RU2250453C1 - Method of non-destructive control of thermal-physical characteristics and temperature transitions of thermoplastic materials - Google Patents
Method of non-destructive control of thermal-physical characteristics and temperature transitions of thermoplastic materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2250453C1 RU2250453C1 RU2004111221/28A RU2004111221A RU2250453C1 RU 2250453 C1 RU2250453 C1 RU 2250453C1 RU 2004111221/28 A RU2004111221/28 A RU 2004111221/28A RU 2004111221 A RU2004111221 A RU 2004111221A RU 2250453 C1 RU2250453 C1 RU 2250453C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thermal
- temperature
- heater
- line
- source
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области исследования теплофизических характеристик, определения температурных переходов термопластов и может быть использовано при выборе технологических режимов переработки их в изделия и детали формованием в твердой фазе.The present invention relates to the field of research of thermophysical characteristics, determination of temperature transitions of thermoplastics and can be used in the selection of technological modes of processing them into products and parts by molding in solid phase.
Известны способы определения температурных переходов в диапазоне от комнатной до температуры стеклования ТС аморфных и температуры плавления Тпл кристаллических термопластов линейной дилатометрией, по температурным зависимостям тангенса угла механических и диэлектрических потерь (см., например, Баронин Г.С., Кербер М.Л., Минкин Е.В., Радько Ю.М. Переработка полимеров в твердой фазе (физико-химические основы). М.: Машиностроение. - 2002. 320 с.).Known methods for determining temperature transitions in the range from room to glass transition temperature T C amorphous and melting temperature T PL crystalline thermoplastics by linear dilatometry, according to the temperature dependences of the tangent of the angle of mechanical and dielectric losses (see, for example, Baronin G.S., Kerber M.L. ., Minkin E.V., Radko Yu.M. Processing of polymers in the solid phase (physicochemical bases). M.: Mechanical Engineering. - 2002. 320 p.).
Недостатками этих способов являются:The disadvantages of these methods are:
1) необходимость проведения исследования на образцах строго определенной формы и размеров;1) the need for research on samples of a strictly defined shape and size;
2) сложность и громоздкость системы, обеспечивающей нагрев исследуемого образца с заданной скоростью.2) the complexity and bulkiness of the system, which ensures heating of the test sample at a given speed.
Известен способ определения температурных переходов термопластов (см., например, Годовский Ю.К. Теплофизические методы исследования полимеров. М.: Химия, 1976. 216 с.) по температурным зависимостям теплофизических характеристик (коэффициентов теплопроводности λ и температуропроводности а), изломы на которых соответствуют температурам релаксационных структурных переходов.A known method for determining the temperature transitions of thermoplastics (see, for example, Godovsky Yu.K. Thermophysical methods for studying polymers. M: Chemistry, 1976. 216 p.) By the temperature dependences of thermophysical characteristics (thermal conductivity λ and thermal diffusivity a ), on which correspond to the temperatures of relaxation structural transitions.
Недостатками этого способа являются:The disadvantages of this method are:
1) необходимость использования специальных образцов исследуемого термопласта;1) the need to use special samples of the studied thermoplastics;
2) исследование должно проводиться в специальной термокамере, снабженной системой термоизоляции и термостатирования;2) the study should be carried out in a special heat chamber equipped with a thermal insulation and temperature control system;
3) невозможность, по указанным выше причинам, использования этого способа в производственных условиях при выборе режимов формования различных заготовок термопластов.3) the impossibility, for the reasons stated above, of using this method in a production environment when choosing molding modes for various thermoplastics blanks.
