×
18.05.2019
219.017.56b6

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, конкретно к способам определения термомеханических характеристик, и может быть использовано для оценки возможностей эксплуатации термопластичных материалов в области повышенных температур. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности способа за счет обеспечения оперативного и точного определения термомеханических характеристик (температур стеклования и размягчения) термопластических материалов. Способ включает механическое воздействие на испытуемый образец механической нагрузки путем вдавливания индентора в сочетании с локальным воздействием на испытуемый образец линейно-возрастающей температурой. Процесс вдавливания индентора ведут в режиме нагрева зоны внедрения индентора с постоянной скоростью с одновременным динамическим измерением величины деформации образцов под воздействием индентора в течение всего времени эксперимента. Последующее определение температуры размягчения и показателя теплостойкости в качестве термомеханических характеристик испытуемых образцов осуществляют на основе графического определения. 8 ил. 1 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

Предлагаемое изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, конкретно к способам определения термомеханических характеристик, и может быть использовано для оценки возможностей эксплуатации термопластичных материалов в области повышенных температур.

Актуальность решаемой проблемы основана на необходимости строгого учета такого важного параметра, как температура размягчения, ограничивающего эксплуатационные возможности различных конструкций, особенно выполненных из термопластичных композиционных материалов, например высоконаполненных полимерных материалов, пластмасс или их сочетаний с различными наполнителями.

Известен способ определения термомеханических характеристик по термомеханическим кривым, полученным путем измерения деформации образца под постоянной нагрузкой в процессе его нагрева с постоянной скоростью. Известный способ [Энциклопедия полимеров, изд-во Советская энциклопедия, Москва, 1977, т.3, стр.169, Термопластические исследования] используется для определения температур стеклования и размягчения.

Недостатками известного способа являются:

- высокая трудоемкость испытаний, связанная с необходимостью применения специальных образцов, характеристики которых могут не в полной мере соответствовать таковым в реальных конструкциях изделий ввиду различия в технологии их изготовления, влияния масштабного фактора и др.;

- длительность испытаний, обусловленная необходимостью нагрева образца в термокамере и относительно низкой скоростью нагрева образцов, необходимой для уменьшения неравномерности температуры по образцу в процессе проведения эксперимента;

- высокая сложность проведения экспериментов в связи с необходимостью применения термокамер и специальных средств измерения деформации образцов в условиях меняющейся температуры;

- высокий расход образцов для получения статистически надежных данных.

Известен способ (ж. Заводская лаборатория, №8 -04, Москва, стр.54) изучения кинетики деформирования твердого тела при внедрении в него сферического индентора, в том числе в случае нагрева тела. Недостатком способа является необходимость применения для нагрева испытуемых образцов накладной камеры, что усложняет проведение эксперимента и увеличивает его длительность.

Известен в качестве наиболее близкого по технической сущности к заявляемому способ определения термомеханических характеристик материалов (патент РФ 2143106, МПК G01N 3/42, публ. 20.12.99 г., БИ №35/99), включающий механическое воздействие на испытуемый образец механической нагрузки путем вдавливания индентора с одновременной регистрацией величины деформации образца.

Задачей авторов изобретения является разработка способа эффективного и достоверного определения термомеханических характеристик термопластичных материалов, эксплуатируемых в широком диапазоне температур окружающей среды.

Новый технический результат, обеспечиваемый при использовании предлагаемого способа, заключается в повышении эффективности способа за счет обеспечения более оперативного и точного определения термомеханических характеристик (температуры размягчения и теплостойкости) термопластических материалов, необходимых для определения условий допустимой эксплуатации этих материалов при заданных величинах механических нагрузок.

Указанные задача и новый технический результат достигаются тем, что в известном способе определения термомеханических характеристик материалов, включающем механическое воздействие на испытуемый образец механической нагрузки путем вдавливания индентора с одновременной регистрацией величины деформации образца, в соответствие с предлагаемым способом механическое воздействие индентора на испытуемые образцы осуществляют в сочетании с локальным воздействием на испытуемый образец линейно-возрастающей температурой, при этом процесс вдавливания индентора ведут в режиме нагрева зоны внедрения индентора с заданной постоянной скоростью с одновременным динамическим измерением величины деформации образцов под воздействием индентора в течение всего времени эксперимента, а последующее определение температуры размягчения и показателя теплостойкости в качестве термомеханических характеристик испытуемых образцов осуществляют на основе графического определения их как, соответственно, точки пересечения касательных к начальным и конечным ветвям термомеханических изобарных кривых зависимостей величины деформации образцов от температуры эксперимента, измеренных для каждой отдельной партии образцов при разных нагрузках, и точки пересечения графика зависимости температуры размягчения для каждой партии образцов от величины нагрузки воздействия индентора, полученного экстраполяцией этого графика к нулевой нагрузке, с осью ординат.

