Способ определения давления усадки термоусаживаемой цилиндрической оболочки из полимерного материала, обладающего эффектом памяти формы, и устройство для его осуществления

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ УСАДКИ ТЕРМОУСАЖИВАЕМОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ ИЗ ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА, ОБЛАДАЮЩЕГО ЭФФЕКТОМ ПАМЯТИ ФОРМЫ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(71) Заявители Общество с ограниченной ответственностью Сармат ТермоИнжиниринг Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(72) Авторы Дашкевич Владимир Ромуальдович Касперович Ольга Михайловна Левчук Георгий Константинович Лобан Наталья Степановна Малащенко Владимир Анатольевич Ревяко Михаил Михайлович(73) Патентообладатели Общество с ограниченной ответственностью Сармат Термо-Инжиниринг Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(57) 1. Устройство для определения давления усадки термоусаживаемой цилиндрической оболочки из полимерного материала, обладающего эффектом памяти формы, содержащее камеру термостатирования, внутри которой размещен цилиндрический ограничитель, выполненный в виде полого или монолитного цилиндра из материала, выбранного из группы, включающей дерево, керамику, полимер, композитный материал, термостойкое стекло, металл, металлический сплав, а также сочетание двух или более указанных материалов, сохраняющего механическую прочность и жесткость в интервале температур от 17269 1 2013.06.3015 до (т 20) С, где т - температура перехода полимера термоусаживаемой цилиндрической полимерной оболочки в вязкотекучее состояние, и обеспечивающего возможность свободной и равномерной деформации образца цилиндрической полимерной оболочки в осевом и радиальном направлениях, при этом на поверхности цилиндрического ограничителя, предпочтительно заподлицо с ней, смонтирован по меньшей мере один датчик давления, предпочтительно тензометрический или пьезоэлектрический, толщиной до 2 мм, подключенный при помощи проводной или беспроводной связи к устройству регистрации поступающего от датчика электрического сигнала и преобразования его в величину давления. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что камера термостатирования снабжена устройством плавной регулировки скорости нагрева и поддержания температуры в диапазоне от 15 до (т 10) С. 3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что наружная поверхность цилиндрического ограничителя имеет покрытие, придающее ей антиадгезионные и/или антикоррозионные свойства. 4. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что длина цилиндрического ограничителя равна или превышает длину образца термоусаживаемой полимерной оболочки, а диаметр цилиндрического ограничителя равен или больше минимального возможного значения внутреннего диаметра образца цилиндрической полимерной оболочки после его полного свободного термоусаживания без цилиндрического ограничителя внутри, но меньше значения внутреннего диаметра образца цилиндрической полимерной оболочки до его термоусаживания. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что наружная поверхность цилиндрического ограничителя имеет покрытие, придающее ей антиадгезионные и/или антикоррозионные свойства. 6. Способ определения давления усадки термоусаживаемой цилиндрической оболочки из полимерного материала, обладающего эффектом памяти формы, устройством по любому из пп. 1-5, заключающийся в том, что испытуемый образец цилиндрической полимерной оболочки свободно размещают на цилиндрическом ограничителе, нагревают со скоростью 1-10 С/мин до температуры н, С, величина которой равна (Тт 10) С, при достижении которой нагрев прекращают и обеспечивают естественное охлаждение образца термоусаживаемой цилиндрической полимерной оболочки до температуры (202) С,при этом производят измерение давления, оказываемого на наружную поверхность цилиндрического ограничителя сжимающегося в радиальном направлении образца цилиндрической полимерной оболочкой при его термической усадке в течение всего времени охлаждения образца термоусаживаемой цилиндрической полимерной оболочки, причем за величину давления усадки термоусаживаемой цилиндрической полимерной оболочки принимают максимальное значение давления, зарегистрированного во время охлаждения испытуемого образца цилиндрической полимерной оболочкой до температуры (202) С. Изобретение относится к способам испытаний и испытательной технике, а именно к способам и устройствам для испытаний цилиндрических оболочек из полимерного материала, обладающего эффектом памяти формы, предпочтительно изготовленных из полиэтилена, например термоусаживаемых полиэтиленовых муфт (далее - муфты) и термоусаживаемых полиэтиленовых манжет (далее - манжеты), в частности к способам и устройствам для измерения давления усадки, т.