В качестве прототипа принят способ определения теплофизических характеристик (ТФХ) термопластов и зависимости изменения этих характеристик от температуры (см., например, Богданов В.В. Методы исследования технологических свойств пластмасс. Учебное пособие. Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1970. - 178 с.), состоящий в нагреве по линейному закону исследуемого образца в виде пластины заданной толщины, приведенной в плотный контакт по обеим ограничивающим поверхностям с эталонными образцами, измерении температуры в центре испытуемого образца, а также между эталоном и поверхностью образца; в вычислении искомых теплофизических характеристик по известным соотношениям с последующим построением зависимостей ТФХ от температуры нагрева образца, по изломам на которых определяют температурные переходы исследуемого термопласта.As a prototype, a method for determining the thermophysical characteristics (TFC) of thermoplastics and the dependence of changes in these characteristics on temperature has been adopted (see, for example, V.V. Bogdanov, Methods for Studying the Technological Properties of Plastics. Textbook. L .: Leningrad University Press, 1970. - 178 p.), Consisting in heating according to the linear law of the test sample in the form of a plate of a given thickness, brought into tight contact on both bounding surfaces with the reference samples, measuring the temperature in the center of the test sample ca, as well as between the standard and the sample surface; in the calculation of the desired thermophysical characteristics according to well-known relationships, followed by the construction of the dependences of the thermal characteristics on the heating temperature of the sample, according to the kinks on which the temperature transitions of the studied thermoplast are determined.
Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:
1) необходимость изготовления специальных образцов из термопласта установленной формы и размеров, что исключает возможность определения температурных переходов в производственных условиях у исходных заготовок и готовых изделий без их разрушения;1) the need to manufacture special samples from thermoplastic of the established shape and size, which eliminates the possibility of determining temperature transitions in production conditions at the initial workpieces and finished products without their destruction;
2) необходимость применения эталонных образцов, усложняющих аппаратурное оформление реализации способа, а также снижающих точность измерения, так как ТФХ теплофизических эталонов определяются с погрешностью не менее 5-7%, что существенно увеличивает общую погрешность способа-прототипа;2) the need to use reference samples that complicate the hardware design of the implementation of the method, as well as reduce the measurement accuracy, since the thermal characteristics of thermophysical standards are determined with an error of at least 5-7%, which significantly increases the overall error of the prototype method;
3) непригодность использования для реальных производственных условий сложной и громоздкой термоизолированной камеры с жидкостью и перемешивающим устройством для создания заданного режима нагрева исследуемого образца и эталонов.3) the unsuitability of using a complex and bulky thermally insulated chamber with liquid and a mixing device for real production conditions to create a given heating mode for the test sample and standards.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение оперативности и точности определения в производственных условиях ТФХ и температурных переходов заготовок из термопластов без их разрушения для назначения оптимальных режимов формования термопластов в твердой фазе.The technical task of the invention is to increase the efficiency and accuracy of determining the production characteristics of thermal characteristics and temperature transitions of blanks from thermoplastics without destroying them to assign optimal molding conditions for thermoplastics in the solid phase.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе неразрушающего контроля теплофизических характеристик и температурных переходов термопластов, заключающемся в нагреве исследуемого образца по линейному закону в заданном диапазоне температур, расчете по известным соотношениям теплофизических характеристик и определении зависимости их от изменения температуры нагрева, на заготовку из термопласта помещают малогабаритный измерительный зонд, внутри корпуса которого находится охранный теплоизолятор, на контактной поверхности которого закрепляют кремниевую подложку, на внешней поверхности которой по эпитаксиально-диффузионной технологии изготовлены высокоомный линейный нагреватель (источник тепла) и на линии его действия, а также на заданных расстояниях по обе стороны от линии источника и симметрично ей, термобатареи из полупроводниковых терморезисторов, причем термобатареи располагают на линиях, параллельных линии действия источника тепла, количество терморезисторов, скоммутированных в термобатарею, берут не менее 10 штук на каждой линии, а выводы от каждой термобатареи с помощью коммутационной