Спосіб прискорення випробувань виробів на старіння

Спосіб прискорення випробувань виробів на старіння, що включає визначення температурночасової еквівалентності забезпечення умов прискореного і природного старіння в заданих кліматичних умовах експлуатації виробів, прогрів і витримку виробів протягом розрахункового часу при температурі старіння, наступне охолодження виробів до нормальної температури і перевірку стану виробів, який відрізняється тим, що прогрів і охолодження виробів перед і після витримки виробів при температурі старіння проводять ступенево з інтервалом температур від 5 до 15°С і витримують виріб при цих температурах протягом часу, еквівалентного (0,25-0,35) t e , при цьому при температурах, близьких до нормальної і максимальної температури експлуатації, прогрів і охолодження виробів проводять з інтервалом температур від 10 до 15°С, а процес прогріву та охолодження виробів перед і після витримки виробів при температурі старіння проводять з Ti - температура прогріву та о холодження виробу (19) в i - тому інтервалі, К; n - кількість інтервалів температур прогріву та охолодження виробу. (11) охолодженні, при температурі Ti , доба; UA ti , é Е( Т i - Т е ) ù і =1 exp ê ú RТ i iе û ë де t i - тривалість витримки виробу при прогріві та å 77764 n tім = процесі тривалого збереження впливом температури можуть властивості (характеристики). виробів є трубчасті вироби з 3 77764 4 композиційними матеріалами, ємності з малоймовірно. У той же час при проведенні теплоізоляційними покриттями та інші вироби. випробувань тепловим старінням по зазначеному Вироби, як правило, розробляють і способу поява таких дефектів ускладнює оцінку виготовляють з визначеним гарантійним терміном працездатності виробу у реальних умовах експлуатації. Після закінчення встановленого експлуатації, і, таким чином, вірогідність гарантійного терміну для таких виробів може бути результатів випробувань не буде досить поставлена також задача оцінити можливість об'єктивною. установлення (продовження) додаткового терміну В основу винаходу поставлена задача збереження та експлуатації. При цьому необхідно удосконалення способу прискорених випробувань визначити можливі зміни властивостей матеріалів виробів на старіння, у якому підвищення при встановленні терміну збереження та вірогідності результатів випробувань і надійності експлуатації виробів. відпрацьовування виробів і їхніх комплектуючих Відомі способи прискорених випробувань елементів при визначенні і продовженні полімерних матеріалів на старіння, що гарантійного терміну збереження (експлуатації) ґрунтуються на принципі температурно-часової забезпечується шляхом виключення появи не еквівалентності забезпечення умов природного і властивих у процесі експлуатації виробу дефектів форсованого (прискореного) старіння матеріалів при одночасному збереженні простоти в виробу, встановленого в залежності від енергії реалізації. активації матеріалів виробу [ГОСТ 9.707-81 Поставлена задача вирішується тим, що Материалы полимерные. Методы ускоренных відповідно до способу прискорених випробувань испытаний на климатическое старение]. Для таких виробів на старіння, що включає визначення способів випробувань існує практика відбіру для температурно-часової еквівалентності проведення випробувань декількох виробів забезпечення умов прискореного tст і природного (зразків матеріалів виробів) від партій, збережених старіння tе в заданих кліматичних умовах у звичайних умовах експлуатації. Цьому в ряді експлуатації виробів, прогрів і витримку виробів випадків передує період додаткового форсованого протягом розрахункового часу при температурі старіння (збереження) при температурі, ви ще старіння, що перевищує максимальну температуру максимальної температури експлуатації виробів. експлуатації, наступне охолодження виробів до Позитивні результати випробувань дозволяють нормальної