Способ оценки деформационных свойств полипропиленовых нитей с углеродными наполнителями
EVALUATION METHOD OF DEFORMATION PROPERTIES OF POLYPROPYLENE CARBON-FILLED FILAMENTS

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля синтетических нитей и материалов и может быть использовано для прогнозирования способности материалов на основе полипропиленовой матриц и углеродных наполнителей, используемых в текстильной и легкой промышленностях, рассеивать статическое электричество, что обеспечивает антистатические свойства материалам.
В известном уровне техники исследуются свойства материалов, например затвердевание, прочность сборки, путем измерения удельного электрического сопротивления.
Известен способ и система анализа химически активного материала, например бетона. Способ включает в себя непрерывное измерение удельного электрического сопротивления для получения временной зависимости. Временная зависимость используется для определения времени начала схватывания и времени окончания схватывания материала. Время начала схватывания определено как время наступления наиболее быстрого подъема удельного сопротивления и время окончания схватывания определено как время локального максимума удельного сопротивления. Временная зависимость может быть использована для выявления перехода между рабочим состоянием материала и нерабочим состоянием материала (патент RU №2535239, МПК G01N 27/04, опубликовано 27.10.2011).
Известен способ контроля качества сборки и надежности сборочной единицы, заключающийся в том, что возбуждают резонансные механические колебания ультразвуковым излучателем в заданном частотном интервале, содержащем основные гармоники, выделяют резонансные пики в заданном частотном интервале, сравнивают их с эталонными значениями, при этом за эталонное значение дополнительно принимают заданное нормируемое сопротивление электрической цепи, возбуждение резонансных механических колебаний производят в процессе изготовления сборочной единицы, при осуществлении контроля электрического сопротивления цепи сборочной единицы, при этом излучатель ультразвуковых механических колебаний располагают на контрольном элементе сборочной единицы, а контроль проводят по одному резонансному пику, о качестве сборки сборочной единицы и наличию дефектов судят по величине расхождения частот резонансного пика и эталонного и по сравнению сопротивления электрической цепи сборочной единицы с эталонным, о надежности работы сборочной единицы судят по расхождению частот резонансного пика и эталонного при отсутствии контроля сопротивления электрической цепи сборочной единицы (патент RU №2387987, МПК G01N 29/12, G01N 27/02, опубликовано 27.04.2010).
Наиболее близким к заявленному решению является способ оценки деформационных свойств швейных лавсановых нитей с различной степенью крутки в процессе эксплуатации. Техническим результатом изобретения является возможность подбора таких рабочих напряжений на нить, при которых влияние крутки на ее деформационные свойства исключается, то есть целесообразно выбирать нить с низкой степенью крутки, производство которой гораздо экономичнее, чем нити с высокой степенью крутки. Сущность способа заключается в получении зависимости минутной деформации образцов швейных лавсановых нитей с различной степенью крутки при постоянном растягивающем напряжении, одинаковом для всех испытываемых образцов (патент RU №2295724, МПК G01N 33/36, опубликовано 20.03.2007).
9
Техническим результатом изобретения является прогнозирование сохранения антистатических свойств материалов в процессе многократного растяжения полипропиленовых нитей с углеродными наполнителями за счет установления максимального значения растягивающих напряжений, отвечающих максимально допустимому значению удельного электрического сопротивления ρ=10 Ом⋅м.
9
Поставленная задача достигается тем, что в способ оценки деформационных свойств полипропиленовых нитей с углеродными наполнителями включается поминутное растяжение каждой из n нитей с одновременным воздействием электрического тока, измерение значений растягивающих напряжений и значений электрического сопротивления с одновременным вычислением значения удельного электрического сопротивления по формуле , где R - электрическое сопротивление нити, L≤2 мм - расстояние между контактами, b - толщин нити (диаметр), d - ширина образца; причем полипропиленовую нить с углеродными наполнителями растягивают до достижения значения удельного электрического сопротивления ρ=10 Ом⋅м; по полученному значению максимального растягивающего напряжения с учетом усреднения по формуле:
i
где σ - значение максимально допустимого растягивающего напряжения в каждом случае,
судят о сохранении антистатических свойств полипропиленовых нитей с углеродными наполнителями.