схемы из пленочных проводников подсоединяют к разъему, закрепленному на внутренней поверхности кремниевой подложки, в свою очередь, разъем термобатарей через коммутатор подключают к измерительной схеме (мост постоянного тока), выход которой через устройство ввода-вывода соединяют с микропроцессором, а линейный нагреватель с импульсным источником напряжения, затем осуществляют тепловое воздействие от линейного источника единичным тепловым импульсом, определяют время релаксации τ рел температурного поля на линии температурного поля на линии действия источника и минимальную частоту подачи тепловых импульсов по соотношению Fmin=1/τ рел, далее осуществляют тепловое воздействие от источника тепла, увеличивая частоту подачи импульсов до тех пор, пока скорость нагрева исследуемого образца не станет равной заранее заданной величине (не более 1° в минуту), после этого подключают к измерительной схеме поочередно термобатареи, расположенные по обе стороны от нагревателя, начиная с ближайших от линии действия нагревателя, на основе информации о температурно-временных изменениях в контролируемых точках рассчитывают теплофизические характеристики исследуемого термопласта и темп нагрева, по мере нагрева образца фиксируют температуры, при которых происходит скачкообразное изменение ТФХ и темпа нагрева в контролируемых точках, затем через коммутатор подключают к измерительной схеме следующую по удалению от нагревателя пару термобатарей, фиксируют температуру, при которой происходит изменение темпа нагрева и ТФХ на этом расстоянии, аналогичные операции осуществляют для всех термобатарей, заканчивая самой удаленной парой от нагревателя, полученные значения температурных переходов и ТФХ для всех точек контроля усредняют в микропроцессоре и результаты выводят на индикаторное устройство, по мере нагрева исследуемой заготовки, производя вышеописанные процедуры, определяют следующий температурный переход и т.д., а полученные результаты фиксируют в оперативной памяти микропроцессора.The stated technical problem is achieved by the fact that in the method of non-destructive testing of thermophysical characteristics and temperature transitions of thermoplastics, which consists in heating the test sample according to a linear law in a given temperature range, calculating from known ratios of thermophysical characteristics and determining their dependence on changes in heating temperature, on a thermoplastic billet place a small-sized measuring probe, inside the case of which there is a protective heat insulator, on the contact surface which fix a silicon substrate, on the outer surface of which, using an epitaxial-diffusion technology, a high-resistance linear heater (heat source) is made and on the line of its action, as well as at specified distances on both sides of the source line and symmetrically to it, the thermopile of semiconductor thermistors, and thermal batteries are placed on lines parallel to the action line of the heat source, the number of thermistors connected to the thermal battery, take at least 10 pieces on each line, and the conclusions about t of each thermopile using a switching circuit of film conductors is connected to a connector fixed on the inner surface of the silicon substrate, in turn, the connector of the thermopile through a switch is connected to a measuring circuit (DC bridge), the output of which is connected to a microprocessor through an input / output device, and the linear heater with a pulse voltage source and then carry out the thermal effect from the linear thermal source unit momentum relaxation time τ determined by those rel -temperature field on the line of the temperature field on the source line of action and a minimum flow rate of the heat pulse ratio F min = 1 / τ rel further perform thermal influence from the heat source, increasing the pulse frequency as long as the test sample heating rate becomes equal to a predetermined value (not more than 1 ° per minute), after that the thermopiles located on both sides of the heater, starting from the ones closest to the line of action of the heater, are connected to the measurement circuit in turn Thermophysical characteristics of the thermoplastic under study and the heating rate are calculated using information on the temperature-time changes at controlled points; as the sample is heated, the temperatures are recorded at which an abrupt change in the TFC and the heating rate at controlled points are recorded, then the next remote from the measurement circuit is connected to the measurement circuit the heater a couple of thermopiles, fix the temperature at which the heating rate and the TFC change at this distance, similar operations are carried out They are used for all thermal batteries, ending with the farthest pair from the heater, the obtained values of temperature transitions and thermal characteristics for all control points are averaged in the microprocessor and the results are displayed on the indicator device, as the test piece is heated, performing the above procedures, the next temperature transition is determined, etc. ., and the results are recorded in the microprocessor RAM.
