Способ определения теплофизических и физико-механических характеристик изотропных эластомерных материалов Советский патент 1988 года по МПК G01N3/08 G01N25/00 

Изобретение относится к области измерения теплофизических и физико- механических характеристик материалов, в частности к измерению коэффиц ента линейного термического расширения, коэффициента Пуассона и модуля упругости изотропного эластомера материала, которые являются основными параметрами при расчетах технологи- ческой оснастки для производства изделий из полимерных композиционных материалов термокомпрессионным методом формования.

Цель изобретения - сокращение вре мени и количества оборудования, необходимого для определения теплофизических и физико-механических характеристик материала путем измерения за один цикл испытания коэффициента линейного термического расширения, коэффициента Пуассона и модуля упругости изотропного эластомера.

Измерение изменения высоты образца при нагреве в свободном состоянии позволяет определить коэффициент линейного термического расширения (с) как

(1)

где

ЛЕ. относительное изменение высоты образца до момента достижения им боковой поверхностью боковых стенок ячейки при нагреве на ЛТ,,°С.

Измерение изменения высоты образца при нагреве в условиях ограничения деформации в радиальном направлении (после достижения боковой поверхностью образца боковых стенок ячейки) позволяет определить коэффициент Пуассона (л)) по формуле

V

) - 1 Е /(,) + 1

(2)

где f t относительное изменение

высоты образца до момента исчезновения всего объема ячейки при его нагреве на ЛТ,, С.

Измерение прироста давления (dP) в ячейке после исчезновения всего объема при нагреве образца на 4 Т т,

позволяет найти модуль упругости (Е) материала по формуле

5 0

5

0

5

0

5

Е

ДР (1 - 2%/)

(3)

ofdT,

На фиг. 1-3 изображена схема прибора для определения названных характеристик изотропного эластомер- ного материала на различных стадиях испытанияJ реализующая данный способ.

Устройство (фиг. 1) содержит термостат 1 с нагревательными элементами 2 и цилиндрической металлической ячейкой 3, внутри которой помещен образец 4 на подставке 5,связанной теплоизолятором 6 с датчиком 7 давления и через стержни 8 с нулевым коэффициентом термического расширения - с датчиком 9 перемещения,ин- дентор 10 которого, выполненный из того же материала,что и стержни 8, опущен на верхний торец образца 4, и ограничитель 11 вертикального перемещения образца, скрепленный с термостатом 1 и основанием 12 болтами 13 через теплоизоляторы 14.

Определение характеристик проводят следующим образом.

На подставку 5 устанавливают образец 4 с диаметром,меньщим диаметра ячейки 3,причем зазор между стенкой ячейки 3 и образцом 4,отнесенный к радиусу образца, должен быть меньше зазора между ограничителем 11 и образцом 4, отнесенного к высоте образца, затем собирают прибор, нагревают образец и фиксируют изменение высоты образца с помощью индикатора 9 перемещений. До тех пор, пока образец не достиг стенок ячейки (фиг.2) значения, показываемые иникатором 9 перемещений,определяются изменением образца, коэффициентом линейного термического расширения материала образца и его высотой (см. формулу

йЪ

(1) , причем

л Е

где ah

изменение высоты образца, h - высота образца). После достижения образцом 4 стенок ячейки 3 (фиг.2) радиальных перемещений больше не происходит и показания индикатора 9 определяются коэффициентом линейного термического расширения, коэффициентом Пуассона образца, егь высотой и изменением температуры (см. формулу

(2), После исчезновения всего объем ячейки, когда образец достигнет ограничителя 11 вертикального перемещния (фиг. 3) дальнейшее нагревание сопровождается увеличением давления которое фиксируется с помощью датчика 7 давления.

Изменение давления определяется характеристиками материала образца (коэффициентом линейного термического расширения, коэффициентом Пуассона и модулем упругости) и изменением температуры (см. формулу (3), причем по индкатору 9 перемещений следят за отсутствием изменений высоты образца 4. После этого по формулам (1) и (3) определяют искомые значения характеристик.

Ячейку 3, ограничитель 11, подставку 5, теплоизоляторы 6 и 13, болты 12 наиболее целесообразно изготавливать из материалов с нулевым коэффициентом термического расширения,в противном случае погрешность, вносимую изменением их размеров,необходимо учитывать.

Пример. В ячейку 3 диаметро

10.0мм помещают образец 4 из крем- нийорганической резины ИРП-1400, имеющий диаметр 9,65 мм, высоту

10.1мм (образцы изготавливают в пресс-форме при 160+10°С в течение

весь объем ячейки, его термическое расширение прекращается,что сопровождается приростом давления, фиксируемым датчиком 7 и pasHhiM

йУ Тз

0,03428 МПа/С, откуда по фор0

5

0

5

0

муле (3) находят модуль упругости (Е) материала образца, равный Е 6,998 МПа.

