Содержание к диссертации
Введение
1 Известные методы и существующие устройства исследования структурных переходов в полимерах 12
1.1 Методы и средства теплового контроля свойств полимеров 14
1.2 Теплофизическая измерительная аппаратура, выпускаемая промышленностью 16
1.3 Методы теплового контроля свойств материалов, используемые при исследованиях структурных переходов в полимерах 22
1.4 Выводы по первой главе 27
2 Теоретические основы метода 28
2.1 Математическая модель теплопереноса 35
2.2 Исследование адекватности математической модели 40
2.3 Режимные и конструктивные характеристики измерителя 42
2.4 Основные операции и расчетные выражения при реализации метода.. 47
2.5 Выводы по второй главе 51
3 Имитационное исследование теплопереноса 53
3.1 Визуализация температурных полей 53
3.2 Моделирование теплопереноса в измерительной системе с учетом возможного структурного перехода в материале исследуемого изделия 57
3.3 Выводы по третьей главе 78
4 Измерительная система неразрушающего контроля 79
4.1 Схема и аппаратное исполнение измерительной системы 79
4.2 Цифровая обработка сигнала 85
4.3 Градуировка измерительной системы 89
4.4 Градуировка блока управления питанием 91
4.5 Калибровка измерительной системы 105
4.6 Алгоритмическое и программное обеспечения функционирования измерительной системы, реализующей разработанный метод 106
4.7 Выводы по четвертой главе 111
5 Экспериментальные исследования работоспособности метода и измерительной системы 112
5.1 Объекты теплофизических исследований 112
5.2 Определение температуры структурного перехода в полимере 117
5.3 Реализация разработанного метода без проведения калибровочных экспериментов 122
5.4 Метрологическая оценка погрешностей метода 131
5.5 Выводы по пятой главе 134
Заключение 135
Список использованных источников 137
Приложения 148
- Теплофизическая измерительная аппаратура, выпускаемая промышленностью
- Моделирование теплопереноса в измерительной системе с учетом возможного структурного перехода в материале исследуемого изделия
- Градуировка блока управления питанием
- Реализация разработанного метода без проведения калибровочных экспериментов
Теплофизическая измерительная аппаратура, выпускаемая промышленностью
Производство теплофизических приборов промышленного назначения началось в Ленинградском технологическом институте холодильной промышленности (ЛТИХП) с разработки прибора ИТ- -400. На базе данной модели был создан ряд приборов: ИТ-а-400; ИТС-400; ИТС-2; ИТЭМ-1 [18, 48].
Из современных отечественных приборов следует отметить приборы ООО "ЛМТ", предназначенные для измерения тепловых и влажностных характеристик (теплопроводность, тепловое сопротивление, температуропроводность, теплоёмкость, энтальпия, теплота фазовых и структурных превращений, влагосо-держание, криоскопическая температура, внутренние тепловые источники). Они созданы на основе базовой модели и представляют различные модификации:
ИТС-/-1, ИТС-/-2, ИТС-/С-3, ИТС-с-4, ИТС-с-5, ИТС-q-6. Данные приборы позволяют проводить измерения в области значений температуры -30...80 С в режиме непрерывного разогрева с погрешностями до 10 %. Точность измерений соответствует требованиям, которые предъявляются к лабораторным исследованиям (нормированные погрешности от 3 до 7%).
Среди приборов для быстрого определения теплопроводности строительных и изоляционных материалов, предназначенных для обеспечения теплоизоляции промышленного оборудования и трубопроводных систем, можно отметить прибор ИТП-МГ4 «Зонд», выпускаемый СКБ «Стройприбор». Помимо этого прибора данная компания выпускает приборы ИТП-МГ4 «100» и ИТП-МГ4 «250», которые предназначены для определения теплопроводности и термического сопротивления материалов и некоторых элементов строительных конструкций. Приборы применяют для контроля ТФС теплоизоляционных покрытий промышленного оборудования и систем трубопроводов согласно ГОСТ № 7076 методом теплового зонда и по ГОСТ № 30256, соответственно. Приборы предназначены для определения теплопроводности и термического сопротивления материалов при температуре специально подготовленного образца от 12,5 до 42,5С. Регулирование значений температуры холодильника и нагревателя, а также термостатирование в процессе испытаний обеспечиваются автоматически. Погрешность измерения ТФС составляет 5...7 % [49].
