Способ прогнозирования долговечности изделий из полимеров

 

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.

союз советсиих социалистических

РЕСПУБЛИК д!) G 01 N 25/20, 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТИРЫТИЯМ

ilPH ГКНТ СССР (21) 4444663/24-25

1 (22) 20.06.88 (46) 15.04.90. Бюл. М 14 (71) Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт Производственного объединения "Севкабель" и Институт высокомолекулярных соединений АН СССР (72) Е.И. Глобус, В.К. Лаврентьев, М.В. Рогаткин и А.В. Сидорович (53) 536.6 (088.8) (56) Дифференциальный сканирующий калориметр ДСМ-2М: Техническое описание и инструкция по эксплуатации

П52, 825.010 ТО/АН СССР.

Авторское свидетельство СССР

М 890193, кл. G 01 N 25/20, 1980. (54) СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРОВ (57} Изобретение относится к физической химии полимеров, в частности к

Изобретение относится к физической химии полимеров, в частности к исследованию физических свойств полимерных материалов и изделий на нх основе с помощью термодинамических методов, и может быть использовано для прог нозирования их долговечности, Прямая оценка долговечности полимерных иэделий, предназначенных для длительной эксплуатации, невозможна в силу черезмерной длительности таких испытаний, В связи с этим созданы способы ускоренного прогнозирования долговечности изделий из полимеров.

„„SU„„1557500 А 1

2 исследоваиию 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. Пргноз долговечности составляют по изменению молекулярной характеристики. 2 нл., 4 табл.

Целью изобретения является повышение точности прогнозирования долговечности изделий из полимеров.

Проведение первого сканирующего нагрева, выдерживание навески при температуре (Т „„- 40 ) Т„ (Т„„- 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

1557500 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 зна" чение.

„10

Выдерживание навески при выбранной из заданного диапазона температуре перед вторым сканирующим нагревом приводит к изменению молекулярной ха" рактеристики причем зто изменение 15 .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 сканируюц|их нагревах навеску нагревают выше Т„„.

Наиболее чувствительным параметром изменения молекулярной характеристики 25 при кратковременном тепловом воздействии является температура дополнительного максимума, а параметром изменения молекулярной характеристики, отражающим процесс старения и независимым от различных исходных ха,рактеристик в разных точках изделия, будет разность температур дополни- > тельных максимумов на термограммах при первом и втором сканирующих нагревах.

35 !

Температура То должна быть близкой к Т „ для того, чтобы структурная реорганизация отражающая исходные ха 40 рактеристики полимера, протекала в степени, достаточной для определения на существующих калориметрических приборах.. В то же время экспериментально установлено, что при Т,г (Т„„- 45

10 ) могут произойти необратимые структурные изменения, некоррелированные с исходной структурой полимера. Снижение температуры Т ниже

Т вЂ” 40 приводит к увеличению врейл

50 мени эксперимента, так как структурная реорганизация в -полимере требует большого временного промежутка для изменения молекулярной характеристики, фиксируемого существующими ка55 лориметрическими приборами. ПовышеI ние точности прогноза при указанном параметре Т подтверждено конкретными примерами реализации способа.

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, поясняюц1ие приведенный пример прогнозирования долговечности радиочастотного кабеля марки PK 75-24-17.

На фиг ° 1 — термограммы плавления изоляционного ПЭ, Т д = 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. (Т„„ = 25 С) в течение 1 ч и охлаждения до комнатной температуры.

Пример. Определяют долговечность кабеля марки PK 75-24-17 с изоляцией иэ полиэтилена 107-01К. 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 кабели выдерживать без разрушения изгиб при температуре -30 С.

От изготовленных кабелей отрезают образцы длиной (2,0 -О,I) м, сворачивают их в бухту радиусом (0,5+0,05) м для создания изгибных напряжений и помещают в термокамеру при (85+1) С.

Через 100 ч вскрывают часть каждого кабеля и от изоляции в .наружном по отношению к изгибу месте отбирают

7 навесок ПЭ массой (1511) г.

