Результат интеллектуальной деятельности: Способ оценки деформационных свойств полипропиленовых нитей с углеродными наполнителями

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля синтетических нитей и материалов и может быть использовано для прогнозирования способности материалов на основе полипропиленовой матриц и углеродных наполнителей, используемых в текстильной и легкой промышленностях, рассеивать статическое электричество, что обеспечивает антистатические свойства материалам.

В известном уровне техники исследуются свойства материалов, например затвердевание, прочность сборки, путем измерения удельного электрического сопротивления.

Известен способ и система анализа химически активного материала, например бетона. Способ включает в себя непрерывное измерение удельного электрического сопротивления для получения временной зависимости. Временная зависимость используется для определения времени начала схватывания и времени окончания схватывания материала. Время начала схватывания определено как время наступления наиболее быстрого подъема удельного сопротивления и время окончания схватывания определено как время локального максимума удельного сопротивления. Временная зависимость может быть использована для выявления перехода между рабочим состоянием материала и нерабочим состоянием материала (патент RU №2535239, МПК G01N 27/04, опубликовано 27.10.2011).

Известен способ контроля качества сборки и надежности сборочной единицы, заключающийся в том, что возбуждают резонансные механические колебания ультразвуковым излучателем в заданном частотном интервале, содержащем основные гармоники, выделяют резонансные пики в заданном частотном интервале, сравнивают их с эталонными значениями, при этом за эталонное значение дополнительно принимают заданное нормируемое сопротивление электрической цепи, возбуждение резонансных механических колебаний производят в процессе изготовления сборочной единицы, при осуществлении контроля электрического сопротивления цепи сборочной единицы, при этом излучатель ультразвуковых механических колебаний располагают на контрольном элементе сборочной единицы, а контроль проводят по одному резонансному пику, о качестве сборки сборочной единицы и наличию дефектов судят по величине расхождения частот резонансного пика и эталонного и по сравнению сопротивления электрической цепи сборочной единицы с эталонным, о надежности работы сборочной единицы судят по расхождению частот резонансного пика и эталонного при отсутствии контроля сопротивления электрической цепи сборочной единицы (патент RU №2387987, МПК G01N 29/12, G01N 27/02, опубликовано 27.04.2010).

Наиболее близким к заявленному решению является способ оценки деформационных свойств швейных лавсановых нитей с различной степенью крутки в процессе эксплуатации. Техническим результатом изобретения является возможность подбора таких рабочих напряжений на нить, при которых влияние крутки на ее деформационные свойства исключается, то есть целесообразно выбирать нить с низкой степенью крутки, производство которой гораздо экономичнее, чем нити с высокой степенью крутки. Сущность способа заключается в получении зависимости минутной деформации образцов швейных лавсановых нитей с различной степенью крутки при постоянном растягивающем напряжении, одинаковом для всех испытываемых образцов (патент RU №2295724, МПК G01N 33/36, опубликовано 20.03.2007).

Техническим результатом изобретения является прогнозирование сохранения антистатических свойств материалов в процессе многократного растяжения полипропиленовых нитей с углеродными наполнителями за счет установления максимального значения растягивающих напряжений, отвечающих максимально допустимому значению удельного электрического сопротивления ρ=10⁹ Ом⋅м.

Поставленная задача достигается тем, что в способ оценки деформационных свойств полипропиленовых нитей с углеродными наполнителями включается поминутное растяжение каждой из n нитей с одновременным воздействием электрического тока, измерение значений растягивающих напряжений и значений электрического сопротивления с одновременным вычислением значения удельного электрического сопротивления по формуле , где R - электрическое сопротивление нити, L≤2 мм - расстояние между контактами, b - толщин нити (диаметр), d - ширина образца; причем полипропиленовую нить с углеродными наполнителями растягивают до достижения значения удельного электрического сопротивления ρ=10⁹ Ом⋅м; по полученному значению максимального растягивающего напряжения с учетом усреднения по формуле:

где σ_i - значение максимально допустимого растягивающего напряжения в каждом случае,

судят о сохранении антистатических свойств полипропиленовых нитей с углеродными наполнителями.

