Зміст
Вступ
Електричні випробуванняпластичних мас
1. Визначення питомого поверхневого та об’ємногоелектричного опору пластиків
2. Визначення діелектричної проникності та тангенсу кутадіелектричних втрат пластмас
3. Визначення іскростійкості(дугостійкості) пластичних мас
Література
ВступТема реферату «Електричні випробування пластичнихмас» з дисципліни «Контроль якості полімерних матеріалів».
Дисципліна “Контроль якості полімерних матеріалів”дає знання про те, якими методами оцінюють якість матеріалів, з яких виготовляютьполімерні вироби. Властивості полімерних матеріалів визначають і якість виробіві терміни їх експлуатації. Дисципліна знайомить студента з методами контролю якостіпластмас і еластомерів, принципами і суттю цих методів, особливостями контролю тогочи іншого матеріалу, а також з розрахунками кількісних показників якості. Контрольякості проводять на всіх підприємствах, не тільки на виробництвах полімерних виробів.Контрою піддають різні кількісні показники якості, від яких залежать експлуатаційніта технологічні характеристики самого виробу та процесу його виготовлення. Операціямконтролю приділяється велика увага, тому його будова входить в основні підрозділипідприємства і вміщує як внутрішньо цеховий контроль, так і контрольні операціяхвідділу технічного контролю. Якість полімерних виробів є похідною від якості полімерногоматеріалу. Не можна виготовити якісний виріб з полімерної сировини невисокої якості.Вихідний полімерний матеріал обов’язково контролюють на будь-якому виробництві відповіднотехнічним умовам, без яких полімерні матеріали взагалі не виробляються. Кожні технічніумови на полімерний матеріал вміщують перелік показників якості та методи їх визначення.Показники якості визначають також технологічні параметри процесів переробки, наприклад,менше значення індексу розплаву потребує більші значення тиску та більших температурпереробки. До основних умов забезпечення високої якості продукції, яка є полімернимивиробами широкого асортименту, можна віднести насамперед якість полімерних матеріалів,ретельне додержання оптимальних технологічних параметрів, автоматизацію та механізаціювиробництва.
Контроль якості полімерних виробів складаєтьсяз декількох основних стадій, а саме контроль якості сировини, технологічний контрольвиробів з цього полімерного матеріалу в процесі їх виготовлення та контрольні операціївідділу технічного контролю (ВТК). До функцій ВТК відноситься не тільки оцінкапридатності того чи іншого виробу до експлуатації, але й організація технологічногопроцесу виготовлення виробу з найкращою якістю. Контроль полімерних матеріалів здійснюютьна початку процесу виготовлення виробів (операції підприємства) або протягом самоготехнологічного процесу, щоб відбракувати вироби, що не відповідають вимогам ще доостанніх процесів їх механічної обробки. В останні роки поширився комплексно-статистичнийметод оцінки якості полімерних виробів та матеріалів для них. Він полягає у триваломуспостереженні одночасно як якості полімерного матеріалу та параметрів технологічногопроцесу, так і якості полімерного виробу. Накопичені дані обробляються на ЕОМ тавстановлюються оптимальні показники якості вихідного матеріалу та технологічнихпараметрів., що дають найкращу якість виробів.
Полімерними матеріалами можуть бути пластики, наоснові яких виготовляють пластмасові вироби, або каучуки, які є основою виробівз еластомерів, тобто гумових виробів. Піддаються контролю також полімерні композиції,тобто суміші пластиків або каучуків з різними добавками, які забезпечують модифікаціювластивостей полімерів та виробів з них. Пластмаси та каучуки мають спільну полімернуприроду, бо є високомолекулярними сполуками, що визначає особливості їх поведінкив процесах переробки та експлуатації (перехід у в’язкотекучий стан, висока в’язкістьрозплавів, склування та кристалізація, релаксація, гістерезіс та ін.). Але при цьомувони розрізняються за температурами фазових та фізичних переходів, молекулярноюмасою, гнучкістю полімерних ланцюгів, поведінкою за розтягу та ін.). Тому оцінкуякості цих полімерних матеріалів необхідно проводити лише за затвердженими методиками,на спеціальних приладах та за умов, передбачених технічними умовами на конкретнийполімерний матеріал.
