Способ прогнозирования долговечности изделий из полимеров Советский патент 1990 года по МПК G01N25/20 G01N3/00 

Изобретение, относится к физической химии полимеров, в частности к исследованию физических свойств полимерных материалов и изделий на их основе с помощью термодинамических методов, и может быть использовано для прогнозирования их долговечности.

Прямая оценка долговечности полимерных изделий, предназначенных для длительной эксплуатации, невозможна в силу чрезмерной длительности таких испытаний. В связи с этим созданы способы ускоренного прогнозирования долговечности изделий из полимеров.

Целью изобретения является повышение точности прогнозирования долговечности изделий из полимеров.

Проведение первого сканирующего нагрева, выдерживание навески при температуре (ТПя- 40°) Ј10 (Тпл- 10°) и затем ее повторный сканирующий нагрев позволяют устранить разброс определяемых значений молекулярной характеристики, обусловленный неидентичностью ее исходных значений в разных точках изделия. Это объясняется тем, что после физического воздействия, имитирующего процесс старения, значение молекулярной характеристики

сл

сд

01

о

о

-

является функцией как фактора старения, так и исходного состояния. Значение молекулярной характеристики, обусловленное старением, определяют при первом сканирующем нагреве. При плавлении свободная энергия минимизируется и молекулярная характеристика полимера принимает исходное значение.

Выдерживание навески при выбранной из заданного диапазона температуре перед вторым сканирующим нагревом приводит к изменению молекулярной характеристики, причем это изменение есть функция только исходного состояния . Повторное сканирование позволяет определить значение молекулярной характеристики данной конкретной навески полимера с учетом ее способности к молекулярной реорганизации. При первом и втором сканирующих нагревах навеску нагревают выше Тпп.

Наиболее чувствительным параметром изменения молекулярной характеристики при кратковременном тепловом воздействии является температура дополнительного максимумаs а параметром изменения молекулярной характеристики, отражающим процесс старения и независимым от различных исходных характеристик в разных точках изделия, будет разность температур дополнительных максимумов на термограммах при первом и втором сканирующих нагревах.

Температура Т0 должна быть близко к ТПЛ для того, чтобы структурная реорганизация, отражающая исходные характеристики полимера, протекала в степени, достаточной для определения на существующих калориметрических приборах. В то же время экспериментально установлено, что при (ТПЛ - 10°) могут произойти необратимые структурные изменения, некоррелированные с исходной структурой полимера. Снижение температуры Т0 ниже

ТПЛ - 40° приводит к увеличению времени эксперимента, так как структурная реорганизация в полимере требует большого временного промежутка для изменения молекулярной характеристики, фиксируемого существующими калориметрическими приборами. Повыше- ние точности прогноза при указанном параметре Т0 подтверждено конкретным примерами реализации способа.

10

«25

20

30

35

40

й -Д5

и

50

55

Длительность выдерживания навески при повышенной температуре должна обеспечить устойчивое проявление дополнительного максимума при втором сканирующем нагреве, что обусловлено разрешающей способностью калориметри- - ческих приборов.

На фиг. 1 и 2 приведены термограммы, поясняющие приведенный пример прогнозирования долговечности радиочастотного кабеля марки РК 75-24-17. На фиг. 1 - термограммы плавления изоляционного ПЭ, Тпл 105°С, полученные после 100 ч физического воздействия повышенной температуры 85°С; на фиг. 2 - термограммы изоляционного ПЭ после 500 ч физического воздействия той же температуры: 1 - первый сканирующий нагрев; 2 - сканирующий нагрев после предварительной выдержки навески при 80°С, т.е. (Тпл 25°С) в течение 1 ч и охлаждения до комнатной температуры.

Пример. Определяют долговечность кабеля марки РК 75-24-17 с изоляцией из полиэтилена 107-01 К. Определение проводят для кабелей, изготовленных по двум вариантам технологического режима. Определяют гарантийную наработку, т.е. долговечность при воздействии максимально допустимой температуры 85°С, обусловленной температурой окружающей среды и самонагревом от токовой нагрузки. Критерий отказа - холодостойкость, т.е. способность кабеля выдерживать без разрушения изгиб при температуре -30°С.