Известно, что материал, удельное электрическое сопротивление которого находится в интервале 10⁶÷10⁹ Ом⋅м без механических воздействий, в том числе растяжения, имеет способность рассевать электрический заряд, т.е. обладает антистатическим свойством (Василенок Ю.И. Предупреждение статической электризации полимеров. - Изд. 2-е. - Л.: Химия, 1981. - 195 с.). Однако сохранение антистатических свойств при использовании материалов, в том числе полипропиленовых нитей с углеродными наполнителями, в процессе нагрузки, в том числе растяжении, авторами в известном уровне техники не обнаружено.

Для лучшего понимания сущности изобретения представлен пример 1 осуществления способа оценки деформационных свойств полипропиленовых нитей с углеродными наполнителями. Рассматривают полипропиленовые нити с содержанием технического углерода 20%, которые применяют при изготовлении тканей, обладающих антистатическим свойством, для рабочей одежды, используемой в производстве микроэлектронного оборудования.

Исследуемую полипропиленовую нить с углеродными наполнителями, удельное электрическое сопротивление которой в отсутствие механических воздействий не ниже, чем ρ=10⁶ Ом⋅м, подвергают растяжению с одновременным измерением электрических сопротивлений и вычислением удельного электрического сопротивления по формуле:

где R - электрическое сопротивление, L - расстояние между контактами, b - толщина нити (диаметр), d - ширина образца.

Для этого нить 3 с помощью зажимов 1 и 2 закрепляют на Устройстве для испытания волокнистых материалов на растяжение (патент RU №2251094, МПК G01N 3/08, опубликовано 27.04.2005), изображенном на чертеже. С помощью углеродной пасты на нить 3 закрепляют электроды: электрод 5, идущий от источника постоянного напряжения 4, и электрод 6, идущий к пикоамперметру 7. Расстояние между электродами - не более 2 мм. Каждую минуту при непрерывном растяжении нити снимают значения растягивающего напряжения σ и электрического сопротивления R, вычисляют значения удельного электрического сопротивления ρ по формуле 1. Результаты измерений приведены в таблице 1.

С увеличением растягивающих напряжений σ получают увеличение значения удельного электрического сопротивления ρ, что говорит о том, что нить теряет способность к стеканию электрических зарядов, поэтому антистатические свойства полипропиленовых нитей с содержанием технического углерода 20% ухудшаются.

Измерения ведут до получения значения удельного электрического сопротивления, не превышающего ρ=10⁹ Ом⋅м. Далее определяют максимально допустимое значение растягивающего напряжения: σ_mах=221 МПа.

Затем последовательно проводят испытания таких же полипропиленовых нитей с содержанием технического углерода 20% не менее 5 раз. Результаты измерений приведены в таблице 2.

Определяют среднее значение максимально допустимого растягивающего напряжения по формуле (2):

где σ_i - значение максимально допустимого растягивающего напряжения в каждом случае.

Определяют величину среднеквадратичного отклонения по формуле (3):

где σ_i - значение максимально допустимого растягивающего напряжения в каждом случае, σ_ср - среднее значение максимально допустимого растягивающего напряжения.

Согласно ГОСТ Р 8.563-96 с доверительной вероятностью 95% значение максимального растягивающего напряжения попадает в интервал σ=σ_ср±Δσ=221±3 МПа.

Пример 2

Рассматривают полипропиленовые нити с содержанием технического углерода 20%. Нить 3 с помощью зажимов 1 и 2 закрепляют на Устройстве для испытания волокнистых материалов на растяжение (патент RU №2251094, МПК G01N 3/08, опубликовано 27.04.2005), изображенном на чертеже. С помощью углеродной пасты на нить 3 закрепляют электроды: электрод 5, идущий от источника постоянного напряжения 4, и электрод 6, идущий к пикоамперметру 7. Расстояние между электродами - не более 2 мм. Каждую минуту при непрерывном растяжении нити снимают значения растягивающего напряжения σ и электрического сопротивления R, вычисляют значения удельного электрического сопротивления ρ по формуле 1. Значение удельного электрического сопротивления для нитей не ниже чем ρ=10⁶ Ом⋅м, исследуемые нити обладают электростатическими свойствами. Затем нить растягивают до значения растягивающего напряжения: σ_mах=221 МПа. Измеряют значение электрического сопротивления R. По формуле 1 вычисляют значение удельного электрического сопротивления ρ. Результаты измерений и вычислений представлены в таблице 3. Полученные значения удельного электрического сопротивления ρ не превышают значения ρ=10⁹ Ом⋅м.

