Автоматические промышленные средства для испытаний полимеров на ползучесть

Для испытания на ползучесть используют образцы в соответствии с ГОСТ 11262-80, если в нормативно-технической документации на конкретную продукцию нет других указаний:

Для испытаний применяют образцы типов 1-3, форма и размеры которых указаны на чертежах 1-3

                    

              Чертеж 1                                                       Чертеж 2

Чертеж 3

Тип, способ и режим изготовления, отбор проб должны соответствовать нормативно-технической документации на материал. При изготовлении образцов механической обработкой из изделий и полуфабрикатов, в том числе из листов и пластин, максимально допустимая толщина должна быть 3 мм для образцов типа 1, соответствовать толщине изделия или полуфабриката, но не более 10 мм для образца типа 2.

При изготовлении образца типа 2 из плиты или изделия, толщина которых более 10 мм, механической обработкой ее доводят до 10 мм. Обработку до требуемой толщины осуществляют с двух сторон в продольном направлении образца, если в нормативно-технической документации на материал нет иных указаний.

Образцы должны иметь гладкую ровную поверхность, без вздутий, сколов, трещин, раковин и других видимых дефектов.

Для испытания изотропных материалов используют не менее пяти образцов, для испытания анизотропных материалов не менее пяти образцов, отобранных в местах и направлениях, которые должны соответствовать нормативно-технической документации на материал.

Обработку результатов эксперимента проводят по следующим формулам:

Напряжение (номинальное) ( ) в МПа вычисляют

Суммарное относительное удлинение , и относительное уменьшение суммарного удлинения при упругом восстановлении ,  вычисляют по формулам:

суммарное относительное удлинение во времени  

или в процентах

относительное уменьшение суммарного удлинения при упругом восстановлении во времени

или в процентах

где

- суммарное удлинение, мм;

- уменьшение суммарного удлинения, мм;

- расчетная длина образца в  заданный момент испытания (момент  снятия нагрузки), мм;

- начальная расчетная длина ненагруженного  образца, мм;

- расчетная длина образца во  времени  после снятия наг

рузки, мм.

Модуль ползучести при растяжении

в МПа и податливость при ползучести при растяжении в МПа вычисляют по формулам:

модуль ползучести при растяжении

,

податливость при ползучести при растяжении

, ,

где

- номинальное напряжение, МПа;

 

- суммарное относительное удлинение (безразмерное) во времени.

При испытании модуль ползучести и податливость частично зависят от напряжения. При определении модуля ползучести и податливости, скорости и показателя ползучести необходимо указать условия их определения (температуру, влажность, напряжение).

Также результат фиксируется в виде кривых ползучести.

Изохронные кривые

"Напряжение (номинальное) - суммарное относительное удлинение"

Кривые "Модуль ползучести при растяжении - время"

Для проведения испытания подобным методом можно воспользоваться испытательной машиной:

МИ-М-50-Р

4.2 Метод определения ползучести при растяжении с применение фотоэлемента.

Другой принцип измерения деформации в условиях ползучести основан на применении фотоэлемента. Фотоэлемент смонтирован на реле с регулирующими опорами, что позволяет расположить образец и фотоэлемент на одной линии.

Фотоэлемент освещается проекционной лампой, расположенной против него. Свет от этой лампы коллимируется так, чтобы параллельный пучок попадал на диффузор, установленный непосредственно перед фотоэлементом. С помощью фотоэлемента измеряется ползучесть или восстановление образца, так как затемнение катода увеличивается благодаря обтюратору, укреплённому непосредственно на свободном конце образца.

При измерении ползучести и других механических характеристик полезно вместе с записью механических показателей проводить определение размеров деформируемого образца не только в продольном, но и в поперечном направлениях. Это позволяет найти изменение коэффициента Пуассона во времени в процессе ползучести или при снятии обычных диаграмм растяжения. Необходимо также учитывать, что ход кривых ползучести зависит от напряженного состоянии.

4.3 Сканирующий  метод измерения ползучести

При измерении ползучести полимера в условиях непрерывно возрастающей температуры определяется зависимость деформации от температуры, получившая название термомеханической кривой.

Термомеханический метод, разработанный уже сравнительно давно В. А. Каргиным и Т. И. Соголовой, получил большое распространение для определения температур переходов в полимерах и областей их физического состояния, ценки молекулярных масс и процессов структурирования и т.д. В последнее время этот метод используют и для расчета релаксационных параметров полимеров.

Для отыскания параметров, характеризующих релаксационное поведение полимерных материалов, по данным термомеханических испытаний используют два подхода. Первый из них связан с привлечением заранее известной температурной зависимости времени релаксации или запaздывания, а второй - с использованием принципа температурно-временной аналогии.

5. Статические характеристики прибора.

Рассмотрим подробно испытательные машины модернизированные МИ-М-50-Р.

Машины испытательные модернизированные МИ-М (далее - машины) предназначены для создания нормированного значения меры силы при косвенных измерениях характеристик механических свойств металлов, пластмасс, резины, бумаги, дерева и других материалов, таких как: модуль упругости, пределы прочности, упругости, текучести и др. путем прямых измерений деформации и силы сопротивления нагружаемого образца.

Машины могут применяться при испытаниях материалов на растяжение, сжатие, изгиб и сдвиг в лабораториях различных отраслей промышленности.