Из зарубежных аналогов следует отметить установку TC-3000H/L фирмы "SINKU-RIKO" (Япония), предназначенную для определения комплекса теплофи-зических свойств (теплоемкости, температуро- и теплопроводности) импульсным методом в интервале значений температуры от -150 до +1300С. Анализатор теплопроводности ТО, предлагаемый Setaram Instrumentation (Франция), произведен канадским партнером Cherm Technologies Ltd. Прибор разработан для широкого круга материалов, имеет высокую точность и используется в лаборатории для контроля продукции. Анализатор не требует калибровки и подготовки образцов. Анализатор имеет широкий диапазон измерения теплопроводности (от 0,0 до 100 Вт/мК) в диапазоне значений температуры от -50 до 200C. Анализатор TCi может использоваться с одним или двумя сенсорами. Время измерений теплопроводности твердых, жидких веществ, порошков и паст менее 5 сек. В программном обеспечении предусмотрен дополнительный расчет других теплофизических свойств (теплоемкость, плотность) [50].
Приборы для анализа теплофизических характеристик методом лазерной вспышки разрабатывает отделение Analyzing & Testing группы компаний NETZSCH-Gertebau GmbH (Германия) [51].
Лидирование в области инновационных технологий и бескомпромиссные стандарты качества сделали NETZSCH-Gertebau GmbH одной из ведущих мировых компаний в сфере термического анализа. Приборы термического анализа, выпускаемые данной фирмой, получили широкое распространение в различных отраслях промышленности и в научных исследованиях [51].
Калориметр DSC 200 F3 Maia характеризуется высокой чувствительностью и надежностью, прост и удобен в эксплуатации, позволяет работать в широком температурном интервале от -170C до 600C. ДСК-сенсор теплового потока характеризуется высокой стабильностью, более высоким разрешением и чувствительностью.
Калориметр имеет следующие технические характеристики:
- широкий диапазон скоростей нагрева (0,001...100 K/мин);
- скорость охлаждения (0,001 ... 100 K/мин, зависит от температуры);
- диапазон измерений (0 ± 600 мВт);
- чувствительность ( 1 мкВт);
- точность измерения температуры (0,1 K);
- точность измерения энтальпии ( 1%).
Дифференциальный сканирующий калориметр DSC 200 F3 Maia реализует: определение температуры начала, максимума, перегиба, конца фазового перехода; автоматический поиск пика; тепловые эффекты переходов (определение площади пика (энтальпии) с выбранной базовой линией и парциальной площади пика); определение параметров процесса кристаллизации; комплексный анализ перехо 19 дов стеклования / расстекловывания; автоматическую коррекцию базовой линии; определение теплоемкости.
Прибор DSC 200 F3 Maia поставляется с программным обеспечением Software, работающим под Windows. Программа Proteus Software включает все необходимые опции для проведения измерения и обработки полученных результатов [51].
Модель прибора, выпускаемого фирмой NETZSCH-Gertebau GmbH, DSC 204 F1 Phoenix. Печь ДСК состоит из цилиндрического теплопроводного серебряного блока с нагревателем, создающимт однородное, симметричное (3D-симметрия) температурное поле. Возможно подключение разных систем охлаждения. Вакуум-плотная измерительная конструкция системы позволяет подключать ИК-Фурье спектрометр или масс-спектрометр.
Благодаря серебряному блоку печи и уникальной чувствительности сенсора, изготовленного из константана, а также предельно низкой постоянной времени T-сенсора (0,6 с) возможно высокое разрешение малых, близкостоящих и перекрывающихся тепловых эффектов. Расширенные возможности калориметра DSC 204 F1 Phoenix делают его более универсальным для исследований, контроля качества, анализа неудачных экспериментов и оптимизации процессов исследований [51].
Компания, которая уже на протяжении десятилетий является одним из мировых лидеров в производстве аналитических инструментов для термического анализа, «Perkin Elmer» (США). «Perkin Elmer» в 2009 г. представила обновлённую линейку, состоящую из четырёх моделей дифференциальных сканирующих калориметров. Это – два прибора, работающих по принципу компенсации мощности, (системы DSC 8500 и DSC 8000), имеющие высочайшую чувствительность, точность и воспроизводимость измерений. Приборы работают в диапазоне значений температуры от жидкого азота до более 700С. Для пользователей, не нуждающихся в высочайших характеристиках моделей DSC 8500/8000, компания «Perkin Elmer» предлагает системы, использующие принцип компенсации теплового потока – калориметры DSC 6000 и DSC 4000, характеристики которых зачастую превосходят параметры аналогичных приборов других производителей [52]. Система DSC 4000 - прибор начального уровня, отлично подходящий для рутинного контроля качества полимерных и композиционных материалов.
