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
Контроль содержания связующего в препрегах

Одной из наиболее ответственных стадий в производстве композитов является процесс приготовления препрегов на пропиточных машинах. Содержание связующего в препреге является его основной характеристикой, непосредственно влияющей на качество конечной продукции. В настоящее время контроль содержания связующего осуществляется по образцам свидетелям, вырезанным из начальной и конечной части от каждой катушки готового препрега. Практика, однако, показывает, что такой контроль недостаточен, поскольку из за неустойчивого характера процесса пропитки, зависящего от целого ряда факторов, колебания содержания связующего внутри катушки, как правило, превышают допускаемые по техническим условиям. Поэтому задача введения средств непрерывного контроля содержания связующего в процессе пропитки является актуальной.

Для решения этой задачи нами разработаны рентгенометрические установки ИCC 1001, ИСС 1003 и ИСС 1003М, осуществляющие текущий контроль массового процентного содержания связующего в препрегах в процессе их приготовления и имеющие возможность работы в системах активного контроля. В основе работы установок лежит наиболее простой из известных в методическом плане способ сквозного просвечивания контролируемого участка препрега мягким радиационнобезопасным узконаправленным пучком рентгеновского излучения с пониженной энергией около 5 кэВ и интенсивностью около 105 (сек*см2)-1. Интенсивность ослабленного излучения связана с массой препрега законом ослабления излучения

(1)

где: Io - интенсивность исходного, излучения; - поверхностные массы наполнителя и связующего (масса на единицу площади); - массовые коэффициенты ослабления излучения для наполнителя и связующего, определяемые при заданном типе излучения только элементным химсоставом вещества и хорошо описываемые общей формулой

где: k - константа приблизительно одна и та же для всех веществ; - длина волны рентгеновского излучения; Zi, Аi, Мi - порядковый номер, атомная масса и массовая доля отдельных химических элементов, входящих в состав вещества

Проведенные нами экспериментальные исследования применимости выражения (1) установили возможность использования его с достаточной степенью точности для обширного класса препрегов и пластиков во всем диапазоне измерения

Рис. 1. Зависимость от массового содержания связующего, , для образцов препрега из углеленты (слева) и органоткани (справа), измеренная с помощью установки ИСС 1001

На рис. 1 изображены в качестве примера типичные зависимости натурального логарифма относительной интенсивности рентгеновского излучения, ослабленного препрегом, от массового содержания связующего для образцов препрегов из углеленты и органоткани, хорошо описываемая формулой (1).

Рис. 2 Изменение массы препрега, m , и соответствующие ей изменения логарифма относительной интенсивности, , ослабленного рентгеновского излучения, измеренные с помощью установки ИСС 1001 непосредственно в процессе пропитки углеленты на пропиточной машине УПСТ-300 при различных режимах пропитки

На рис.2 приведены кривые изменения массы препрега и соответствующие ей изменения логарифма интенсивности ослабленного препрегом рентгеновского излучения, полученные непосредственно в процессе пропитки углеленты на промышленной пропиточной машине УПСТ-300. Здесь изменения препрега обусловлены соответствующими изменениями содержания связующего за счет варьирования степени отжима отжимных валков в моменты времени 1 - 5 либо скорости движения в моменты 6 - 8.

Наблюдаемая на рис. 2 взаимосвязь между массовым процентным содержанием связующего С и логарифмом интенсивности в рассматриваемом диапазоне изменения описывается корреляционным уравнением

с коэффициентом корреляции 0.91 и средним квадратическим отклонением линии регрессии 0.74 %. Подобные результаты имели место также для препрегов на основе органо- и стеклотканей.

Искомое массовое процентное содержание связующего может быть вычислено непосредственно по следующей формуле, вытекающей из основного закона ослабления рентгеновского излучения (1)

(2)

Здесь: Iн и I интенсивности излучения, ослабленные контролируемым участком препрега соответственно до и после его пропитки; Io - интенсивность исходного падающего излучения; А = - настроечная константа, приближенное значение которой определяется выражением

(3)

где Z, А, М, — порядковый номер, атомная масса и массовая доля отдельных химических элементов, входящих в состав связующего, ( i ), и наполнителя ( j ).

Более точное значение настроечной константы определяется в ходе предварительной тарировки. Значения настроечной константы для различных сочетаний наполнителя и связующего приведены в нижеследующей таблице

Наименование пропитываемого материала

Наименование связующего

Настроечная константа, А

ЛУП 0.1

5-211-Б

1.42

ЛУП 0.1

ЭДТ 69н

3.89

ЭлурП 0.08

УП2227

1.54

ЭлурП 0.08

ЭДТ 69н

3.36

ЭлурП 0.1

ЭДТ 69н

3.41

УОЛ 300

ЭДТ 69н

3.11

СВМ

УП2227

1.38

СВМ

ЭДТ 69н

2.83

СВМ

ФП-520

1.1

Т15-76

ФП-520

0.15

Т10-80

ЭДТ 69н

0.39

Т15П-76

ЭДТ 69н

0.43

Т25-78

ЭДТ 69н

0.56

Т10-80

5-211-Б

0.16

УТ-900-2.5
УНДФ-4АР
3.19

ЭЛУР-ПБ

ЭНФБ-2м

1.06

Как следует из формулы (2), погрешность измерения содержания связующего данным методом в основном определяется колебаниями химического состава связующего в соответствии с формулой (3). Так, если отклонения среднего значения куба атомного номера элементов связующего, усредненного по массе, не превышают 5 %, абсолютная ошибка определения массового процентного содержания связующего составляет 1 - 2 %.

