Устройство для определения температуры размягчения и оценки вязкости материалов
Полезная модель направлена на усовершенствование устройства для определения температуры размягчения материала и оценки вязкости материала, находящегося в пиропластическом состоянии. Указанный технический результат достигается тем, что устройство выполнено в виде печи нагрева, совмещенной с прибором Вика, он имеет удлиненный стержень, на конце которого игла, и шкалу измерений, позволяющую фиксировать величину погружения иглы в слой уплотненного материала по мере его размягчения, и оценивать вязкость материала, находящегося в пиропластическом состоянии по предварительно установленной зависимости между глубиной погружения иглы и логарифмом вязкости стекла.
Полезная модель относится к устройствам для определения температуры размягчения и оценки вязкости материала и может найти применение для определения температурного интервала псевдопиропластическрго состояния материала для получения теплоизоляционных материалов типа пеностекла и пенно-стеклокристаллических материалов.
Данные материалы получают вспениванием смеси, находящейся в пиропластическом состоянии. В данное состояние шихта переходит при высоких температурах (выше 800°С), когда в ней образуется достаточное количество жидкой фазы, в результате чего она размягчается и приобретает способность к пластическим деформациям без разрыва сплошности. При этом интенсивность образования жидкой фазы зависит, прежде всего, от химического состава шихты: она возрастает с увеличением содержания щелочных компонентов и убывает по мере возрастания в ней количества свободного кварца.
При получении пеностекольных материалов газовыделение на стадии вспенивания должно совпадать по времени с переходом шихты в пиропластическое состояние. Поэтому важно знать температурный интервал, соответствующий пиропластическому состоянию шихты материала, и время, через которое наступает данный период.
Известно устройство для определения температуры плавления или размягчения твердых веществ (RU 2246720, МПК G01N 25/04, 2005). Устройство содержит нагреватель, подвижный теплопроводный стержень, группу контактов, один из которых прикреплен к стержню, а другой способен перемещаться вдоль оси стержня, датчик температуры и регистрирующий прибор.
Основной недостаток устройства состоит в том, что устройство обеспечивает измерение локальной температуры плавления или размягчения твердых тел.
Известно устройство для определения температуры начала размягчения стекла (Н.М.Павлушкин, Г.Г.Сентюрин, Р.Я.Ходаковская. Практикум по технологии стекла и ситаллов - М.: Стройиздат, 1970, с.297-300). В основу этого метода положено определение температуры, при которой стеклянная нить, растягиваемая под действием постоянной нагрузки, удлиняется на определенную величину. На основании полученных данных графическим методом определяют температуру размягчения стекла.
Недостатки вышеназванного устройства состоят в сложности специальной подготовки образца, представляющего собой стеклянную нить длиной не менее 400-420 мм, диаметром 0,6-0,7 мм, и невозможность определения температуры размягчения образцов, не состоящих на 100% из стеклофазы.
Известные способы и устройства для определения вязкости стекла рассчитаны только для определения вязкости стекломассы при высоких температурах (900°С и выше) и не подходят для оценки вязкости материала, находящегося
в пиропластическом состоянии. Способ определения вязкости стекла в области пластического состояния также предусматривает специальную подготовку образца и позволяет определить вязкость в интервале от 108 Па·с (Н.М.Павлушкин, Г.Г.Сентюрин, Р.Я.Ходаковская. Практикум по технологии стекла и ситаллов - М.: Стройиздат, 1970, с.303-317).
Известен прибор для определения температуры размягчения термопластов по Вика (ГОСТ Р 50825-95), заключающийся в определении температуры, при которой стандартный индентор под действием силы 50 Н проникает в испытуемый образец, вырезанный из стенки трубы или соединительной детали, на глубину 1 мм при условии равномерного повышения температуры в течение всего испытания (прототип). Температура, при которой индентор проникает на глубину 1 мм, считается температурой размягчения по Вика и выражается в градусах Цельсия. Данный прибор для определения температуры размягчения по Вика состоит из следующих частей: металлический стержень с пластиной для груза, установленный в жесткой металлической раме так, чтобы он мог свободно перемещаться в вертикальном направлении. Основание рамы служит опорой для установки испытуемого образца под индентором. Индентор цилиндрической формы из закаленной нержавеющей стали длиной 3 мм и площадью поперечного сечения (1,000±0,015) мм2 , прикрепленный к нижнему концу металлического стержня. Нижняя поверхность индентора должна быть плоской, перпендикулярной оси стержня и не иметь заусенцев. Измерительное устройство с круговой шкалой (или любое другое подходящее измерительное устройство) с ценой деления 0,01 мм для измерения глубины проникания индентора в испытуемый образец. Пластина для груза крепится к стержню, а соответствующие грузы крепятся по центру так, чтобы общая сила, прилагаемая к испытуемому образцу, составляла (50±1) Н.