Калориметр DSC 6000 является дальнейшим развитием младшей модели, обладающий дополнительными функциями, включая проведение экспериментов в режиме модуляции температуры и программное обеспечение для исследования кинетики процессов, теплоемкости и чистоты веществ. Интервал рабочих значений температуры: -180 ... 450 С. Калориметрическая точность прибора: ± 2 % [52].
В приборах DSC 8000 / 8500 исследуемый образец и образец сравнения помещаются каждый в отдельный калориметр. При проявлении превращения тепловой эффект компенсируется изменением мощности, подводимой к печи. Учет количества энергии для поддержания системы в состоянии равновесия, которое пропорционально тепловому эффекту, сопровождающему изменения в объекте исследования. Это позволяет повысить точность и воспроизводимость определения тепловых эффектов, а также использовать методы модулированной ДСК. Интервал рабочих значений температуры: -170 ... 750С. Скорость нагрева, реализуемая прибором DSC 8000 - 0,01...300С/мин. Конструкция прибора DSC 8500 предусматривает изменение скорости нагрева в пределах 0,01...750 С/мин. Скорость охлаждения печи прибора DSC 8000 - 0,01...150 , а у прибора DSC 8500 -0,01...750 С/мин.
Калориметрическая точность данных приборов ± 2 % [52].
Изготовлением дифференциальных сканирующих калориметров промышленного назначения занимаются также компании Setaram Instrumentation (Франция), TA Instruments (США), Linseis Messgeraete GmbH (Германия) и др. [50 - 53].
Современным представителем модульной ДСК является прибор MMC 274 Nexus, компании NETZSCH-Gertebau GmbH, предназначенный для измерения теплоты реакций, скорости реакций, эндотермических эффектов реакций, теплоемкости, фазовых превращений, скорости выделения газа и давления пара. Многорежимный калориметр MMC 274 Nexus состоит из двух основных частей: основного блока с электроникой и сменного калориметрического модуля. Такая конструкция гарантирует максимальную гибкость комплектации прибора [51].
Моделирование теплопереноса в измерительной системе с учетом возможного структурного перехода в материале исследуемого изделия
При температуре структурного перехода (фазового, релексационного) в изделии из ПМ происходят существенные изменения ТФС.
Структурный переход при имитационном исследовании моделировался изменением (скачком) теплоемкости материала полимерного изделия. В частности, для изделия из ПТФЭ - в температурном интервале 19,6+0,5С (рис. 3.4). Известно, что при значениях температуры ниже Т = 19,6 С элементарная ячейка кристалла ПТФЭ состоит из 13 групп СF2. Выше данной температуры - из 15 групп СF2. При Т = 19,6 С триклиническая упаковка кристаллической фазы аморфно-кристаллического ПТФЭ переходит в менее упорядоченную - гексагональную. Эндотермический твёрдофазный переход в ПТФЭ сопровождается увеличением объема образца (например, при степени кристалличности 68 % - на 0,74%).
На рис. 3.5. представлена схема тепловой системы, состоящей из двух полуограниченных тел, находящихся в идеальном тепловом контакте. В плоскости соприкосновения тел расположены два линейных нагревателя шириной 2h.
На рис. 3.6 представлены термограммы, зафиксированные в изделии из ПТФЭ от действия двух нагревателей постоянной мощности при моделирова нии. Термограммы получены при следующих условиях.
Кривые (1) получены численно при условии отсутствия твердофазного перехода. Ширина нагревателя 2Л = 2,2 мм; тепловой поток q1 = 7000 Вт/м2; временной шаг Ах = 0,1 с; количество точек термограммы, используемое для определения скорости изменения температуры, = 15; в качестве материала подложки ИЗ и исследуемого изделия использовали ПТФЭ.
Зависимости (2) получены при аналогичных условиях за исключением, что моделируемый твёрдофазный переход задан в интервале значений температуры 19,6+0,5С (рис. 3.4) скачком теплоемкости от 1000 до 4000 кДж/(кгС).
