Содержание к диссертации
Введение
1. Полимерные материалы и современные методы их обработки 18
1.1. Эксплуатационные свойства деталей из полимеров 18
1.2. Факторы, влияющие на механические свойства полимеров 19
1.3. Современные технологии обеспечения долговечности деталей машин 27
1.4. Сварка полимерных материалов 33
1.5. Современные электротермические способы обработки полимерных материалов
1.5.1. Полимеры, подвергаемые обработке методами ВЧ- и СВЧ-электротермии 37
1.5.2. Высокочастотная и сверхвысокочастотная электротермия 46
1.6. Экономические аспекты использования полимерных изделий в промышленности и их электротермическая обработка 54
1.7. Оборудование электротермической обработки полимерных материалов и его автоматизация 57
1.8. Синергетический подход к решению задач управления процессами электротермии полимеров 66
1.9. Постановка цели и задач исследования 71
2. Процесс высокочастотной обработки как объект управления 73
2.1. Теоретические исследования процесса обработки полимерных материалов токами высокой частоты 73
2.2. Контроль качества ВЧ-обработки 75
2.3. Особенности технологической схемы электротермии и анализ высокочастотной установки, как объекта управления 82
2.3.1. Выбор диапазона частот электротермической обработки 82
2.3.2. Технологический процесс ВЧ-обработки полимерных материалов, пути и методы его автоматизации 91
2.4. Определение способов контроля состояния диэлектрических материалов в процессе ВЧ электротермической обработки 100
2.5. Формирование метода управления процессом ВЧ-обработки полимерных изделий 112
2.6. Контроль состояния электрического пробоя 117
2.6. Выводы по главе 124
3. Автоматизированная система научных исследований высокочастотной обработки 126
3.1. Отработка принципов создания аппаратной части АСНИ ВЧ 126
3.2. Контроль частичных разрядов 137
3.3. Экспериментальные исследование процесса возникновения частичных разрядов 139
3.4. Определение критерия управления процессом ВЧ-обработки в зоне предпробойного состояния и метод защиты процесса обработки от электрического пробоя 151
3.5. Модификация аппаратно-программной части АСНИ ВЧ 155
3.6. Контроль частичных разрядов на основе анализа динамики изменения анодного тока 163
3.7. Выводы по главе 166
4. Математическое моделирование процессов высокочастотного нагрева термопластов в случае пятислойной пластины 168
4.1. Аналитическая модель ВЧ-нагрева полимера с внутренним источником тепла 168
4.2. Программный комплекс Aleo HFH 175
4.3. Исследовательские возможности программного комплекса 179
4.4. Практическое использование программного комплекса Aleo HFH 190
4.5. Выводы по главе 196
5. Автоматизация управления процессом ВЧ-обработки полимерных материалов 197
5.1. Энергоэффективность управления процессами электротермии 197
5.2. Методика управления ВЧ-обработкой полимерных материалов 201
5.3. Алгоритм автоматизированного управления процессом ВЧ-сварки 205
5.4. Алгоритм автоматизированного управления процессом ВЧ-сушки 209
5.5. Программная реализация алгоритмов автоматизированного управления процессами электротермии 212
5.6. ВЧ-обработка полимерных деталей малой толщины 219
5.7. Выводы по главе 226
6. Использование автоматизированной системы научных исследований и автоматизированной системы управления электротермией для решения практических задач 227
6.1. Разработка методики восстановления свойств деталей из полиамидов при использовании ВЧ-нагрева 227
6.1.1. Сепаратор подшипника буксового узла как пример использования детали из термопласта 227
6.1.2. Анализ возможных дефектов полиамидных деталей на примере сепараторов буксовых подшипниковых узлов и причины их возникновения 237
6.1.3. Исследование влияния сезонных условий эксплуатации изделий из полиамидов на их эксплуатационные свойства 242
6.1.4. Восстановление изделий из полиамида с использованием АСУ ВЧ-обработки 250
6.1.5. Приспособление для высокочастотной обработки деталей из пластмасс сложной геометрии на примере сепаратора подшипника буксового узла 254
6.2. ВЧ-обработка гигроскопичных неоднородных неметаллических материалов и потенциальные направления развития электротермии 262
6.2.1. ВЧ-сушка древесины 262
6.2.2. ВЧ-обработка гидролизного лигнина 269
6.2.3. ВЧ-обработка с целью инициализации химических реакций 270
6.2.4. Очистка металлических поверхностей от краски и окисных загрязнений 271
6.2.5. Диагностика полимерных деталей 271
6.2.6. Векторная модель-схема рабочего конденсатора и технологической оснастки 272
6.3. Экономическая эффективность внедрения АСУ ТП высокочастотной электротермии 274
6.3. Выводы по главе 277
Общие выводы по работе 278
Библиографический список 278
- Современные электротермические способы обработки полимерных материалов
- Выбор диапазона частот электротермической обработки
- Экспериментальные исследование процесса возникновения частичных разрядов
- Практическое использование программного комплекса Aleo HFH
Современные электротермические способы обработки полимерных материалов
Современные полимерные материалы представляют не малый по показателям объема производства, переработки и очень важный по своему научному и практическому значению класс высокомолекулярных соединений.