е. давления, которое оказывает муфта или манжета на поверхность цилиндрической трубы при ее термической усадке на эту цилиндрическую трубу. Термоусаживаемые полимерные (чаще всего полиэтиленовые) муфты и манжеты широко применяются в технике и строительстве для выполнения надежной и качественной 2 17269 1 2013.06.30 герметизации и гидроизоляции стыков и разъемов электрических кабелей, а также для гидроизоляции стыков теплотрасс, изготовленных из предварительно термоизолированных пенополиуретаном стальных труб в защитной полиэтиленовой оболочке (далее - ПИтрубы). Благодаря эффекту памяти формы термоусаживаемая муфта или манжета при нагревании значительно уменьшается в диаметре и, сжимаясь, плотно облегает по периметру наружную поверхность защитной оболочки ПИ-трубы и оказывает на нее давление (далее давление усадки). Процесс выполнения гидроизоляции стыков ПИ-труб (термоусадка муфт и манжет) подробно описан в различных источниках, например на веб-сайте фирмы 1. Герметичность и эксплуатационная надежность гидроизолированных термоусаживаемыми муфтами стыков теплотрасс в значительной мере определяется давлением усадки муфты, которое часто называют также усилием обжатия. Усилие обжатия (давление усадки) муфты как одно из ее основных потребительских свойств иногда приблизительно оценивают визуально по толщине валика клея-расплава, который вытекает из-под муфты при ее усадке на поверхность оболочки ПИ-трубы 2. Способ количественного определения давления усадки термоусаживаемых муфт и манжет, а также устройство для осуществления такого способа в настоящее время неизвестны. Задачей настоящего изобретения является создание способа количественного измерения давления усадки термоусаживаемых цилиндрических полимерных оболочек, в частности, муфт и манжет, а также создание устройства для осуществления этого способа. Достигаемый технический результат заключается в том, что обеспечивается возможность количественного измерения давления усадки термоусаживаемых цилиндрических полимерных оболочек (в частности, муфт и манжет), что, в свою очередь, позволяет более адекватно и надежно контролировать их качество, а также оптимизировать и контролировать технологические параметры процесса их термической усадки. Поставленная задача решается, а технический результат достигается в заявляемом способе измерения давления усадки термоусаживаемой цилиндрической оболочки из полимерного материала, обладающего эффектом памяти формы, заключающемся в измерении давления, оказываемого сжимающейся в радиальном направлении цилиндрической полимерной оболочкой на наружную поверхность цилиндрического ограничителя,наружный диаметр которого предпочтительно, но не обязательно, равен наружному диаметру оболочки ПИ-трубы, с помощью заявляемого устройства для осуществления этого способа, содержащего ограничитель цилиндрической формы, ограничивающий до определенного заданного значения радиальную деформацию (уменьшение внутреннего диаметра) испытуемой термоусаживаемой цилиндрической полимерной оболочки (в частности, муфты или манжеты) в процессе испытаний, камеру термостатирования, в которой размещается цилиндрический ограничитель с надетым на него испытуемым образцом термоусаживаемой цилиндрической полимерной оболочки, а также прибор для измерения давления (давления усадки), которое оказывает испытуемый образец термоусаживаемой цилиндрической полимерной оболочки на наружную поверхность цилиндрического ограничителя в процессе испытания. Заявляемое испытательное устройство обеспечивает возможность свободной и равномерной деформации в радиальном направлении испытуемого образца термоусаживаемой цилиндрической полимерной оболочки (в частности, муфты или манжеты) в процессе испытания. Для обеспечения регулировки и контроля температурных условий проведения испытаний заявляемое испытательное устройство снабжено камерой термостатирования. Предпочтительно камера термостатирования снабжена программируемым устройством автоматической регулировки и поддержания температуры внутри нее с точностью до 2 С, а также блоком индикации и регистрации температуры внутри камеры. В заявляемом испитательном устройстве цилиндрический ограничитель размещен внутри камеры 3 17269 1 2013.06.30 термо-статирования, что обеспечивает необходимый контроль температуры испытуемого образца и ее регулировку по заданной схеме. Предпочтительная, но не ограничивающая, форма реализации заявляемого способа измерения давления усадки термоусаживаемой цилиндрической полимерной оболочки (в частности, полиэтиленовой муфты или манжеты) и устройства для осуществления заявляемого способа будут рассмотрены ниже со ссылками на позиции фигур, на которых схематично представлены фиг. 1 - схематическое изображение испытательного устройства с цилиндрическим ограничителем в виде жесткого полого цилиндра (трубы) со свободно размещенным на нем испытуемым образцом термоусаживаемой полиэтиленовой муфты и тонкопленочным матричным датчиком давления (на фиг. не показан) фиг. 1 а - схематическое изображение сечения А-А цилиндрического ограничителя со свободно размешенным на нем испытуемым образцом термоусаживаемой полиэтиленовой муфты и тонкопленочным матричным датчиком давления до начала испытания фиг. 1 б - схематическое изображение сечения А-А цилиндрического ограничителя с тонкопленочным матричным датчиком давления и образца термоусаживаемой полиэтиленовой муфты в конце испытания. Согласно изобретению, испытательное устройство (фиг. 1) состоит из цилиндрического ограничителя 1, размещенного в термостатируемой камере 2 на подставках 5, закрепленного на наружной