Метод и автоматизированная система контроля процесса отверждения полимерных композитов по диэлектрическим характеристикам

• Автор: Касатонов, Илья Сергеевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 229 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР МЕТОДОВ И УСТРОЙСТВ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА ОТВЕРЖДЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ

1.1. Применение ПКМ и технологии их производства

1.2. Особенности технологического процесса производства изделий

из ПКМ

1.3. Методы повышения интенсивности производства и качества изделий из ПКМ

1.4. Анализ методов исследования кинетики отверждения ПКМ

1.5. Анализ методов контроля процесса отверждения ПКМ

1.6. Анализ построения электрических емкостных преобразователей
1.7. Постановка задачи исследования
2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МЕТОДА И АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА ОТВЕРЖДЕНИЯ КОМПОЗИТОВ
2.1. Анализ требований к АСК и методам исследования процесса отверждения композитов
2.2. Разработка математической модели процесса отверждения композитов при экспериментальном исследовании
2.2.1. Физическая модель измерительного устройства
2.2.2. Математическая модель организации экспериментального исследования
2.3. Разработка метода определения степени отверждения ПКМ по мощности тепловыделений
2.4. Разработка метода определения диэлектрических характеристик
при отверждении ПКМ
2.4.1. Выбор геометрии емкостного планарного первичного измерительного преобразователя
2.4.2. Метод определения диэлектрических характеристик
2.5. Построение корреляционных зависимостей между кинетикой отверждения ПКМ и диэлектрическими характеристиками

2.6. Построение алгоритмов расчета параметров математической модели
2.6.1. Математический аппарат обработки экспериментальных
данных при численной реализации алгоритмов
2.6.2. Разработка алгоритмов расчета мощности тепловыделений
2.7. Выводы
3. ПОСТРОЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА ОТВЕРЖДЕНИЯ КОМПОЗИТОВ
3.1. Анализ требований к структуре построения и функциональным возможностям АСК
3.2. Выбор средства измерения диэлектрических характеристик в
АСК процесса отверждения ПКМ
3.3. Структура построения и режимы функционирования АСК процесса отверждения ПКМ
3.4 Аппаратно-техническое обеспечение АСК процесса отверждения ПКМ и конструкция измерительного устройства
3.5 Математическое, алгоритмическое, программное и информационное обеспечение АСК процесса отверждения ПКМ
3.6 Алгоритм функционирования АСК процесса отверждения ПКМ
3.7 Выводы
4. МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МЕТОДА И АСК
4.1 Анализ источников погрешностей при определении мощности тепловыделений и диэлектрических характеристик при отверждении ПКМ
4.2 Метрологическая оценка характеристик АСК
4.3. Оценка погрешностей метода и алгоритма определения
мощности тепловыделений при отверждении ПКМ
4.4 Теоретическая оценка погрешности определения диэлектрических характеристик
4.5 Оценка погрешностей определения диэлектрических характеристик и корреляционной зависимости с помощью АСК
4.6 Выводы

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
КОРРЕЛЯЦИОННЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ И АПРОБАЦИЯ АСК
5 Л Методика подготовки образцов для исследования
корреляционных зависимостей между кинетикой отверждения ПКМ и диэлектрическими характеристиками
5.2 Методика экспериментального исследования
5.3 Методика обработки экспериментальных данных в АСК
5.4 Экспериментальное исследование корреляционных зависимостей между кинетикой отверждения ПКМ и диэлектрическими характеристиками
5.4.1 Исследование ТФХ и мощности тепловыделений при отверждении ПКМ и проверка адекватности исследованных параметров
5.4.2 Определение корреляционных зависимостей отверждающихся ПКМ
5.5 Апробация АСК
5.6 Реализация разработанной АСК в производственном технологическом процессе
5.7 Выводы
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Вывод расчетной формулы мощности
тепловыделений и теплового эффекта
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Определение оптимальных геометрических
параметров емкостного планарного ПИП
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Алгоритм расчета поправки температуры бокового
охранного нагревателя
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 Компенсация погрешности определения
параметров измерительной ячейки
ПРИЛОЖЕНИЕ 5 Компенсация утечек тепла из рабочей камеры измерительной ячейки

связи его с массовыми долями компонентов, но не отыскиваются аналитические зависимости. Помимо этого, такой метод не учитывает возможность изменений свойств препрега после его укладки до момента производства ПКМ.
Метод дифференциальной сканирующей калориметрии [88], равно как и другие теплофизические методы исследования ПКМ [89], обладает хорошей информативностью как по тепловым, так и по кинетическим параметрам процессов, однако они пригодны только для исследования готовых материалов и изделий и не подходят для контроля технологического процесса, так как соответствующее оборудование не может быть встроено в промышленные производственные установки.
Учитывая вышеизложенное, можно сделать вывод, что остается проблема выбора параметра, который возможно было бы регистрировать в ходе технологического процесса термического отверждения, и который бы характеризовал физико-химические превращения, происходящие в материале.
Диэлектрический метод контроля является наиболее изученным и часто применяемым [56-75]. Такое распространение метод получил вследствие сравнительно несложной и дешевой аппаратуры, а также достаточно легкой интерпретации полученных данных.
Основные физические величины, которые измеряются в диэлектрических методах, являются: диэлектрическая проницаемость е', коэффициент диэлектрических потерь (фактор потерь) е", тангенс угла диэлектрических потерь 8 и удельная проводимость ст. Проницаемость представляет собой степень ориентации диполей (или ионов) при приложении электрического поля, в то время как фактор потерь является мерой энергии, необходимой на ориентацию молекулярных диполей и на перемещение подвижных ионов [55-58]. Уменьшение их подвижности в процессе отверждения и приводит к легко определяемому сигналу, характеризующему степень отверждения. Однако для практического использования при контроле отверждения необходимо заранее знать зависи-