Объемы производства полимерных материалов, используемых в качестве конструкционных материалов, во всем мире неуклонно возрастают. По итогам 2012 г. суммарный объем выпуска базовых полимеров в России составил 5,4 млн. тонн. В декабре 2012 г. выпуск базовых полимеров вырос на 7,3% относительно декабря 2011 года. По итогам 2013 года, несмотря на кризисные условия, объём производства полимеров сохранился на уровне 2012 г. Достоинствами полимеров являются: длительный срок службы (до 50 лет), хорошая способность гасить динамические и ударные нагрузки, низкий коэффициент трения, восприятие знакопеременных нагрузок, высокие диэлектрические и антикоррозионные показатели, минимальная адгезия, высокая жесткость, ударная вязкость и стойкость к термокороблению [141]. Одним из важнейших свойств большого количества полимерных материалов является способность полностью восстанавливать свои свойства после нагрева [105]. Данные свойства оказывают огромное влияние на конструктив, эксплуатационные характеристики узлов и агрегатов машин различных областей применения.
Благодаря использованию полимеров, в т.ч. и термопластических, за последние десятилетия произошли значительные изменения конструкции машин и механизмов. Так, например, в транспортном машиностроении на смену латунным сепараторам пришли полимерные, изготовленные из композитных армированных стекловолокном полиамидов марки Армамид ПА СВ 30-1 ЭТМ и др. Использование полимерных изделий в качестве маслопроводов, бензопроводов и водопроводов различного назначения позволяет повысить долговечность их эксплуатации. В целом, технологичность полимерных изделий, высокая удельная прочность, коррозионная стойкость, антимагнитные свойства позволяют использовать их взамен нержавеющих сталей, цветных металлов и других конструкционных материалов, позволяя при этом увеличивать длительность межремонтных периодов, продлевая сроки эксплуатации машин, снижать эксплуатационные издержки.
При этом наряду с достоинствами полимеров [197, 150] существует и ряд их существенных недостатков, влияющих на эксплуатационные характеристики полимерных деталей к которым можно отнести: их гигроскопичность, старение, влияние высокоэнергетических воздействий на структуру материала, относительно низкая температура плавления, незначительный интервал перехода материала в вязко-текучее состояние, деструктивные изменения материала при температурах близких к температурам плавления. Отдельно следует отметить проблемы, возникающие при утилизации полимеров.
Вышесказанное позволяет говорить о том, что оптимальное использование изделий из полимерных материалов возможно при учете всех положительных и отрицательных их характеристик с точки зрения влияния на эксплуатационные свойства изделий.