Термограммы, представленные на рис. 3.6, зафиксированы на следующих расстояниях от центральной оси контактной поверхности подложки ИЗ: а) х = ±2,7 мм (ТП1 и ТП3); б) х = 0 мм (ТП2); в) х = 4,3 мм (ТП4). Штриховые линии соответствуют процессу, не сопровождающемуся структурным переходом.
На рис. 3.7 и 3.8 приведены зависимости Vi = f(i) и Vi = f(Тs), полученные по термограммам, представленным на рис. 3.6. На зависимостях Vi = f(x) и V\= f( Тs) твердофазный переход проявляется в виде существенного изменения значения скорости нагрева полимерного объекта исследования. Особенно явно указанные изменения проявились в точке, находящейся на центральной оси между нагревателями. Структурный переход зафиксирован при Тп =19,6 С на кривых V\-=(т) (рис. 3.7 а, б) и V\= f( Тs) (рис. 3.8 а, б). Здесь: / - номер ТП, z = 1 ... 4.
На рис. 3.7 (в) и 3.8 (в) переход проявляется, но идентифицировать его проблематично из-за влияния на информативные величины тепловых процессов, протекающих в изделии при нагреве двумя нагревателями. Следовательно, при одновременном использовании двух нагревателей показания термоприёмников, расположенных с внешней стороны нагревателей, использовать нецелесообразно.
В области структурного перехода наблюдаются аномалии ТФС, которые могут быть зафиксированы по изменениям текущих коэффициентов Ь0 и Ь1 модели (2.70).
Построив зависимости коэффициентов Ь0іиЬ1 от температуры, по характерным аномалиям зависимостей определяют температурные характеристики структурных переходов в ПМ без проведения калибровочных экспериментов.
На рис. 3.9 и 3.10 представлены зависимости b0i = f(Ts) иЬ1 =f(Ts), построенные по термограммам рис. 3.6. Структурный переход проявляется при Тп =19,6 С аномалиями на кривых b0i = f(Ts) иЬ1 =f(Ts). Полученные результаты хорошо согласуются с результатами, представленными ранее на рис. 3.7 и 3.8.
На рис. 3.11 - 3.20 представлены результаты имитационного исследования для случая НК, когда подложка ИЗ выполнена из теплоизоляционного материала. Исходные данные исследования сведены в табл. 3.1. Материал подложки ИЗ - пенополиуретан марки "Рипор". Теплофизические свойства: Х2 = 0,028 Вт/(м-К); с2 = 1270 Дж/(кг-К); р2 = 50 кг/м3. Исследуемый материал ПТФЭ: A,i = 0,27 Вт/(м-К); сх = 1005 Дж/(кг-К); pi = 2200 кг/м3.
В таблицах 3.2 - 3.4 представлены исходные данные для различных вариантов имитационных исследований.
Теплофизические свойства исследуемых материалов:
ПТФЭ: X1 = 0,27 Вт/(м-К); с1 = 1005 Дж/(кг-К); P1 = 2200 кг/м3;
ПЭВД: X1 = 0,32 Вт/(м-К); с1 = 1780 Дж/(кг-К); р1 = 920 кг/м3;
ПА6: X1 = 0,3 Вт/(м -К); с1 = 1750 Дж/(кг-К); р1 = 1550 кг/м3.
Условия проведения исследований: начальная температура Тн = 0 С; количество точек термограммы, используемое для определения скорости изменения температуры, к = 15. В качестве подложки ИЗ использовали ПТФЭ.
Серия исследований по условиям опытов № 1 - №5 (табл. 3.3) выполнена для полимерного объекта - полиэтилена высокого давления (ПЭВД). В данном материале в интервале значений температуры 82 … 192 С существует высокотемпературный переход первого рода, связанный с увеличением подвижности макромолекул в результате предплавления кристаллической части полимера [75].
Серия исследований по условиям опытов № 1 - №5 (табл. 3.4) выполнена для полимерного объекта - поликапроамида (ПА6). В данном материале при Т = 27 С присутствует переход, который является релаксационным і-переходом, вызванным сегментальной подвижностью в аморфной фазе [76].
Использование в качестве подложки ИЗ материала, в котором имеется структурный переход (рис. 3.33 - 3.36), позволит осуществлять дополнительный контроль за ходом испытания. Появляется возможность вводить поправки для более точного определения значения температуры структурного перехода в исследуемом ПМ.
