close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY 12993

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2010.04.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 12993
(13) C1
(19)
G 01N 3/00
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ И МОДУЛЯ УПРУГОСТИ
НАНОИНДЕНТИРОВАНИЕМ ПОЛИМЕРНОГО ИЛИ
БИОЛОГИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА
(21) Номер заявки: a 20071516
(22) 2007.12.07
(43) 2009.08.30
(71) Заявители: Государственное научное учреждение "Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси"; Государственное научное учреждение "Институт тепло- и массообмена имени
А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Рудницкий Валерий Аркадьевич; Крень Александр Петрович;
Чижик Сергей Антонович; Абетковская Светлана Олеговна (BY)
(73) Патентообладатели: Государственное
научное учреждение "Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси"; Государственное
научное учреждение "Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси"
(BY)
(56) КРЕНЬ А.П. и др. Каучук и резина.2004.- № 6.- С. 19-23.
RU 2002237 C1, 1993.
RU 2292029 C1, 2007.
SU 1012092 A, 1983.
SU 957054, 1982.
SU 1146577 A, 1985.
BY 12993 C1 2010.04.30
(57)
Способ определения вязкости и модуля упругости наноиндентированием полимерного
или биологического материала, заключающийся в том, что проводят двукратное вдавливание жесткого индентора в испытуемый образец с постоянными скоростями V1 и V2,
Фиг. 1
BY 12993 C1 2010.04.30
причем V2 меньше V1, регистрируют диаграммы вдавливания индентора в виде зависимости значений контактной силы P от глубины вдавливания индентора α, задают значения
глубины вдавливания индентора αзад, определяют по записанным диаграммам значения
контактных сил РV1 и РV2, соответствующие αзад, и определяют вязкость η и модуль упругости E в соответствии с выражениями:
PV1 − PV2
η=
,
α зад (V1 − V2 )
E=
(
)(
4 PV1 − ηα зад V1 1 − µ 2
3 Rα
3
2
зад
),
где µ - коэффициент Пуассона;
R - радиус индентора.
Изобретение относится к области испытательной техники, а именно к измерению вязкости и модуля упругости полимеров или биологических материалов и может использоваться в промышленности и медицине при создании новых видов полимеров, при
определении свойств существующих полимеров или биологических тканей.
Известен способ определения модуля упругости, основанный на квазистатическом
(медленном) вдавливании индентора в материал, регистрации контактного усилия P и перемещения индентора α и вычислении модуля упругости по наклону прямой, построенной
в координатах P-αn (где n - показатель степени, зависящий от формы индентора) [1]. Недостатком является ограниченная информативность способа, поскольку здесь измеряется
только один параметр материала - равновесный модуль упругости E.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ определения модуля упругости и вязкости, заключающийся в нанесении однократного удара индентором по испытуемому материалу, регистрации изменения текущих значений контактных усилий,
глубины вдавливания и скорости индентора, расчете упругой и вязкой составляющей контактного усилия по которым судят о модуле упругости и вязкости вязкоупругого материала [2]. Недостатком этого способа является невозможность реализации ударного
взаимодействия индентора в наномасштабном диапазоне значений сил и перемещений, а
также зависимости модуля упругости и вязкости от предударной скорости.
Сущность предлагаемого способа заключается в том, что с целью повышения информативности наномасштабного определения вязкости и модуля упругости полимерных или
биологических материалов по параметрам вдавливания жесткого индентора производят
двукратное вдавливание индентора в одну и ту же точку испытуемого образца с постоянными скоростями V1 и V2, причем V2 меньше V1. Записывают диаграммы зависимостей
контактной силы P от глубины вдавливания α. Задаются значением глубины вдавливания
αзад. Определяют по записанным диаграммам значения контактных усилий РV1 и РV2, соответствующих глубине вдавливания αзад, и определяют вязкость по формуле:
PV1 − PV2
η=
,
α зад (V1 − V2 )
а модуль упругости по формуле:
4 PV1 − ηα зад V1 1 − µ 2
,
E=
3
2
3 Rα зад
где µ - коэффициент Пуассона, R - радиус индентора.