Електричні випробування пластичних мас1. Визначення питомого поверхневого таоб’ємного електричного опору пластиків
Питомим поверхневим електричним опором називається опір, що створюється одиницею поверхні матеріалу, який поміщенов електричне поле, струму, що проходить по його поверхні. Метод визначення такогоопору ґрунтується на вимірюванні сили струму, який проходить по поверхні зразказа різниці потенціалів 1000 В. Випробування проводиться на зразках товщиною 4±0,2 мм, що мають форму диска діаметром 100±2 мм або квадратної пластинки з стороною 100±2 мм. Питомий поверхневий електричний опір виражається в Омах і представляється як ціле однозначне число,що помножене на 10 у відповідному ступеню.
Визначення проводиться на спеціальному приладі(рис.1).
Електродом є графіт, який рівним шаром насипаютьв посудину. На графіт кладуть зразок полімерного матеріалу, а на його поверхню поміщаютьконцентрично три металевих кільця. У внутрішнє кільце засипають порошок графіту,який виконує функцію одного з електродів, а другим електродом є графіт, який насипаютьміж середнім та зовнішнім кільцями. Вимірювання здійснюється за постійної напругиміж електродами. Окремі елементи приладу з’єднуються між собою певним чином (рис.1).
Випробування проводять за температури 20±5 ºС.
Як електроди можна також застосовувати олов’яну,свинцеву, алюмінієву фольгу товщиною не більше 0,1 мм. Раніше застосовували ртуть, але зараз через високу шкідливість вона не використовується.
Для випробування беруть шість зразків, які попередньопідготовлюються певним чином. Перші три зразка витримують за 20±5 º за атмосфери65±5 % відносної вологості протягом доби. Інші три зразки витримують протягом добиза тої ж температури в атмосфері 100 % відносної вологості. Оброблені зразки насуховитирають фільтрувальним папером та негайно випробують. Вимірювання сили струмупроводять методом порівняння відхилення дзеркальця гальванометра.
/>
Рис.1. Схема приладу для визначення питомого електричногоопору
1 — зразок; 2 — високовольтний електрод; 3 — вимірювальнийелектрод;
4 — контакт; 5 — охоронний електрод (графіт)
Схема з’єднання окремих елементівза визначення питомого електричного опору
а, б — контакти; G — гальванометр; V — вольтметр; О — зразок; П1,П2 — перемикачі; r1 — захисний опір; r2 — шунт до гальванометра; Э — металевий екран
Не підключаючи зразка, спочатку перевіряють зібранийприлад на відсутність витоку струму, для чого перемикач П1 встановлюютьв будь-яке положення, а перемикач П2 — положення 1. Потім вмикають напругупостійного струму 1000 В та переводять шунтувальний опір з положення 1: 10000 вположення 1:
1. Якщо при цьому не відбувається відхилення дзеркальцягальванометра, то переводять перемикач П1 в інше положення. Відсутністьвідхилення дзеркальця гальванометра і в цьому випадку свідчить про те, що витокуструму немає і прилад можна використовувати. Якщо ця вимога не виконується, слідперевірити правильність збирання схеми приладу.
Випробування проводиться таким же чином, як і наперевірку витоку струму, але з підключеним зразком. Шунтувальне число підбираютьтак, щоб відхилення дзеркальця гальванометра було не менше 1 мм, тобто було достатнім для вірного підрахунку. Відлік здійснюють через 1 хвилину після вмикання напругина зразок, після чого перемикач П2 ставлять в положення 2.
Питомий поверхневий електричний опір розраховуютьза формулою:
/>, Ом,
де V — напруга, В;
n— шунтове число шунтувального опору;
Сд — динамічнапостійна гальванометра, А/мм;
а — показання на шкалігальванометра, мм;
d — внутрішній діаметрвисоковольтного електрода, м;
D — діаметр вимірювального електрода, м.
Перед випробуванням визначають динамічну постійнугальванометра Сд.Її визначають на кожному ступеню шунтувальногоопору між точками а і б в зразковому опорі (не менше 106Ом) та за різниці напруги постійного струму 1000 В.
Динамічну постійну обчислюють за формулою:
/>, А/мм,
де V — напруга, В;
n — шунтове числона кожному ступеню шунтувального опору;
r— зразковий опір, Ом;
а — відхилення дзеркальцягальванометра, мм.
Результат розраховують як середнє з усіх визначень.
