СПОСОБ СОЗДАНИЯ ХРУПКОГО СЛОЯ В ОБРАЗЦЕ ИЗ ПОЛИОЛЕФИНА В ИСПЫТАНИЯХ ПОЛИОЛЕФИНА НА СТОЙКОСТЬ К БЫСТРОМУ РАСПРОСТРАНЕНИЮ ТРЕЩИНЫ Российский патент 2016 года по МПК G01N1/28 G01N33/44 C08L23/02 C08K3/04 

Изобретение относится к области экспериментального определения температуры хрупко-вязкого перехода при распространении быстрой трещины в образцах материалов, на основе полиолефинов, при их испытании на растяжение в исследуемом интервале температур и предназначено для использования при создании однородного хрупкого слоя на поверхности образца, действующего в качестве инициатора трещины.

Уровень техники

Известен способ (1. Разрушение, Т. 5, под ред. Либовиц Г., 1977. С.221; 2. Noren Т.М. «Trans. Northeast Coast Inst. Engrs. And Shipbuilders)), 1956, №73, P.87.) для испытания материалов на стойкость к быстрому распространению трещин, заключающийся в том, что на поверхности образца, вырезанного из листа, испытываемого металла, создавали «хрупкий наплавленный валик», действующий в качестве инициатора трещины в испытаниях на растяжение.

Недостатком этого метода является то, что он используется только для металлических материалов, так как автоматическое использование этого способа на полимерных материалах, требует как минимум многократного повторения цикла «расплавление-затвердевание» материала «наплавленного полимерного валика» для достижения эффекта его охрупчивания. При этом требуется, в зависимости от конкретного материала, соблюдение ряда дополнительных требований к условиям проведения циклов «расплавление-затвердевание» для охрупчивания материала «полимерного валика» (3. Казале А., Портер Р. Реакции полимеров под действием напряжений. Под ред. Малкина А.Я. Ленинград «Химия», 1983.)

Наиболее близким к заявляемому изобретению является техническое решение (4. Бабенко Ф.И., Родионов А.К., Федоров Ю.Ю., Архипов А.А., Саввинова М.Е. Патент РФ №2454663. Способ создания хрупкого покрытия на поверхности изделий из светостабилизированного полиэтилена. Заявка №2010148971/05, 30.11.2010. Опубл. 27.06.2012), которое относится к способу создания хрупкого покрытия на поверхности изделий из светостабилизированного полиэтилена для экспериментального исследования напряженного состояния изделий методом хрупких покрытий и в котором, для создания хрупкого покрытия, к поверхности изделия прикрепляют пленку из несветостабилизированного полиэтилена с последующим ее облучением ультрафиолетом до образования хрупкого слоя покрытия.

Недостатком известного способа является практическая невозможность его использования в качестве инициатора быстрой трещины в образце для испытания материала на стойкость к быстрому распространению трещин, так как ультрафиолетовое облучение, интенсивность которого существенно затухает по мере проникновения в материал покрытия нивелирует эффект его охрупчивания, таким образом, получается неоднородный по хрупкости слой покрытия, который ограничивает скорость трещины, образовавшейся в хрупком слое покрытия, и приводит к ее торможению и неспособности проникновения в слой основного исследуемого материала образца.

Раскрытие изобретения

Целью заявляемого изобретения является разработка способа создания на поверхности образца из полиолефина, в испытании на стойкость к быстрому распространению трещины, однородного хрупкого слоя, способного инициировать в образце процесс распространения быстрой разрушающей трещины.

Технический результат изобретения заключается в возможности применения метода «хрупкой наплавки» к полимерным материалам на основе полиолефинов для экспериментального определения температуры перехода (хрупко-вязкого, вязко-хрупкого) при распространении разрушения (1. Разрушение, Т. 5, под ред. Либовиц Г., 1977, С. 182) или, другими словами, стойкости материала к быстрой трещине в испытании на растяжение модельных (с хрупким поверхностным слоем) образцов.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: осуществляют одностороннюю активацию поверхностей образца материала и предварительно охрупченного слоя, приготовленного из того же материала.

Отличительные: хрупкий слой создают наполнением изучаемого материала дисперсными частичками кокса, что обеспечивает его однородную хрупкость и возможность регулирования начальной скорости инициируемой слоем быстрой трещины, при ее проникновении в слой основного материала образца. При этом изменение начальной скорости распространения разрушающей образец трещины достигается посредством варьирования толщины охрупченного слоя, либо глубины поверхностного надреза слоя, со стороны свободной поверхности (не связанной с основным материалом образца).

