Спосіб прискорених випробувань групи виробів з полімерними матеріалами на старіння

1. Спосіб прискорених випробувань групи виробів з полімерними матеріалами на старіння, що полягає у витримуванні виробів при температурах старіння, що перевищують експлуатаційну, протягом часу, встановлюваного залежно від енергії активації матеріалів виробів і температурнотимчасової еквівалентності забезпечення умов прискореного і природного старіння, і перевірку стану виробів, який відрізняється тим, що випробуванням піддають не менше двох виробів від групи, один з яких розбирають на складові частини з матеріалами, що мають різні енергії активації U 1 3 дитися у напружено-деформованому, а не у вихідному стані. Прикладом таких виробів є трубчасті вироби з композиційними матеріалами, ємності з теплоізоляційними покриттями та інші вироби. При тривалих термінах експлуатації в матеріалах таких виробів можуть відбутися зміни, в наслідок яких термін експлуатації виробів (ресурс по терміну служби, гарантійний термін) може бути обмежений. Це потребує виготовлення нових виробів, що зв'язане з певними матеріальними витратами. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу прискорених випробувань виробів на старіння, у якому підвищення точності і вірогідності результатів випробувань при визначенні додаткового ресурсу виробів по терміну служби забезпечується проведенням випробовувань за певними режимами. Це дозволяє розширити експлуатаційні можливості використання запропонованого способу випробувань виробів. Поставлена задача вирішується тим, що відповідно до відомого способу прискорених випробувань на старіння, згідно з запропонованою корисною моделлю, для випробувань призначають не менше як два вироби від групи виробів, один із яких розбирають на складові частини з матеріалами, що мають різні значення енергії активації теплового старіння. Потім проводять витримку цих частин виробу при температурі старіння протягом розрахункового часу, а інший виріб витримують при температурі старіння протягом часу, рівному часу старіння складової частини від першого виробу з матеріалами, які мають найбільше значення енергії активації, після чого збирають перший виріб і визначають властивості випробуваних виробів, по яким оцінюють їхній стан в експлуатаційних умовах. Групування виробів для випробувань проводять, наприклад, по рокам їхнього виготовлення. Іншою відмінною рисою корисної моделі є те, що складову частину від першого виробу з найменшою енергією активації матеріалів витримують при температурі старіння на (15-20)°С вище максимальної температури експлуатації виробу, а витримку складової частини від першого виробу з найбільшою енергією активації матеріалів і другого виробу проводять при температурі старіння на (5-10)°С вище максимальної температури експлуатації виробу. Витримка не менше двох виробів при заданій температурі прискореного старіння (випробувань) протягом часу, еквівалентному додатковому продовженню терміну служби виробів до потрібного значення, дозволяє по результатам випробувань зробити висновок щодо можливості подальшої експлуатації виробів за межами раніше установленого терміну служби. Даний висновок ґрунтується на визначенні властивостей матеріалів виробів у процесі та після випробувань, які порівнюють із станом матеріалів перед випробуванням виробів. Розбирання одного від групи відібраних для випробувань виробів на складові частини з матеріалами, що мають різні енергії активації теплового старіння, та послідуюча витримка цих складових частин при температурах старіння за певними ре 47426 4 жимами дозволяє уникнути перестарювання матеріалів виробу під час випробувань. Таке може бути, якщо режим випробувань виробу при імітації додаткового терміну служби призначити по матеріалу, що має найменше значення енергії активації. При цьому матеріал виробу, що має найбільше значення енергії активації, буде перестарений на більший термін зберігання. Проведення випробувань другого виробу, який не розбирається, при температурі старіння протягом часу старіння складової частини від першого виробу з матеріалами, що мають найбільшу енергію активації, дозволяє проводити випробування, які будуть наближені до умов природної експлуатації виробів. Проведення прискорених випробувань складових частин першого виробу з різними енергіями активації матеріалів та другого виробу в цілому при різних температурах старіння, які в діапазоні температур на (15-20)°С та (5-10)°С вище максимальної температури експлуатації, сприяє зменшенню температурних навантажень на вироби при випробуваннях, що дозволяє проімітувати умови експлуатації та визначити властивості випробуваних виробів при продовжених термінах зберігання у природних умовах. Даний висновок ґрунтується також на тому, що тривалість випробувань виробів залежить як від енергії активації матеріалів виробу, так і від прийнятої температури старіння. Так, час випробувань при одній і тій же температурі старіння буде довшим для матеріалу з меншим значенням енергії активації і менш тривалим при більших значеннях енергії активації. В той же час, чим вище температура випробувань, тим менше буде тривалість старіння, та, навпаки, чим нижча температура старіння, тим випробування виробів будуть більш тривалими. Тому витримка складових частин одного виробу та іншого виробу при температурах