6
9
Известно, что материал, удельное электрическое сопротивление которого находится в интервале 10÷10 Ом⋅м без механических воздействий, в том числе растяжения, имеет способность рассевать электрический заряд, т.е. обладает антистатическим свойством (Василенок Ю.И. Предупреждение статической электризации полимеров. - Изд. 2-е. - Л.: Химия, 1981. - 195 с.). Однако сохранение антистатических свойств при использовании материалов, в том числе полипропиленовых нитей с углеродными наполнителями, в процессе нагрузки, в том числе растяжении, авторами в известном уровне техники не обнаружено.
Для лучшего понимания сущности изобретения представлен пример 1 осуществления способа оценки деформационных свойств полипропиленовых нитей с углеродными наполнителями. Рассматривают полипропиленовые нити с содержанием технического углерода 20%, которые применяют при изготовлении тканей, обладающих антистатическим свойством, для рабочей одежды, используемой в производстве микроэлектронного оборудования.
6
Исследуемую полипропиленовую нить с углеродными наполнителями, удельное электрическое сопротивление которой в отсутствие механических воздействий не ниже, чем ρ=10 Ом⋅м, подвергают растяжению с одновременным измерением электрических сопротивлений и вычислением удельного электрического сопротивления по формуле:
где R - электрическое сопротивление, L - расстояние между контактами, b - толщина нити (диаметр), d - ширина образца.
Для этого нить 3 с помощью зажимов 1 и 2 закрепляют на Устройстве для испытания волокнистых материалов на растяжение (патент RU №2251094, МПК G01N 3/08, опубликовано 27.04.2005), изображенном на чертеже. С помощью углеродной пасты на нить 3 закрепляют электроды: электрод 5, идущий от источника постоянного напряжения 4, и электрод 6, идущий к пикоамперметру 7. Расстояние между электродами - не более 2 мм. Каждую минуту при непрерывном растяжении нити снимают значения растягивающего напряжения σ и электрического сопротивления R, вычисляют значения удельного электрического сопротивления ρ по формуле 1. Результаты измерений приведены в таблице 1.
С увеличением растягивающих напряжений σ получают увеличение значения удельного электрического сопротивления ρ, что говорит о том, что нить теряет способность к стеканию электрических зарядов, поэтому антистатические свойства полипропиленовых нитей с содержанием технического углерода 20% ухудшаются.
9
mах
Измерения ведут до получения значения удельного электрического сопротивления, не превышающего ρ=10 Ом⋅м. Далее определяют максимально допустимое значение растягивающего напряжения: σ=221 МПа.
Затем последовательно проводят испытания таких же полипропиленовых нитей с содержанием технического углерода 20% не менее 5 раз. Результаты измерений приведены в таблице 2.
Определяют среднее значение максимально допустимого растягивающего напряжения по формуле (2):
i
где σ - значение максимально допустимого растягивающего напряжения в каждом случае.
Определяют величину среднеквадратичного отклонения по формуле (3):
i
ср
где σ - значение максимально допустимого растягивающего напряжения в каждом случае, σ - среднее значение максимально допустимого растягивающего напряжения.
ср
Согласно ГОСТ Р 8.563-96 с доверительной вероятностью 95% значение максимального растягивающего напряжения попадает в интервал σ=σ±Δσ=221±3 МПа.
Пример 2
6
9
mах
Рассматривают полипропиленовые нити с содержанием технического углерода 20%. Нить 3 с помощью зажимов 1 и 2 закрепляют на Устройстве для испытания волокнистых материалов на растяжение (патент RU №2251094, МПК G01N 3/08, опубликовано 27.04.2005), изображенном на чертеже. С помощью углеродной пасты на нить 3 закрепляют электроды: электрод 5, идущий от источника постоянного напряжения 4, и электрод 6, идущий к пикоамперметру 7. Расстояние между электродами - не более 2 мм. Каждую минуту при непрерывном растяжении нити снимают значения растягивающего напряжения σ и электрического сопротивления R, вычисляют значения удельного электрического сопротивления ρ по формуле 1. Значение удельного электрического сопротивления для нитей не ниже чем ρ=10 Ом⋅м, исследуемые нити обладают электростатическими свойствами. Затем нить растягивают до значения растягивающего напряжения: σ=221 МПа. Измеряют значение электрического сопротивления R. По формуле 1 вычисляют значение удельного электрического сопротивления ρ. Результаты измерений и вычислений представлены в таблице 3. Полученные значения удельного электрического сопротивления ρ не превышают значения ρ=10 Ом⋅м.
mах
Полипропиленовые нити с содержанием технического углерода 20% могут быть использованы для изготовления тканей, обладающих антистатическим свойством, для рабочей одежды, используемой в производстве микроэлектронного оборудования при значениях растягивающих напряжений, не превышающих σ=221±3 МПа.
