×
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 121-130 of 785 items.
20.05.2014
№216.012.c6e7

Тракт регенеративного охлаждения камеры жидкостного ракетного двигателя

Изобретение относится к области ракетной техники. Тракт регенеративного охлаждения камеры жидкостного ракетного двигателя содержит наружную и огневую оболочки с каналами охлаждения между ними, образованными двутавровыми проставками, на которых размещены турбулизаторы потока. Полки двутавровых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516678
Дата охранного документа: 20.05.2014
20.05.2014
№216.012.c714

Способ изготовления тракта регенеративного охлаждения камеры жидкостного ракетного двитателя

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно - к созданию камер жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Способ изготовления тракта регенеративного охлаждения камеры жидкостного ракетного двигателя заключается в изготовлении наружной и огневой оболочек с последующим их скреплением...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516723
Дата охранного документа: 20.05.2014
10.06.2014
№216.012.cbd2

Камера жидкосного ракетного двигателя

Изобретение относится к области ракетной техники. Камера 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 переменной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517949
Дата охранного документа: 10.06.2014
10.06.2014
№216.012.cbdb

Способ повышения среднетраекторного удельного импульса тяги жидкостного ракетного двигателя и жидкостный ракетный двигатель для реализации указанного способа

Изобретение относится к ракетной технике, в частности к ракетным двигателям с регулированием степени расширения сопла в полете. При работе двигателя в режиме первой ступени степень расширения продуктов сгорания компонентов топлива ограничивают диаметром подвижной внутренней цилиндрической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517958
Дата охранного документа: 10.06.2014
10.07.2014
№216.012.dc15

Смесительная головка камеры жрд

Изобретение относится к области жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), применяемых в ракетной технике, и также может быть использовано в агрегатах промышленной энергетики. Смесительная головка камеры ЖРД содержит корпус, блок подачи окислителя, блок подачи горючего, форсунки, установленные в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522119
Дата охранного документа: 10.07.2014
10.07.2014
№216.012.dc30

Способ выравнивания температурного поля в газотурбинных устройствах

Способ может быть использован в энергетике, а именно в газоперекачивающих агрегатах материальных газопроводов, автономных электростанциях и других энергоустановках, содержащих газотурбинный привод, работающий на природном газе. В данном способе топливо к отдельным горелкам подается с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522146
Дата охранного документа: 10.07.2014
10.07.2014
№216.012.dc38

Тракт охлаждения теплообменного аппарата

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в криогенной технике для испарения газообразных сред, находящихся в жидком состоянии, в ракетно-космической технике и в народном хозяйстве, например, для газификации сжиженных газов и их смесей. Тракт охлаждения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522154
Дата охранного документа: 10.07.2014
20.07.2014
№216.012.de8d

Теплообменный элемент

Изобретение относится к теплообменным аппаратам и может быть использовано в энергетике и смежных с ней отраслях промышленности. Теплообменный элемент представляет собой спиралевидную гибкую трубу с периодически расположенными на ее внутренней поверхности турбулизаторами, предпочтительно, в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522759
Дата охранного документа: 20.07.2014
27.09.2014
№216.012.f91b

Тракт испарителя криогенной жидкости

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в криогенной технике для испарения газообразных сред, в ракетно-космической технике и т. д. Тракт подачи криогенного компонента включает, как минимум, две двухслойные оболочки, наружную и внутреннюю, образующие кольцевую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529608
Дата охранного документа: 27.09.2014
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
Showing 121-130 of 628 items.
27.10.2014
№216.013.01d4

Способ перемещения снегохода и снегоход для его реализации

Группа изобретений относится к способу перемещения снегохода и снегоходу. 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...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531866
Дата охранного документа: 27.10.2014
27.10.2014
№216.013.01d5

Способ перемещения снегохода и снегоход для его реализации

Группа изобретений относится к способу перемещения снегохода и снегоходу. Способ перемещения снегохода заключается в обеспечении взаимодействия элементов движителя с опорной поверхностью. Движитель снегохода выполняют в виде двух лыж, причем на беговой поверхности упомянутых лыж выполняют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531867
Дата охранного документа: 27.10.2014
27.10.2014
№216.013.01d6

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 двух лыж, причем на беговой поверхности упомянутых лыж выполняют насечки, обеспечивающие...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531868
Дата охранного документа: 27.10.2014
27.10.2014
№216.013.0218

Способ перемещения снегохода и снегоход для его реализации

Группа изобретений относится к способу перемещения снегохода и снегоходу. Способ перемещения снегохода заключается в обеспечении взаимодействия элементов движителя с опорной поверхностью. Движитель снегохода выполняют в виде двух лыж, причем на беговой поверхности упомянутых лыж выполняют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531934
Дата охранного документа: 27.10.2014
27.10.2014
№216.013.0219

Способ перемещения снегохода и снегоход для его реализации

Группа изобретений относится к способу перемещения снегохода и снегоходу. Способ перемещения снегохода заключается в обеспечении взаимодействия элементов движителя с опорной поверхностью. Движитель снегохода выполняют в виде трехлучевой звезды, которую приводят во вращение при помощи цепной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531935
Дата охранного документа: 27.10.2014
27.11.2014
№216.013.0aad

Способ осушки газа и блок осушки газа для его реализации

Изобретение относится к нефтегазовой отрасли и может быть использовано при технологических операциях в процессе добычи и транспортирования природного и нефтяного газов. Способ осушки газа заключается в попеременном пропускании осушаемого газа через адсорберы, один из которых используют в режиме...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534141
Дата охранного документа: 27.11.2014
27.11.2014
№216.013.0ab1

Способ осушки газа и блок осушки газа для его реализации

Изобретение относится к нефтегазовой отрасли и может быть использовано при технологических операциях в процессе добычи и транспортирования природного и нефтяного газов. Способ осушки газа заключается в попеременном пропускании осушаемого газа через адсорберы, которые работают в режиме осушки и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534145
Дата охранного документа: 27.11.2014
27.11.2014
№216.013.0bb0

Гидропривод запорной арматуры

Изобретение относится к машиностроению, в частности к запорной трубопроводной арматуре, предназначенной для перекрытия и регулирования потока проходящей среды, и может быть использовано при разработке приводов для задвижек. Гидропривод запорной арматуры содержит корпус с каналами подвода...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534400
Дата охранного документа: 27.11.2014
20.12.2014
№216.013.127c

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: 0002536155
Дата охранного документа: 20.12.2014
20.12.2014
№216.013.127d

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, включающий двигатель с цепной передачей, содержащей ведомую звездочку, движитель для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536156
Дата охранного документа: 20.12.2014
+ добавить свой РИД