Из данных, представленных на рис. 3.5 - 3.36, видно, что коэффициенты Ъхи b0i, Sb 2 , Sb 2 V І явно реагируют на структурные переходы в изделиях из ПМ. Если в исследуемом материале происходит фазовый или релаксационный переход, сопровождающийся тепловым эффектом, то значения текущих коэффициентов модели b1i и b0i аномально изменяются в достаточно узких временном и температурном интервалах. Построив температурные зависимости коэффициентов b1i, b0i (или их дисперсий Sb21i , Sb20i ), по характерным аномалиям определяют температурные интервалы структурных превращений в ПМ без проведения калибровки.
Градуировка блока управления питанием
В связи с тем, что элементы электрических схем (рис. 4.6 и 4.7 ), которые образуют блок управления питанием (БУП), не являются прецизионными проведена градуировка. Задачами градуировки являлось, во-первых, выявление зависимостей, позволяющих регулировать выходное напряжение. Во-вторых, необходимо было выяснить: вносит ли использование БУП дополнительную погрешность в измерение выходного напряжения. В-третьих, проверка работоспособности узлов ИС отвечающей за создание теплового воздействия.
Схема проведения градуировочного эксперимента представлена на рис. 4.12.
БУП получает напряжение 12,0 В от блока питания HY3005D-3. На операционный усилитель от ЦАП подается напряжение, которое задается кодом программы. В ходе проведения градуировочного эксперимента фиксируют: выходное напряжение (Uвых.); показания амперметра (Iпр.) и вольтметра (Uпр.); блока питания (Iб.п.); падение напряжения на токовом датчике (Uшунт.). Величину Uшунт. необходимо знать для того, чтобы находить величину тока (I), проходящего через нагреватель. В градуи-ровочном эксперименте для имитации нагревателя использовались два резистора, соединенных последовательно. Общее сопротивление резисторов эквивалентно сопротивлению нагревателя ИЗ. Для отображения данных, фиксируемых в эксперименте, была написана программа на языке Delphi.
Градуировочный эксперимент проводился для двух каналов.
Ниже приводятся таблицы с данными, полученными при прямом и обратном ходе проведения градуировочного эксперимента. Для обработки данных, представленных в табл. 4.3 – 4.10, применен линейный регрессионный анализ.
Схема регрессионного анализа включает в себя следующую последовательность действий: нахождение выборочной оценки истинной регрессии; оценки статистической значимости выборочной регрессии в сравнении с безусловным разбросом значений Yi, характеризующимся дисперсией SY2 ; определение доверительных областей, с заданной вероятностью включающих в себя истинную регрессию [84].
Выполнен регрессионный анализ данных, приведенных в табл. 4.11. Исходные данные получены при исследовании I канала при прямом ходе эксперимента.
Рассчитаны средние значения для параллельных опытов, определены дисперсии воспроизводимости и среднеквадратичные ошибки.
Среднее значение для параллельных опытов определяется по следующей формуле [83]:
Данные, представленные в табл. 4.12 показывают, что значения дисперсии воспроизводимости малы, что говорит о том, что параллельные опыты проведены с высокой точностью (т.е. различия между значениями параллельных опытов минимальны).
Проверка на промахи (отдельные результаты опыта, совершенно выпадающие из общей закономерности). Рассчитаны величины критерия Стьюдента. Выполнены сравнения с предельным значением ґтабл. Если tx ґтабл , то данное измерение считается промахом, иначе нет.
Величину критерия Стьюдента определили для каждого параллельного опыта из всех серий по следующей формуле [83]
Проверка показала, что все серия параллельных опытов не имеют промахов. Проверка на однородность дисперсий с помощью критерия Фишера
Убедившись, что частные дисперсии однородны, переходим к расчету коэффициентов математической модели.
Коэффициенты математической модели (коэффициенты регрессии) входят в следующее выражение математической модели [83]
Количественной мерой адекватности математической модели является отношение дисперсии S2, определяемой рассеянием значений Yt вокруг линии регрессии, к дисперсии Sy естественного рассеяния значений вокруг своих средних Yt [83].
Если S2 IS2Y F, где F - распределение Фишера с fx=n-2 и f2=m-l степенями свободы, то ошибка в определении регрессии с доверительной вероятностью а признается статистически значимой (т - объем выборки, по которой выполнена оценка дисперсии S2, т.е. число дублируемых наблюдений для каждой серии Yt). Дисперсия S2 определяется по (4.14), а дисперсия S2 - по (4.3). Критический критерий Фишера можно не рассчитывать, если Y - Y.= 0 [83].
