционной связи и высокой точности определения твердости по Шору. Экспериментальные и расчетные зависимости твердости по Шору от величины коэффициента затухания ультразвука приведены в таблице 1 и на фиг. 2 соответственно.

В примере параметрическая идентификация осуществлена компьютерной обработкой данных экспериментов, проводившейся минимизацией целевой функции (суммы квадратов отклонений расчетных значений твердости по Шору от экспериментальных) численным методом градиента.

Использование предложенного технического решения позволит определять твердость полимеров по Шору ультразвуковым методом с использованием пары ультразвуковых пьезопреобразователей и данных о зависимости твердости по Шору полимера от коэффициента затухания ультразвука.


Способ ультразвукового контроля твердости полимеров
Способ ультразвукового контроля твердости полимеров
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 111-120 of 785 items.
27.01.2014
№216.012.9c37

Соосно-струйная форсунка

Изобретение относится к области энергетических установок, а именно - к устройствам для перемешивания и распыливания компонентов топлива, и может быть использовано при разработке форсунок и смесительных головок жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Соосно-струйная форсунка содержит корпус с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505697
Дата охранного документа: 27.01.2014
27.01.2014
№216.012.9c38

Соосно-струйная форсунка

Изобретение относится к области энергетических установок, а именно к устройствам для перемешивания и распыливания компонентов топлива, и может быть использовано при разработке форсунок и смесительных головок жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Соосно-струйная форсунка содержит корпус с полым...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505698
Дата охранного документа: 27.01.2014
10.04.2014
№216.012.afef

Огнетушащий раствор и способ тушения пожара с помощью этого раствора

Изобретение относится к пожаротушению и может быть использовано для тушения прежде всего пожаров класса А (твердые горючие вещества и материалы), а также лесных и торфяных пожаров. Огнетушащий раствор готовится на основе буферного раствора, содержащего соли борной и/или фосфорной кислоты, а...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510754
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.04.2014
№216.012.b408

Способ подогрева криогенной жидкости

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для испарения сред, находящихся в жидком состоянии. Предложен способ подогрева криогенной жидкости, заключающийся в пропускании жидкости через теплообменные элементы с подведением к ним тепла. Корпус испарителя криогенной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511805
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.04.2014
№216.012.b4b0

Способ сжигания топлива

Изобретение относится к энергетическому, химическому и транспортному машиностроению и может быть использовано в камерах сгорания газотурбинных установок. Предложен способ сжигания топлива, заключающийся в предварительном разделении потока воздуха на коаксиальные кольцевые струи, закрутке...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511980
Дата охранного документа: 10.04.2014
20.04.2014
№216.012.b8e3

Тракт охлаждения теплонапряженных конструкций

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к двигателестроению и может быть использовано при создании камер жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Тракт охлаждения теплонапряженных конструкций содержит наружную и огневую оболочки с каналами охлаждения между ними, образованными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513059
Дата охранного документа: 20.04.2014
27.04.2014
№216.012.be8e

Способ подачи топлива в газотурбинный двигатель

Изобретение относится к области авиационной техники, в частности к способам подачи топлива в газотурбинный двигатель (ГТД), а также к топливным системам ГТД. Способ подачи топлива в газотурбинный двигатель при запуске после длительного пребывания при низких температурах заключается в подогреве...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514522
Дата охранного документа: 27.04.2014
27.04.2014
№216.012.beaf

Двухкомпонентная газожидкостная форсунка

Изобретение относится к устройствам для перемешивания и распыливания компонентов топлива жидкостного ракетного двигателя. Двухкомпонентная газожидкостная форсунка, преимущественно для камеры жидкостного ракетного двигателя, содержит корпус с наконечником для подачи горючего, при этом наконечник...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514555
Дата охранного документа: 27.04.2014
10.05.2014
№216.012.bf9d

Испаритель криогенной жидкости

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для испарения сред, находящихся в жидком состоянии. Испаритель криогенной жидкости содержит корпус, в котором расположены теплообменные элементы и нагреватель. Корпус выполнен в виде двух двухслойных оболочек, образующих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514802
Дата охранного документа: 10.05.2014
10.05.2014
№216.012.c2a3

Сопло камеры жидкостного ракетного двигателя

Изобретение относится к области ракетной техники. Сопло камеры жидкостного ракетного двигателя содержит наружную и огневую оболочки с каналами охлаждения между ними, образованными двутавровыми проставками, на которых размещены турбулизаторы потока. Полки двутавровых проставок выполнены...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515576
Дата охранного документа: 10.05.2014
Showing 111-120 of 628 items.
20.09.2014
№216.012.f4cd