Практически способ реализуется следующим образом. На заготовку из термопласта 1 (см. фиг.1), предназначенную для формования в твердой фазе, помещают малогабаритный измерительный зонд 2, внутри корпуса которого находится охранный теплоизолятор 3, на контактной поверхности которого закрепляют кремниевую подложку 4. На внешней поверхности подложки по эпитаксиально-диффузионной технологии изготовлены высокоомный линейный нагреватель 5 (источник тепла) и на линии его действия, а также на заданных расстояниях по обе стороны от линии источника и симметрично ей, термобатареи 6 из полупроводниковых терморезисторов (см. фиг.2). Термобатареи располагают на линиях, параллельных линии действия источника тепла. Количество терморезисторов, скоммутированных в термобатарею не менее 10 штук на каждой линии. Выводы от каждой термобатареи с помощью коммутационной схемы из пленочных проводников подсоединяют к разъему 7, закрепленному на внутренней поверхности кремниевой подложки (см. фиг.3). Разъем термобатарей через коммутатор 8 подключают к измерительной схеме 9 (мост постоянного тока), выход которой через устройство ввода-вывода 10 соединяют с микропроцессором 11, а линейный нагреватель - с импульсным источником напряжения 12.In practice, the method is implemented as follows. On a blank of thermoplastic 1 (see Fig. 1), designed for molding in the solid phase, a small-sized measuring probe 2 is placed, inside the case of which there is a protective heat insulator 3, on the contact surface of which a silicon substrate is fixed 4. On the outer surface of the substrate, epitaxially By diffusion technology, a high-resistance linear heater 5 (heat source) was manufactured both on the line of its action, as well as at specified distances on both sides of the source line and symmetrically to it,
Управление работой импульсного источника тепла 12 осуществляется микропроцессором 11 через устройство ввода-вывода 10, а результаты эксперимента могут быть вызваны оператором в любое время на индикатор 13.The operation of the pulsed heat source 12 is controlled by the microprocessor 11 through the input-output device 10, and the results of the experiment can be called by the operator at any time on the indicator 13.
Сущность способа заключается в следующем.The essence of the method is as follows.
Вначале осуществляют тепловое воздействие на термопласт от источника тепла единичным тепловым импульсом мощностью q0 [Дж/м]. При этом определяют время релаксации температурного поля τ рел как интервал времени от момента нанесения теплового импульса на поверхность исследуемого образца до момента, когда контролируемая избыточная температура на линии действия источника станет равной первоначальной температуре или на 2-3% выше ее первоначального значения (фиг.4а). В этом цикле измерения, по команде с микропроцессора 11, коммутатор 8 подключает термобатарею, расположенную на линии нагревателя, к мостовой схеме 9, информация с которой через устройство 10 поступает в микропроцессор 11. Здесь по соответствующей подпрограмме, реализующей алгоритм нахождения интервала времени τ рел, через операцию компарирования текущего значения контролируемой температуры и наперед заданного значения температуры определяют минимальную частоту подачи тепловых импульсов по соотношению Fmin=1/τ pел, при которой не будет происходить роста избыточной температуры в точке контроля, если осуществляется воздействие тепловыми импульсами от источника с этой частотой. Далее осуществляют тепловое воздействие от источника тепла, увеличивая частоту подачи импульсов в соответствии с законом:First, a thermal effect on the thermoplast from the heat source is carried out with a single heat pulse with a power of q 0 [J / m]. In this case, the relaxation time of the temperature field τ rel is determined as the time interval from the moment of applying a heat pulse to the surface of the sample to the moment when the controlled excess temperature on the line of action of the source becomes equal to the initial temperature or 2-3% higher than its initial value (figa ) In this measurement cycle, at the command of microprocessor 11, the switch 8 connects the thermal battery located on the heater line to the bridge circuit 9, the information from which passes through the device 10 to the microprocessor 11. Here, according to the corresponding subprogram, which implements the algorithm for finding the time interval τ rel , through the operation of calibration of the current value of the controlled temperature and temperature preassigned values define the minimum frequency supplying heat pulses from the ratio F min = 1 / τ pel, at which there is no prospect growth proceed excess temperature at the control point, if heat exposure is performed by pulses from a source at this frequency. Next, carry out the thermal effect from the heat source, increasing the frequency of the pulse in accordance with the law:
Fi=Fmin+Δ Fi, (1)F i = F min + Δ F i , (1)
где Δ T(τ )=Tзад-Т(τ ) - разность между наперед заданным значением и текущим значением контролируемой температуры (см. фиг.4б); Δ Ti=Tзад-Т(τ ) - разность между заданным и текущим значением температуры в моменты времени, определяемые в соответствии с формулой:where Δ T (τ) = T ass -T (τ) is the difference between the previously set value and the current value of the controlled temperature (see fig.4b); Δ T i = T ass -T (τ) is the difference between the set and the current temperature at the time points determined in accordance with the formula:
где К1-К4 - коэффициенты пропорциональности, определяемые экспериментальным путем по методике настройки ПИД-регуляторов (см. фиг.4б), τ min - минимальный начальный интервал времени определения разности Δ Ti.where K 1 -K 4 are the proportionality coefficients, determined experimentally by the method of tuning the PID controllers (see fig.4b), τ min is the minimum initial time interval for determining the difference Δ T i .
