Методика неразрущающего контроля температуры стеклования в изделиях из ПКМ

Несмотря на значительные успехи науки в области разработки методов контроля и свойств ПКМ, практическое использование этих достижений в производстве встречает существенные трудности, особенно когда необходимо получить определенные данные о свойствах ПКМ, не разрушая контролируемую деталь. В данной статье рассматривается температурная деформация (температура стеклования) ПКМ и метод её измерения без разрушения испытуемого образца.

Под температурой стеклования ПКМ подразумевается температура, при которой полимер при нагревании переходит из стеклообразного состояния в вязкотекучее и приобретает признаки вязкой жидкости. Температура стеклования является важнейшей характеристикой ПКМ, которая позволяет оценивать прочностные характеристики вновь изготовленных деталей а так же деталей, прошедших длительную эксплуатацию, что дает возможность определить износ материала и его дальнейший срок службы.

За основу метода измерения температуры деформации (стеклования) был взят метод Вика (ГОСТ 15088-83, ISO 306), который заключается в определении температуры, при которой стандартный индентор под действием статической нагрузки проникает на глубину 0,1 мм в испытуемый материал, нагреваемый с постоянной скоростью в локальном месте. С помощью электронного датчика расстояния с чувствительностью не

Бурхан Олег Леондович, начальник сектора.

менее 1 мкм проводится измерение глубины продавливания индентором образа в зависимости от температуры нагрева. На основании вышеописанного метода разработан и изготовлен макет микропроцессорного прибора экспресс контроля температуры деформации деталей из ПКМ. На рис. 1 представлена схема экспериментальной установки для контроля температурной деформации ПКМ с нагревом в локальной зоне, без разрушения структуры материала.

Для передачи данных макет прибора имеет USB модуль и подключается посредством кабеля к USB порту компьютера (рис. 2). Разработано специальное компьютерное программное обеспечение, позволяющее считывать информацию от прибора, производить её обработку и представлять в графическом и цифровом виде на компьютер.

Алгоритм измерения температуры стеклования реализует нижеследующие функции.

Первоначально производится регулирование температуры по ранее заданной программе и измерение глубины продавливания ПКМ. Затем строится график изменения толщины образца в месте индентора и температуры нагрева, в зависимости от времени воздействия индентора на поверхность образца.

Ниже приводятся практические результаты разработанного метода для измерения температуры стеклования ПКМ. На рис. 3 приведены полученные вышеописанным методом графики изменения толщины и температуры для образца данного ПКМ с исходной толщиной 1.2 мм

В области стеклования, скорость изменения толщины ( h ) образца из-за продавливания по мере размягчения связующнго сначала увеличивается, проходя через точку максимальной скорости, когда связующее, в месте воздействия наиболее интенсивно выдавливается, а потом уменьшается,

Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 14, №4(2), 2012

Рис. 1. Схема контроля температурной деформации ПКМ с нагревом в локальной зоне

Рис. 2. Структурная схема сопряжения макета прибора с компьютером

Рис. 4. Вторая производная толщины от времени нагружения

_| d ² ₂ h _| dt

Рис. 3. Зависимость толщины от температуры для образца из ПКМ

когда индентор входит в контакт с наполнителем ны. Математически, это соответствует точке пере-резко умешая скорость продаваливания. Следо- гиба графика изменения толщины h ( t ), где вторая вательно, температурой стеклования является производная от толщины по времени равна нулю температура максимального уменьшения толщи- в соответствии с выражением (1).

d2h dt2

Для более точного определения температуры стеклования, одновременнно с графиком изменения температуры со временем строится график изменения второй производной толщины h (в относительных единицах) от времени. При этом за температуру стеклования принимается точка перегиба, где вторая производная обращается в ноль как указано на рис. 4.

На основании полученных результатов, было произведено сравнение измеренной температуры стеклования для исследованного образца с его известным значением температуры стеклования, согласно данным паспорта на материал. Погрешность определения температуры деформации при этом не превышало + 3 ° .

Итогом проделанной работы является разработка неразрушающего метода определения тем- пературы деформации деталей из ПКМ, а так же разработка экспериментальной микропроцессорной установки и соответствующее программное обеспечение для измерения температуры стеклования. Проведены экспериментальные исследования на образцах из угле и стеклопластика (в образцах использовалось связующее ЭДТ-69н и наполнители ЭЛУР-П-0,1 и T-10-14) и приведены практические результаты разработанного метода, демонстрирующие его высокую эффективность.