От изготовленных кабелей отрезают образцы длиной (2,0-0,1) м, сворачивают их в бухту радиусом (0,,05) м для создания изгибных напряжений и помещают в термокамеру при (8511)°С. Через 100 ч вскрывают часть каждого кабеля и от изоляции в наружном по отношению к изгибу месте отбирают 7 навесок ПЭ массой (15И) г.

Каждую отобранную навеску запрессовывают в стандартную кювету и помещают одну из них в измерительную ячейку калориметра ЛСМ-2М. В эталонную ячейку помещают стандартную кювету с индием. Сканирующий нагрев проводят до 120°С. Термограммы регистрируют потенциометром КСП-4. Снижают температуру до Т0 80°С, т.е.

Т - S° 1 п

выдерживают навеску в режиме изотерма 1 ч, что обеспечивает стабильное проявление дополнительного

максимума при втором сканирующем нагреве. Затем ячейки охлаждают до (2012)°С и проводят повторный сканирующий нагрев до 120°С с регистрацией термограммы. На обеих термограммах определяют температуры, соответствующие дополнительным максимумам, и вычисляют их разность ДТ и эТ.

Арифметическим усреднением семи экспериментальных значений определяют среднее значение для кабелей изготовленных по двум вариантам технологии (табл. 1 и 2).

После 500 ч воздействия повышенной температуры 85°С повторяют все операции и получают среднее значение

ВТ

г ср

(табл. 3 и 4).

В табл. 1 - 4 приведены также значения температур дополнительного максимума и ДТ для кабелей} изготовленных -при различных технологических режимах.

При этом максимальное отклонение ДТ,, и ОТ-г от среднего значения 0,6е что составляет 5%.

Применение предлагаемого способа позволяет оптимизировать технологический режим изготовления кабелей. При использовании способа повышается

to

5

0

5

0

точность прогноза долговечности из делий из полимеров.

Формула изобретения

Способ прогнозиров ния долговечности изделий из полимеров, заключающийся в физическом воздействии на образец полимера и периодическом контроле его молекулярной характеристики, определяемой путем сканирующего нагрева исследуемых навесок полимера и регистрации результатов нагрева на термограмме, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности прогнозирования, сканирующий нагрев каждой навески производят дважды, при этом перед вторым сканирующим нагревом навеску выдерживают при температуре То, выбранной в диапазоне

(Тпя-40в) Т0 ),

где Тпл - температура плавления полимера,

а в качестве молекулярной характеристики .выбирают разность температур, соответствующих дополнительным максимумам на термограммах при первом и втором сканирующих нагревах.

Таблица 1

Изобретение относится к физической химии полимеров, в частности к исследованию физических свойств полимерных материалов и изделий на их основе с помощью термодинамических методов, и может быть использовано для прогнозирования их долговечности. Целью изобретения является повышение точности прогнозирования долговечности изделий из полимеров. Сканирующий нагрев исследуемой навески полимера производят дважды, при этом между первым и вторым сканирующими нагревами навеску выдерживают при повышенной температуре, а в качестве параметра изменения молекулярной характеристики берут разность температур, соответствующих дополнительным максимумам на термограммах при первом и втором сканирующих нагревах. Прогноз долговечности составляют по изменению молекулярной характеристики. 2 ил., 4 табл.

Температуры дополнительных максимумов и значения 4Т1ср для первого варианта технологии (100 ч)

Таблица

Температуры дополнительных максимумов и значения ЛТ для второго варианта технологии (100 ч)

Температуры дополнительных максимумов и значение ЛТ2 для первого варианта технологии (500 ч)

Таблица 4

Температуры дополнительных максимумов и значение 4Т для второго

варианта технологии (500 ч)

Т,

АО

LAOO

ЛТ2

97,5 97,5 98,0 97,5 97,0 97,0 83,0 84,0 84,0 84,0 83,5 83,5 83,0 13,5 13,5 13,5 14,0 14,0 13,5 14,0

Таблица 3

13,7

f.eft

0,5Ас

Л7

70

7V

00

ГГО &0