Основной недостаток устройства - ограничение по температуре размягчения (не выше 350°С), а также наличие теплопередающей среды, в качестве которой можно использовать воду, жидкий парафин, трансформаторное масло, глицерин, силиконовые масла и другие жидкости. Во всех случаях теплопередающая среда должна быть устойчивой при температурах испытания и не должна оказывать воздействия на испытуемый образец.
Задача - усовершенствовать устройство для определения температуры размягчения материалов и оценки вязкости материала, находящегося в пиропластическом состоянии.
Решение поставленной задачи осуществляется при помощи предлагаемого устройства и экспериментально установленной закономерности изменения глубины погружения иглы в материал в зависимости от его температуры. Установленная ранее неизвестная взаимосвязь между глубиной погружения иглы и вязкостью стекла, являющаяся прямолинейной во всем исследованном интервале температур, позволяет применить ее к оценке вязкости материала, находящегося в пиропластическом состоянии.
Устройство для определения температуры размягчения материала представляет печь нагрева, совмещенную с устройством на базе прибора Вика, позволяющим фиксировать величину погружения иглы в слой уплотненной шихты
по мере ее размягчения. Далее сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором схематично изображено устройство в разрезе (фиг.1).
Устройство содержит цилиндрическую печь 1 с термостатом, обеспечивающим равномерное повышение температуры со скоростью 6-12°С/мин. Дно печи имеет основание 2, опускающееся с помощью пружинной системы 3, на которое устанавливается форма 4 (высота формы - 50 мм, диаметр - 40 мм) с исследуемым порошком материала. Над печью устанавливается прибор Вика 5, с алюминиевым стержнем 6, общий вес опускающейся конструкции не должен превышать 300 г. На одном конце стержня укреплена металлическая (жаропрочная сталь) игла 7 (срез плоский) диаметром 2,5-3,5 мм, с возможностью вертикального опускания в слой уплотненной шихты по мере ее размягчения. На другом конце стержня имеется площадка 8 для тарированного груза. Металлическая игла механически связана с датчиком перемещения 9 и шкалой измерений погружения иглы 10. Перед началом работы стержень 6 с иглой 7 поднят, в форму засыпается 40-50 г порошка материала, который уплотняется под давлением 0,2 МПа. Дисперсность порошка находится в пределах 3000-4000 см2 /г. Форма устанавливается в холодную печь, на поверхность материала укладывается крышка из легковесного материала с отверстием в центре, в которое опускается игла на поверхность материала. Печь 1 снабжена датчиком контроля температуры 11, например хромель-алюмелевая термопара. Поднимая температуру печи, фиксируют глубину погружения иглы. Время измерений одного образца составляет от 30 до 90 мин. Глубину погружения иглы пересчитывают на проценты по формуле:
h-[(h0-h1)/h 0]100,
где h0 - первоначальная высота образца, мм;
h1 - высота погружения иглы, мм.
Результаты проведенных испытаний представляют в виде графических зависимостей, которые имеют три характерных участка, отличающиеся скоростью погружения иглы. Максимальное значение скорости соответствует второй стадии, связанной с переходом шихты из твердого состояния в пиропластическое. Касательные, проведенные к данному участку, в точке пересечения указывают на значение температуры начала размягчения материала (фиг.2).
Оценку вязкости (значение логарифма вязкости) материала при температуре размягчения можно оценить по предварительно полученному для порошка стекла калибровочному графику (фиг.4).
Построение графика осуществляется путем совмещения зависимостей погружения иглы в порошок стекла, по вышеописанному способу, и логарифма вязкости от температуры нагрева стекла (фиг.3). По полученным экспериментальным данным строится прямолинейная зависимость погружения иглы от логарифма вязкости, по которой определяется вязкость исследуемых материалов, находящихся в пиропластическом состоянии (фиг.4).
Устройство для определения температуры размягчения и оценки вязкости материалов, содержащее печь нагрева, совмещенную с прибором Вика, отличающееся тем, что прибор Вика имеет удлиненный стержень, на одном конце которого укреплена металлическая игла, на другом конце стержня - шкала измерений погружения иглы.
