Способ определения теплофизических и физико-механических характеристик изотропных эластомерных материалов

(57) Изобретение отти измерения теплоА ЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИХАНИЧЕСКИХ ХАРАКЭЛАСТОГ 1 ЕРНЫХ осится к обласзических и физиктеристик и моко-механических хар жет быть использова и определе го термиче о нии коэффиц кого расшир сона и моду ента л неиэффиости ия, ко и та Пуас тропного ль изобя упруг о матер кращени ластомеретения нала.е врем и и колиОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ЯО 139052 честна 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 ( 1 Е1 в зависимости от изменения температуры ( Т,1. Затем после достижения боковой поверхностью образца боковых стенок термостатированной ячейки измеряют относительное изменение высоты образца Л Е) в зависимости от изменения температуры ( д Т .После заполнения всего объема ячейки фиксируют изменение давления ( 4 Р) в ней в зависимости от изменения температуры ( ЛТ ), после чего рассчитывают коэффициент линейного термического расширения (о, коэффициент Пуассонаи модуль упругости (Е) по формулам Ы = д Е, /Д Т,;(1) ю=ЛТ,40 с Ей l о лТ т ) - 1 аЕ l(4 Т) + 1 50 55 Изобретение относится к области измерения теплофизических и физико- механических 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 материалов термокомпрессионным методом формования,Цель изобретения - сокращение времени и количества оборудования, необходимого для определения теплофизических и физико-механических характеристик материала путем измеренияза один цикл испытания коэффициента 20линейного термического расширения,коэффициента Пуассона и модуля упругости изотропного эластомера.Измерение изменения высоты образца при нагреве в свободном состоянии 25позволяет определить коэффициент линейного термического расширения (с) где дс, - относительное изменениевысоты 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 И ) по формуле где Л Г - относительное изменениевысоты образца до моментаисчезновения всего объемаячейки при его нагревена дт, С,Измерение прироста давления (лР)в ячейке после исчезновения всегообъема при нагреве образца на 5 Тпозволяет найти модуль упругости (Е)материала по формуле На фиг. 1-3 изображена схема прибора для определения названных характеристик изотропного эластомерного материала на различных стадияхиспытания, 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 7давления и через стержни 8 с нулевымкоэффициентом термического расширения - с датчиком 9 перемещения,индентор 10 которого, выполненный изтого же материала,что и стержни 8,опущен на верхний торец образцаи ограничитель 11 вертикального перемещения образца, скрепленный с термостатом 1 и основанием 12 болтами 13через теплоизоляторы 14,Определение характеристик проводят следующим образом.На подставку 5 устанавливают образец 4 с диаметром, меньшим диаметраячейки 3,причем зазор между стенкойячейки 3 и образцом 4,отнесенныйк радиусу образца, должен быть меньше зазора между ограничителем 11 иобразцом 4, отнесенного к высоте образца, затем собирают прибор, нагревают образец и фиксируют изменениевысоты образца с помощью индикатора9 перемещений. До тех пор, пока образец не достиг стенок ячейки (фиг.2)значения, показываемые иникатором 9перемещений, определяются изменением образца, коэффициентом линейноготермического расширения материалаобразца и его высотой (см. формулуВЬ(1), причем д Е =, где дЬизменение высоты образца, Ь - 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, коэффициентомПуассона образца, егь высотой и изменением температуры (см. формулу(2), После исчезновения всего объемаячейки, когда образец достигнет ограничителя 11 вертикального перемещения (фиг. 3) дальнейшее нагревание5сопровождается увеличением давления,которое фиксируется с помощью датчика 7 давления,Изменение давления определяетсяхарактеристиками материала образца(коэффициентом линейного термического расширения, коэффициентом Пуассона и модулем упругости) и изменением температуры (см. формулу (3),причем по индкатору 9 перемещенийследят за отсутствием изменений высоты образца 4. После этого по формулам (1) и (3) определяют искомыезначения характеристик.Ячейку 3, ограничитель 11, подставку 5, теплоизоляторы 6 и 13,болты 12 наиболее целесообразно изготавливать из материалов с нулевымкоэффициентом термического расширения,в противном случае погрешность, 25вносимую изменением их рлзмеров,необходимо учитывать,П р и м е р. В ячейку 3 диаметром10,0 мм помещают образец 4 из кремнийорганической резины ИРП,имеющий диаметр 9,65 мм, высоту10,1 мм (образцы изготавливают впресс-форме при 160+10 С в течение30 мин с последующей термообработкой 35при 200 ОС 24 ч),Собирают прибор,причем расстояние между ограничителем 11 вертикального перемещения иподставкой 5 устанавливают 10,76 мм.При нагреве образца изменение его 40высоты в зависимости от изменениятемпературы составляетдЬ,2,8 10 мм/С, следовательно,коэффициент линейного термического 45расширения (Ы) материала образца находят по формуле (1) как4 ЬЬ д 1,277,227 10 1/С, Г 1 ри нагреве образца до 150 С образец достигнет сте нок ячейки и изменение его высоты взависимости от изменения температурыпосле этого составляетйЬ7,8 хЮГз ох 10 мм / С, а коэффициент 11 уассона (1), вычисленный по формуле (2),равен 1 = 0,4717. При нагреве доо220 С образец полностью заполняет весь объем ячейки, его термическое расширение прекращается,что сопровождается приростом давления, фиксируемым датчиком 7 и равным0,03428 МПа/ С, откуда по формуле (3) находят модуль упругости (Е) материала образца, равный Е6,998 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 клпиллярного вискозиметра типа ПолимерК, 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.Он может быть отформован в матрице термостлтиронлнной ячейки. формула изобретения Способ определения теплофизических и физико-механических характеристик изотропных эластомерных материалов, заключающийся в том,что испитуемый образец помещают в термостлтированную ячейку, нагревают и фиксируют изменение его высоты в зависимости от изменения температуры, о тл и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью сокращения времени и количестваоборудования, необходимого для определения физико-механических характеристик материала путем измеренияза один цикл коэффициента линейноготермического расширения, коэффициента Пуассона и модуля упругостиизотропных эластомеров, после достижения боковой поверхностью образцабоковых стенок ячейки дополнительнофиксируют изменение его высоты в зависимости от изменения температуры,а после заполнения им всего обвемлячейки фиксируют нарастание давления в ней в зависимости от изменениятемпературы, после чего по полученным данным расчитывают искомые коэффициенты,1390527 Фиг. 7 77 70 10 77 Фиа 2 Составитель А.КульковТехред М,Ходанич Редактор С.Пекарь Корректор В,Бутяга Заказ 1760/42 Тираж 847 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открьтий113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4