температури і перевірку стану виробів. гарантувати надійне функціонування виробів, що Згідно з запропонованим винаходом прогрів та залишаються, у процесі збереження й охолодження виробів перед і після витримки експлуатації. виробів при температурі старіння проводять Найбільш близьким по технічній сутності до східчасте з інтервалом температур від 5 до 15 °С і запропонованого винаходу є спосіб прискорених витримують виріб при цих температурах протягом випробувань полімерних матеріалів на старіння по часу, еквівалентному (25-35)% від загального [авторському свідоцтву СРСР за 1985 р. № терміну експлуатації виробів (tе), який імітується. 1133507 (заявка № 3402112/25-28 від 16.02.1982 При цьому, при температурах, близьких до р., кл. МПК-G01 N 17/00)]. Спосіб випробувань нормальної і максимальної температури включає витримку зразків матеріалів протягом експлуатації, прогрів та о холодження виробів заданого часу в діапазоні температур від проводять з інтервалом температур від 10 до максимальної температури експлуатації 15°С, а процес прогріву й охолодження виробів (збереження) до мінімальної температури початку перед і після витримки виробів при температурах, фізико-хімічних перетворень (фазового, близьких до температури старіння проводять з структурного або хімічного перетворення) у інтервалом температур від 5 до 10°С. Тривалість матеріалах зразка виробів, а потім визначають (tст) витримки виробу при температурі старіння властивості матеріалів, по яких оцінюють стан встановлюють протягом часу, еквівалентному (65виробів у процесі збереження. 75)% від tе, який імітує термін експлуатації Цей спосіб з достатньою точністю при виробів, що залишився. одночасному скороченні часу випробувань Для доказу причинно-наслідкового зв'язку між дозволяє за результатами досліджень зробити сукупністю суттєвих ознак заявлюваного винаходу висновок про поводження матеріалів в умовах та технічним результатом наводяться наступні тривалої експлуатації або збереження. дані. Недоліком зазначеного способу є те, що при Східчастий прогрів виробу до температури випробуваннях виріб піддається термоударам, що, старіння і наступна витримка виробу при цій через велику наявність у виробі матеріалів з температурі, а потім його східчасте охолодження різними теплофізичними характеристиками, дозволяють виключити у виробі великий перепад сприяє появі у виробі дефектів у виді трі щин, температур і, відповідно, запобігти невластиві розшарувань, поривів і т.п. Це зв'язано з зміни (поява дефектів) виробу при заданих умовах поміщенням виробу з нормальних умов (початкова експлуатації. температура складає 15-25°С) у термокамеру з Східчасте прогрівання та охолодження виробів температурою, наприклад 55-70°С, що приводить до та після витримки виробів при температурі до появи великого перепаду температур (~30старіння з інтервалом температур від 5 до 15 °С 40°С). У реальних умовах експлуатації виріб не запобігає виключенню температурного удару на піддається впливу великих перепадів температур вироби, що сприяє зменшенню появи дефектів у протягом тривалого часу і тому поява при матеріалах. Даний висновок ґрунтується на природній експлуатації у виробі дефектів витримці виробів при проміжних температурах у 5 77764 6 межах від 5 до 15 °С , які сприяють зменшенню експлуатації виробу. Для виробу, що температурного навантаження на вироби при розглядається, така температура може бути прискорених випробуваннях. Це також підвищує рівною, наприклад, 70°С (343К). точність і вірогідність отримання результатів Розрахунок тривалості прискорених випробувань виробів. випробувань на старіння при температурах Витримка виробів при цих проміжних випробувань, еквівалентних для імітації потрібного температурах протягом часу, еквівалентному терміну експлуатації та зберігання виробів (у частковому потрібному загальному терміну даному прикладі - 1 