В соответствии с [141, 272] наибольшее влияние на изменение эксплуатационных свойств пластмасс оказывает гигроскопичность и сопутствующие ей структурные изменения. Впитывание влаги, даже при нормальных условиях хранения и эксплуатации полимеров, ухудшает их конструкционные и эксплуатационные свойства [180, 44]
Литературный обзор показал ряд особенностей сорбции полимерами влаги и влияние этого факта на их конструкционные свойства. Водяные пары и влага в материалах из полиамидов при диффузии уменьшают в них межмолекулярные взаимодействия, которые могут при определенном уровне оказать положительные результаты на прочностные характеристики полиамидов. Дальнейшее возрастание влагосодержания приводит к отрицательным воздействиям. Влага, сорбируемая поверхностью полимера, как отмечено [104], может облегчать появление самих микротрещин, способствуя появлению новых поверхностей с последующей утратой своих потребительских свойств полиамидных изделий. Поэтому при рассмотрении работоспособности изделий из полиамида в процессе эксплуатации надо обратить особое внимание на процессы закономерности сорбции и десорбции воды, которые определяются процессами диффузии (1), количеством поглощаемой влаги (2) и зависящей в полной мере от температуры [141]. Оценка коэффициентов диффузии влаги в полимерах производится по уравнениям: с.-ЄfW) , (1). где: Сt - содержание влаги в образце в момент времени t, г. / см; Сs - равновесное содержание влаги в образце, г. / см; S - толщина пластины, см; D - коэффициент диффузии, см / с. q/Q = X12SwDt , (2). где: q - количество влаги, поглощенной за время t, г.; Q - количество влаги в момент насыщения, г.; w - отношение поверхности образца (в см) к объему (в см).
Разные источники, приводя процент поглощения воды из окружающей среды, дают противоречивые и разнообразные данные по гигроскопичности полиамидов. В статье [29] исследуя алифатические полиамиды ПА-6 авторы, полагают, что полиамид сорбирует из влажного воздуха 2 - 3% воды. Характеризуя гигроскопичность того же материала авторы [104] отмечают, что полиамиды относятся к гидрофильным полимерам со способностью сорбировать из воздуха влагу даже при стандартных условиях относительной влажности (50 - 60%, температура 20Ь С), водопоглощение составляет от 0,7 до 4,0%. В статье [271], при обзоре общей характеристики полиамидов отмечено, что при низких температурах они сохраняют эластичность, имеют высокую водопоглощаемость до 8% воды.
Влагопоглощение, влияющее на эксплуатационные характеристики полиамида, рассматривается и обобщается более подробно в публикации Н. Нельсона [141]. По представленным данным полиамиды ПА-66 и ПА-6 могут сорбировать более 9% воды с изменениями их механических свойств. Сорбция влаги и десорбция являются процессами обратимыми. Свойства готовых изделий могут иметь не желательные изменения, если не контролировать эти параметры. Действие влаги можно рассматривать как действие пластификатора, повышающего подвижность макромолекул. При этом возрастает разрывное удлинение полиамида и снижается модуль его упругости. При этом первоначальные физико-механические характеристики изделия восстанавливаются после высушивания [141].
Выбор диапазона частот электротермической обработки
Контроль технологического процесса электротермической обработки материалов задача, определяющая во многом качество обработки. При этом необходимо понимать, что измерение электрофизических параметров обрабатываемых диэлектрических материалов в зоне высокочастотного воздействия затратная и технически сложная задача.
Ряд рассмотренных отечественных и зарубежных разработок для решения данной задачи предлагают контролировать процесс ВЧ-воздействия по параметрам анодного тока и напряжения на рабочем конденсаторе, времени ВЧ- обработки и расчетной температуре плавления полимера.
Литературный обзор, представленный в главе 1, показывает, что все эти методы основаны на расчете температуры плавления, в зависимости от времени и мощности воздействия излучения на конкретный материал, и управлении мощностью воздействия на основе прогнозируемой температуры, исходя из электрических параметров работы ВЧ-генератора. При этом было введено большое количество допущений об однородности структуры обрабатываемого материала, постоянстве электрофизических параметров полимеров в процессе разогрева и др. Тем самым, практическая значимость данных разработок определена узкими рамками лабораторных условий.
