Доброго дня! Прошёл 2024 год, прошли Новогодние праздники, а значит пришло время для новостей моей маленькой подпольной лаборатории, о неудачах и успехах, а в самом конце кое-что очень интригующее!
Меня часто и много спрашивали когда уже будет предметное изучение полученного материала... Да понятно, что сам технологический процесс со временем будет доведен до совершенства, но очень интересно что же получается в итоге-то? Собственно в конце статьи вы сможете увидеть первые результаты испытаний, которые я очень сильно ждал и переживал за них! Переживал за самую главную гипотезу...
И, вроде все получилось, но это не точно...))))
И поблагодарить вас всех за поддержку, благодаря конструктивному диалогу и обсуждениям в прошлых статьях получилось узнать и сделать много полезного. За критику и замечания не менее благодарен, так как они позволяют взглянуть на процесс с иной точки зрения и заметить существенные детали, которые сам иногда не замечаю, порой критика гораздо важнее. Хочу сказать Спасибо Вам всем
Небольшое отступление. Многих затронула тема измерения толщины получаемой нити (филамента) в режиме on-line. За прошедшее время удалось понять примерное приемлемое для меня устройство, архитектуру и аппаратную реализацию, впереди, так как тема программирования микроконтроллеров для меня новая, разобраться с программным кодом. Все необходимые компоненты были заказаны и как раз приехали под новый год. Если Вам понравится изложенная концепция реализации - буду рад, если окажется полезной. Итак, за основу взята ESP8266, для отображения в реальном времени результатов измерений используется монитор 1,9" (172х320) TFT ST7789 (непрерывный график + цифровое значение текущего измерения) вот такой, в качестве измерителя выбрана матрица TCD1304 (только сама матрица, под установку, ссылку к сожалению дать не могу - товар исчез с Али) с обвязкой на LDO-компонентах (плату чуть позже закажу, вся необходимая схемотехника и номиналы я брал здесь, так как это, фактически, единственный найденный мной ресурс с подробным описанием), для засветки матрицы (а рассматривали мы несколько способов реализации) я решил использовать лазерный луч с разверткой в линию вот такой, и механическое прерывание светового сигнала многосекторным диском вроде такого, сам диск (больше в диаметре и с меньшим числом секторов) посажен на шаговый двигатель с этим же датчиком оборотов (для расчета частоты прерывания). Как только всё соберу - это станет отдельной статьей, пока это только, грубо говоря, анонс сборки. В дальнейшем вся модернизация установки будет переделываться с учетом использования плат семейства ESP8266/ESP32, так как эта идея мне очень понравилась, но все-таки требует иного подхода.
Возвращаясь к основной теме. Сама установка претерпела значительные изменения. Наконец-то приехал новый керамический нагреватель. Теперь со стабильностью температуры никаких проблем!
Изготовлен достаточно качественно. Единственный минус - отсутствие встроенной термопары. Вообще это была веселая история... Наши отечественные нагреватели (обзванивал и обсуждал конкретные чертежи) предлагали по стоимости в два раза дороже... Плоский нагреватель с отверстием в середине под вал заказывать даже не стал (ребят, если узнаете себя, о ком говорю - без обид) так как под заказ и литой из латуни из того же Китая по цене около 35 000 руб. и срок ожидания 45 рабочих дней (ну это уже не серьезно, за эти деньги, уж извините, на некоторые машины можно взять двигатель или коробку). Тем более, новый нагреватель справляется на отлично, если уж и понадобится подогрев донной части в будущем - отлично подойдет керамический нагреватель для стеклокерамических плит вот такого плана. Нагреватель от индукционных варочных панелей, к сожалению, применить не выйдет в связи с тем, что он имеет пластиковую основу, которая не выдержит условий эксплуатации.
Технологический процесс давно требовал наличие некоторого рода крышки-воронки, для более равномерного прогрева и возможности регулирования уровня расплава в районе иглы. Для этого я использовал круглую воронку из нержавеющей стали, закрепив её в алюминиевом листе для последующей установки на регулируемые опоры.
Теперь итоговый процесс выглядит следующим образом:
В дополнение, по результатам тепловых расчетов, по этим эскизам новых перспективных игл (странно, почему-то редактор Хабр`а постоянно поворачивает изображения...):
В металле получены новые иглы:
Которые показали себя достаточно неплохо. Предметно:
крайняя слева - самая первая игла, хороша для высокого уровня материала, но тем не менее при текущей высоте чаши не подходит, так как ближе к концу слишком сильно охлаждается материал;
третья слева на фото - уменьшенный вариант первой, из особенностей - только возможность работать с меньшим количеством расплава;
крайняя справа, конусная. - отлично себя показала в количестве подаваемого материала и отлично подойдет для мононити толщиной от 5 мм. (мне сейчас не подойдет, так как конструкция пока не позволяет охладить нить и вытянуть её без деформации), что требует значительного увеличения высоты конструкции, к тому же текущая вытяжная пара не сможет работать с нитями такой толщины (не предусматривалось);
вторая слева - в текущей ситуации самый оптимальный вариант при загрузке чаши на 2/3, отлично выдает материал и благодаря текущей компоновке позволяет добиться наиболее оптимального процесса с отклонением +/- 0,1, именно на этой игле и работал в последующем.