Предлагаемый способ поясняется следующим образом.

Первоначально подготавливают партию исследуемых образцов, выполненных из различных термопластичных материалов или изготовленных с применением различных технологий их изготовления, которые подвергают воздействию постоянной механической нагрузки через индентор, установленный на поверхности испытуемого тела.

Одновременно с этим воздействием локально повышают линейно температуру индентора с постоянной скоростью, достаточной для прогрева контактирующей с индентором деформируемой зоны поверхности испытуемой детали. Достаточной для прогрева образца величиной (оперативной) скорости подъема температур, как это показали эксперименты, является такая скорость нагрева, при которой в течение заданного времени эксперимента происходит скачкообразное изменение графика кривой зависимости величины деформации от температуры.

Так при испытаниях партии образцов из фторопласта -32Л, полиметилметакрилата, полистирола оперативная скорость подъема температуры воздействия оказалась t=0,5°С/мин в течение ˜3-х часов, при этом на графике (фиг.1, кривая 1, точка 1) наблюдалось резкое изменение угла наклона кривой в момент времени 2 часа 30 минут, а на поверхности образцов в зоне внедрения индентора сформировалась зона пластической деформации глубиной (лунка) 0,4 мм.

В течение всего времени эксперимента контролируют глубину внедрения индентора в деталь посредством прибора для измерения глубины внедрения индентора, например, с помощью микрометра часового типа. Данные измерения во времени величины внедрения индентора в массу исследуемых образцов и величину деформации образцов регистрируют, а на основании зарегистрированных данных измерений строят кривые зависимости степени деформации поверхностного слоя лунки (Ψ=L/D) от температуры, где L - глубина лунки, D - диаметр наконечника индентора.

На фиг.1, 3, 5, приведены графики, иллюстрирующие ход кривых при непрерывном измерении указанных выше величин для разных материалов. На фиг.2, 4, 6 приведены логарифмические зависимости для вышеприведенных термомеханических кривых, представляющие собой графики зависимости температуры размягчения для каждой партии образцов от величины регистрируемой нагрузки.

Последующее определение температуры размягчения и показателя теплостойкости в качестве термомеханических характеристик испытуемых образцов осуществляют на основе графического определения их как, соответственно, точки пересечения касательных к начальным и конечным ветвям термомеханических изобарных кривых зависимостей величины деформации образцов от температуры эксперимента, измеренных для каждой отдельной партии образцов при разных нагрузках, и точки пересечения графика зависимости температуры размягчения для каждой партии образцов от величины нагрузки воздействия индентора, полученного экстраполяцией этого графика к нулевой нагрузке, с осью ординат.

Такой подход, в отличие от прототипа, в предлагаемом способе обеспечивает возможность определения именно термомеханических характеристик термопластичного материала не только на специальных образцах, но и на деталях различной конфигурации за счет того, что применен метод, который не чувствителен к геометрическим факторам исследуемых образцов, но критичен к способности последних к пластической деформации при заданных интервалах времени и скорости нагрева, что исключает ошибки в определении исследуемых характеристик, вызванные различием технологии изготовления образцов и реальных деталей изделий.

Кроме того, незначительные размеры зоны воздействия индентора практически не влияют на эксплуатационные характеристики деталей и, следовательно, предлагаемый метод можно отнести к неразрушающим методам контроля.

Возможность многократного воздействия на деталь увеличивает надежность и достоверность результатов как с точки зрения оценки неоднородности термомеханических свойств по детали, так и в статистическом плане. При этом упрощается процесс измерения характеристик (из-за исключения термокамеры) и отпадает необходимость в изготовлении специальных образцов, которые дают лишь косвенное представление о термомеханических свойствах реальных деталей. Из-за резкого уменьшения прогреваемой индентором зоны детали существенно сокращается продолжительность эксперимента.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет достигнуть более высокой эффективности и достоверности определения термомеханических характеристик различных термопластичных материалов как по химическим показателям, так и по типам конфигурации их за счет определения непосредственно на реальных деталях, практически без нарушения эксплуатационных характеристик деталей, на более простом оборудовании и при меньшей продолжительности экспериментов.