Малогабаритный трактор

Изобретение относится к конструкции малогабаритного колесного трактора. Малогабаритный трактор содержит раму, выполненную из горизонтально расположенного трубчатого элемента, на одном конце которого размещен подшипниковый узел для рулевой вилки, а на другом конце установлена вертикальная...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528502
Дата охранного документа: 20.09.2014
20.09.2014
№216.012.f4dd

Малогабаритный трактор

Изобретение относится к конструкции малогабаритного колесного трактора. Малогабаритный трактор содержит раму, выполненную из горизонтально расположенного трубчатого элемента, на одном конце которого размещен подшипниковый узел для рулевой вилки, а на другом конце установлена вертикальная...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528518
Дата охранного документа: 20.09.2014
20.09.2014
№216.012.f4e3

Малогабаритный трактор

Изобретение относится к конструкции малогабаритного колесного трактора. Малогабаритный трактор содержит раму, выполненную из горизонтально расположенного трубчатого элемента, на одном конце которого размещен подшипниковый узел для рулевой вилки, а на другом конце установлена вертикальная...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528524
Дата охранного документа: 20.09.2014
10.10.2014
№216.012.fab3

Диамиды 2,2'-бипиридил-6,6'-дикарбоновых кислот и способ их получения

Изобретение относится к диамидам 2,2′-бипиридил-6,6′-дикарбоновых кислот формулы , где X=R=H, R=4-CH, или X=R=H, R=4-Et, или X=R=H, R=4-iPr, или X=H, R=2-Me, R=4-Me, или X=H, R=2-Me, R=5-Me, или X=H, R=3-Me, R=4-Ме, или X=R=H, R=4-OEt, или X=Br, R=R=H, или X=Br, R=H, R=4-CH, или X=R=H, R=2-F,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530025
Дата охранного документа: 10.10.2014
20.10.2014
№216.013.001c

Способ перемещения снегохода

Изобретение относится к способу перемещения снегохода. Способ перемещения снегохода заключается в обеспечении взаимодействия элементов движителя с опорной поверхностью. Движитель снегохода выполняют в виде звезды, предпочтительно трехлучевой, которую приводят во вращение при помощи цепной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531420
Дата охранного документа: 20.10.2014
27.10.2014
№216.013.010c

Снегоход

Изобретение относится к снегоходу. Снегоход содержит раму с опорными поверхностями, выполненными, предпочтительно, в виде лыж. На раме размещены сиденье и органы управления, механический привод, предпочтительно, с цепной передачей и движителем для преобразования и передачи физического усилия от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531666
Дата охранного документа: 27.10.2014
27.10.2014
№216.013.010e

Способ перемещения снегохода

Изобретение относится к способу перемещения снегохода. Способ перемещения снегохода заключается в обеспечении взаимодействия элементов движителя с опорной поверхностью. Движитель снегохода выполняют в виде звезды, предпочтительно трехлучевой, которую приводят во вращение при помощи цепной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531668
Дата охранного документа: 27.10.2014
27.10.2014
№216.013.010f

Снегоход

Изобретение относится к снегоходу. Снегоход содержит раму с опорными поверхностями, выполненными предпочтительно в виде лыж. На раме размещены сиденье и органы управления, механический привод, включающий двигатель с цепной передачей и движителем для преобразования и передачи физического усилия...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531669
Дата охранного документа: 27.10.2014
27.10.2014
№216.013.017a

Транспортное средство для движения по снегу

Изобретение относится к транспортному средству для движения по снегу (снегоходу). Снегоход содержит раму с опорными поверхностями, выполненными в виде рулевой лыжи и опорных лыж. На раме размещен механический привод снегохода предпочтительно с цепной передачей, содержащей ведущую звездочку с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531776
Дата охранного документа: 27.10.2014
27.10.2014
№216.013.017b

Снегоход

Изобретение относится к снегоходу. Снегоход содержит раму с опорными поверхностями, выполненными в виде рулевой лыжи и опорных лыж. На раме размещены сиденье и органы управления, механический привод снегохода, предпочтительно, с цепной передачей, содержащей ведущую звездочку с педалями и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531777
Дата охранного документа: 27.10.2014
+ добавить свой РИД