Пример 3.
Аналогично проводят эксперименты с другими нитями. Рассматривают полипропиленовую нить с содержанием углеродных нановолокон 3%.
6
Исследуемую полипропиленовую нить с углеродными наполнителями, удельное электрическое сопротивление которой в отсутствие механических воздействий не ниже, чем ρ=10 Ом⋅м, подвергают растяжению с одновременным измерением электрического сопротивления R и вычислением удельного электрического сопротивления ρ по формуле (1).
Для этого нить 3 с помощью зажимов 1 и 2 закрепляют на Устройстве для испытания волокнистых материалов на растяжение (патент RU №2251094, МПК G01N 3/08, опубликовано 27.04.2005), изображенном на чертеже. С помощью углеродной пасты на нить 3 закрепляют электроды: электрод 5, идущий от источника постоянного напряжения 4, и электрод 6, идущий к пикоамперметру 7. Расстояние между электродами - не более 2 мм. Каждую минуту при непрерывном растяжении нити снимают значения растягивающего напряжения σ и электрического сопротивления R, вычисляют значения удельного электрического сопротивления ρ по формуле 1. Результаты измерений приведены в таблице 4.
С увеличением растягивающих напряжений σ получают увеличение значения удельного электрического сопротивления ρ, что говорит о том, что нить теряет способность к стеканию электрических зарядов, поэтому антистатические свойства полипропиленовых нитей с содержанием углеродных нановолокон 3% ухудшаются.
9
mах
Измерения ведут до получения значения удельного электрического сопротивления, не превышающего ρ=10 Ом⋅м. Далее определяют максимально допустимое значение растягивающего напряжения: σ=351 МПа.
Затем последовательно проводят испытания таких же полипропиленовых нитей с содержанием углеродных нановолокон 3% не менее 5 раз. Результаты измерений приведены в таблице 5. Определяют среднее значение максимально допустимого растягивающего напряжения по формуле (2).
Определяют величину допустимого отклонения от среднего значения по формуле (3):
,
i
ср
где σ - значение максимально допустимого растягивающего напряжения в каждом случае, σ - среднее значение максимально допустимого растягивающего напряжения.
ср
Согласно ГОСТ Р 8.563-96 с доверительной вероятностью 95% значение максимального растягивающего напряжения попадает в интервал σ=σ±Δσ=351±2 МПа.
6
9
mах
Рассматривают полипропиленовые нити с содержанием углеродных нановолокон 3%. Результаты измерений приведены в таблице 6. Нить 3 с помощью зажимов 1 и 2 закрепляют на Устройстве для испытания волокнистых материалов на растяжение (патент RU №2251094, МПК G01N 3/08, опубликовано 27.04.2005), изображенном на чертеже. С помощью углеродной пасты на нить 3 закрепляют электроды: электрод 27, идущий от источника постоянного напряжения 26, и электрод 28, идущий к пикоамперметру 29. Измеряют значение электрического сопротивления нити ρ в нерастянутом состоянии. Вычисляют значение удельного электрического сопротивления ρ по формуле 1. Значение удельного электрического сопротивления ρ для обеих нитей не ниже, чем ρ=10 Ом⋅м, исследуемые нити обладают электростатическими свойствами. Затем нить растягивают до значения растягивающего напряжения: σ=351 МПа. Измеряют значение электрического сопротивления R. По формуле 1 вычисляют значение удельного электрического сопротивления ρ. Результаты измерений и вычислений представлены в таблице 6. Полученные значения удельного электрического сопротивления ρ не превышают значения ρ=10 Ом⋅м.
mах
Полипропиленовые нити с содержанием углеродных нановолокон 3% могут быть использованы для изготовления тканей, обладающих антистатическим свойством, для рабочей одежды, используемой в производстве микроэлектронного оборудования при значениях растягивающих напряжений, не превышающих σ=351±2 МПа.