(
)(
2
)
BY 12993 C1 2010.04.30
Положительный эффект предлагаемого способа заключается в возможности измерений характеристик вязкоупругих материалов на наномасштабном уровне вследствие использования таких режимов нагружения, которые позволили применить известные
эмпирические зависимости для макроуровневых значений сил и перемещений в виде зависимости контактной силы P от глубины вдавливания α к наномасштабным измерениям.
На фиг. 1 схематично представлено устройство для реализации способа.
На фиг. 2 приведены диаграммы вдавливания индентора.
Устройство для реализации способа (фиг. 1) состоит из индентора 1, закрепленного на
конце микроконсоли 2 с известной жесткостью С, вторым концом соединенной с корпусом 3, лазерного измерителя прогиба 4 микроконсоли 2, пьезоэлектрического механизма
перемещения 5, предметного столика 6. Испытуемый образец обозначен позицией 7.
Согласно предлагаемому способу, определение вязкости и модуля упругости происходит следующим образом. С помощью механизма перемещения 5 производят подъем
предметного столика 6 с испытуемым образцом 7 со скоростью V1 и с момента соприкосновения индентора 1 с испытуемым образцом 7 регистрируют величину этого перемещения γ. При этом происходит вдавливание индентора 1 в испытуемый образец 7, текущая
глубина вдавливания которого α определяется разностью между перемещением γ и прогибом β микроконсоли 2. Определяют текущие значения контактного усилия P путем умножения прогиба β микроконсоли 2 на известную жесткость С микроконсоли 2. После
этого отводят предметный столик 6 с испытуемым образцом 7 в исходное положение и
производят повторный подъем предметного столика 6 с испытуемым образцом 7 со скоростью V2 меньшей, чем V1, фиксируя текущие значения глубины вдавливания α и контактной силы P, как и при предыдущем нагружении.
Для конкретного примера испытания образца из полиуретана при скоростях переменН
нН
и V2 = 0,459
(фиг. 2) показаны диаграммы вдавливащения индентора V1 = 0,834
мс
мс
ния в виде зависимости контактной силы P от глубины вдавливания α. Зададимся
значением глубины вдавливания αзад = 60 нм, и по зависимостям P = ƒ(α) определим значения PV1 = 940 нН и PV2 = 575 нН и далее вязкость по формуле:
PV1 − PV2
η=
,
α зад (V1 − V2 )
а модуль упругости по формуле:
4 PV1 − ηα зад V1 1 − µ 2
,
E=
3
2
3 Rα зад
где µ -коэффициент Пуассона. R - радиус индентора.
Для низкомодульных полимеров коэффициент Пуассона µ принимается равным 0,5
[3]. Подставляя значения αзад, РV1 и РV2 в формулы для вязкости и модуля упругости, получим:
η = 16,2 МПа⋅с, E = 48,38 МПа.
Предлагаемый способ позволяет определять в наномасштабном диапазоне значений
сил и перемещений с достаточной для практики точностью два основных механических
параметра полимерных и биологических материалов - вязкость и модуль упругости,
вследствие учета различной реакции материала на механическое воздействие, производимое индентором с различной скоростью нагружения.
(
)(
3
)
BY 12993 C1 2010.04.30
Источники информации:
1. United States Patent. 6247355. Suresh, et al. Depth sensing indentation and methodology
for mechanical property measurements.
2. Крень А.П., Рудницкий В.А., Дейкун И.Г. Определение вязкоупругих параметров
резин методом динамического индентирования с использованием нелинейной модели деформирования // Каучук и резина. - 2004. -№ 6. - С. 19-23.
3. Ferry J. Viscoelastic properties of polymers, John Wiley & Sons, New York - London,
1961. - 535 p.
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
173 Кб
Теги
12993, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа