175139. lajstromszámú szabadalom • Eljárás mérőberendezés műanyagok kúszásának és zsugorodásának automatikus vizsgálatára
3 175139 4 A műanyag termékekben a kúszástól független, de megnyilvánulásában ahhoz hasonló, spontán deformáció is létrejön, a zsugorodás. Okát a gyártás során befagyott feszültségben kell keresni. Természetes, hogy a termék felhasználhatóságához a zsugorodás mértékének ismerete elengedhetetlen. A felhasználásra kerülő műanyagokról tehát teljes információt csak a kúszási modulusz, a viszkozitási tényező és a zsugorodási értékeinek ismerete adhat, amelyet a felhasználás minden időpillanatára, a hozzátartozó hőmérsékleten, az összes előfordulható erő és környező közeg hatásának figyelembevételével kell meghatározni. Valamely műanyagtermék kúszási viselkedéséről teljes információ szerzésének hagyományos módja abban állt, hogy mérték az alakváltozást egy állandó hőmérsékleten az adott közegben a felhasználás várható időtartama alatt, majd ezt a mérést az összes felhasználási hőmérsékleten megismételték. Figyelembe véve, hogy a felhasználás kívánt időtartama legalább néhány év, sőt nem ritkán 15—20 év, látható, hogy igen hosszú mérésekről van szó. (Az egészen nagy időkhöz tartozó értékeket kétes megbízhatóságú extrapolációval nyerték.) A méréseket több hőmérsékleten párhuzamosan működő készülékeken egyidejűleg folytatták. A mérési hibák csökkentése szükségessé tette a mérések többszöri ismétlését, vagy egyidejű elvégzését több készüléken azonos viszonyok között. Megállapítható tehát, hogy a vizsgálni kívánt paraméterek teljes kimérése hagyományos módszerrel olyan célkitűzés, amely időben és eszközben tetemes ráfordítást igényelt. (Éppen ezért csak igen kevés laboratórium engedhette meg magának ilyen nagy tömegű mérések elvégzését.) A találmány célja olyan eljárás és berendezés kidolgozása, amely a fentiekben definiált teljes információt képes megadni a kúszási jelenségekről a hagyományos módszertől eltérően egy mérésben, viszonylag rövid idő (néhány óra) alatt, széles hőmérséklet-tartományban (-150 °C - +350 °C), nagy pontossággal. A találmány alapja az a felismerés, hogy a fenti célkitűzés maradéktalanul elérhető, ha a mintát program alapján változó hőmérsékleten, meghatározott nagyságú és időbeni lefolyású változó erőhatásoknak tesszük ki, és mérjük a plasztikus és elasztikus deformációt az idő függvényében, amit egybevetünk a programozott hőmérséklettel és a programozott erőhatásokkal. A fentiek alapján a találmány tárgya eljárás műanyagok kúszásának vizsgálatára és kvantitatív értékelésére, amely abból áll, hogy a vizsgálandó mintát programozott változó hőmérsékleten, programozott változó erőhatásnak tesszük ki, közben folyamatosan mérjük a deformációt, és az alkalmazott programoknak a kapott mérési eredményekkel való egybevetése útján kiszámítjuk a kúszási modulusz és a zsugorodás értékeit, hőmérséklet, erő és az idő függvényeként. A találmány tárgya ezenkívül a fenti eljárás egy olyan foganatosítási módja, amelynél a programozott változó hőmérsékletet és a programozott változó erőhatást számítógéppel vagy mikroprocesszorral vezérelt berendezésekkel hozzuk létre. A találmány tárgya továbbá mérőberendezés a fenti eljárás foganatosítására, amelynek minta befogadására alkalmas szerve, ahhoz mechanikusan kapcsolt és az erőhatást adó pneumatikus terhelő egysége, a mechanikus kapcsolatot átvevő rudazatot magában foglaló elektromechanikus elmozdulásérzékelője, az ehhez kapcsolódó elektronikus erősítő egysége, az ehhez elektromosan kapcsolódó regisztráló egysége, a minta hőmérsékletét mérő, a regisztráló egységhez kapcsolódó elektronikus hőmérője, valamint a minta hőmérsékletét változtató szabályozó egysége és azt vezérlő hőmérsékletprogramozó egysége, és a pneumatikus terhelő egységet vezérlő erőprogramozó egységei vannak. A berendezés egy előnyös kiviteli alakja a kapott eredmények önműködő kiértékelését lehetővé tevő, az elektronikus erősítőhöz és az elektronikus hőmérőhöz elektromosan kapcsolódó számítóegységet, valamint a számítóegységhez kapcsolódó rajzgépet, nyomtatót és adatrögzítőt magában foglaló számítógép perifériát tartalmaz. A találmány értelmében célszerűen az alábbi módon járunk el: a) Az elasztikus és plasztikus deformáció eltérő eltűnési kinetikájának alapján kiszámítjuk az n-ik terhelésimpulzus által okozott plasztikus deformációt. b) A plasztikus deformációból és az impulzus paramétereiből kiszámítjuk az impulzusnak megfelelő Tn hőmérséklethez tartozó viszkozitási tényezőt. c) Megszerkesztjük az elasztikus deformációnak megfelelő görbét úgy, hogy a teljes deformációból levonjuk a plasztikus deformációt. d) Az n-ik impulzus lefutása alatt keresünk egy olyan időértéket, amelyhez tartozó elasztikus deformáció egyenlő az előző impulzus által okozott teljes elasztikus deformációval, és ezen időérték, valamint az előző impulzus időtartamának és a hőmérsékletváltozás sebességének alapján kiszámítjuk az eltolási tényező logaritmusának a két impulzus ideje közötti hőmérsékletváltozás okozta változását. d) Két-két impulzus közötti változások összegezésével kiszámítjuk az eltolási tényező logaritmusát, bármely, a vizsgált tartományba eső, előre megadott referenciahőmérséklethez viszonyítva.- f) Az elasztikus deformáció és a terhelésimpulzus alapján kiszámítjuk mindegyik impulzushoz a megfelelő kúszási moduluszt, és ezt az eltolási tényező reciprokának az impulzus időtartományában vett időfüggő határozott integráljának függvényében ábrázoljuk. Ezt a számítást különböző, előre megadott hőmérsékletekre elvégezve, kúszási modulusz kontra idő izotermikus görbesereget kapunk, amelyről leolvashatjuk a kívánt modulusz értékeket. A minta zsugorodásának mérését terhelés nélkül végezzük, az előre beállított hőmérsékleti program mellett. A mért deformációból kiszámítjuk a relatív 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