Машины состоят из основания, в котором расположен механизм перемещения активной траверсы с редуктором модернизируемой машины, тензорезисторного силоизмерительного устройства, измерителя изменения расстояния между активными пассивным захватами, вторичного преобразователя - электронного блока управления и системы измерения на базе ПК с программным обеспечением. Подвижная траверса перемещается по направляющим колоннам с помощью управляемого привода. Скорость перемещения подвижной траверсы задается с панели электронного блока управления. Испытываемый образец устанавливается в захватах между подвижной и неподвижной траверсами. Тензорезисторный датчик силы размещен на одной из траверс. В состав машины может входить от одного до трех тензорезисторных датчиков. С подвижной траверсой связан датчик перемещения, выходной сигнал которого обрабатывается электронным блоком и выводиться на дисплей.

Статической характеристикой измерительного устройства называют функциональную зависимость выходного сигнала от входного в статическом режиме работы указанного устройства. Более точно статическую характеристику можно определить, как зависимость информативного параметра выходного сигнала от информативного параметра его входного сигнала в статическом режиме. Статическая характеристика описывается в общем случае некоторым нелинейным уравнением (уравнением преобразования).

Найдем статическую характеристику нашего прибора на основании его принципа действия:

Принцип действия машин основан на преобразовании нагрузки, прикладываемой к испытуемому образцу, тензорезисторным силоизмерительным датчиком в электрический сигнал, изменяющийся пропорционально этой нагрузке, который обрабатывается в электронном блоке и отображается в единицах силы на дисплее электронного блока управления.

Итак, на основании вышеизложенного принципа действия становится известно, что входным сигналом нашего устройства является нагрузка – σ, а в результате измерения получаем выходной сигнал – силу F. Кроме того, машина может выдавать дополнительный выходной сигнал – перемещение подвижной траверсы X.

Дополнительные параметры нашего образца мы задаем вручную на ПК, такие как исходные размеры образца, его плотность и др.

Чувствительным элементом является тензорезисторный датчик.

Сделаем вывод, что статическую характеристику нашего устройство можно записать следующим образом:

F=σ*А0,

где А0 – площадь поперечного сечения образца.

Или:

X=

Метрологические характеристики определяют структуру, конструкцию, технологию производства и характер эксплуатации измерительного прибора (ИП). К основным метрологическим характеристикам относятся погрешность и диапазон измерений ИП.

Под погрешностью ИП подразумевается отклонение выходного сигнала ИП от номинального значения, соответствующего истинному значению входной величины.

Приведем основные метрологические характеристики МИ-М-50-Р

Диапазон измерения перемещения, мм....от 0,1 до 1500

Диапазон воспроизведения скорости перемещения активной траверсы, мм/мин от 1 до 1000

Пределы допускаемой относительной погрешности:

-измерения  нагрузки ± 1 %

- перемещения  активной траверсы ±0,5%

- измерения  деформации (удлинения) ± 1 %

- воспроизведения (регулирования) скорости активной  траверсы ±0,5%

Эталоном при проведении испытаний является образец того же состава что и испытуемый, находящийся при нормальных условиях окружающей среды при отсутствии нагрузки.

6. Динамические характеристики прибора.

Динамическими называют такие характеристики ИП, которые проявляются лишь при работе прибора в динамическом режиме, т. е. при преобразованиях переменных во времени величин. Динамические характеристики описывают свойства измерительного преобразователя при быстрых изменениях измеряемой величины.

Динамические характеристики нормируются путем задания номинального дифференциального уравнения или передаточной, переходной, импульсной весовой функции. Одновременно нормируются наибольшие допустимые отклонения динамических характеристик от номинальных.

К динамическим характеристикам ИП следует отнести время установления показаний  и время начала реагирования, которые определяются протеканием переходного процесса в ИП после подачи на него входного сигнала в виде скачка.

Инерционность ИП характеризуется временем начала реагирования и временем установления показаний по определенному уровню.

Динамический диапазон - область входных величин, преобразуемая ИП без заметных искажений.

Для автоматических машин для измерения ползучести и длительной прочности должны нормироваться следующие динамические характеристики:

- время готовности  машины к работе

- время начала  реагирования

 

7. Средства анализа и обработки информации.

Функции, выполняемые вычислительными средствами в измерительных приборах. Их можно условно разделить на две группы:

- функции  обработки информации от первичных  преобразователей;

- функции  управления.

К первой группе относятся такие функции как реализация основных алгоритмов (решение систем уравнений, дифференцирование и интегрирование, фильтрация, свертка, обработка изображений и т.д.), статистическая обработка данных (вычисление средних значений, построение гистограмм).

Во вторую группу входят функции:

-управление  режимом работы прибора (установка  чувствительности, перестройка полосы  пропускания фильтров и т.д.);

-управление  калибровкой  (установка нуля, проверка градуировки по электрическим сигналам или образцам);

-самодиагностика (проверка работоспособности прибора, определение неисправности);

-управление  внешними устройствами (индикаторами, системами сканирования).

В нашем устройстве все эти пункты явно выражены:

Электронный блок управления служит для коммуникации всех поступающих сигналов и их предварительной обработки. Электронный блок функционирует совместно с подключаемым к нему внешним компьютером, на котором установлено специальное программное обеспечение, входящее в комплект поставки. Компьютер управляет всеми операциями, производит обработку поступающих от электронного блока данных и отображает на экране измеряемые значения силы и перемещения в реальном времени. Эти значения могут быть использованы для дальнейшего автоматического вычисления различных характеристик испытываемых образцов (относительного удлинения, жесткости образца, модуля упругости, энергии, затраченной на его разрушение и др.). Характеристики образца вычисляются с использованием предварительно внесенных данных (например, исходные размеры образца, его плотность и др.). Компьютер обеспечивает полное управление машиной, хранение процедур испытаний и их результатов, их статистическую обработку и отображение на экране различной числовой и графической информации (например, нагрузочных кривых).