рік), проводять по формулі експлуатації виробів (tе) у межах (0,25-0,35) tе з é E( Tв ип - Te ) ù tв ип = t e × exp ê (1) одного боку приводить до незначного збільшення ú RTв ипTе û ë тривалості прискорених випробувань у зрівнянні з витримкою виробів при призначеній температурі де tвип, Твип - тривалість (доба) і температура прискореного старіння. Але з другого боку цей (К) при прискорених випробуваннях відповідно; процес проведення випробувань також запобігає появі невластивих змін (дефектів) у виробів при tе, Те - тривалість (доба) і температура (К) експлуатації (зберігання) у природних умовах експлуатації та наближує процес випробувань до відповідно; природних умов зберігання та експлуатації виробів. ехр - основа натуральних логарифмів, Проведення прискореного старіння під час дорівнює 2,718...; нагрівання та охолодження виробів у межах R - універсальна газова постійна, дорівнює 1,987 кал/моль-град; температур від 10 до 15°С при температурах Е - енергія активації випробуваного матеріалу близьких до нормальної та максимальної температури експлуатації (збереження), так само виробу, дорівнює у даному прикладі 20000 як і витримка виробів і у межах температур від 5 кал/моль. до 10°С перед та після витримки виробів при Зазначена формула для проведення розрахунків тривалості теплового старіння прийнятій максимальній температурі прискореного матеріалів виробів приведена у ГОСТ 9.707-81 та старіння, наближає умови прискорених випробувань до природних умов зберігання та у зазначеному в авторському посвідченні № експлуатації виробів. У цьому випадку прискорене 1133507 (прототип) способу випробувань старіння виробів проводиться як при полімерних матеріалів виробів на старіння. Ця формула дозволяє визначити той термін максимальних температурах експлуатації, так і експлуатації (зберігання) Те виробів, який був при температурах які перевищують ці значення, але не виходять за межи температур початку проімітований у разі проведення випробувань за фізико-хімічних перетворень у матеріалах виробів. чинними режимами: Наступна витримка виробів при прийнятій t в ип te = максимальній температурі прискореного старіння (2) é E( Tв ип - Т е ) ù протягом часу, який є еквівалентним часу, що exp ê ú RTв ипTе û залишився у межах (0,65-0,75) tе, дозволяє ë провести процес прискореного старіння на повний Формулу (2) можна використати для очікуваний (заданий) термін експлуатації виробів. розрахунку тривалості витримки виробів при Таким чином, сукупність ознак температурнонагріванні та охолодженні при зазначених часової еквівалентності забезпечення умов температурах випробувань у процесі імітації природного та прискореного старіння та наступна часткового потрібного терміну експлуатації виробів перевірка стану виробів після випробувань (tім ). дозволяє зробити оцінку при визначенні Для запропонованого винаходу і прикладу, що можливості установлення потрібного терміну розглядається, ця формула має наступний вид: зберігання та експлуатації виробів, або, в n ti залежності від поставлених умов, спрогнозувати tім = (3) можливість додаткового продовження терміну é E(Ti - T e ) ù i=1 exp ê ú експлуатації виробів. RTi Te û ë Для доказу можливості промислового де tім - сумарний час часткового імітуємого використання винаходу наводиться наступний терміну експлуатації виробів під час прогріву та приклад його використання. охолодження, який дорівнює (0,25- 0,35) tе, доба; Приклад. Необхідно оцінити можливість tі- тривалість витримки виробу при прогріві та експлуатації або додаткового збереження виробів охолодженні при температурі Ті, доба; терміном на 1 рік (365 діб). Середня (еквівалентна) Ті - температура прогріву та о холодження температура збереження дорівнює 20°С, а виробу у і-тому інтервалі, К; максимальна температура експлуатації 50°С, n кількість інтервалів прогріву та енергія активації процесу старіння матеріалу