Возможность промышленной реализации предлагаемого способа может быть подтверждена следующим примером реализации.

Пример. В лабораторных условиях были подвергнуты термомеханическому нагружению образцы из полиметилметакрилата, полистирола и фторопласта 32Л на специальной установке, оснащенной нагружающим устройством, обеспечивающим постоянную нагрузку, и нагреваемым индентором, в торец которого был завальцован шарик диаметром 2 мм, а измерение глубины внедрения осуществлялось по микроиндикатору с ценой деления 1 мкм.

При обработке полученных при нескольких уровнях нагрузки термомеханических кривых определены температуры размягчения, приведенные к нулевой нагрузке, которые составили соответственно для полиметилметакрилата - 110°С, для полистирола - 105°С, для фторопласта 32Л - 110°С. Аналогичная температура для фторопласта 32Л была получена по сравнению с традиционным методом (при линейном нагреве цилиндрического образца, находящегося под постоянной нагрузкой). Все экспериментальные данные примеров приведены в таблице. Затем на основе регистрируемых данных строили графики зависимости величины деформации образцов от температуры эксперимента и графика зависимости температуры размягчения от величины нагрузки (фиг.7, 8). Последующее определение температуры размягчения и показателя теплостойкости в качестве термомеханических характеристик испытуемых образцов осуществляют на основе графического определения их как, соответственно, точки пересечения касательных к начальным и конечным ветвям термомеханических изобарных кривых зависимостей величины деформации образцов от температуры эксперимента, измеренных для каждой отдельной партии образцов при разных нагрузках, и точки пересечения графика зависимости температуры размягчения для каждой партии образцов от величины нагрузки воздействия индентора, полученного экстраполяцией этого графика к нулевой нагрузке, с осью ординат.

Как показала экспериментальная проверка предлагаемого способа, его использование позволяет достигнуть более высоких эффективности и точности определения термомеханических характеристик термопластичных материалов за счет определения их непосредственно на реальных деталях, практически без нарушения эксплуатационных характеристик деталей, на более простом оборудовании и при меньшей продолжительности эксперимента.

Таблица
Условия проведения и результаты эксперимента по внедрению индентора в образец из полимерного материала
Наименование материалаТемпература индентора, °СНагрузка на индентор, кгСтепень деформации поверхностного слоя лунки, ψ=L/D·103
1234
Фторопласт - 32Л200
3010
4059
5092
600,3118
70138
80162
90204
100290
110435
200
3014
4070
50110
600,5145
70170
80205
90255
100360
110475
200
3030
40135
50200
601250
70272
80310
90395
100480
302
Полиметилметакрилат403
503
603,5
704
8044
905
1009
11018
12055
Полиметилметакрилат3062
405
508
6010
7013
8017
9021
10032
11047
12097
3082
405
508
6012
7014
8020
9026
10037
11063
120123
Полистирол3022
404
504
604
704
804
904
1005
11015
115115
3063
404
505
606
706
807
9010
10020
11070
3085
408
5010
6013
7016
8020
9025
10038
11090

Способопределениятермомеханическиххарактеристикматериалов,включающиймеханическоевоздействиенаиспытуемыеобразцымеханическойнагрузкипутемвдавливанияинденторасодновременнойрегистрациейдеформацииобразца,отличающийсятем,чтомеханическоевоздействиеинденторанаиспытуемыеобразцыосуществляютвсочетаниислокальнымвоздействиемнаиспытуемыйобразецлинейно-возрастающейтемпературой,приэтомпроцессвдавливанияиндентораведутврежименагревазонывнедренияинденторасзаданнойпостояннойскоростьюсодновременнымдинамическимизмерениемвеличиныдеформацииобразцовподвоздействиеминденторавтечениевсеговремениэксперимента,апоследующееопределениетемпературыразмягченияипоказателятеплостойкостивкачестветермомеханическиххарактеристикиспытуемыхобразцовосуществляютнаосновеграфическогоопределенияихкаксоответственноточкипересечениякасательныхкначальнымиконечнымветвямтермомеханическихизобарныхкривыхзависимостейвеличиныдеформацииобразцовоттемпературыэксперимента,измеренныхдлякаждойотдельнойпартииобразцовприразныхнагрузках,иточкипересеченияграфиказависимоститемпературыразмягчениядлякаждойпартииобразцовотвеличинынагрузки,воздействияиндентора,полученногоэкстраполяциейэтогографикакнулевойнагрузке,сосьюординат.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 23.
01.03.2019
№219.016.cc3f

