Снижение шумов на термограмме при определении структурных переходов в полимерах | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Кацуба Д. С., Сысоева Е. Н., Токарева Е. В., Ярмизина А. Ю., Комбаров Д. А. Снижение шумов на термограмме при определении структурных переходов в полимерах // Молодой ученый. — 2014. — №3. — С. 293-297. — URL https://moluch.ru/archive/62/9486/ (дата обращения: 21.10.2018).

Полимеры находят широкое применение в различных отраслях промышленности, что вызвано разнообразием их свойств, которые можно изменять при применении новых технологий. Информация о структурных переходах в полимерах необходима для назначения технологических режимов их переработки в изделия [1, 2].

В общем случае полимеры подразделяются на твердые (полиэтилен, поливинилхлорид, Капролон В, политетрафторэтилен и др.) и мягкие (резина, эластомеры и т. д.). К наиболее распространенным твердым полимерам относят Капролон В и политетрафторэтилен (фторопласт). Капролон В (ТУ 6–14–29–96) представляет собой высокомолекулярный продукт анионной полимеризации ε-капролактама в присутствии щелочных катализаторов и различных активаторов [1]. Выпускается в виде блоков и заготовок различных массы и размеров. Капролон В применяется как конструкционный и антифрикционный материал для изготовления крупногабаритных толстостенных или нестандартных изделий, получаемых механической обработкой блоков и заготовок различного назначения [1, 2]. Структурный переход в Капролоне В происходит при температуре 25 °С [1], при этом гексагональная решетка перестраивается в моноклинную при кристаллической фазе полимера. Фторопласт используется в различных отраслях промышленности, в том числе в качестве конструкционного или изоляционного материала [3]. На сегодняшний день одной из наиболее популярных разновидностей фторопласта считается коксонаполненный фторопласт (Ф4К20), который получается с использованием помощью метода плоскощелевой экструзии. Листы, выполненные из этого материала, характеризуются повышенной ударопрочностью, значительной атмосферостойкостью, отличной формуемостью, гибкостью и способностью к горячей сварке. Изделия из Ф4К20 обладают способностью выдерживать воздействия таких агрессивных сред как этиленгликоль, серная, дымящая азотная, фосфорная, фтористоводородная и соляная кислоты, амины, щелочи, хлорированные и ароматические углеводороды, влажный и сухой хлор и пр. На сегодняшний день коксонаполненный фторопласт используются в цветной и черной металлургии, химической промышленности, электротехнике и авиастроении. В Ф4К20 происходят структурные твердофазные переходы в кристаллической фазе при температурах 19,6 °С и 30 °С, которые сопровождаются поглощением теплоты и являются весьма удобными с точки зрения их обнаружения в ходе лабораторных исследований на различных устройствах.

Структурные переходы в Ф4К20 и Капролоне В были также обнаружены методом неразрушающего контроля температурных характеристик структурных переходов в полимерах, который основан на модели распространения тепла в плоском полупространстве [4–8], реализованным в информационно-измерительной системе (ИИС) [9, 10].

На рис. 1 и 2 представлены термограммы для изделий из Ф4К20 и Капролона В. Условия опытов: радиус нагревателя R = 4×10–3 м; толщина изделия Hи = 7×10–3 м; мощность на нагревателе N = 0,7 Вт; временной шаг измерения температуры Dt = 0,5 с [1, 2, 8]. Подложка зонда из пенополиуретана толщиной Hп = 20×10–3 м. Начальная температура изделия из Ф4К20 Tн = 24 °С, а из Капролона В — Tн = 17 °С. Скорость нагрева v = 10 °C/мин для изделия из Ф4К20, для Капролона В — v = 13 °C/мин на рабочем участке (II) термограммы (рис. 5 и 6).

Рис. 1 Термограмма для изделия из Ф4К20

Рис. 2 Термограмма для изделия из Капролона В

Оценки дисперсий текущих параметров d1i и d0iна рабочем участке, в случае отсутствия структурного твердофазного перехода, можно считать постоянными, их рассчитывают по формулам, представленным в [4–8]. Если в исследуемом изделии происходит структурный твердофазный переход, сопровождающийся тепловым эффектом, то значения текущих параметров d1i и d0i существенно изменяются в узком температурном интервале. Построив зависимость одного из текущих параметров d1i, d0i(или их дисперсий , ) от температуры изделия (), по характерным сигналам определяют температурные интервалы структурных твердофазных переходов в полимерах [4, 6]. На рис. 3 и 4 представлены графические зависимости для изделий из Ф4К20 и Капролона В соответственно.

Рис. 3 Зависимость , построенная по термограмме для изделия из Ф4К20

Рис. 4 Зависимость , построенная по термограмме для изделия из Капролона В

При регистрации термограммы в результате эксперимента возникают наводки, и наблюдается некоторая нестабильность мощности на нагревателе [3]. Некоторая зашумленность термограммы проявилась затем и на графической зависимости , которую можно снизить с помощью коррекции.