Питомим об’ємним електричнимопором називається опір, який чинить одиниця об’єму матеріалу,який поміщено в електричне полу, струму, що проходить через нього. Засади методувизначення цього показника та зразки для нього не відрізняються від методу визначенняпитомого поверхневого опору, але відрізняється місце підводу струму до зразка (рис.2).
/>
Рис.2. Схема підключення електродів за визначенняпитомого поверхневого (а) та питомого об’ємного (б)електричного опору
1 — екран для визначення Rv; 2 — екран для визначення Rs; 3 — вимірювальний електрод; 4- охоронний електрод; 5 — зразок; 6 — високовольтний електрод
Питомий об’ємний електричнийопір розраховується за формулою:
/>, Ом·м,
де S — площина вимірювального електрода, м2;
d — товщина зразка, м.
Результат розраховують як середнє арифметичне длявсіх зразків та представляють в вигляді однозначного числа, помноженого на 10 увідповідному ступеню.
2. Визначення діелектричної проникностіта тангенсу кута діелектричних втрат пластмас
Велика кількість пластичних мас застосовуєтьсядля виготовлення виробів та деталей електротехнічної, радіотехнічної та приладобудівноїгалузей промисловості. Ці вироби та деталі повинні бути стійкими до дії електричногоструму, не пропускати його, тобто бути діелектриками. Стійкість пластичних мас додії електричного струму перевіряється експериментально
Діелектричні втрати — це втрати електроенергії в діелектрикувнаслідок витрати її на нагрівання матеріалу.
Діелектричні втрати визначаються тангенсом кутадіелектричних втрат tg δ, що характеризує здатність діелектрика розсіюватипідведену до нього електроенергію. В ідеальному діелектрику струм випереджає напругуна кут 90º; у реальному кут відрізняється від прямого на кут δ, тангенсякого й характеризує діелектричні втрати. Чим менше значення tg δ, тим нижчідіелектричні втрати, тим краще електроізоляційні властивості полімерного матеріалу.
пластична маса електричне випробування
Тангенс кута діелектричних втрат у полімерах звичайновизначається при частоті 50 Гц і рідше при частоті 106 Гц.
Зразки являють собою диски діаметром 50±0,5 мм. Товщина їх повинна відповідати ємності від 20 до 300 пФ, але не перевищувати 5мм. Звичайно товщинабереться в межах 0,5-2,5 мм.
Одночасно визначають діелектричну проникність εелектроізоляційного матеріалу, що визначається як відношення ємності конденсатораз даним ізолятором до ємності конденсатора з повітряним ізолятором або під вакуумом.Діелектрична проникність визначається на зразках таких же розмірів, що й tg δ.
Методика визначення полягає в тому, що зразки стандартнихрозмірів витримують 24 години в термостаті за 50±3 ºС і відносної вологості20-30 %. Потім їх прохолоджують до кімнатної температури в ексикаторі над хлористимкальцієм. Зразки поміщають у вимірювальний конденсатор між фіксованим електродомі рухливим заземленим електродом. Потім підключають конденсатор до вимірювальногоприладу й відзначають показання приладу: значення ємності С1еталонногоконденсатора приладу й величину фактора втрат, що виражає добротністю Q1,або величину tg δ1. Потім випробуваний зразоквиймають із вимірювального конденсатора, рухливий електрод опускають до повногозіткнення з нижнім електродом, щоб фіксувати паралельність їхніх робочих поверхонь.Після цього знову піднімають рухливий електрод і відзначають фактор втрат (Q2або tg δ2) вимірювального конденсатора без зразка. При цьомуємність еталонного конденсатора приладу повинна зберігатися постійною й рівною С1,а підстроювання по ємності здійснюється зміною відстані між пластинами електродногопристрою за допомогою мікрометричного гвинта. Після цього встановлюють зазор, дорівнюєтовщині зразка, і роблять другий вимір ємності (С2) еталонні конденсатори.
Діелектрична проникність обчислюється по формулі:
/>,
де d — товщина випробуваного зразка;
D — діаметр електрода;
Сх — ємкістьвипробуваного зразка в пікафарадах.
/>,
де С1 і С2 — значення ємності еталонного конденсатора.
Знак перед формулою залежить від типу приладу:у випадку приладу із прямим відліком ємності — знак мінус і при відліку ємностіметодом заміщення — знак плюс.