Полипропиленовые нити с содержанием технического углерода 20% могут быть использованы для изготовления тканей, обладающих антистатическим свойством, для рабочей одежды, используемой в производстве микроэлектронного оборудования при значениях растягивающих напряжений, не превышающих σ_mах=221±3 МПа.

Пример 3.

Аналогично проводят эксперименты с другими нитями. Рассматривают полипропиленовую нить с содержанием углеродных нановолокон 3%.

Исследуемую полипропиленовую нить с углеродными наполнителями, удельное электрическое сопротивление которой в отсутствие механических воздействий не ниже, чем ρ=10⁶ Ом⋅м, подвергают растяжению с одновременным измерением электрического сопротивления R и вычислением удельного электрического сопротивления ρ по формуле (1).

Для этого нить 3 с помощью зажимов 1 и 2 закрепляют на Устройстве для испытания волокнистых материалов на растяжение (патент RU №2251094, МПК G01N 3/08, опубликовано 27.04.2005), изображенном на чертеже. С помощью углеродной пасты на нить 3 закрепляют электроды: электрод 5, идущий от источника постоянного напряжения 4, и электрод 6, идущий к пикоамперметру 7. Расстояние между электродами - не более 2 мм. Каждую минуту при непрерывном растяжении нити снимают значения растягивающего напряжения σ и электрического сопротивления R, вычисляют значения удельного электрического сопротивления ρ по формуле 1. Результаты измерений приведены в таблице 4.

С увеличением растягивающих напряжений σ получают увеличение значения удельного электрического сопротивления ρ, что говорит о том, что нить теряет способность к стеканию электрических зарядов, поэтому антистатические свойства полипропиленовых нитей с содержанием углеродных нановолокон 3% ухудшаются.

Измерения ведут до получения значения удельного электрического сопротивления, не превышающего ρ=10⁹ Ом⋅м. Далее определяют максимально допустимое значение растягивающего напряжения: σ_mах=351 МПа.

Затем последовательно проводят испытания таких же полипропиленовых нитей с содержанием углеродных нановолокон 3% не менее 5 раз. Результаты измерений приведены в таблице 5. Определяют среднее значение максимально допустимого растягивающего напряжения по формуле (2).

Определяют величину допустимого отклонения от среднего значения по формуле (3):

,

где σ_i - значение максимально допустимого растягивающего напряжения в каждом случае, σ_ср - среднее значение максимально допустимого растягивающего напряжения.

Согласно ГОСТ Р 8.563-96 с доверительной вероятностью 95% значение максимального растягивающего напряжения попадает в интервал σ=σ_ср±Δσ=351±2 МПа.

Рассматривают полипропиленовые нити с содержанием углеродных нановолокон 3%. Результаты измерений приведены в таблице 6. Нить 3 с помощью зажимов 1 и 2 закрепляют на Устройстве для испытания волокнистых материалов на растяжение (патент RU №2251094, МПК G01N 3/08, опубликовано 27.04.2005), изображенном на чертеже. С помощью углеродной пасты на нить 3 закрепляют электроды: электрод 27, идущий от источника постоянного напряжения 26, и электрод 28, идущий к пикоамперметру 29. Измеряют значение электрического сопротивления нити ρ в нерастянутом состоянии. Вычисляют значение удельного электрического сопротивления ρ по формуле 1. Значение удельного электрического сопротивления ρ для обеих нитей не ниже, чем ρ=10⁶ Ом⋅м, исследуемые нити обладают электростатическими свойствами. Затем нить растягивают до значения растягивающего напряжения: σ_mах=351 МПа. Измеряют значение электрического сопротивления R. По формуле 1 вычисляют значение удельного электрического сопротивления ρ. Результаты измерений и вычислений представлены в таблице 6. Полученные значения удельного электрического сопротивления ρ не превышают значения ρ=10⁹ Ом⋅м.

Полипропиленовые нити с содержанием углеродных нановолокон 3% могут быть использованы для изготовления тканей, обладающих антистатическим свойством, для рабочей одежды, используемой в производстве микроэлектронного оборудования при значениях растягивающих напряжений, не превышающих σ_mах=351±2 МПа.