охолодження виробу. виробу 20000 кал/моль. З урахуванням формул (1) - (3) може бути Вибираємо температуру теплового старіння розрахована при максимальній температурі виробу вище максимальної температури старіння Тст потрібна тривалість tст витримки експлуатації. Температур у випробувань виробів протягом часу, який еквівалентний часу, вибираємо такою, щоб при старінні в матеріалах що залишився у межах (0,65-0,75) tе. Ця виробу не проходили процеси, які не властиві тривалість витримки виробів визначається із процесам, що протікають у природних умовах å 7 77764 умови: é E( Tст - Т е ) ù t cт = (t е - t ім ) × exp ê (4) ú RTcт Т е û ë З умови прогріву виробу від 20 до 70°С, а потім його охолодження до вихідної температури визначаємо кількість інтервалів n і температур Ti, прогріву (охолодження) виробу. Розбивку, наприклад, проводимо через кожні 10°с, при цьому одержуємо: n рівне 8; Ti (прог ріву) рівні 30°С, 40°С, 50°С, 60°С, аналогічно Ті(охол одження) рівні 60°С, 50°С, 40°С, 30°С. Сумарний час попереднього східчастого прогріву виробу від 20°С до 70°С и потім охолодження від 70 до 20°С (tім ) повинне імітувати, наприклад, 1/3 частини року (4 місяці) природного збереження виробу. 8 При прогріві та охолодженні виробу розраховуємо тривалість витримки виробу (tім ) при кожній температурі (Ті) протягом часу, що імітує у даному прикладі 15 діб (0,5 місяця) природної експлуатації виробу за 1 рік. tім = 1/3 tе : n = 1/3 × 365:8 = 15 діб Тривалість витримки виробу (ti) при кожній температурі (Ті) попереднього прогріву (охолодження) виробу розраховуємо по формулі (1) або (3) é E( Ti - Te ) ù ti = t ім × exp ê(5) ú RTiT e û ë Результати розрахунку приведені у таблиці. Таблиця Ti, K Ті, доба 303 (30 °С) 4,83 313(40 °С) 1,67 Тривалість прискореного старіння Тст виробу при температурі випробувань (старіння) (Тст) рівної 343К (70°С) розраховуємо по формулі (4) é E( Tcт - Te ) ù ti = ( t e - t ім ) × expê ú RTст Te û ë Тривалість прискореного старіння виробу при температурі випробувань (Тcт) рівної 343К (70°С) 20°С ® ® 60°С 0,24 доби 30°С ® 4,83 доби ®50°С 0,62 доби 40°С ® 1,67 доби ®40°С 1,67 доби З наведеного прикладу видно, що при проведенні випробувань виробів запропонованим способом східчастого старіння виробів у процесі прогріву та охолодження, а також при витримці виробів при прийнятій температурі старіння протягом розрахованого часу, сумарний час випробувань становить 16,34 доби для імітації одного року (365 діб) експлуатації, збереження або продовження терміну додаткового збереження виробів. Цей час випробувань виробів (16,34 доби) становить 4,5% від потрібного терміну експлуатації (збереження) виробів, який імітується у даному прикладі (365 діб). Таким чином, описаний вище технологічний процес проведення випробувань і представлена сукупність відмінних ознак даного винаходу Комп’ютерна в ерстка М. Клюкін 323 (50 °С) 0,62 333 (60°С) 0,24 склала 1,62 доби. Запропонований спосіб проведення випробувань виробів тепловим старінням зі східчастим попереднім прогрівом, а потім охолодженням виробу можна представити схематично (з урахуванням даних, наведених у таблиці 1): 50°С ® 0,62 доби ®30°С 4,83 доби 60°С ® 0,24 доби ®20°С 70°С ® 1,62 доби дозволяє: - підвищити точність і вірогідність результатів випробувань при визначенні гарантійного терміну збереження (експлуатації) виробів; при визначенні можливості додаткового збереження (експлуатації) виробів після закінчення встановлених гарантійних термінів збереження спрогнозувати подальшу експлуатацію виробів за межами потрібного і установленого терміну гарантійного збереження (експлуатації) виробів; забезпечити проведення випробувань виробів у термокліматичних камерах як при заданих (очікуваних) температурах, так і за їх межами при екстремальних температурах експлуатації (збереження). Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601