Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета разработали методику, позволяющую определять функциональную зависимость теплового расширения от температуры для широкого спектра полимерных материалов. Это позволит давать оценку температурных деформаций полимеров, что важно как для оптоволоконных приложений, так и для аддитивных технологий и ряда других отраслей, сообщает пресс-служба вуза на портале Naked Science.
Зависимость коэффициента линейного теплового расширения от температуры полимера EPO-TEK-330 для разных скоростей изменения температуры
Свойства полимерных материалов во многом зависят от температуры. Например, происходящие в полимерах под действием охлаждения или нагрева процессы значительно влияют на точность измерений волоконно-оптических датчиков, защитное покрытие которых состоит из таких материалов. Таким образом, температурные свойства полимерных покрытий и их конструкция существенно влияют на чувствительность подобных сенсорных систем, улучшая или ухудшая их эксплуатационные характеристики.
Параметры таких конструкций часто зависят от внутренних напряжений, формирующихся в процессе производства и эксплуатации. Один из факторов — термическое расширение, поэтому при создании волоконно-оптических сенсоров необходимо определять, как температура влияет на этот показатель, тем самым изучая степени его деформации в различных режимах.
«Коэффициент термического расширения полимеров непостоянен. Он зависит не только от температуры, но и скорости ее изменения. На сегодняшний день эта проблема не раскрыта в полной мере. Нужны разработки новых подходов, где на основе экспериментальных данных можно строить математические модели и описывать наблюдаемые на практике эффекты. В итоге это позволит давать оценку температурных деформаций полимеров, что важно как для оптоволоконных приложений, так и для аддитивных полимерных технологий и ряда других отраслей», — рассказал доцент кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики ПНИПУ Александр Труфанов.
Ученые Пермского политеха разработали методику определения температурной зависимости термического расширения и применили ее для пленочных полимерных образцов, которые широко используются в оптоволоконных изделиях.
«Сегодня в расчетных схемах используют не зависящие от температуры и скорости ее изменения значения коэффициента термического расширения. Это не позволяет в полной мере учитывать влияние полимерных покрытий на привносимые погрешности в волоконно-оптических датчиках, а традиционные методы измерения этого параметра не применимы для пленочных образцов, так как имеют недостаточную толщину, и в них сложно реализовать большую скорость изменения температуры. Мы же предлагаем использовать такое устройство, как динамический механический анализатор, который позволяет корректно работать с пленочными образцами. С ним можно задавать температуру в широком диапазоне, регулировать скорость ее изменения, точно контролировать прикладываемую силу и измеряемые перемещения», — пояснил Александр Труфанов.
Для расширения температурного диапазона политехники использовали систему охлаждения жидким азотом, позволяющую проводить эксперименты в диапазоне от -150 до 600°С. Исследованы различные пленочные образцы из эпоксидной смолы и полимеров, отверждаемых ультрафиолетом. В ходе экспериментов фиксировались перемещения, температура и прикладываемые усилия.
Полученные зависимости позволяют точно описывать деформационный отклик материалов на изменение температуры. Преимуществом предлагаемого подхода также в том, что на одном и том же образце можно собирать данные и для анализа температурного расширения, и для определения вязкоупругих характеристик материала.
Достоверность методики политехники подтвердили с помощью образцов из пищевой алюминиевой фольги, так как данные по температурному расширению алюминия хорошо известны. Результаты показали, что предложенный подход корректен и может использоваться для установления зависимости термического расширения полимеров от температуры и скорости ее изменения.
Исследования выполнены при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования России, результаты опубликованы в журнале «Вестник ПНИПУ. Механика».
А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.