Спосіб оцінки термостійкості матеріалів

Спосіб оцінки термостійкості матеріалів при дії теплових середовищ, який полягає в закріпленні проби, дії на неї з одного боку тепловим середовищем, визначенні температури н Винахід відноситься до області дослідження . термостійких властивостей матеріалів при дії теплових середовищ і може бути використаний в лабораторіях і організаціях, які займаються створенням і дослідженням термостійких матеріалів для засобів індивідуального захисту. Відомий спосіб теплових випробувань матеріалів за допомогою термітної суміші [1]. Спосіб здійснюють наступним чином. Брикет термітної суміші приводять в контакт з досліджуваною пробою. Площа контакту визначає площу теплової дії. Надалі підпалюють термітну суміш за допомогою електронагріву до температури плавлення Внаслідок того, що температура плавлення реакційних продуктів перевищує температуру горіння суміші забезпечується незмінність геометричних розмірів площі контакту брикету з пробою. Відомості про засоби контролю за зміною температури проби чи стану останньої не наведенк В стандарті [2] описані способи визначення стійкості до пропалювання (термостійкості) тканин і матеріалів для спецодягу, призначених для захисту від частинок розплавленого металу і при контакті з нагрітими до високих температур поверхнями Сутність першого способу попягає у визначенні терміну руйнування проб тканин і матеріалів при дії на них нагрітого до 800"С пропапювального епементу. Другий спосіб передбачає визначення залишкової механічної міцності проби після контакту з пропалювальним елементом на протязі 120 с Зазначені способи дозволяють оцінити термостійкість матеошлІв лише пои пії' конкретного термодеструкції - з другого боку, визначенні терміну термодеструкції, який відрізняється тим, що реєстрацію термодеструкції проби визначають шляхом механічного тиску на зворотний бік термодеструктованої ділянки проби на площі, що менша за площу термодеструкції, силою, яка менша за силу пружності цілого матеріалу і перевищує силу пружності термодеструктованої' ділянки, а вимірювання температури термодеструкції матеріалу виконують у межах площі ділянки, на якій здійснюють механічний тиск. нагрітий до 800°С). Моделювання дії інших високотемпературних факторів (рідин, твердих речовин які горять І т.ін.) способи не передбачають Відомий спосіб визначення термостійкості полімерних матеріалів в умовах швидкісного нагрівання [3] Спосіб передбачає безперервний контроль температури поверхні проби і визначення температури руйнування поверхні і терміну дії високої температури до початку руйнування Спосіб дозволяє зробити рекомендації' по використанню, полімерних матеріалів певного призначення, але не дозволяє визначити температуру і час наскріз-. ного руйнування таких матеріалів Найбільш близьким по технічній сутності є спосіб визначення доз агресивних факторів, достатніх дпя пропалювання матеріалів [4] Згідно способу, високотемпературним фактором діють на пробу, подаючи на неї' певну дозу з однієї сторони і вимірюють температуру з другої1 сторони проби., під місцем дії високотемпературного фактора. Недоліком способу є визначення термостійкості матеріалу по стрибку похідної на залежності температури від часу. Це не забезпечує точнее визначення терміну руйнування матеріалу, хоча й пов'язане з додатковими математичними обчислюваннями. Наприклад, різке підвищення температури з зворотної сторони проби може відбутися не внаслідок руйнування матеріалу, а за рахунок проникнення високотемпературного фактора на зворотну сторону матеріалу (наприклад, просочування рідини, що горить), матеріал при цьому може ГШМІЯТИГЯ МІПИМ ПкПІМ ТПГЛ мЯТог\Іапі.і ПІ/І пі* со to CD со хом механічної дм на зруйновану ділянку проби Зазначений спосіб цього зробити не дозволяє Сутність запропонованого способу полягає в тому, що на пробу матеріалу діють певним тепловим середовищем (цим середовищем можуть бути: теплове випромінювання визначеної інтенсивності, частинки речовини, нагріті до високої температури, відкрите полум'я; частинки речовин, що горять і таке ін.), до якого необхідно визначити стійкість даного матеріалу 3 протилежної (зворотної) сторони проби здійснюють механічний тиск на ділянку матеріалу, яка зазнає дії теплового середовища, одночасно вимірюють температуру та час руйнування матеріалу. Для виявлення наскрізної термодеструкції проби матеріалу на певній ділянці шляхом здійснення механічного тиску необхідне виконання таких умов' Гпрм > Гщ.> і пр «герб зви де FnpH - сипа пружності матеріалу, Fu, - сила тиску щупа на пробу; FnPK3o6 3ar - сила пружності термодеструктованого матеріалу (карбонізованого залишку) Тобто сила тиску щупа на пробу має бути меншою за силу пружності цілого матеріалу (в іншому випадку буде відбуватись наскрізне руйнування не термодеструктоваиого матер'алу). Разом з тим, сила тиску щупа повинна перевищувати сипу пружності термодеструктованого матеріалу (карбонізованого залишку) Це необхідно для мож• ливості визначення термодеструкції матеріалу шляхом механічного видалення його з структури цілого матеріалу Окрім того, тиск необхідно здійснювати на площі, яка менша за площу термодеструктованоі ділянки матеріалу, це дозволить уникнути похибки у визначенні моменту повної термодеструкції матеріалу по товщині, пов'язаної з відомими теплофізичними властивостями матеріалів для спецодягу (низькі тепло- і температуропровідність), їх анізотропією та ін Визначення температури в межах ділянки здійснення механічного тиску дозволить отримати дані про температуру руйнування матеріалу в момент його термодеструкції, тобто отримати одну з важливих характеристик тррмостійкості материалу На фіг 1 схематично представлений перелік технічних засобів для реалізації запропонованого способу. Схема вміщує- пробу матеріалу - 1, блок завдання високотемпературного фактору - 2, вузол контролю руйнування - 3, вимірювач температури - 4, вимірювач часу - 5 Методика здійснення запропонованого способу оцінки термостійкості матеріалів при дії теплових середоаищ полягає в наступному: ратурного фактора 2 на пробу 1 подають теплове середовище Т (фіг.2) Одночасно з цим, блок 2 вмикає вимірювач температури 4 та вимірювач часу 5 Вимірювач температури 4 здійснює реєстрацію температури на зворотній по відношенню до дії теплового середовища стороні проби 1. Внаслідок дії теплового середовища відбувається термодеструкція проби матеріалу 1 з утворенням карбонізованого залишку 6, сила пружності якого Рпркарбзап значно менша за силу пружності не зруйнованого матеріалу F npM В момент, коли відбулась термодеструкція проби матеріалу 1 по ВСІЙ ТОВЩИНІ, сила тиску щупа на пробу 1 почне перевищувати силу пружності карбонізованого залишку, останній руйнується І щуп переміщується на певну відстань, достатню для її фіксації вузлом руйнування 3. Останній подає сигнал на блок завдання високотемпературного фактора 2, вимірювач температури 4 і вимірювач часу 5 (фіг 3) Внаслідок цього блок 2 припиняє свою роботу, вимірювач температури 4 реєструє температуру, при якій відбувається руйнування проби 1, а вимірювач часу 5 - час руйнування проби Основними критеріями термостійкості матеріалу при реалізації способу є температура і термін руйнування проби Таким чином, запропонований спосіб дозволяє отримати надійні і обгрунтовані рекомендації по ефективному використанню матеріалів для спецодягу в заданих умовах теплової' дм, з використанням об'єктивних критеріїв термостійкості-температури і терміну термодеструкції матеріалу. Джерела інформації 1. А.с. СССР 868509. МКИ Q01N25/18. Способ теплових испытании материалов / В А. Бронников. Ю И Крылов, Ю П Менчев -2873914/18-25; Заявлено 18 01.80. Опубл 30 09 81 Бюл № 3 6 . 2с 2 ГОСТ 12 4 052-78 ССБТ. Ткани и материалы для спецодежды. Методы определения стойкости к прожиіанию -М • Изд-во стандартов, 1979. - 6 с. 3. А.с СССР 857821. МКИ G01N 25/00. Способ определения термической стойкости полимерных материалов / Г Н Исаков, В.В.Неснелов. №2737723/18-25; Заявл 11 03 79, Опубл. 23.08.81, Бюл. №31 -3 с 4 А с СССР 1017986, МКИ G01 N25/50 Способ определения доз агрессивных факторов, достаточных для прожигания огнестойких тканей / М.Т Мынбаев, М И Сухарев, В Е. Романов, М.И Голубев (СССР). - №3350378/18-25; Заявл. 25 10.81, Опубл 1505 83, Бюл №18 - З с Відкрите аки Україна, 8800С (03122)3 УКРАЇНА (19) UA пі) 39669 из) А (51) 7G01N3/18 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ОПИС ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ДО ДЕКЛАРАЦІЙНОГО ПАТЕНТУ НА ВИНАХІД видається під відповідальність власника патенту (54) СПОСІБ ОЦІНКИ ТЕРМОСТІЙКОСТІ МАТЕРІАЛІВ (21)2000127064 (22)08 12 2000 (24)15 06 2001 (46) 15 06 2001, Бюл № 5, 2001 р (72) Сарана Олександр Миколайович, Засорнов Олександр Сергійович, Троян Олександр Михайлович, Мичко Анатолій Андрійович (73) ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ПОДІЛЛЯ (57) Спосіб оцінки термостійкості матеріалів