На практике, в процессе электротермической обработки, на систему высокочастотный генератор - технологическое устройство действует ряд внешних и внутренних факторов, не позволяющих режиму работы оставаться постоянным. Вот основные из них: 1. Изделия, заготовки из полимерных материалы представляют из себя, как правило, геометрически сложную конструкцию, а состав полимеров имеет многокомпонентную структуру. Изменения электрофизических параметров изделий в процессе транспортировки, хранения, эксплуатации могут достигать нескольких процентов. Так, например, водопоглощение полиамидов доходит до 8%. [185] 2. В процессе ВЧ-воздействия электрофизические параметры материала меняются в зависимости от частоты ЭМВ и температуры [88, 148, 150, 252] 3. В процессе увеличения нагрузки ВЧ-генератора, происходит изменение его частотных характеристик в диапазоне ±0,6% [261]. 4. В процессе поставки электрической энергии ГОСТ устанавливает нормы качества, показатели которых могут изменяться до 10%, а показатель по времени провала напряжения может достигать 30 с. [261], что сравнимо с пол ным циклом ВЧ технологической обработки. 5. Температура плавлении (перехода в вязкотекучее состояние) для поли мерных материалов не является величиной постоянной [258; 291; 106]. Во всех, без исключения, технологических операциях электротермической обработки (с целью теплового воздействия) [85] основной задачей является разогрев материала до температуры плавления (вязкотекучего состояния) или близкой к ней. Сложность заключается, как было сказано выше, в том, что температура плавления полимерных материалов зависит от многих факторов. Подтверждение о непостоянстве температуры плавления находим [247], где говориться, что для полимеров очень характерно отсутствие определенной температуры плавления. Процесс плавления происходит в некотором температурном интервале, ширина которого зависит от предыстории образца. Так, например, если образец полимера (каучук) закристаллизовать при температуре -25C ... -45C, то его плавление заканчивается при -5C, а если образцы закристаллизованы при 102 -5C, то плавление закончится при температуре от 0C до +16C. Образцы, длительно находившиеся в закристаллизованном состоянии, могут плавиться при более высоких температурах.
Так же необходимо отметить, что характерной особенностью полимерных материалов является независимое движение отрезков цепи, состоящих из большого числа мономерных сегментов. Кроме их движения в полимерах осуществляется движение более подвижных, мелких кинетических единиц. Такими кинетически независимыми единицами могут быть боковые цепи или отдельные группы атомов, например, полярные заместители. Время релаксации ориентаци-онного момента таких групп меньше времени релаксации сегментов главной цепи. Следовательно, они могут сохранять подвижность при более низких температурах, когда сегменты уже практически неподвижны. Если полимер, который содержит полярные группы, поместить в электрическое поле при определенных соотношениях времени релаксации и частоты поля будет наблюдается ориентация сегментов и более мелких кинетических единиц, что обусловливает определенные значения диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь. Все это доказывает, что изменение электрофизических показателей полимерных материалов напрямую зависимости от их особенностей и факторов, воздействующих как в процессе производства, так и в процессе хранения, транспортировки, эксплуатации. В высказывании [247], где дословно говорится, что «переход полимера из высокоэластического состояния в вязкотекучее по температурным изменениям, изменениям объема или теплопроводности обнаружить не удается», еще раз находим подтверждение невозможности определения расчетным путем температуры плавления обрабатываемого полимерного изделия.
В результате вышесказанного, можно сделать вывод, что контроль по прогнозируемой температуре и времени воздействия ВЧ-излучения применим только в лабораторных условиях, когда можно достаточно точно обеспечивать стабильность электрофизических свойств материалов и условий их обработки. Все это приводит к тому, что при переходе к производственным условиям возникает необходимость разработки метода контроля параметров ВЧ-обработки полимеров на принципиально новой основе.
Полимерные материалы весьма сложны по структуре и каждому фазовому состоянию предшествует ряд изменений, которые можно отследить по изменению электрофизических показателей [62, 148]. Так, например, ранее даны характеристики полиамида в процессе ВЧ-разогрева, имеющего несколько «максимумов», определяемых по анодной токовой активности и обусловленных снижением степени кристалличности. Это объясняется тем, что в процессе разогрева изменению, в первую очередь и с большей интенсивностью, будут подвержены диполи более «связанных структур», присутствующих в полимере, (примеси, пластификаторы, вода и т.д.). Далее, в соответствии с избирательными свойствами ВЧ-нагрева, воздействию будут подвергаться оставшиеся структуры.
В соответствии с еще одним важным преимуществом ВЧ-воздействия -саморегуляцией, неодинаковая интенсивность воздействия ВЧ-излучения внутри материала зависит от его фазовых состояний. В гетерогенных структурах, которыми обладают сложные полимеры и их композиты, высокочастотная обработка, как правило, приводит к возникновению больших градиентов температуры между фазами. Данный эффект стремится уменьшить неоднородность фазовых структур полимеров за счет гомогенизации их строения [184].