Теперь мы подходим ближе к самому главному и интересному, для чего собственно это всё и затевалось! Я провел первые испытания, которые не могут не удивлять.
Позвольте сначала немного вводных данных и формул.
Для полипропилена, согласно многих источников (не сочтите за моветон, но данные коррелируют, поэтому можно верить и я сошлюсь на Wiki или портал PLASTINFO) разрушающее напряжение на разрыв находится в диапазоне 250-400 кгс/см. или 24,5-39,2 МПа (пересчет кгс/см в МПа возможно производить умножением первого на коэффициент 0,098); вторым важным параметром является относительное удлинение на разрыв, находящееся в диапазоне (в зависимости от источника) 150(200)-400(600)%.
Открытые источники, конечно, вещь отличная, но было бы гораздо осмотрительней всегда принимать во внимание научные труды, например, материалы монографии (Аскадский А.А., Мацеевич Т.А., Попова М.Н. // Вторичные полимерные материалы (механические и барьерные свойства, пластификация, смеси и нанокомпозиты) / Монография. – М.: Издательство АСВ, 2017. – 496с.). Целиком в открытом доступе материалы мне найти не удалось, тем не менее нужная нам информация частично упомянута тут. Согласно указанного научного труда для вторичного полипропилена с кратностью переработки 1 разрушающее напряжение на разрыв составляет 26,6 МПа, а относительное удлинение на разрыв составляет 19,80%. В целом, это два ключевых параметра имеющих основное значение.
Теоретическая нагрузка на разрыв для нити может быть рассчитана по формуле (буду приводить максимально простые для понимания формулы, так как все мы рано или поздно забываем или путаем условные обозначения):
Нагрузка на разрыв (в Ньютонах) = (Предельная нагрузка на разрыв (МПа) х Диаметр нити в квадрате (мм.) х 3,1415)/4.
Для того что бы получить нагрузку на разрыв в килограммах необходимо полученную по первой формуле цифру разделить величину ускорения свободного падения (9,80665).
В связи с тем, что никаких сертификационных документов на мой материал не сохранилось, для расчетов теоретической нагрузки на разрыв я использовал три величины в 24,5 МПа (минимальная), 26,6 МПа (по сведениям из монографии) и 39,2 (максимальная).
Первые незадокументированные испытания (использовалось по 10 отрезков нити 0,8 мм. и 1,0 мм) показали при величине разрушающего напряжения 24,5 МПа превышение фактической нагрузки над теоретической на 28-30%, при величине разрушающего напряжения 26,6 МПа превышение фактической нагрузки над теоретической на 13-15%! Несмотря на обнадеживающие результаты, показатель относительного удлинения на разрыв находился в районе 2%, при том что в источниках указывается цифра для вторичного полипропилена 19,80% и в общем от 200%, что явно никак не соотносится. Именно первые испытания показали, что в данный момент рано оценивать этот показатель и необходимо, в целом, для большей убедительности, в будущем, заменить материал на имеющий подтвержденные показатели. То есть отнестись скептически и перепроверить, но повторить испытания и подтвердить первоначальные результаты на текущем материале.
Большие надежды я возлагал на испытания нитей имеющегося первичного PFA, но претерпел неудачу, так как материала оказалось критически мало (250 грамм) и непреодолимое препятствие в виде слишком толстой иглы (текущая конструкция не позволит установить более тонкие иглы к сожалению...) и получаются вот такие "рожки":
Второй и последующие испытания было принято решение провести максимально разнообразно, т. е. брались произвольным образом выбранные отрезки из нитей разной толщины и оценить результаты статистически. Второй этап испытаний мягко говоря не получился, так как только после проведения испытаний начал разбираться в причинах таких плохих результатов и выявил причину: оказалось я не заметил загрязнение, и достаточно сильное, материала резиновой крошкой, пылью и прочим... Тем не менее вот они:
При подготовке третьего этапа испытаний гранулят был хорошенько промыт и осмотрен не предмет посторонних включений, подвергнут сушке в течении часа при температуре 100 градусов С.
В итоге получились следующие результаты:
Вот это уже результат, повторяющий первые испытания! А что бы не так было весело я и использовал максимальные значения разгрузки на разрыв.
Теперь мне необходимо немного прояснить содержание таблиц. Я специально решил использовать 3-4 номинала толщины из произвольных отрезков, так как важнее именно относительная величина прироста, она в последующем и оценивалась. Да, внимательные заметят высокое среднеквадратическое отклонение и причина этому кроется в строках 1, 5, 13 и 15 (вполне возможно что я ошибся при измерении либо нагрузки, либо толщины нити), если их не учитывать то среднеквадратическое отклонение будет в пределах 12%! В целом оно и так находится в границах нормального распределения и тем не менее эти результаты говорят сами за себя: выборка репрезентативна и результаты испытаний верны!
Под конец испытаний был сломан редуктор вытяжной пары (надломился червяк, но тут я сам виноват) и предстоит его ремонт:
Продолжение следует...
Автор: MadFisherman