Для получения скорректированных термограмм использовали пакет прикладных программ для статистической обработки данных Advanced Grapher Version 2.2. Критериями для принятия аппроксимирующей функции при описании экспериментальной термограммы являлись [3]: наибольшее значение множественного коэффициента детерминации R2 и наименьшее значение стандартной ошибки аппроксимации ε (табл. 1).

Таблица 1

Аппроксимирующая функция для экспериментальной термограммы

Рисунок

Уравнение для термограммы

R2

ε

3

T(t) = (8,351023·10(-17))·t7 - (1,6282566·10(-13))·t6 +

+ (1,3116676·10(-10))·t5 - (5,7076589·10(-8))·t4 +

+ (1,4926557·10(-5))·t3 - 0,0025392·t2 + 0,3083838·t+

+ 23,6932367

0,999

0,086

4

T(t)= (3,2562317·10(-21))·t9 - (7,4501648·10(-18))·t8 +

+ (7,259254·10(-15))·t7 - (3,9451117·10(-12))·t6 +

+ (1,3194481·10(-9))·t5 - (2,848452·10(-7))·t4 +

+ (4,1309381·10(-5))·t3 - 0,0043347·t2 + 0,3766347·t +

+ 16,8768816

0,998

0,291

Значения скорости изменения температуры (рис. 5 и 6) получены по термограммам, которые аппроксимированы полиномом (см. табл. 1).

Рис. 5 Скорость изменения температуры для изделия из Ф4К20

Рис. 6 Скорость изменения температуры для изделия из Капролона В

При структурном переходе в полимере, который сопровождается тепловым эффектом, значения текущих параметров d0i существенно изменяются в узких временном и температурном интервалах [9]. Построив зависимость текущих параметров d0i или дисперсий  от температуры изделия (), по сигналам определяем температуру структурных переходов в полимерах при 30 °С в коксонаполненном фторопласте марки Ф4К20 и в Капролоне В при 25 °С (рис. 7 и 8).

Рис. 7 Зависимость  для изделия из Ф4К20

Рис. 8 Зависимость  для изделия из Капролона В

Таким образом, с помощью аппроксимации термограмм в методе неразрушающего контроля температурных характеристик структурных переходов в полимерах возможно построить графические зависимости , на которых явно проявляются структурные переходы в виде полезных сигналов.

Литература:

1.         Статистическая обработка результатов неразрушающего контроля теплофизических свойств полимеров / Н. П. Жуков, Н. Ф. Майникова, А. А. Балашов, С. С. Никулин. — Москва, 2004. — 21 с. — Деп. в ВИНИТИ 20.04.2004, № 657-В2004.

2.       Статистическая обработка результатов неразрушающего контроля температурно-временных характеристик структурных превращений в полимерах / Н. Ф. Майникова, Н. П. Жуков, А. А. Балашов, С. С. Никулин. — Москва, 2004. — 14 с. — Деп. В ВИНИТИ 20.04.2004, № 658-В2004.

3.       Балашов, А. А. Реализация метрологического эксперимента в информационно-измерительной системе на политетрафторэтилене / А. А. Балашов, Д. С. Кацуба // Технические науки: теория и практика: материалы II Международ. науч. конф. (г. Чита, январь 2014 г.). — Чита: Издательство Молодой ученый, 2014. — С. 85–87.

4.       Метод неразрушающего контроля температурных характеристик структурных переходов в полимерах / Н. П. Жуков, Н. Ф. Майникова, И. В. Рогов, А. А. Балашов // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В. И. Вернадского. — 2010. № 1–3. — С. 253–259.

5.       Об одном методе термического анализа для неразрушающего контроля теплофизических свойств полимеров / Н. Ф. Майникова, Ю. Л. Муромцев, И. В. Рогов, А. А. Балашов // Пластические массы. — 2001. № 2. — С. 30–33.

6.       Об одном методе исследования твердофазных переходов в полимерах / Н. Ф. Майникова, Ю. Л. Муромцев, Н. П. Жуков, А. А. Балашов // Пластические массы. — 2002. № 6. — С. 23–26.

7.       Моделирование процесса теплопереноса от плоского источника тепла при теплофизических измерениях / Ю. Л. Муромцев, Н. П. Жуков, Н. Ф. Майникова, И. В. Рогов, А. А. Балашов // Вестник ТГТУ. — 1999. Т. 5, № 4. — С. 543–552.

8.       Определение условий адекватности модели распределения тепла в плоском полупространстве реальному процессу при теплофизическом контроле / Н. Ф. Майникова, Н. П. Жуков, А. А. Балашов, С. С. Никулин // Вестник ТГТУ. — 2006. Т. 12, № 3–1. — С. 610–616.