Изменение во времени значения Tзад(τ ) устанавливаются таким образом, чтобы скорость нагрева исследуемого образца не была бы выше определенной величины, например 1° С в минуту. Это обеспечивает более полное протекание релаксационных процессов в термопластах и гарантирует точное определение температурных переходов.The time change in the values of T ass (τ) are set so that the heating rate of the test sample is not higher than a certain value, for example 1 ° C per minute. This provides a more complete course of relaxation processes in thermoplastics and ensures accurate determination of temperature transitions.
Увеличение частоты следования тепловых импульсов Fi в начальной стадии нагрева в соответствии с заданным (установленным) законом ((1)-(2)) осуществляется до тех пор, пока не выполнится условие Δ T=Tзад-T(τ )≤ ε , где ε ≤ 0,01° С, при этом источник тепла будет подавать импульсы с частотой Fx (см. фиг.4в).The increase in the frequency of repetition of thermal pulses F i in the initial stage of heating in accordance with a given (established) law ((1) - (2)) is carried out until the condition Δ T = T ass -T (τ) ≤ ε, where ε ≤ 0.01 ° C, while the heat source will deliver pulses with a frequency of F x (see figv).
Затем коммутатор по команде с процессора 11 подключает к измерительной схеме 9 термобатареи, расположенные по обе стороны от нагревателя на ближайшем расстоянии от него (например, хj=1 мм при j=1).Then, at the command of the processor 11, the switch connects to the measuring circuit 9 thermal batteries located on both sides of the heater at the closest distance from it (for example, x j = 1 mm with j = 1).
Из теплофизики известно (см., например, Кондратьев Г.М. Регулярный тепловой режим / Г.М.Кондратьев. М.: Гостехиздат, 1954. 408 с.), что при монотонном подводе тепла к исследуемому образцу за начальной стадией следует наступление упорядоченного (регулярного) теплового режима, который характеризуется тем, что скорость изменения логарифма избыточной температуры во времени (темп) постоянна, т.е.From thermophysics it is known (see, for example, G. Kondratiev, Regular thermal regime / G. M. Kondratyev. M.: Gostekhizdat, 1954. 408 p.) That with a monotonous supply of heat to the test sample, the onset of the ordered phase follows (regular) thermal regime, which is characterized by the fact that the rate of change of the logarithm of the excess temperature over time (pace) is constant, i.e.
где Δ Ti(xj)=Ti(xj)-Ti-1(xj), ∂ τ i=τ i-τ i-1, хj - j-я точка контроля избыточной температуры Δ T(хj), в данном случае (на первом этапе j=1), m - темп нагрева, i=1, 2,... , n.where Δ T i (x j ) = T i (x j ) -T i-1 (x j ), ∂ τ i = τ i -τ i-1 , x j is the jth point of control of excess temperature Δ T ( x j ), in this case (at the first stage j = 1), m is the heating rate, i = 1, 2, ..., n.
При достижении температур релаксационных переходов у термопластов происходит скачкообразное изменение их теплофизических характеристик, в частности коэффициента температуропроводности. Поскольку в соответствии с первой теоремой Г.М.Кондратьева темп нагрева прямо пропорционален коэффициенту температуропроводности:Upon reaching the temperatures of relaxation transitions in thermoplastics, an abrupt change in their thermophysical characteristics occurs, in particular, the thermal diffusivity. Since, in accordance with the first theorem of G.M. Kondratiev, the heating rate is directly proportional to the coefficient of thermal diffusivity:
где а - коэффициент температуропроводности; Кn - критерий Кондратьева, Rν - обобщенный геометрический параметр, зависящий от размера и формы исследуемого образца, то температурный переход проявляется скачкообразным изменением термограммы (изменение угла наклона) и, соответственно, темпа нагрева. Это четко фиксируется в микропроцессоре, который с заданным шагом дискретизации Δ τ i непрерывно обрабатывает термограммы нагрева в заданных точках хj, определяя темп нагрева и его изменение во времени. По мере нагрева исследуемой заготовки температурные переходы обнаруживаются в точках контроля по мере удаления от источника тепла, т.е. по мере достижения тепловой волной температурных переходов в каждой из контролируемых точек.where a is the coefficient of thermal diffusivity; To n is Kondratiev’s criterion, Rν is a generalized geometric parameter depending on the size and shape of the test sample, then the temperature transition is manifested by an abrupt change in the thermogram (change in the angle of inclination) and, accordingly, the heating rate. This is clearly fixed in the microprocessor, which with a given sampling step Δ τ i continuously processes the heating thermograms at given points x j , determining the heating rate and its change in time. As the test piece is heated, temperature transitions are detected at the control points as they move away from the heat source, i.e. as the heat wave reaches temperature transitions at each of the controlled points.