поверхности цилиндрического ограничителя одного или более датчика давления 7, например тонкопленочного датчика давления типаили же тонкопленочного матричного датчика давления типапроизводства фирмы, . (США), а также свободно размещенного поверх датчика (датчиков) на цилиндрическом ограничителе 1 испытуемого образца термоусаживаемой цилиндрической полимерной оболочки 4, электрического кабеля 6, соединяющего датчик(и) 7 с блоком 3 регистрации и преобразования электрических сигналов, поступающих от датчика(ов) 7, в величину давления. Согласно данному изобретению, цилиндрический ограничитель 1 в рабочем состоянии(фиг. 1 а и 1 б) представляет собой полый или монолитный цилиндр, выполненный из материала, выбранного из группы, включающей дерево, керамику, полимер, композитный материал, термостойкое стекло, металл, металлический сплав, а также сочетание двух или более указанных материалов, сохраняющего механическую прочность и жесткость во время выполнения испытаний в интервале температур от 15 до (т 20) С (т - температура перехода полимера муфты или манжеты в вязко-текучее состояние). Наружная поверхность цилиндрического ограничителя 1 может иметь защитное покрытие (на фигурах не показано), придающее ей антикоррозионные, антиадгезионные или иные свойства,обеспечивающие удобство и надежность эксплуатации. Наружный диаметр цилиндрического ограничителя 1 может соответствовать, но необязательно, определенному заданному значению, например номинальному наружному диаметру защитной оболочки ПИтрубы. Длина цилиндрического ограничителя 1 подобрана таким образом, что соответствует или превышает длину испытуемой термоусаживаемой цилиндрической полимерной оболочки. Заявляемый способ измерения давления усадки цилиндрической оболочки из полимерного материала, обладающего эффектом памяти формы, осуществляется с помощью заявляемого устройства следующим образом. На наружной поверхности цилиндрического ограничителя 1 закрепляют один или несколько тонкопленочных датчиков 7 или тонкопленочный матричный датчик 7 известным способом, например, скотчем. Далее испытуемый образец цилиндрической полимерной оболочки 4 надевают на цилиндрический ограничитель 1 с закрепленным(и) датчиком(ками) 7, который затем помещают в камеру термостатирования 2 и устанавливают на подставки 5, обеспечивающие необходимый зазор между испытуемым образцом 4 и дном камеры термостатирования 2. Через отверстие 4 17269 1 2013.06.30 подходящего диаметра в боковой стенке камеры термостатирования 2 выводят наружу интерфейсный электрический кабель 6 от датчика(ов) 7 и подключают его к блоку 3 регистрации и преобразования электрических сигналов, поступающих от датчика(ов) 7, в величину давления. Далее включают нагрев камеры термостатирования 2 и нагревают испытуемый образец 4 и цилиндрический ограничитель 1 со скоростью 1-10 С/мин (или по иной необходимой заданной схеме) до температуры н, С, величина которой равна(т 10), С, где т - температура перехода полимера оболочки в вязкотекучее состояние. Одновременно с включением нагрева начинают выполнять непрерывное (или через определенные промежутки времени) измерение температуры внутри камеры термостатирования 2. По достижении максимальной температуры нагрева н испытуемого образца 4 нагрев камеры термостатирования 2 выключают и оставляют ее естественным образом охлаждаться вместе с испытуемым образцом 4, одновременно начиная измерять с помощью датчика(ов) 7 и блока 3 величину давления, оказываемого на поверхность ограничителя сжимающимся в радиальном направлении испытуемым образцом цилиндрической полимерной оболочки 4 до момента снижения температуры испытуемого образца 4 до(20 2) С. В процессе нагрева испытуемый образец термоусаживаемой цилиндрической полимерной оболочки 4, благодаря эффекту памяти формы, начинает усаживаться, уменьшается в диаметре и плотно облегает наружную поверхность цилиндрического ограничителя 1, оказывая на него (и на установленные на его поверхности датчики 7) сжимающее давление в радиальном направлении. Благодаря жесткости конструкции цилиндрического ограничителя 1 сжатие испытуемого образца 4 в радиальном направлении ограничивается наружной поверхностью цилиндрического ограничителя 1, но поскольку цилиндрическая полимерная оболочка при этом еще не полностью израсходовала запасенную при ее изготовлении растяжкой (раздувом) потенциальную энергию, то оказывает давление в радиальном направлении на поверхность цилиндрического ограничителя 1 и на датчик(и) 7. Величина этого давления измеряется с помощью датчика(ов) 7 и блока 3 регистрации и преобразования электрических сигналов датчика(ов) 7. За величину давления усадки цилиндрической полимерной оболочки (например, полиэтиленовой термоусаживаемой муфты или манжеты) принимают максимальное значение давления, зарегистрированное во время охлаждения испытуемого образца до комнатной температуры (202 С). Источники информации 1. Протокол Тестирования. Приложение 2 Термоусадочная муфта с мастикой онлайн/ 2010 найдено 2010-06-15. Найдено в Интернет.с. 10-12. 2. Монтаж термоусаживаемой муфты он-лайн ООО СМИТ-Ярцево 2010 найдено 2010-06-15. Найдено в Интернет . ///91 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6