9.       Балашов, А. А. Информационно-измерительная система неразрушающего контроля температурных характеристик структурных переходов в полимерах / А. А. Балашов, Н. П. Жуков, Н. Ф. Майникова // Приборы. — 2010. — № 12(126). — С. 53–57.

10.   Балашов, А. А. Проектирование информационно-измерительной системы для экспресс-контроля твердофазных переходов в полимерах / А. А. Балашов [и др.] // Современные информационные технологии. — 2012. № 15. — С. 19–21.

Основные термины (генерируются автоматически): изделие, зависимость, термограмма, полимер, переход, неразрушающий контроль, структурный переход, структурный твердофазный переход, тепловой эффект, рабочий участок.


Похожие статьи

Метод неразрушающего теплового контроля твердофазных...

Информация о структурных переходах в полимерах необходима, прежде всего, для назначения технологических режимов их переработки в изделия и последующей эксплуатации. Известны способы неразрушающего контроля...

Исследование температурных полей в методе неразрушающего...

Известны контактные зондовые методы неразрушающего контроля (НК), позволяющие определять теплофизические свойства (ТФС) твердых материалов и температурные характеристики структурных переходов в полимерах [1–3].

Измерительная система неразрушающего теплового контроля...

Известны ИС, реализующие контактный зондовый метод НК ТФС и НК структурных переходов в полимерных материалах (ПМ) по изменениям их ТФС с ростом температуры. Теплофизические свойства определяют по рабочим участкам термограмм...

Имитационное моделирование процесса теплопереноса с учетом...

структурный переход, исследуемое изделие, треугольная форма, термограмма, тепловая активность, COMSOL, прямоугольная форма, плоское полупространство, имитационное моделирование, форма параболы.

Моделирование температурных полей при реализации метода...

...через температурный отклик (термограмму) исследуемого объекта на тепловое воздействие, которому подвергается образец (или изделие) в специально

Метод неразрушающего теплового контроля твердофазных превращений в полимерных материалах.

О регуляризации теплового процесса при неразрушающем...

...ТФС основываясь только на участках термограммы, соответствующих регуляризации теплового режима в области нагревателей и термоприемников, то

Метод неразрушающего теплового контроля твердофазных превращений в полимерных материалах.

Оптимизация конструкции измерительного устройства...

Оптимизация конструкции измерительного устройства, реализующего неразрушающий контроль полимерных материалов.

При температуре T = Tп материал 1 имеет фазовый переход (ФП), сопровождающийся тепловым эффектом .

Определение толщины защитных покрытий | Статья в журнале...

Структурная схема ИС, реализующей метод НК толщины покрытий в двухслойных полимерно-металлических изделиях, представлена на рис. 3.

На рис.4б показана зависимость Т = f( ), по которой выделен рабочий участок термограммы.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Метод неразрушающего теплового контроля твердофазных...

Информация о структурных переходах в полимерах необходима, прежде всего, для назначения технологических режимов их переработки в изделия и последующей эксплуатации. Известны способы неразрушающего контроля...

Исследование температурных полей в методе неразрушающего...

Известны контактные зондовые методы неразрушающего контроля (НК), позволяющие определять теплофизические свойства (ТФС) твердых материалов и температурные характеристики структурных переходов в полимерах [1–3].

Измерительная система неразрушающего теплового контроля...

Известны ИС, реализующие контактный зондовый метод НК ТФС и НК структурных переходов в полимерных материалах (ПМ) по изменениям их ТФС с ростом температуры. Теплофизические свойства определяют по рабочим участкам термограмм...

Имитационное моделирование процесса теплопереноса с учетом...

структурный переход, исследуемое изделие, треугольная форма, термограмма, тепловая активность, COMSOL, прямоугольная форма, плоское полупространство, имитационное моделирование, форма параболы.

Моделирование температурных полей при реализации метода...

...через температурный отклик (термограмму) исследуемого объекта на тепловое воздействие, которому подвергается образец (или изделие) в специально

Метод неразрушающего теплового контроля твердофазных превращений в полимерных материалах.

О регуляризации теплового процесса при неразрушающем...

...ТФС основываясь только на участках термограммы, соответствующих регуляризации теплового режима в области нагревателей и термоприемников, то

Метод неразрушающего теплового контроля твердофазных превращений в полимерных материалах.

Оптимизация конструкции измерительного устройства...

Оптимизация конструкции измерительного устройства, реализующего неразрушающий контроль полимерных материалов.

При температуре T = Tп материал 1 имеет фазовый переход (ФП), сопровождающийся тепловым эффектом .

Определение толщины защитных покрытий | Статья в журнале...

Структурная схема ИС, реализующей метод НК толщины покрытий в двухслойных полимерно-металлических изделиях, представлена на рис. 3.

На рис.4б показана зависимость Т = f( ), по которой выделен рабочий участок термограммы.

Задать вопрос