Для увеличения чувствительности определения температурных переходов по известным для такого частотно-импульсного теплового воздействия соотношениям (см. Чернышева Т.И., Чернышев В.Н. Методы и средства неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов / В.Н.Чернышев. М.: Машиностроение. 2001. 242 с.) рассчитывают коэффициенты тепло- и температуропроводности (ТФХ) до изменения темпа нагрева и после:To increase the sensitivity of determining temperature transitions by the relations known for such a frequency-pulse thermal effect (see Chernysheva T.I., Chernyshev V.N. Methods and means of non-destructive testing of the thermophysical properties of materials / V.N. Chernyshev. M.: Mechanical Engineering. 2001. 242 p.) Calculate the coefficients of heat and thermal diffusivity (TF) before changing the heating rate and after:
где Т1(хj,τ 1) и Т2(хj,τ 2) - соответственно температура в хj точке контроля в моменты времени τ 1=n1· Δ τ и τ 2=n2· Δ τ , которые задают произвольно на термограмме до изменения темпа нагрева m, затем после его изменения, Δ τ =1/Fx - интервал времени между тепловыми импульсами.where T 1 (x j , τ 1 ) and T 2 (x j , τ 2 ) are, respectively, the temperature at x j the control point at time instants τ 1 = n 1 · Δ τ and τ 2 = n 2 · Δ τ, which arbitrarily set on the thermogram before changing the heating rate m, then after changing it, Δ τ = 1 / F x is the time interval between thermal pulses.
Вычислив ТФХ по формулам (5) и (6) до изменения темпа нагрева и после, определяют температурные переходы, соответствующие релаксационным процессам термопласта при нагреве. Это дает возможность определить оптимальные температурные режимы формования деталей и изделий из термопластов в твердой фазе.After calculating the thermal characteristics by formulas (5) and (6) before and after the change in the heating rate, the temperature transitions are determined that correspond to the relaxation processes of the thermoplastic during heating. This makes it possible to determine the optimal temperature conditions for molding parts and products from thermoplastics in the solid phase.
Аналогичные операции осуществляют для всех термобатарей, заканчивая самой удаленной от нагревателя парой. Полученные значения температурных переходов и ТФХ для всех точек контроля усредняются в микропроцессоре и результаты выводятся на индикаторное устройство.Similar operations are carried out for all thermal batteries, ending with the pair furthest from the heater. The obtained values of temperature transitions and TFC for all control points are averaged in the microprocessor and the results are displayed on the indicator device.
По мере нагрева исследуемой заготовки, производя вышеописанные процедуры, определяют следующий температурный переход и т.д. (если они имеются), а полученные результаты фиксируют в оперативной памяти микропроцессора.As the test piece is heated, performing the above procedures, determine the next temperature transition, etc. (if any), and the results are recorded in the microprocessor RAM.