Если обратиться к упрощенному объяснению процесса ВЧ- воздействия, то саморегуляция будет заключаться в следующем: после достижения определенной температуры равной температуре плавления Т = Тт, фазовое (вязкотеку-чее) состояния полимера (размягчение, плавление, рекристаллизация) приведет к ослаблению связей диполей и, следовательно, к их возможности достаточно динамично ориентироваться в переменном магнитном поле (уменьшается «молекулярное трение»). Тем самым, тепловое воздействие на такую фазовую структуру материала уменьшается. В то же время, нагрев будет производиться там, где еще имеются участки материала не перешедшие в расплавленное состояние. Такое физическое состояние материала, безусловно, отразится на значениях относительной диэлектрическая проницаемости є и тангенса угла диэлектрических потерь tgS, что в свою очередь приводит к изменению режима работы ВЧ-генератора, которое можно контролировать по его параметрам.
104 Проанализировав процесс изменений агрегатного состояния вещества (рисунок 21), где представлены периоды агрегатных состояний в зависимости от температурного напора и времени, было найдено характерное отличие изменения температуры состояний материалов I, II, III.
Экспериментальные исследование процесса возникновения частичных разрядов
Для решения этой проблемы первоначально были исследованы возможности использования математических моделей различных фильтров предлагаемые Power Graph и на основе данных исследований был разработан фильтр низких частот в программе ArDuino. Код программы приведен ниже: int i, f = 2000; float sum1=0, sum2=0, sum3=0 … sum29=0, sum30=0, a; void setup {Serial.begin (115200);} void loop {for (i=l; i =f; i++){a=analogRead(0); sum30=sum30+a;} Serial.println((sum1+sum2+sum3+… + sum29+sum30)/f/30); sum1=sum2;sum2=sum3… sum29=sum30;sum30=0. Фильтр построен на использовании скользящей средней для семейства функций, которые в каждой точке определения равны среднему значению исходной функции за предыдущий период. В данном случае скользящая средняя используются с данными временных рядов для сглаживания колебаний и выделения основных тенденций или циклов. В нашем случае математическую скользящую мы выбрали, как среднее свёртки, и поэтому приняли ее как фильтр высоких частот, при обработке сигналов.
Использование скользящего среднего позволило: - сгладить числовые ряды (в первую очередь временные). Например, для оценки значимых данных показателей анодного тока; - использовать его в качестве фильтра; - при анализе данных организации процесса управления, в качестве самостоятельного технического индикатора.
Так как при расчёте скользящего среднего значение функции вычислялось каждый раз заново, при этом учитывалось конечное значимое множество предыдущих значений скользящее среднее «перемещается» (движется), как бы «скользя» по временному ряду. Взвешенные скользящие средние значения анодного тока вычислялись по формуле: т-\ п-\ WWMA t= (co-х X Pt-i-r,i ), (52). /=0 т l 7=0 l J т где: WWMAt - значение взвешенного скользящего среднего в точке t; п - количество значений исходной функции для расчёта скользящего среднего; т - ко 162 личество блоков значений для расчета скользящего среднего; сот_х - нормированный вес (весовой коэффициент) ті - го значения исходной функции; p t_ -ni - значение исходной функции в момент времени, отдалённый от текущего нау+« г интервалов. Нормирование весовых коэффициентов означает, что: т-\ X m-i = 1 (53). /=0 т 1 Принимая во внимание высокую частоту получаемого сигнала, использование скользящей средней позволило добиться удовлетворительного качества сглаживания сигнала, с минимальным временем запаздывания, в связи с этим все весовые коэффициенты cotl были приняты равными единице. Количество периодов определялось экспериментально и в соответствии с загрузкой ПЛК достигало 104 количеств измерений. Однако такое количество данных приводило к перегрузке памяти ArDuino, поэтому с целью оптимизации программного обеспечения промышленного логического контроллера перешли к блоковой т сборке хранимых усредненных данных, что отражено в алгоритме функционирования ПЛК при расчете скользящей средней с «=2000, т=30 (рисунок 57). Такое решение позволило увеличить частоту обработки информации ArDuino.