Кажцую отобранную навеску эапресcoBbIBBIoT в стандартную кювету и помещают одну из них в измерительную ячейку калориметра ДСМ-2М. В эталонную ячейку помещают стандартную кювету с индием. Сканирующий нагрев проводят до 120 С. Термограммы регистрируют потенциометром КСП-4. Снижают о температуру до Т р = 80 С, т.е.

Т „„- 25, выдерживают навеску в режиме иэотерма .1 ч, что обеспечивает стабильное проявление дополнительного

1557500

20 (Т„,-40 ) ТО (Т -10 ), 30 1 Т1ср

Навеска, ¹

Температура

1 2 3 4 5 6 7

96,0 95,5 96.,0

84,5 83,5 83,5

11,5 12,0 t2 5

96,0 95,0

85,0 83,0

12,0 12,0

94,5 97,0

83,0 85,0

11,5 12,0.

Троп

Т„,„ Т, Таблица 2

Температуры дополнительных максимумов и значения dT для второго

1 варианта технологии (100 ч) Температура

Навеска, Р

1 1 l 1

95э О 95 вО 94 ° 5 94> 0 94ю О 96эО 95ю5

84,0 84,0 83,5 82,5 83,0 84,5 84,5

11,0 11 P 11 0 11 5 11 0 ff,ý 11,0

TAOA дпп

ЬТ, максимума при втором сканирующем нагреве. Затем ячейки охлаждают до (20+2) С и проводят повторный сканиру1 ющий нагрев до 120 С с регистрацие,. термограммы. На обеих термограммах определяют температуры, соответствующие дополнительным максимумам, и вычисляют их разность AT и аТ .

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

После 500 ч воздействия повышен- 15 ной температуры 85 С повторяют все операции и получают среднее значение

ВТ р (табл. 3 и 4).

В табл. 1 — 4 приведены также значения температур дополнительного максимума Т> „ и йТ для кабелей, изготовленных при различных технологических режимах.

При этом максимальное отклонение

ЙТ„ и ОТ от среднего значения 0,6 что составляет 5%.

Применение предлагаемого способа позволяет оптимизировать технологический режим изготовления кабелей.

При использовании способа повьппается

Температурь: дополнительных максимумов варианта технологии (точность прогноза долговечности из-. делий из полимеров.

Формула изобретения

Способ прогнозирования долговечности изделий из полимеров, заключающийся в физическом воздействии на образец полимера и периодическом контроле его молекулярной характеристики, определяемой путем сканирующегэ нагрева исследуемых навесок полимера и регистрации результатов нагрева на термограмме, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения точности прогнозирования, сканирующий нагрев каждой навески производят дважды, при этом перед вторым сканирующим нагревом навеску выдерживают при температуре Т, выбранной в диапазоне . где Т„„ — температура плавления полимера, а в ка:естве молекулярной характеристики, выбирают разность температур, соответствующих дополнительным максимумам на термограммах при первом и втором сканирующих нагревах.

Т а б л и ц а и значения ЛТ1 для первого

100 ч) 1557500

Таблица 3

Температуры дополнительных максимумов и значение ЬТ2 для первого варианта технологии (500 ч) Навеска, Р

1 1 1 1

1 2 3 4 5 6 7

14,6

Таблица 4

Температуры дополнительных максимумов и значение ДТ2 для второго варианта технологии (500 ч) Т 3 дТ2 ср

1 2 3 4 5 6 7

96,5 97,5 97 ° 5 98ю.О 97э5 97в0 97в0

83,0 84,0 84,0 84,0 83,5 83,5 83,0

1.3,5 13,5 13,5 14,0 14,0 13,5 14,0

13,7

Температура

Троп

ТдОл ьт

Темпера" тура

T4îï

Тдол ьт2

99,0 98,5

84,0 84,0

15,0 14,5

98 5 99 0 98 0 97 5 97 5

84,0 83,5 82,5 82,0 82,0

14 5 14 5 14 5 14 5 14 5

1557500 фиа2

Составитель В. Филатова

Техред А.Кравчук Корректор 0. Кравцова

Редактор E. Копча

Заказ 715 Тираж 504 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул. Гагарина, 101