Из расчетов можно сделать вывод о том, что математическая модель (4.16) абсолютно адекватна.
Из представленных зависимостей видно, что при измерениях выходного сигнала в рабочем диапазоне (0,5 – 4В) на I канале не вносится дополнительная погрешность, так как погрешность измерения не выходит за пределы инструментальной погрешности, равной 5%. Величина инструментальной погрешности определятся характеристиками применяемой измерительно-управляющей платой PCI-1202H.
Такому же анализу были подвергнуты данные, полученные в четырех сериях параллельных опытов на I канале при прямом ходе эксперимента. Построены зависимости: код = f(Uвых.); Iпр. = f(Uшунт.); Iб.п. = f(Iпр.). Данные представлены на рис. 4.15 – 4.17.
Зависимости, представленные на 0,25 рис. 4.15 и 4.16, использованы в программе, отвечающей за проведение эксперимента. На их основании задается выходное напряжение для определения и регулирования тепловой мощности, выделяющейся с нагревателя.
Зависимость Iб.п. = f(Iпр.) (рис. 4.17) показывает, что совместная работа всех эксперимента устройств, используемых в градуировочном эксперименте, согласована и не вносит дополнительных погрешностей.
Регрессионный анализ данных, полученных на I канале при обратном ходе эксперимента и II канале, аналогичен. Результаты представлены в приложении А.
Реализация разработанного метода без проведения калибровочных экспериментов
Реализация методики определения температурных значений твердофазных и релаксационных переходов в полимерах без проведения калибровочных экспериментов связана с тепловыми эффектами и изменениями ТФС в узком температурном интервале.
Математическая модель (2.70), соответствующая теплопереносу в рассматриваемой системе (вне области структурных превращений)
При заданных режимах эксперимента, т.е. постоянных и , возможно определить температурные зависимости текущих значений коэффициентов модели b0i иЬ1 (см. ф-лы 2.76 и 2.78) по любому интервалу термограммы. Если в исследуемом изделии из ПМ происходит структурный переход, который сопровождается тепловым эффектом, то значения текущих параметров b0i и Ь1 существенно изменяются в узких временном и температурном интервалах.
Имитационное исследование теплопереноса в рассматриваемой системе выявило характер графических зависимостей b0i=f(Ts)иb1=f(Ts) при проявлении структурного перехода в ПМ (рис. 3.9; 3.10; 3.14; 3.15; 3.18; 3.19; 3.25; 3.26; 3.31; 3.32).
Экспериментальное определение значений температуры структурного перехода в полимере без проведения калибровочных экспериментов представлено на рис. 5.7 - 5.15.
На рис. 5.7 представлены зависимости Т = /(т) полученные в ходе проведения эксперимента на изделии из ПА6. Режим проведения эксперимента соответствовал опыту №4 в табл. 5.5. Термограммы 1 и 2 (рис. 5.7) зафиксированы термоприемниками ТП1 и ТП3 (см. рис. 2.1) на центральных осях нагревателей. Термограмма 3 (рис. 5.7) зафиксирована термоприемником ТП2 (см. рис. 2.1) на центральной оси контактной поверхности подложки ИЗ
По термограмме 3 (рис. 5.7), полученной на изделии из ПА6 (опыт № 4 табл. 5.5) построены зависимости b0i= f(Ts) иЬ1= f(Ts), представленные на рис. 5.8. Переход проявился вне зоны рабочего участка при Тп = 25,1 С. Полученный результат согласуется с экспериментальными данными, полученными выше. Характер кривых согласуется с данными имитационного исследования (см. гл. 3).
На рис. 5.9 представлены зависимости b0i = f(Ts) иЬ1 = f(Ts), построенные по термограмме 3 (рис. 5.3), зафиксированной на изделии из ПА6 (опыт №2, табл. 5.5). Твердофазный переход зарегистрирован при 25,3 С, а релаксационный при 27,8 С.
Полученный результат согласуется с экспериментальными данными, полученными выше. Характер кривых согласуется с данными имитационного исследования, выполненного в 3 главе.