старіння на (15-20)°С і на (5-10)°С вище максимальної температури експлуатації виробів є оптимальною з точки зору скорочення загального терміну випробувань. Проведення випробувань матеріалів виробу при різних температурах старіння дозволяє в цілому прискорити процес старіння виробів з полімерними матеріалами. Таким чином, сукупність ознак температурнотимчасового навантаження виробів при певних режимах випробувань та перевірка їх стану під час та після випробувань дозволяє підвищити вірогідність результатів випробувань та надійність відпрацювання виробів при оцінці можливості продовження терміну служби виробів при заданих умовах експлуатації. Для доказу можливості промислового використання корисної моделі наводиться наступний приклад його використання. Приклад. Необхідно оцінити можливість додаткового продовження терміну служби виготовлених, наприклад, у 1998 p. партії виробів з терміном служби протягом 8 років. Виріб являє собою герметичну ємність, на внутрішній поверхні якої встановлене теплоізоляційне покриття з полімерного матеріалу. Герметичність ємності забезпечу 5 47426 ється кришкою з гумовотехнічними кільцями та мембраною, які встановлені на вузол спорожнення ємності від наповнювача (наприклад, рідини або порошкоподібного матеріалу) при використанні. Виріб передбачається використовувати після встановленого гарантійного терміну протягом наступних 4 років. Еквівалентна (середня) температура збереження (експлуатації) виробів дорівнює 20°С, а максимальна температура 50°С. Спосіб реалізують таким чином. Від виготовленої партії виробів відбирають для випробувань два чи більше виробів (для одержання більш повної інформації зі стану виробів при продовженні терміну служби). Один виріб розбирають на складові частини, наприклад, на дві частини. Визначають стан полімерного матеріалу (теплоізоляційного покриття та гумовотехнічних матеріалів) у вихідному стані, наприклад, твердість, міцність з'єднання покриття з корпусом виробу, зовнішній вигляд (колір матеріалу, відсутність тріщин та ін.) чи властивості, установлені вимогами документації для даних матеріалів та виробу в цілому. При цьому, у процесі та по завершенню прискорених випробувань також визначають властивості матеріалів виробів, порівнюють їх з вихідним станом перед випробуваннями і по ним оцінюють можливість установлення (продовження) додаткового терміну служби виробів. Вибирають температуру прискорених випробувань виробів вище максимальної температури експлуатації. Температуру випробувань призначають таку, щоб у процесі старіння в матеріалах виробу не проходили процеси, що не властиві процесам при реальній експлуатації виробів. Для розглянутих матеріалів виробів така максимальна температура може бути рівною, наприклад, 70°С. Для інших полімерних матеріалів така температура може бути і більше за 70°С. Розрахунок тривалості прискорених випробувань на старіння для імітації потрібного терміну експлуатації виробів, проводять по формулі: é E Tпр - Te ù tпр = te × exp ê ú, ê RTпрTe ú ë û ( ) де tпр , Tпр - тривалість (доба) і температура (К) при прискорених випробуваннях відповідно; te , Te - тривалість (доба) і температура (К) збереження виробу у природних умовах експлуатації відповідно; Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 6 R - універсальна газова постійна, дорівнює 1,987 кал/моль×град; Е - енергія активації випробовуваних матеріалів виробу, кал/моль. Дорівнює в даному прикладі 16000 кал/моль для теплоізоляційного покриття, та 20000 кал/моль - для гумовотехнічних матеріалів. Зазначена формула приведена у ГОСТ 9.70781 і була використана при аналогічному розрахунку часу прискорених випробувань полімерних матеріалів по способу випробувань, зазначеному в авторському свідоцтву №1133507 (прототип). Тривалість прискорених випробувань tпр першої частини розібраного виробу з меншим значенням енергії активації матеріалу при імітації 4 років (1460 доби) додаткової експлуатації te складає 26,6 доби. Час випробувань tпр другої частини виробу з більшим значенням енергії активації матеріалу та іншого виробу складає 23,6 доби. Температура випробувань Tпр прийнята рівною 70°С (343 К) для першої частини виробу та 60°С (333 К) - для другої частини виробу та іншого виробу, який не розбирався. Середня температура збереження Te виробів дорівнює 20°С (293 К). По закінченню прискорених випробувань на старіння складових частин першого виробу та другого виробу, який не підлягав розбиранню, проводять перевірку стану складових частин матеріалів виробу, збирають його, а потім вироби перевіряють на працездатність. За отриманими властивостями матеріалів та виробів в цілому роблять висновок про поводження виробів протягом додаткового часу зберігання в умовах експлуатації. Описаний вище технологічний процес проведення випробувань і представлена сукупність відмітних ознак даної корисної моделі та суттєвих ознак відомого способу випробувань дозволяє: - підвищити точність і вірогідність результатів випробувань виробів на старіння при визначенні додаткового ресурсу виробів по терміну служби; - забезпечити використовування виробів за межами раніше установленого терміну служби; - заощадити кошти на виготовлення нових виробів, тому що у експлуатації будуть знаходитися вироби з продовженим терміном служби. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601