Способ контроля физико-механических характеристик полимеров

Способ контроля физико-механических характеристик полимеров

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля и может быть использовано для контроля структурных изменений в полимерных материалах при их производстве и переработке, например, на роторно-конвейерных линиях. Цель изобретения - повышение информативности за счет обеспечения возможности качественного и количественного контроля вязкоупругих характеристик полимера. Для этого полимерный материал прозвучивают непрерывно перестраиваемыми по частоте акустическими колебаниями, находят частоты спектра колебаний, на которых сигнал принимает экстремальное значение, и по ним судят о свойствах контролируемого материала . Новым в способе является то, что образец полимерного материала помещают между обкладками конденсатора, снимают импедансную частотную характеристику конденсатора с образцом на частотах акустических колебаний, оценку свойств полимеров производят по экстремумам импедансной характеристики, а значение каждого параметра находят как функцию от добротности конденсатора с образцом на соответствующей частоте экстремума. 3 ил. с t ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (э()э G 01 N 29/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4400589/28 (22) 30.03.88 (46) 07.10.91. Бюл. % 37 (72) А.Ф.Костюков и А.Г.Мозговой (53) 620.179.16 (088.8) (56) Потапов А.И., Пеккер Ф.П. Неразрушающий контроль конструкций из композиционных материалов. Л.: Машиностроение, 1977, с. 103-104.

Авторское свидетельство СССР

N- 1601571, кл. G 01 N 29/00, 19.11.87. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛИМЕРОВ (57) Изобретение относится к неразрушающим методам контроля и может быть использовано для контроля структурных изменений в полимерных материалах при их производстве и переработке, например, на роторно-конвейерных линиях. Цель изоИзобретение относится к неразрушающим методам контроля и может быть использовано для контроля структурных изменений в полимерных материалах при их производстве и переработке, например, на роторно-конвейерных линиях.

Целью изобретения является повышение информативности за счет обеспечения возможности качественного и количественного контроля вязкоупругих характеристик полимера, На фиг. 1 дана структурная схема устройства, реализующего предлагаемый спосо6; на фиг, 2 (а, б, в) — импедансная

„„Я ÄÄ 1682907 А1 бретения — повышение информативности эа счет обеспечения возможности качественного и количественного контроля вязкоупругих характеристик полимера. Для этого полимерный материал прозвучивают непрерывно перестраиваемыми по частоте акустическими колебаниями, находят частоты спектра колебаний, на которых сигнал принимает экстремальное значение, и по ним судят о свойствах контролируемого материала, Новым в способе является то, что образец полимерного материала помещают между обкладками конденсатора, снимают импедансную частотную характеристику конденсатора с образцом на частотах акустических колебаний, оценку свойств пол- Е имеров производят по экстремумам импедансной характеристики, а значение . каждого параметра находят как функцию от добротности конденсатора с образцом на соответствующей частоте экстремума. 3 ил. спектральная характеристика полиэтилена высокого давления (ПЭВД); на фиг. 3 (а, б, в) — семейство характеристик добротности конденсатора с ПЭ ВД на частотах экстремумов, показанных на фиг. 2, от молекулярной плотности ПЭВД.

Устройство для осуществления предла° гаемого способа контроля физико-механических характеристик полимеров содержит .последовательно соединенные генератор 1 качающейся частоты, широкополосный усилитель 2, излучающий преобразователь 3 ультразвуковых колебаний, установленный на поверхности образца 4 полимера. На

1682907 других поверхностях образца 4 установлены обкладки конденсатора 5, соединенные с измерителем 6 угла диэлектрических потерь и Q-метром 7, выходы которых подключены к входам вычислительного устройства

8, к третьему входу которого подключен выход частотомера 9, вход которого соединен с выходом усилителя 2, а выход вычислительного устройства 8 соединен с входом печатного устройства 10.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Генератор 1 вырабатывает непрерывную последовательность перестраиваемых по частоте синусоидальных колебаний, которые усиливаются усилителем 2 до необходимой амплитуды и подаются на излучающий преобразователь 3, Преобразователь 3 трансформирует электрические колебания, поступающие от усилителя 2, в