На рис. 5.10 представлены зависимости b0i = f(Ts) иЬ1 =f(Ts), построенные по термограмме 3 (рис. 5.5), зафиксированной на изделии из Капролона В (опыт №3, табл. 5.5). Твердофазный переход зарегистрирован при 25 С, а релаксационный при 26,9 С. Полученный результат согласуется с экспериментальными данными, полученными выше.
На рис. 5.11 представлены зависимости Т = f(x) полученные в ходе проведения эксперимента на изделии из Ф4К20. Режим проведения эксперимента соответствовал опыту №6 в табл. 5.5. Термограмма 1 (рис. 5.11) зафиксирована термоприемником ТП2 (см. рис. 2.1) на центральной оси контактной поверхности подложки ИЗ. Термограммы 2 и 3 (рис. 5.11) зафиксированы термоприемниками ТП1 и ТП3 (см. рис. 2.1) на центральных осях нагревателей.
По термограмме 1 (рис. 5.11), полученной на изделии из Ф4К20 (опыт № 6 табл. 5.5) построены зависимости b0i = f(Ts) иЬ1 = f(Ts), представленные на рис. 5.12. Переход проявился вне зоны рабочего участка при Тфп = 20,0 С.
Модель (2.68) может быть рассмотрена как случайный стационарный процесс. Примем, что такой процесс протекает во времени однородно. Частные реализации таких процессов колеблются с постоянной амплитудой относительно средней функции. Дисперсии по сечениям средних функций – постоянные величины [98]. При проявлении в исследуемом материале фазового перехода из одной кристаллографической модификации в другую, который сопровождается тепловым эффектом, величины дисперсий коэффициентов b0i иb1i будут резко изменяться. Причём, эи изменения будут происходить в достаточно узких временных и температурных интервалах. Дисперсии текущих значений коэффициентов b0i иb1i для каждого интервала термограммы оценивали по формулам (2.80) и (2.81).
На рис. 5.13 представлена зависимость ST2i = f(Ts) полученные в результате обработки термограммы 3 (рис. 5.5), зафиксированной ТП2 в точке на центральной оси контактной поверхности подложки ИЗ между центральными осями нагревателей, на изделии из Капролона В. Режим поведения эксперимента соответствует условиям опыта № 3, табл. 5.5.
В эксперименте твердофазный переход зафиксирован при 25,3 С, а релаксационный при 27 С (рис. 5.13). Полученный результат согласуется с экспериментальными данными, полученными выше.
На рис. 5.12 представлены зависимости Т = f(x), полученные в ходе проведения эксперимента на изделии из ПА6. Режим проведения эксперимента соот 128 ветствовал опыту №5 в табл. 5.5. Термограммы 1 и 2 (рис. 5.14) зафиксированы термоприемниками ТП1 и ТП3 (см. рис. 2.1) на центральных осях нагревателей. Термограмма 3 (рис. 5.12) зафиксирована термоприемником ТП2 (см. рис. 2.1) на центральной оси контактной поверхности подложки ИЗ.
Твердофазный переход в ПА6 зафиксирован при 25 С, а релаксационный при 26,7 С (рис. 5.15). Полученный результат согласуется с экспериментальными данными, полученными выше.
На рис. 5.16 представлены зависимости S = f{Ts) и Si = f{Ts) для изделия из ПА6, полученные в результате обработки термограммы 3 (рис. 5.14). Твердофазный переход в ПА6 зафиксирован при 25,1 С, а релаксационный - при 26,7 С.
Причинами множественности пиков на кривых при тепловом анализе и НК структурных переходов в ПМ являются реорганизация и рекристаллизация мета 130 стабильных кристаллов и сложенных цепей. Реорганизация или рекристаллизация кристаллов могут идти и одновременно, что приводит к появлению сложной – дублетной или триплетной температурной зависимости. Следует учитывать, что форма кривой в этом случае зависит от кинетики процесса. Значения температуры пиков могут существенно смещаться с изменением скорости нагревания для проявляющихся в процессе исследования релаксационных переходов. Для случая фазового перехода с уменьшением скорости возрастает относительная интенсивность более высокотемпературного пика [76].
Примеры таких изменений, например, в дублетах плавления полимеров, обусловленных рекристаллизационными процессами, приводятся в [99].
Одновременно с вышеописанными методами в данной работе реализован метод НК температурных характеристик структурных переходов, основанный на регистрации первой производной по времени от основной величины – температуры в нескольких точках контроля исследуемого ПМ.