physics-help.info
           
     
 

Введение

Контроль упругих и прочностных зарактеристик пластиков

Контроль содержания связующего в препрегах

Контроль содержания связующего в пластиках

Диагностика процессов формования пластиков

 
полимерные композиционные материалы
Диагностика процессов формования пластиков

Требование обеспечения высокого качества деталей из композитов на заключительной стадии изготовления настоятельно диктует введение средств непрерывного контроля структурных превращений материала, позволяющих диагностировать и оптимизировать процессы формования. В особой степени сказанное относится к автоклавному формованию, качество структуры в котором критично к моменту подачи давления в систему.

Для получения качественной структуры деталей необходимо подавать давление в систему только после того как связующее достигнет точки минимальной вязкости, в противном случае значительная часть связующего будет выдавлена и полученная деталь будет обладать пониженными эксплуатационными характеристиками. Ситуация здесь однако осложняется тем, что точка минимальной вязкости сопровождается сравнительно быстрым наступлением стадии гелеобразования, где формирование пространственной сшивки молекул приводит к чрезвычайно резкому росту вязкости и потере связующим текучести. Поэтому для качественной структуры формуемых деталей давление следует подавать в промежутке между моментами достижения минимальной вязкости и гелеобразования. Однако положение этих критических точек нестабильно и может изменяться в зависимости как от состояния связующего в препреге в момент поставки, так и от условий его последующего хранения.

Поэтому перед началом технологического процесса с целью предварительного контроля свойств используемого препрега и последующей корректировки режимов формования было бы более уместно провести контроль технологических свойств материала путем проведения формования небольшого образца на лабораторной установке, фиксирующей точки минимальной вязкости и гелеобразования, а также стадию последующей полимеризации.

Наиболее перспективными на наш взгляд для целей диагностики процессов формования являются ультразвуковые методы, основанные на измерении скорости и затухания ультразвуковых импульсов, вводимых в деталь с помощью датчиков, которые могут быть легко встроены в оснастку. По сравнению с другими известными методами ультразвуковые обладают наибольшей методической простотой и универсальностью, позволяя непосредственно определять с помощью известных соотношений вязко-упругие характеристики материала по измеренным значениям скорости распространения и коэффициента затухания ультразвука.

Рис. 1. Кинетические кривые изменения скорости, v , и коэффициента затухания, , ультразвуковых импульсов в процессе формования органопластика на стадиях нагрева, выдержки и охлаждения

В качестве примера на рис. 1 приведены кинетические кривые скорости и затухания ультразвуковых импульсов, полученные для органопластика в процессе его формования на стадиях нагрева, выдержки и охлаждения. Качественно подобные кривые имеют место для угле- и стеклопластиков. Характер изменения кривых позволяет надежно фиксировать точку минимальной вязкости по максимуму затухания или минимуму скорости, точку гелеобразования по точке перегиба затухания и скорости, а также степень полимеризации по изменению скорости. Таким образом, при реализации данного метода в технологическом процессе, имеется возможность давать команды оператору либо исполнительным устройствам о моменте подачи давления в систему по достижении точки минимума вязкости и гелеобразования, а также о завершении процесса формования по стабилизации значения скорости.

В нашей лаборатории проведен ряд работ по практической реализации ультразвуковых методов контроля процессов формования. Закончен первый этап работы, в ходе которого создана лабораторная ультразвуковая установка исследования процессов формования ИПФ 2002, предназначенная контроля исходного материала и для отработки режимов формования полимерных композитов.

 

Рис. 2. Внешний вид установки ИПФ 2002

Установка состоит из измерительного микропроцессорного блока, собранного в стандартном приборном каркасе, и блока формования с встроенными датчиками, изображенного на рис. 2, в котором осуществляется формование образцов при заданной температуре и давлении. Процесс измерения полностью автоматизирован.

Микропроцессорный блок управляет температурой печи и режимом измерения в соответствии с набранной с пульта программой, а также обрабатывает информацию и выводит ее на графический дисплей и внешнее регистрирующее устройство. Информация выводится в форме кинетических кривых изменения модуля упругости, коэффициента затухания, толщины и температуры образца, наблюдаемых на экране дисплея одновременно с таблицей их мгновенных значений. Для диэлектрических материалов по желанию оператора могут дополнительно измеряться активная и реактивная составляющие полной электропроводности. Имеется возможность работать с оперативной памятью процессора для введения с клавиатуры или внешнего носителя дополнительных программ обработки первичной информации.

В настоящее время ведутся работы по разработке современного портативного компьютерного варианта вышеописанной установки ИПФ 2003, где вместо микропроцессорного блока будет использоваться ноутбук