Способ управления электромагнитным приводом

Изобретение относится к машиностроению, в частности к электромагнитным приводам, и предназначено для использования в магистральных трубопроводах. Способ управления электромагнитным приводом заключается в удержании привода в исходном положении с помощью упругого элемента. Для перевода привода в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002352846
Дата охранного документа: 20.04.2009
11.03.2019
№219.016.d718

Сверхвысокочастотный генератор на основе виртуального катода с радиальным пучком

Область техники - генерирование электромагнитных волн. Может быть использовано при создании генераторов мощного сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения. СВЧ-генератор на основе виртуального катода с радиальным пучком содержит вакуумную камеру, в корпусе которой, коаксиально, без контакта между...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002297688
Дата охранного документа: 20.04.2007
11.03.2019
№219.016.da1a

Способ ускорения электронов в индукционном циклическом ускорителе

Изобретение относится к ускорительной технике и предназначено для использования при разработке и усовершенствовании индукционных циклических ускорителей и накопительных установок. Способ ускорения электронов в индукционном циклическом ускорителе включает инжекцию электронов и цикл ускорения....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002330394
Дата охранного документа: 27.07.2008
10.04.2019
№219.017.03da

Способ определения концентрации электронов в плазменных устройствах

Изобретение относится к области диагностики плазмы и может быть использовано для измерения электронной концентрации плазменных образований различной геометрии в широком диапазоне исследуемых параметров. Способ определения концентрации электронов в плазменных устройствах включает установку зонда...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002351101
Дата охранного документа: 27.03.2009
19.04.2019
№219.017.2cca

Устройство для многоканальной сигнализации

Изобретение относится к технике автоматической сигнализации, его использование позволяет осуществить расширение функциональных возможностей устройства. Устройство для многоканальной сигнализации содержит ячейки (1) сигнализации, блок (2) управления, формирователь (3) сигналов самоконтроля, блок...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002297672
Дата охранного документа: 20.04.2007
19.04.2019
№219.017.2fcf

Штамп для равноканального углового прессования (варианты)

Штамп для равноканального углового прессования (варианты) относится к обработке металлов давлением. Штамп содержит бандаж с установленной вставкой, состоящей из нескольких деталей-сегментов, пересекающиеся плоскости которых сопряжены друг с другом с образованием входного канала, нижнюю опору,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002337774
Дата охранного документа: 10.11.2008
19.04.2019
№219.017.2fd8

Понижающий стабилизатор

Понижающий стабилизатор относится к области электрорадиотехники и может быть использован в качестве блоков питания. Исток р-канального проходного транзистора (1) с изолированным затвором подключен к входной шине (2), а сток подключен к входу сглаживающего фильтра (3). Выход сглаживающего...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002339072
Дата охранного документа: 20.11.2008
19.04.2019
№219.017.3069

Способ изготовления кумулятивных облицовок

Изобретение относится к перфорационной технике при прострелочно-взрывных работах в нефтедобыче. Способ включает получение исходной заготовки из медного прутка, ее деформирование с образованием заданной формы и низкотемпературный отжиг полученной заготовки. Медный пруток подвергают интенсивной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002362111
Дата охранного документа: 20.07.2009
18.05.2019
№219.017.57f7

Устройство для ударного прессования порошковых и пористых материалов

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к устройствам для ударного прессования изделий из порошковых материалов. Устройство включает разборную матрицу с наружной конической поверхностью, заключенную в сопрягающуюся с ней по конической поверхности обойму, пуансон и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002335378
Дата охранного документа: 10.10.2008
18.05.2019
№219.017.583b

Взрывозащитный экран

Изобретение относится к технической физике, к области взрывных работ, и может быть использовано при создании различного вида защитных сооружений, предназначенных для ограничения разрушительного действия взрыва, снижения взрывной нагрузки и защиты от осколков на торцевые стенки каналов, а также...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002305252
Дата охранного документа: 27.08.2007
Показаны записи 1-10 из 10.
27.01.2013
№216.012.20cf