при дії теплових середовищ, який полягає в закріпленні проби, дії на неї з одного боку тепловим середовищем, визначенні температури й термодеструкції - з другого боку, визначенні терміну термодеструкції, який відрізняється тим, що реєстрацію термодеструкції проби визначають шляхом механічного тиску на зворот Винахід відноситься до області дослідження термостійких властивостей матеріалів при дії теплових середовищ і може бути використаний в лабораторіях і організаціях, які займаються створенням і дослідженням термостійких матеріалів для засобів індивідуального захисту Відомий спосіб теплових випробувань матеріалів за допомогою термітної суміші [1] Спосіб здійснюють наступним чином Брикет термітної суміші приводять в контакт з досліджуваною пробою Площа контакту визначає площу теплової ди Надалі підпалюють термітну суміш за допомогою електронагріву до температури плавлення Внаслідок того що температура плавлення реакційних продуктів перевищує температуру горіння суміші забезпечується незмінність геометричних розмірів площі контакту брикету з пробою Відомості про засоби контролю за зміною температури проби чи стану останньої не наведені В стандарті [2] описані способи визначення СТІЙКОСТІ до пропалювання (термостійкості) тканин і матеріалів для спецодягу, призначених для захисту від частинок розплавленого металу і при контакті з нагрітими до високих температур поверхнями Сутність першого способу полягає у визначенні терміну руйнування проб тканин і матеріалів при дн на них нагрітого до 800°С пропалювального елементу Другий спосіб передбачає визначення залишкової механічної МІЦНОСТІ проби після контакту з пропалювальним елементом на протязі 120 с Зазначені способи дозволяють оцінити термостійкість матеріалів лише при дн конкретного високотемпературного фактора (ніхромовий дріт, нагрітий до 800°С) Моделювання ди інших високотемпературних факторів (рідин твердих речовин які горять і т ін ) способи не передбачають Відомий спосіб визначення термостійкості полімерних матеріалів в умовах швидкісного нагрівання [3] Спосіб передбачає безперервний контроль температури поверхні проби і визначення температури руйнування поверхні і терміну ди високої температури до початку руйнування Спосіб дозволяє зробити рекомендації по використанню полімерних матеріалів певного призначення, але не дозволяє визначити температуру і час наскрізного руйнування таких матиріалів Найбільш близьким по технічній сутності є спосіб визначення доз агресивних факторів, достатніх для пропалювання матеріалів [4] Згідно способу, високотемпературним фактором діють на пробу, подаючи на неї певну дозу з однієї сторони і вимірюють температуру з другої сторони проби під місцем дії високотемпературного фактора Недоліком способу є визначення термостійкості матеріалу по стрибку похідної на залежності температури від часу Це не забезпечує точце визначення терміну руйнування матеріалу, хоча й пов'язане з додатковими математичними обчислюваннями Наприклад, різке підвищення температури з зворотної сторони проби може відбутися не внаслідок руйнування матеріалу, а за рахунок проникнення високотемпературного фактора на зворотну сторону матеріалу (наприклад просочування рідини, що горить) матеріал при цьому може лишатися цілим Окрім того, матеріали, які використовують для створення термозахисного одя ний бік термодеструктованої ДІЛЯНКИ проби на площі, що менша за площу термодеструкції, силою, яка менша за силу пружності цілого матеріалу і перевищує силу пружності термодеструктованої ділянки, а вимірювання температури термодеструкції матеріалу виконують у межах площі ділянки, на якій здійснюють механічний тиск со to о> со о? 39669 ry, внаслідок термодеструкції, як правило, утворюють карбонізований залишок (одна з основних вимог до цих матеріалів), який має певну механічну МІЦНІСТЬ і за цей рахунок утримується в матеріалі Виявити наскрізне руйнування матеріалу при утворенні карбонізованого залишку можливо шляхом механічної ди на зруйновану ділянку проби Зазначений спосіб цього зробити не дозволяє Сутність запропонованого способу полягає в тому, що на пробу матеріалу діють певним тепловим середовищем (цим середовищем можуть бути теплове випромінювання визначеної інтенсивності, частинки речовини, нагріті до високої температури, відкрите полум'я частинки речовин, що горять і таке ін ), до якого необхідно визначити СТІЙКІСТЬ даного матеріалу 3 протилежної (зворотної) сторони проби здійснюють механічний