Тангенс кута діелектричних втрат можна розрахуватипо добротності вимірювального ланцюга:
/>,
де Q1 — добротністьвимірювального контуру в присутності випробуваного зразка;
Q2 — добротність вимірювального контуру у відсутності випробуваногозразка;
С — повна ємність вимірювальногоконтуру, яка дорівнює ємності еталонного конденсатора настроєного приладу, коливимірювальний контур відключений;
Сх — ємністьвипробуваного зразка; розраховується.
Якщо безпосередньо виміряється tg δ,розрахунок ведеться за формулою:
/>,
де tg δ1 — тангенс кутавтрат вимірювального конденсатора в присутності зразка полімеру;
tg δ2 — те ж без зразка;
С1 — повнаємність вимірювального конденсатора в присутності зразка;
Сх — ємністьвипробуваного зразка, обчислена по наведеній раніше формулі.
3. Визначення іскростійкості (дугостійкості)пластичних мас
Іскростійкістю або дугостійкістю називається здатністьполімерних матеріалів утворювати провідні містки при дії електричної вольтової дугипо поверхні матеріалу. Пластмасові вироби дуже часто застосовуються в електронній,радіотехнічній та електротехнічній промисловості. Виникнення дуги або іскри в електричнихприладах може пошкодити поверхню такого виробу та вивести його з ладу. Найпростішимприкладом дії дуги на пластмасовий виріб є виникнення іскри у звичайному вимикачісвітла. Можна вважати, що пластмаси є єдиними матеріалами, які забезпечать стійкістьтакого вимикача до дії електричної дуги.
Метод характеризує стійкість полімерного матеріалудо впливу електричної дуги. Визначена за цим методом іскростійкість не залежитьвід електричної міцності матеріалу. Сутність методу полягає у визначенні моментупереходу електродуги в струм провідності по провідному сліду, що утворився від діїдуги, на поверхні матеріалу.
Критерієм іскростійкості є час, виражений в секундах,що протікає від моменту запалювання дуги до моменту її зникнення.
Для випробування застосовуються зразки матеріалу,які виготовлені у вигляді квадрата зі стороною 100 мм або у вигляді кола діаметром 100 мм. Товщина зразків не регламентується. Обов'язковою умовою єповерхнева їхня чистота.
Для визначення іскростійкості застосовується спеціальнийприлад.
Основними частинами приладу є підставка, що переміщаєтьсяу вертикальному напрямку, на яку кладуть зразок, і два вольфрамових електроди, укріплениху штативах таким чином, щоб кут між кожним з них і площиною зразка становив 45 градусів.Відстань між кінцями електродів, обмірювана на поверхні зразка, повинне становити 8 мм. Нижні кінці електродів, що стикаються з поверхнею зразка, повинні бути загостреніна кінці під кутом 45 градусів.
При визначенні прилад включають в електромережучерез підвищувальний трансформатор і обмежуючий опір 1 МОм. Підвищувальний трансформаторпотужністю 1-2 кВт дозволяє плавно регулювати напругу за допомогою реостата абопотенціалу-регулятора до 12000 В. Як опір може бути використана скляна трубка зводою. Для виміру струму прилад забезпечується міліамперметром зі шкалою до 50 мА.
Випробуваний зразок установлюють на підставку приладутак, щоб відстань між кінцями електродів становило 8 мм, а кут нахилу електродів до площини зразка рівнявся 45 град. Електроди не повинні торкатися поверхнізразка.
Вмикають струм і поступово підвищують напругу доти,поки не відбувається пробій між електродами. Напруга трансформатора регулюєтьсяз таким розрахунком, щоб сила струму в дузі становила 10 мА. Потім струм відключають,підставку з випробуваним зразком піднімають нагору так, щоб електроди були притиснутівпритул до поверхні зразка, після чого знову включають струм і одночасно пускаютьсекундомір.
Момент зникнення дуги між кінцями електродів, тобтомомент переходу дуги в розряд по поверхні матеріалу, фіксують по секундоміру. Відключаютьрубильник і записують час горіння дуги в секундах.
Випробування повторюють 10 разів на тому самомузразку, пересуваючи щораз електроди на нове місце. Розраховують середнє арифметичнез результатів всіх випробувань.
Чим більше час горіння дуги при випробуванні, тимвища іскростійкість матеріалу.
Література
1. Григорьев А.П., Федотова О.Я. Лабораторный практикум по технологиипластических масс. — М.: Высшая школа, 1977, с.247-251