Рис. 3. Внешний вид установки ИСС 1003

Внешний вид установки ИСС 1003 изображен на рис. 3. Установка предназначена для непрерывного неразрушающего контроля бесконтактным способом массового процентного содержания связующего в угле-, органо- и стеклотканях , а так же бумажных лентах в процессе их пропитки на пропиточных машинах. Может быть использована для измерения изменений поверхностной массы тканей, бумаг, древесных плит и т.п. в процессе их производства.

Принцип действия установки основан на измерении степени ослабления низкоэнергетического рентгеновского излучения контролируемым веществом в двух измерительных каналах, располагаемых соответственно до и после пропитки контролируемого материала, вычислении массового процентного содержания связующего и выводе измеряемого значения в цифровой и графической форме на дисплей персонального компьютера. Может работать совместно с внешним управляющим устройством в системе активного контроля процесса пропитки.

Конструктивно установка ИСС 1003 представляет собой электронный микропроцессорный блок, собранный в стандартном приборном каркасе, и два однотипных блока датчиков, содержащих источник и детектор рентгеновского излучения изображенные на рис. 3. Блоки датчиков располагаются на пропиточной машине: один - на входе, второй - на выходе. Микропроцессор осуществляет выбор режимов измерения, самонастройку прибора, привязку точек контроля, измерение интенсивностей, обработку результатов по формуле (2) и выдачу их на цифровой дисплей, самопишущее устройство и внешнее управляющее устройство в стандартной форме. Отличительной особенностью установки ИСС 1001 является наличие только одного блока датчиков, располагаемого на выходе пропиточной машины. Установки обладают абсолютной радиационной безопасностью с уровнем дозы облучения ниже фоновых доз космического излучения. Установка ИСС 1003 прошла ведомственную метрологическую аттестацию и признана средством измерения для технологического контроля содержания связующего.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4. Внешний вид установки ИСС 1003М

В настоящее время разработан современный компьютерный вариант вышеописанной установки, ИСС 1003М изображенный на рис. 4, где вместо микропроцессорного блока используется ноутбук либо любой персональный компьютер с USB портом. Здесь данные от электронных измерительных блоков передаются посредством радиоканала в приемный блок, расположенный рядом с компьютером и подключенный к в USB порту. Использование радиоканала позволило отказаться от длинных соединительных высоковольтных кабелей, что существенно повысило уровень надежности и пожаробезопасности установки.

Интерфейс работы с установкой включает в себя: три режима: основной режим работы (Рис. 5), режим настройки (Рис. 6.) и режим поверки (Рис. 7)

Рис. 5. Основной режим работы установки ИСС 1003М

Рис. 6. Режим настройки установки ИСС 1003М

Рис. 7. Режим поверки установки ИСС 1003М

В основном режиме измеряется текущее массовое процентное содержания связующего, усредняемое по каждому метру препрега. Результат измерения выводится в цифровом виде в измерительном окне и одновременно в виде графика зависимости содержания связующего от длины препрега. Режим настройки используется для контроля и настройки параметров работы установки. В режиме поверки осуществляется проверка работоспособности установки с помощью прилагаемого комплекта из пяти стандартных образцов массы, позволяющих проверить правильность показаний прибора при следующих фиксированных значениях изменения массы в измерительных каналах: 0%; 33,3%; 50,0; 66,7%; 75,0%, покрывающих диапазон работы установки

Установка радиационно безопасна и не требует введения дополнительных средств радиационной защиты.

Установки изготавливаются и поставляются по отдельным хоздоговорам.

Технические характеристики установки ИСС 1003М

•  Диапазон измерения массового процентного содержания связующего от 0 до 100 %

•  Абсолютная погрешность измерения массового процентного содержания связующего не более ±1 % для угле и органотканей и ±3 % для стеклотканей

•  Величина контролируемой площади материала в области измерения от 1 до 2 см2

•  Питание от промышленной сети напряжением 220±20 В частотой 50 Гц

•  Потребляемая мощность 45 Вт

•  Масса: измерительного блока 9 кг: блока детектирования 2 кг

•  Габариты: электронного блока 380x110x285 мм; блока детектирования 170x125x120 мм; приемного блока 80х50х30 мм

•  Степень защиты измерительных блоков от проникновения воды, пыли и посторонних частиц IР44

•  Время установления рабочего режима не более 30 мин

•  Время непрерывной работы не менее 8 часов