Основными преимуществами заявляемого технического решения перед прототипом являются:The main advantages of the proposed technical solution over the prototype are:
1. Возможность оперативного и точного определения в производственных условиях всех температурных переходов и ТФХ непосредственно на заготовках из термопластов без нарушения их целостности и эксплуатационных характеристик с целью назначения оптимальных режимов формования изделий из них в твердой фазе. При этом ввиду малых габаритов измерительного зонда (размеры контактной площадки не более 10× 20 мм вследствие высокой разрешающей способности эпитаксиально-диффузионной технологии изготовления полупроводниковых терморезисторов) возможен контроль практически всех встречающихся в производстве заготовок из термопластов. Кроме того, предлагаемый способ контроля позволяет исключить длительную подготовительную стадию исследований в лабораторных условиях на модельных образцах.1. The possibility of prompt and accurate determination in production conditions of all temperature transitions and thermal characteristics directly on the blanks from thermoplastics without violating their integrity and operational characteristics in order to assign optimal modes of forming products from them in the solid phase. Moreover, due to the small dimensions of the measuring probe (the dimensions of the contact pad are not more than 10 × 20 mm due to the high resolution of the epitaxial-diffusion technology for the manufacture of semiconductor thermistors), it is possible to control almost all thermoplastics blanks encountered in production. In addition, the proposed control method eliminates the long preparatory stage of research in laboratory conditions on model samples.
2. Известно (см., например, Чернышева Т.И., Чернышев В.Н. Методы и средства неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов / В.Н.Чернышев. М.: Машиностроение. 2001. 242 с.), что изменение температуры в точке контроля на 1% обуславливает изменение температуропроводности а не менее, чем на 7-10%, поэтому чувствительность обнаружения изгиба термограммы (темпа нагрева) и соответственно температурного перехода исследуемого термопласта через определение ТФХ увеличивается в предложенном способе не менее, чем в 5-7 раз.2. It is known (see, for example, Chernysheva TI, Chernyshev VN Methods and means of non-destructive testing of the thermophysical properties of materials / V.N. Chernyshev. M.: Mashinostroenie. 2001. 242 p.) That temperature changes at the control point, by 1% it causes a change in thermal diffusivity and not less than by 7-10%, therefore, the sensitivity of detecting the bend of the thermogram (heating rate) and, accordingly, the temperature transition of the thermoplast under study through the determination of TFC increases in the proposed method by no less than 5-7 time.
Кроме того, термобатареи в заявленном техническом решении, в свою очередь, также усиливают сигнал о контролируемой температуре не менее чем на порядок (10 штук термоприемников в батарее), поэтому общая чувствительность разработанного способа увеличивается по сравнению с прототипом не менее чем в 50-70 раз, что в итоге повышает как разрешающую способность разработанного способа контроля, так и точность определения искомых параметров исследуемых термопластов.In addition, the thermopile in the claimed technical solution, in turn, also amplifies the signal about the controlled temperature by at least an order of magnitude (10 pieces of thermal detectors in the battery), therefore, the overall sensitivity of the developed method increases by at least 50-70 times in comparison with the prototype , which ultimately increases both the resolution of the developed control method, and the accuracy of determining the desired parameters of the studied thermoplastics.
Результаты экспериментальной проверки на материалах с известными и стойкими ТФХ разработанного способа приведены в таблице 1.The results of experimental verification on materials with known and persistent TFC of the developed method are shown in table 1.
Экспериментальная проверка показала, что в заявленном техническом решении погрешность определения ТФХ уменьшилась в среднем на 4-6%, а воспроизводимость результатов повысилась почти в два раза, что обусловлено существенным уменьшением случайной составляющей общей погрешности из-за использования процедуры усреднения результатов измерения.Experimental verification showed that in the claimed technical solution, the error in the determination of TFC decreased on average by 4-6%, and the reproducibility of the results almost doubled due to a significant decrease in the random component of the total error due to the use of the procedure for averaging the measurement results.
3. Предлагаемое техническое решение, вследствие более высокой точности и чувствительности измерений, позволяет определять более широкий спектр значений температурных переходов в диапазоне температур от комнатной до стеклования (Тc) аморфных и плавления (Тпл.) кристаллических термопластов (см. табл. 2). Информация о температурных переходах ниже Тc и Тпл., свидетельствующих о релаксационных процессах, связанных с подвижностью определенных структурных элементов термопластов, дает возможность оперативной корректировки технологических режимов формования с целью получения качественных изделий.3. The proposed technical solution, due to the higher accuracy and sensitivity of measurements, allows to determine a wider range of temperature transitions in the temperature range from room temperature to glass transition (T c ) amorphous and melting (T pl. ) Of crystalline thermoplastics (see table. 2) . Information on temperature transitions below T c and T pl. indicative of relaxation processes associated with the mobility of certain structural elements of thermoplastics, makes it possible to quickly adjust the technological modes of molding in order to obtain high-quality products.