Способ оценки функционального состояния кровообращения в большом, малом и коронарном кругах у человека во время физической нагрузки

Изобретение относится к медицине, а именно кардиологии, кардиохирургии и спортивной медицине, и может быть использовано для оценки функционального состояния кровообращения в большом, малом и коронарном кругах у человека во время физической нагрузки. Для этого учитывают пол обследуемого,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473900
Дата охранного документа: 27.01.2013
20.07.2013
№216.012.5623

Способ оценки индивидуальной инвариантной величины частоты сердечных сокращений у человека

Изобретение относится к области медицины и спорта. У исследуемого измеряют среднее значение частоты сердечных сокращений HR и массу тела. Вычисляют инвариантную величину HR, соответствующую здоровому человеку, имеющему определенную массу тела. Находят границы доверительного HR в зависимости от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487659
Дата охранного документа: 20.07.2013
20.08.2013
№216.012.5f0e

Способ нормирования оценки показателя фракции выброса сердца

Изобретение относится к области медицины, а именно к кардиодиагностике. Вычисляют ударный объем УО по антропометрическим параметрам и сравнение его с измеренным по Эхо-КГ ударным объемом УО. При этом, если вычисленный УО>УО, то это признак некомпетентной функции сердца. Если измеренный УО≅УО,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489966
Дата охранного документа: 20.08.2013
27.01.2015
№216.013.204e

Способ оценки легочного кровотока

Группа изобретений относится к медицине, а именно к пульмонологии, кардиологии, геронтологии и спортивной медицине, и может быть использована для оценки легочного кровотока путем исследования капиллярного кровотока легких и внутрилегочных вено-артериальных шунтов. Для этого измеряют ЧСС в мин,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539718
Дата охранного документа: 27.01.2015
10.05.2018
№218.016.3bba

Способ оценки числа артериол в большом круге кровообращения у человека

Изобретение относится к медицине, а именно к физиологии, кардиологии, кардиохирургии и физиологии спорта. Измеряют массу тела человека. По дате рождения с учетом полных лет, месяцев и дней определяют возраст и выражают его в десятичной форме. Вычисляют объем крови во всех артериолах. Вычисляют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002647330
Дата охранного документа: 15.03.2018
01.03.2019
№219.016.c876

Способ оценки числа функционирующих кровеносных капилляров у человека (варианты)

Группа изобретений относится к медицине, а именно к сердечно-сосудистым заболеваниям, физиологии, спортивной медицине. Группа изобретений представлена способами оценки числа функционирующих кровеносных капилляров у человека в коронарном, большом кругах кровообращения и в скелетных мышцах....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002680798
Дата охранного документа: 26.02.2019
11.03.2019
№219.016.db96

Способ оценки числа гибернирующих кардиомиоцитов в сердце человека

Изобретение относится к медицине, а именно к кардиологии. Измеряют массу тела. Вычисляют массу сердца с учетом возраста, пола и сердечно-сосудистой патологии. Измеряют частоту сердечных сокращений, ударный объем сердца, систолическое артериальное давление, давление в полости правого желудочка...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002425626
Дата охранного документа: 10.08.2011
09.05.2019
№219.017.4ed9

Способ оценки насыщения кислородом крови в коронарном синусе у человека

Изобретение относится к области медицины, а именно к кардиологии. Измеряют массу тела, рост обследуемого. Определяют общее потребление кислорода организмом, концентрацию гемоглобина в крови, насыщение кислородом артериальной крови. Вычисляют площадь поверхности тела. Проводят эхокардиографию....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002428920
Дата охранного документа: 20.09.2011
18.05.2019
№219.017.589f

Устройство для измерения термомеханических характеристик термопластичных материалов

Предлагаемое изобретение относится к области испытательной техники. Устройство содержит неподвижное основание со средством позиционирования образца исследуемого материала, систему нагружения индентора, закрепленного на стержне, систему контроля перемещений индентора и собственно индентор,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002363940
Дата охранного документа: 10.08.2009
29.06.2019
№219.017.a19b

Способ оценки функционального состояния сердца

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для оценки функционального состояния сердца. Для этого во время диагностической процедуры по медицинским показаниям берут методом биопсии образцы ткани сердца, в котором определяют содержание химических элементов таблицы Д.И.Менделеева,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002466389
Дата охранного документа: 10.11.2012
+ добавить свой РИД