15 акустические и излучает их в образец 4 пол- 20 имера. Прохождение акустических колебаk ний различной частоты через материал образца 4 вызывает механическую прецессию различных групп и цепей макромолекул полимера, что вызывает изменение их свя- 25 зей на атомарно-молекулярном уровне, приводит к поглощению механической энергии колебаний и сопровождается соответствующими электрическими и магнитны- ° ми явлениями. Длина волны 30 электромагнитных колебаний, возникающих при этом, эквивалентная длине волны механических колебаний молекулярных групп и цепей, предопределяет частотный диапазон, находящийся в мегагигагерцевой 35 области, Этим обьясняется возможность регистрации структурных изменений молекул спектральным анализом в оптическом диапазоне (включая инфракрасный и ультрафиолетовый). Вследствие вторичности (и даже 40 третичности) электромагнитных явлений полученная с их помощью информация не является адекватной истинным изменениям в структуре материала. Регистрация изменений колебаний акустической природы 45 представляется в этом случае более достоверной. Однако прямая регистрация изменений акустических колебаний (амплитуды, скорости прохождения) не обеспечивает необходимой точности вследствие несовер- 50 шенства приемников акустических колебаний, низкой их помехоустойчивости и избирательности (т.е. приемник апериодичен).

В данном случае рациональнее исполь- 55 зовать хорошо разработанные мостовые устройства и резонансные методы, Для этого исследуемый материал помещают как диэлектрик между обкладками конденсатора 5.

П роисходящие под действием акустических колебаний механические перемещения частей молекул, поглощение акустической энергии, обусловленное этим. вызывает изменение электрического импеданса конденсатора 5, что фиксируется измерителем 6 угла диэлектрических потерь. На частотах импедансной частотной характеристики, где наблюдается аномальное изменение импеданса, фиксируются добротности конденсатора 5 с помощью Q-метра 7 и частотомера 9. Одновремен но величины сигналов c Q-метра 7 и частотомера 9 подают я на вычислительное устройство 8 и обрабатываются по программе для получения результата по требуемому параметру, который затем выдается на печатное устройство 10.

При контроле вяэкоупругих характеристик, например, полиэтилена импедансная спектральная характеристика полиэтилена высокого давления, показанная на фиг. 2, отражает различные вязкоупругие характеристики внутренней структуры образца материала. Экстремум "а" характеризует агрегатное состояние материала. Экстремум "б" показывает аномальное поглощение механической энергии, вызванное прецессией боковых групп молекул, влияющих на кристалличность, прочность, теплостойкость материала. Экстремум "в" позволяет судить о подвижности боковых или основных цепей макромолекул, является показателем аморфности материала, обусловленной величиной водородных связей. Качественный анализ спектральных характеристик производится по известной методике. В частности, ширина экстремума по частотной ординате отражает активность соответствующих групп молекул, их химическую однородность.

На фиг. 3 приведено семейство характеристик добротности образца на частотах экстремумов от молекулярной плотности материала. Каждая характеристика имеет обозначение, соответствующее обозначению экстремума на фиг. 2.

Использование Q-метрии, т.е. определение добротности конденсатора с образцом на частоте экстремума, позволяет количественно оценить значение каждого фактора.

Формула изобретения

Способ контроля физико-механических характеристик полимеров, заключающийся. в том, что образец полимера помещают в электрическое поле конденсатора, возбуждают акустические колебания перпендикулярно направлению силовых линий электрического поля конденсатора, измеря5 ъ

1682907

70 щ кП

gp 28

Рие. 2

32 ют электрический импеданс конденсатора на частоте акустических колебаний. с учетом которого определяют физико-механические характеристики образца полимера, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения информативности эа счет обеспечения воэможности качественного и количественного контроля вяэкоупругих характеристик полимера, в качестве акустических колебаний используют колебания, непрерывно изменяющиеся по частоте, регистрируют экстремумы зависимости электрического импеданса конденсатора от частоты колебаний и добротности конденса5 тора на частотах этих экстремумов, по которым осуществляют качественный и количественный контроль вязкоупругих характеристик полимера.

1682907

f50

Фиг.O

Составитель С.Волков

Редактор Т.Зубкова Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Q.Êðàâöoâà

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 3408 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5