Известно (5. Гольдман А.Я., Кокотов Ю.В., Меш Г.Э., Яновский Э.А., Баклановская Т.И. Переход хрупкость-пластичность при деформировании наполненного полиэтилена высокой плотности под давлением / Механика композитных материалов - Рига. 1987. - №3 - С. 532-553), что термопластичный полимер может быть охрупчен путем наполнения его дисперсными минеральными частицами. Активацию поверхности изделий можно проводить различными способами, например, пламенем газовой горелки, электронагревательными приборами и др. (6. Пийроя Э.К. Об определении свободной поверхностной энергии полиэтилена / Заводская лаборатория - М.: 1983. - №9 - С. 67-68).

Осуществление изобретения

Способ осуществляется следующим образом. Полиолефин (в экспериментах испытаниям подвергался полиэтилен трубной марки ПЭ80) охрупчивают путем его наполнения дисперсными частицами литейного каменноугольного кокса марки КЛ-1, в соотношении 50% или 60% от массы полиолефина по следующей технологии: частицы кокса размерами 10 мкм и гранулы полиолефина смешивают в миксере при температуре 180°C, из полученной смеси, методом экструзии, изготавливается пластина толщиной 2-3 мм. Затем поверхности пластины из испытываемого полиолефина и полученного охрупченного слоя полиолефина активируют электронагревательным прибором, например, сварочным аппаратом FORA FW1500, то есть нагревают и прижимают друг к другу до плотного прилегания. Прижимающая поверхность, должна быть металлической для обеспечения быстрого теплоотвода и уменьшения степени термического влияния на изделие. В качестве прижимающей поверхности использовались тиски. При этом необходимая адгезионная прочность соединения (слой испытуемого полимера - слой охрупченного слоя), которая исключает отслаивание слоя от поверхности образца, достигается, прежде всего, за счет минимизации проблем, связанных с совместимостью материалов, так как полнолефины относятся к трудносклеиваемым полимерам.

На чертежах приводятся примеры, демонстрирующие указанные испытания для образцов полиолефина с различными видами разрушения (хрупкое разрушение, хрупко-вязкое разрушение, вязкое разрушение), на поверхность которых нанесен указанный инициатор трещин в виде однородного хрупкого слоя.

Краткое описание чертежа

Фиг. 1. Диаграммы деформирования и микрофотографии поверхностей разрушения модельных образцов полиэтилена трубной марки ПЭ80 с нанесенным хрупким слоем, при растяжении: а - при -5°C - хрупкое разрушение; б- при 0°C - хрупкое разрушение; в -при +5°C - хрупко-вязкое разрушение; г - при +5°C - вязкое разрушение.

Фиг. 2. Диаграммы деформирования и микрофотографии поверхностей разрушения модельных образцов полиэтилена трубной марки ПЭ100 с нанесенным хрупким слоем, при растяжении: а - при -20°C - хрупкое разрушение; б - при -15°C - хрупко-вязкое разрушение; в - при -15°C - вязкое разрушение.

Изобретение относится к области экспериментального определения температуры хрупко-вязкого перехода при распространении быстрой трещины в образцах материалов, на основе полиолефинов при их испытании на растяжение в исследуемом интервале температур и предназначено для использования при создании однородного хрупкого слоя на поверхности образца, действующего в качестве инициатора трещины. Способ включает смешивание при 180º С частиц кокса с размерами 10 мкм и гранул полиолефина с последующим изготовлением пластины толщиной 2-3 мм. После чего на поверхности образца из полиолефина формируют однородный хрупкий слой путем нагрева и соединения между собой поверхностей образца и полученной (охрупченной) пластины. Настоящее изобретение позволяет применять метод «хрупкой наплавки» в испытаниях материалов на основе полиолефинов на стойкость к быстрому распространению трещин. 2 ил.

Способ создания однородного хрупкого слоя на поверхности образца из полиолефина, действующего в качестве инициатора трещины разрушения в испытании полиолефина на стойкость к быстрому распространению трещины, включающий наполнение слоя дисперсными частицами кокса в соотношении 50% или 60% от массы полиолефина по следующей технологии: частицы кокса размерами 10 мкм и гранулы полиолефина смешивают в миксере при температуре 180° C, из полученной смеси, методом экструзии, изготавливается пластина толщиной 2-3 мм, затем поверхности пластины из испытываемого полиолефина и полученного охрупченного слоя полиолефина нагревают электронагревательным прибором и прижимают друг к другу до плотного прилегания.