Способ определения теплофизических и физико-механических характеристик изотропных эластомерных материалов

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 Г 01 N 3/08, 25/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

I

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ с (21) 4143831/31-25 (22) 04.11.86 (46) 23.04.88. Бюл. У 15 (71) Московский авиационный технологический институт им. К.З.Циолковского (72) Г.М.Шишков, В.М.Виноградов и В.Н.Мымрин (53) 536.633.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 216319, кл. Г 01 11 25/16, 1968.

Авторское свидетельство СССР

11" 1176209, кл. Г 01 1) 3/00, 1985.

Авторское свидетельство СССР

11 291127, кл. G 01 N 3/08, 1971. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗОТРОПНЫХ ЭЛАСТОМЕРНЫХ

МАТЕРИАЛОВ (57) 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. Цель изобретения — сокращение времени и коли„„SU, 1390527 А1 честна оборудования, необходимого для определения названных характеристик материала путем измерения за один цикл коэффициента линейного термического расширения, коэффициента Пуассона и модуля упругости изотропного э- астомера. Для определения указанных характеристик образец помещают в термостатированную ячейку с диаметром, большим чем диаметр образца, и измеряют относительное изменение его высоты (1 Е

1 в зависимости от изменения температуры ()Т,1. Затем после достижения боковой поверхностью образца боковых стенок термостатированной ячейки измеряют относительное изменение высоты образца I a Е ) в зависимости от изменения температуры (d T .После заполнения всего объема ячейки фиксируют изменение давления (Л Р) в ней в зависимости от изменения температуры (ЛТ ), после чего рассчитывают коэффициент .IHHQHHoI o термического расширения (о(, коэффициент Пуассона ()) и модуль упругости (Е) по формулам с(= Л Е, / Т,;

=Cafe /(a лТг) — 1)7/CaEq/(o(4 Т ) + 17

Е = (дР (1 — 2 0)7/(а/ Л Тз) . 3 ил.

1390527

Изобретение относится к области измерения теплофизических и физикомеханических характеристик материалов, в частности к измерению коэффициента линейного термического расширения, коэффициента Пуассона и модуля упругости изотропного эластомера материала, которые являются основными параметрами при расчетах технологической оснастки для производства изделий из полимерных композиционных как

30 (1) где дЕ, — 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 (1) по формуле

40

50 где d F — относительное изменение высоты образца до момента исчезновения всего объема ячейки при его нагреве на ATg, С.

Измерение прироста давления (лР) в ячейке после исчезновения всего объема при нагреве образца на 5 Т

55 материалов термокомпрессионным методом формования.

Цель изобретения — сокращение вре- 15 мени и количества оборудования, необходимого для определения теплофизических и физико-механических характеристик материала путем измерения за один цикл испытания коэффициента 20 линейного терл1ического расширения, коэффициента Пуассона и модуля упругости изотропного эластомера.

Измерение изл1енения высоты образца при нагреве в свободном состоянии 25 позволяет определить коэффициент линейного термического расширения (d) позволяет найти модуль упругости (Е) материала по формуле

Е лР (1 — 24) а 4Тз (3) На фиг. 1-3 изображена схема прибора для определения названных характеристик изотропного эластомерного материала на различных стадиях испытания, 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 теплоизалятором 6 с датчиком 7 давления и через стержни 8 с нулевым коэффициентом термического расширения — с датчиком 9 перемещения,индентор 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, меньшим диаметра ячейки З,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 зменение 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

4h (1), причем ь R =, где gh 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

1390527 (2), После исчезновения всего объема ячейки, когда образец достигнет ограничителя 11 вертикального перемещения (Аиг. 3) дальнейшее нагревание

5 сопровождается увеличением давления, которое фиксируется с помощью датчика 7 давления.

Изменение давления определяется характеристиками материала образца (коэфАициентом линейного термического расширения, коэАфициентом 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 Аормулам (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 диаметром

10,0 мм помещают образец 4 из крем в 30 нийорганической резины ИРП-1400, имеющий диаметр 9,65 мм, высоту

10,1 мм (образцы изготавливают в пресс-форме при 160+10 С в течение

30 мин с последующей термообработкой 35 при 200ОС 24 ч).Собирают прибор, причем расстояние между ограничителем 11 вертикального перемещения и подставкой 5 устанавливают 10,76 мм.

При нагреве образца изменение его 40 высоты в зависимости от изменения температуры составляет

hh -ь

2,8 --10 мм/ С, следовательно, 1 коэффициент линейного термического 45 расширения (1х ) материала образца находят по формуле (1) как

Л?)

h 4Т, 277,227 .10 1/ С. При нагреве образца до 150 С образец достигнет сте-50 нок ячейки и изменение его высоты в зависимости от изменения температуры после этого составляет

4?)

7,8 т з о х10 мм / С, а коэАфициент 1 óàññî- 55 на (q), вычисленный по формуле (2), равен 1) = 0,4717. При нагреве до о

220 С образец полностью заполняет весь объем ячейки, его термическое расширение прекрашлется,что сопровождается приростом давления, Аикси— руемым датчиком 7 и ранним

0,03428 МПа/ С, с ткудл по Аормуле (3) находят модуль упругости (Е) материала образца, равный Е

6,998 МПа.

Применение предлагаемого технического решения позволяет определять указанные характеристики материллл эластичного Аормующего 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 клпиллярного вискозиметра типа Полимер

4 II

К-1, снаоженного дополнительно датчиком линейного перемещения, комплектом частей с нулевым коэффициентом термического расширения и заглушкой вместо капилляра.Для изготовления же образца не требуется никакой специальной оснастки.0н может быть отформован в матрице термостлтиронлнной ячейки.

Ф о р м у л л и з о б р е т е ) и я

Способ определения теплофизических и Аизико-механических характеристик изотропных эластомерных материалов, заключающийся в том,что испитуемый образец помещают в термостлтированную ячейку, нагревают и Аиксируют изменение его высоты в зависимости от изменения температуры, о тл и ч а ю шийся тем,что, с целью сокращения времени и количества оборудования, необходимого для определения физико-механичсских характеристик материала путем измерения за один цикл коэААициента линейного термического расширения, коэАфициента Пуассона и модуля упругости изотропных эластомеров, после достижения боковой поверхностью образца боковых стенок ячейки дополнительно фиксируют изменение его высоты в зависимости от изменения температуры, а после заполнения им всего обвемл ячейки фиксируют нарастание давления в ней в зависимости от изменения температуры, после чего по полученным данным расчитывают искомые коэффициенты.

1390527 фиг. 1

11 10

10 11

Фиа 2

Составитель А. Кульков

Техред М.Ходанич

Редактор С.Пекарь

Корректор В.Бутяга

Заказ 1760/42

Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР пo делаM изобретений и открbiTèé

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4