Применение предлагаемого технического решения позволяет определять указанные характеристики материала эластичного формующего элемента в кротчайшие сроки, так как их значения находят по результатам одного испытания на одном приборе, который может быть изготовлен специально или может быть собран на основе капиллярного вискозиметра типа Полимер К-1, снабже1 ного дополнительно датчиком линейного перемещения, комплектом частей с нулевым коэффициентом термического расширения и заглушкой вместо капилляра.Для изготовления же образца не требуется никакой специальной оснастки.Он может быть отформован в матрице термостатированной ячейки.

Формула изобретения

Способ определения теплофизичес- ких и физико-механических характеристик изотропных эластомерных материа

Изобретение относится к области измерения теплофизических и физико-механических характеристик и может быть использовано при определении коэффициента линейного термического расширения, коэффициента Пуассона и модуля упругости изотропного эластомерного материала. Пель изобретения - сокращение времени и количества оборудования, необходимого для определения названных характеристик материала путем измерения за один цикл коэффициента линейного термического расширения, коэффициента Пуассона и модуля упругости изотропного эластомера. Для определения указанных характеристик образец помещают в термостатированную ячейку с диаметром, большим чем диаметр образца, и измеряют относительное изменение его высоты ( А Е, в зависимости от изменения температуры ( Т,К Затем после достижения боковой поверхностью образца боковых стенок термостатированной ячейки измеряют относительное изменение высоты образца М 7) в зависимости от изменения температуры ( лТ j).После заполнения всего объема яче11ки фиксируют изменение давления ( /1 Р) в ней в зависимости от изменения температуры ( йТз), после чего рассчитывают коэффициент линейного термического расширения (ci , коэффициент Пуассона (vi) и модуль упругости (Е) по формулам 0 V /jea /(« /IT,) - 1)(c/4Tj) -t- 1, E СйР (1 - 2 ))J/(a 4Tз). 3 ил. s (Л OO О СП N3

30 мин с последующей термообработкой 35 лов, заключающийся в том,что испы40

при 200°С 24 ч).Собирают прибор, причем расстояние между ограничителем 11 вертикального перемещения и подставкой 5 устанавливают 10,76 мм. При нагреве образца изменение его высоты в зависимости от изменения температуры составляет

2,8 -10 , следовательно,

коэффициент линейного термического 45 расширения (о/) материала образца наf , 3 h 1 ходят по формуле (1; как

h д Т,

туемый образец помещают в термостатированную ячейку, нагревают и фикс руют изменение его высоты в зависимости от изменения температуры, о т личающийся тем,что, с целью сокращения времени и количества оборудования, необходимого для опре деления физико-механических характеристик материала путем измерения за один цикл коэффициента линейного термического расширения, коэффициен та Пуассона и модуля упругости изотропных эластомеров, после дости жения боковой поверхностью образца

туемый образец помещают в термостатированную ячейку, нагревают и фиксируют изменение его высоты в зависимости от изменения температуры, о т- личающийся тем,что, с целью сокращения времени и количества оборудования, необходимого для определения физико-механических характеристик материала путем измерения за один цикл коэффициента линейного термического расширения, коэффициента Пуассона и модуля упругости изотропных эластомеров, после достижения боковой поверхностью образца

277,227-10- 1/°С. При нагреве образца до 150 С образец достигнет сте-50 боковых стенок ячейки дополнительно

фиксируют изменение его высоты в зависимости от изменения температуры, а после заполнения им всего обтзема ячейки фиксируют нарастание давленок ячейки и изменение его высоты в зависимости от изменения температуры

йЬг

после этого составляет -J

Я.

- 7 .

хЮ мм / С, а коэффициент Пуассо- 55 ния в ней в зависимости от изменения

на (л)), вычисленный по формуле (2), равен -О 0,4717. При нагреве до 220°С образец полностью заполняет

температуры, после чего по полученным данным расчитывают искомые коэффициенты.

40

45

туемый образец помещают в термостатированную ячейку, нагревают и фиксируют изменение его высоты в зависимости от изменения температуры, о т- личающийся тем,что, с целью сокращения времени и количества оборудования, необходимого для определения физико-механических характеристик материала путем измерения за один цикл коэффициента линейного термического расширения, коэффициента Пуассона и модуля упругости изотропных эластомеров, после достижения боковой поверхностью образца

-50 боковых стенок ячейки дополнительно

температуры, после чего по полученным данным расчитывают искомые коэффициенты.

10 П

Фмз. У

п ю