тиск на ділянку матеріалу, яка зазнає ди теплового середовища, одночасно вимірюють температуру та час руйнування матеріалу Для виявлення наскрізної термодеструкції проби матеріалу на певній ділянці шляхом здійснення механічного тиску необхідне виконання таких умов > Рпрмгщ> Гпркврбзал де Fnp м - сила пружності матеріалу, Рщ - сила тиску щупа на пробу, Рпркэрбзэр - сила пружності термодеструктованого матеріалу (карбонізованого залишку) Тобто сила тиску щупа на пробу має бути меншою за силу пружності цілого матеріалу (в іншому випадку буде відбуватись наскрізне руйнування не термодеструктованого матер>алу) Разом з тим сила тиску щупа повинна перевищувати силу пружності термодеструктованого матеріалу (карбонізованого залишку) Це необхідно для можливості визначення термодеструкції матеріалу шляхом ?иехгн!чного видалення його з структури цілого матеріалу Окрім того тиск необхідно здійснювати на площі яка менша за площу термодеструктованої ділянки матеріалу, це дозволить уникнути похибки у визначенні моменту повної термодеструкції матеріалу по товщині, пов'язаної з відомими теплофізичними властивостями матеріалів для спецодягу (низькі тепло- і температуропровідність), їх анізоіропією та ін Визначення температури в межах ділянки здійснення механічного тиску дозволить отримати дані про температуру руйнування матеріалу в момент його термодеструкції тобто отримати одну з важливих характеристик тррмостійкості матеріалу На фіг 1 схематично представлений перелік технічних засобів для реалізації запропонованого способу Схема вміщує пробу матеріалу - 1, блок завдання високотемпературного фактору - 2, вузол контролю руйнування - 3, вимірювач температури - 4, вимірювач часу - 5 Методика здійснення запропонованого способу оцінки термостійкості матеріалів при дії теплових середовищ полягає в наступному Пробу матеріалу 1 розміщують в утримувачі проби, із зворотньої й сторони розміщують щуп вузла контролю руйнування 3, який з силою Fu, діє на пробу матеріалу 1 Сила Fm врівноважується силою пружності матеріалу F npM (фіг 1) За допомогою блоку завдання високотемпературного фактора 2 на пробу 1 подають теплове середовище Т (фіг 2) Одночасно з цим, блок 2 вмикає вимірювач температури 4 та вимірювач часу 5 Вимірювач температури 4 здійснює реєстрацію температури на зворотній по відношенню до ди теплового середовища стороні проби 1 Внаслідок дії теплового середовища відбувається термодеструкція проби матеріалу 1 з утворенням карбонізованого залишку 6, сила пружності якого Fnp карб зал значно менша за силу пружності не зруйнованого матеріалу Fnp м В момент, коли відбулась термодеструкція проби матеріалу 1 по всій товщині, сила тиску щупа на пробу 1 почне перевищувати силу пружності карбонізованого залишку, останній руйнується і щуп переміщується на певну відстань, достатню для и фіксації вузлом руйнування 3 Останній подає сигнал на блок завдання високотемпературного фактора 2, вимірювач температури 4 і вимірювач часу 5 (фіг 3) Внаслідок цього блок 2 припиняє свою роботу, вимірювач температури 4 реєструє температуру, при якій відбувається руйнування проби 1, а вимірювач часу 5 - час руйнування проби Основними критеріями термостійкості ма теріалу при реалізації способу є температура і термін руйнування проби Таким чином запропонований спосіб дозволяє отримати надійні і обгрунтовані рекомендації по ефективному використанню матеріалів для спецодягу в заданих умовах теплової ди, з використанням об'єктивних критеріїв термостійкості-температури і терміну термодеструкції матеріалу Джерела інформації 1 А с СССР 858509, МКИ G01 N25/18 Способ теплових испытании материалов / В А Бронников, Ю И Крылов, Ю П Менчев -2873914/18-25; Заявлено 18 0180 Опубл 30 09 81 Бюл №36 2с 2 ГОСТ 12 4 052-78 ССБТ Ткани и материалы для спецодежды Методы определения стойкости к прожиіанию -М Изд-во стандартов, 1979 -бс 3 А с СССР 857821, МКИ G01N 25/00 Способ определения термической стойкости полимерных материалов / Г Н Исаков, В В Неснелов №2737723/18-25, Заявл 11 03 79, Опубл 23 08 81, Бюл №31 -3 с 4 А с СССР 1017986, МКИ G01 N25/50 Способ определения доз агрессивных факторов достаточных для прожигания огнестойких тканей / М Т Мынбаев, М И Сухарев, В Е Романов, М И Голубев (СССР) - №3350378/18-25, Заявл 25 10 81, Опубл 15 05 83, Бюл №18 - З с 39669 ФІГ. 1 пр карб з. /А \F щ \ 4 г о > •** 5 Фіг. 2 Фіг. З Тираж 50 екз Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122)3-72-89 (03122)2-57-03