Перечисленное выше позволяет сделать вывод о том, что предлагаемый способ имеет существенные преимущества по сравнению с известными способами указанного назначения, что делает возможным эффективно использовать его в практике теплофизических измерений и в производстве изделий из термопластов формованием в твердой фазе.The above allows us to conclude that the proposed method has significant advantages compared with known methods of the indicated purpose, which makes it possible to effectively use it in the practice of thermophysical measurements and in the production of thermoplastics by molding in solid phase.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004111221/28A RU2250453C1 (en) | 2004-04-12 | 2004-04-12 | Method of non-destructive control of thermal-physical characteristics and temperature transitions of thermoplastic materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004111221/28A RU2250453C1 (en) | 2004-04-12 | 2004-04-12 | Method of non-destructive control of thermal-physical characteristics and temperature transitions of thermoplastic materials |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2250453C1 true RU2250453C1 (en) | 2005-04-20 |
Family
ID=35634917
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004111221/28A RU2250453C1 (en) | 2004-04-12 | 2004-04-12 | Method of non-destructive control of thermal-physical characteristics and temperature transitions of thermoplastic materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2250453C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2493558C1 (en) * | 2012-04-10 | 2013-09-20 | Нина Филипповна Майникова | Method of non-destructive determining temperature characteristics of structural transitions in polymeric materials |
-
2004
- 2004-04-12 RU RU2004111221/28A patent/RU2250453C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2493558C1 (en) * | 2012-04-10 | 2013-09-20 | Нина Филипповна Майникова | Method of non-destructive determining temperature characteristics of structural transitions in polymeric materials |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4195935B2 (en) | Thermophysical property measuring method and apparatus | |
| RU2387981C1 (en) | Method for complex detection of thermal characteristics of materials | |
| RU2701775C1 (en) | Method for determining kinetic thermophysical properties of solid materials | |
| Kosugi et al. | Accuracy evaluation of surface temperature profiling by a laser ultrasonic method | |
| Yamada et al. | Noncontact monitoring of surface temperature distribution by laser ultrasound scanning | |
| Ihara et al. | In-situ measurement of internal temperature distribution of sintered materials using ultrasonic technique | |
| Ihara et al. | New ultrasonic thermometry and its applications to temperature profiling of heated materials | |
| RU2250453C1 (en) | Method of non-destructive control of thermal-physical characteristics and temperature transitions of thermoplastic materials | |
| CN108918580B (en) | Nondestructive steady-state thermal conductivity measurement method | |
| Takahashi et al. | Ultrasonic determination of temperature distribution in thick plates during single sided heating | |
| RU2534429C1 (en) | Measurement method of thermal and physical properties of solid materials by method of instantaneous flat heat source | |
| RU2510491C2 (en) | Method of measuring emissivity factor | |
| RU2610115C1 (en) | Device for determining gas temperature in hollow high-temperature elements of gas turbine engines | |
| RU2478939C1 (en) | Method of measuring thermal diffusivity of heat-insulating materials by regular third kind mode technique | |
| RU2654822C1 (en) | Device for determination of thermal parameters of phase transformation | |
| RU2488102C1 (en) | Method of determining thermal conductivity of solid body by active method of heat non-destructive testing | |
| RU2625599C9 (en) | Method for determining thermal conductivity of solid bodies | |
| Ihara et al. | Ultrasonic thermometry for temperature profiling of heated materials | |
| RU2755330C1 (en) | Method for measuring thermal conductivity | |
| Ihara et al. | Ultrasound thermometry for monitoring internal temperature gradient in heated material | |
| Milošević et al. | Measurements of thermophysical properties of solids at the Institute VINČA | |
| RU2530473C1 (en) | Device and method for complex determination of basic thermophysical properties of solid body | |
| JP4042816B2 (en) | Moisture content detection sensor | |
| RU2556290C1 (en) | Method of determination of thermophysical properties of solid materials | |
| RU2328724C1 (en) | Method for identification of solid materials thermal properties complex |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060413 |