Способ контроля физико-механических характеристик полимеров Советский патент 1991 года по МПК G01N29/00 

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.

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 способ; на фиг. 2 (а, б, в) - импедансная

спектральная характеристика полиэтилена высокого давления (ПЭВД); на фиг. 3 (а, б, в) - семейство характеристик добротности конденсатора с ПЭВД 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

О 00

го ю о

V4

других поверхностях образца 4 установлены обкладки конденсатора 5, соединенные с измерителем б 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 акустические и излучает их в образец 4 полимера. Прохождение акустических колебаний различной частоты через материал образца 4 вызывает механическую прецессию различных групп и цепей макромолекул полимера, что вызывает изменение их связей на атомарно-молекулярном уровне, приводит к поглощению механической энергии колебаний и сопровождается соответствующими электрическими и магнитными явлениями. Длина волны электромагнитных колебаний, возникающих при этом, эквивалентная длине волны механических колебаний молекулярных групп и цепей, предопределяет частотный диапазон, находящийся в мегагигагерцевой области. Этим объясняется возможность регистрации структурных изменений молекул спектральным анализом в оптическом диапазоне (включая инфракрасный и ультрафиолетовый). Вследствие вторичности (и даже третичности) электромагнитных явлений полученная с их помощью информация не является адекватной истинным изменениям в структуре материала. Регистрация изменений колебаний акустической природы представляется в этом случае более достоверной. Однако прямая регистрация изменений акустических колебаний (амплитуды, скорости прохождения) не обеспечивает необходимой точности вследствие несовершенства приемников акустических колебаний, низкой их помехоустойчивости и избирательности (т.е. приемник апериоди- чен).

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

Происходящие 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

0 импеданса, фиксируются добротности конденсатора 5 с помощью Q-метра 7 и частотомера 9. Одновременно величины сигналов с Q-метра 7 и частотомера 9 подаются на вычислительное устройство 8 и

5 обрабатываются по программе для получения результата по требуемому параметру, который затем выдается на печатное устройство 10.

При контроле вязкоупругих характеристик, например, полиэтилена импедансная

0 спектральная характеристика полиэтилена высокого давления, показанная на фиг. 2, отражает различные вязкоупругие характеристики внутренней структуры образца материала. Экстремум а характеризует

5 агрегатное состояние материала. Экстремум б показывает аномальное поглощение механической энергии, вызванное прецессией боковых групп молекул, влияющих на кристалличность, прочность, тепло0 стойкость материала. Экстремум в позволяет судить о подвижности боковых или основных цепей макромолекул, является показателем аморфности материала, обусловленной величиной водородных свя5 зей. Качественный анализ спектральных характеристик производится по известной методике. В частности, ширина экстремума по частотной ординате отражает активность соответствующих групп молекул, их химиче0 скую однородность.

На фиг. 3 приведено семейство характеристик добротности образца на частотах экстремумов от молекулярной плотности материала. Каждая характеристика имеет

5 обозначение, соответствующее обозначению экстремума на фиг. 2.

Использование Q-метрии, т.е. определение добротности конденсатора с образцом на частоте экстремума, позволяет

0 количественно оценить значение каждого фактора.

Формула изобретения Способ контроля физико-механических характеристик полимеров, заключающийся.

5 в том, что образец полимера помещают в электрическое поле конденсатора, возбуждают акустические колебания перпендикулярно направлению силовых линий электрического поля конденсатора, измеряют электрический импеданс конденсатора на частоте акустических колебаний, с учетом которого определяют физико-механические характеристики образца полимера, о т- личающийся тем, что. с целью повышения информативности за счет обеспечения возможности 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 конденсатора на частотах этих экстремумов, по которым осуществляют качественный и количественный контроль вяэкоупругих характеристик полимера.

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

% Затухания

9070

30

10

1,0

W

Ы

23

W гч

150

100

50

-41h

1,02,03,0

Фиг.З

W