Результатом обработки данных ВЧ-нагрева полиамида ПА6 фильтром низких частот по алгоритму (рисунок 57) при различных удельных мощностях воздействия была получена картина динамики изменения анодного тока ВЧ-уста-новки (рисунок 56).
На рисунке 56 представлены усредненные показания анодного тока по 30 периодам, в которых считалось среднее значение массива из 2000 данных.
Как видно из этого рисунка контролировать разогрев диэлектриков (полимера) стало проще, за счет наличия сглаженного графика. В самом начале заметен скачек анодного тока в момент включения генератора. За счет безинерцион-ности процесса разогрева следовало бы ожидать мгновенного увеличения анодного тока до рабочего значения, однако, за счет необходимости вычисления скользящего среднего, анодный ток возрастает приблизительно за 0,3 с, что объясняется накоплением информации в течении 30 блоков съема данных.
Таким образом можно говорить о запаздывании информационного сигнала по анодному току Іа в системе управления на величину At не более 0,15 с. После выключения ВЧ-генератора в PoverGraph наблюдается плавное уменьшение анодного тока до тока холостого хода (влияние алгоритма расчета скользящего среднего). Таким образом справа и слева на диаграмме Ia=f(t) находятся неинформативные зоны общего времени 0,3 секунды.
Результаты проведенных многочисленных экспериментов с использованием АСНИ ВЧ показывают с одной стороны влияние внешнего звукового фона на качество распознавания аудиосигнала ЧР но, с другой стороны, говорят о наличии информации о высокочастотнном сигнале анодного тока, играющего отрицательную роль при формировании блока системы управления контроля фазового состояния нагреваемого материала, но, являющемся положительным фактором при построении блока защиты обрабатываемого изделия от электрического пробоя.
На рисунках 58, 59 показаны необработанные графики анодного тока, полученные с использованием экспериментальной установки с отключенным защитным контуром по частичным разрядам. соответствует периоду акклиматизации с появлением частичных разрядов низкой интенсивности. Рисунок 58 соответствует лавинообразному развитию предпробойного состояния с последующим пробоем и током холостого хода после отключения оборудования.
Анализ представленных диаграмм позволяет сделать следующий вывод: частичный разряд в нашем случае представляет собой кратковременное лавинообразное увеличение анодного тока Ia. Фиксировать факт возникновения разряда возможно анализируя динамику изменения анодного тока в процессе ВЧ-обработки.
Практическое использование программного комплекса Aleo HFH
Созданием аппаратно-программной части автоматизированной системы научных исследований, представленной в предыдущей главе, определена необходимая часть исследовательской базы электротермии, которая позволяет проводить исследования взаимосвязи параметров оборудования и технологического процесса ВЧ-обработки полимеров, отрабатывать решения в области автоматизации процессов, исследовать новые методы и способы контроля. Однако, влияние электрофизических параметров обрабатываемых материалов во всем их многообразии (в т.ч. и материалов, не относящихся к полимерам - древесина, влаго-содержащие отходы производств и др) требует значительных материальных и временных затрат.
Аналитическое моделирование ВЧ-нагрева на основе использования зависимости 1.8, приведенной в первой главе значительно расширит возможности АСНИ ВЧ.
В работе [258] отмечены недостатки существующих на сегодня аналитических моделей процесса высокочастного нагрева: - отсутствие учета непостоянства удельной мощности внутренних источников тепла в процессе обработки; - значительные упрощения конструкции технологической оснастки при моделировании (например, отсутствие учета влияния электроизоляционного вкладыша между свариваемым материалом и электродами рабочего конденсатора).
Принимая во внимание конструктивные особенности технологической оснастки для ВЧ-обработки изделий из пластмасс, очевидно, что при моделировании процесса необходимо учитывать данные недостатки.
Кроме этого необходимо отметить, что традиционно, при реализации процесса ВЧ-обработки полимеров, используют один изолятор, выполняющий роль электрической развязки для уменьшения вероятности появления электрического пробоя в процессе обработки. При этом проведенные в рамках диссертации экспериментальные исследования показывают, что влияние электрических изоляторов более сложно[127, 205]. В ходе эксперимента было обнаружено, что увеличенный теплоотвод в месте контакта заготовки с массивными электродами оказывает значительное влияние на время разогрева при небольшой толщине обрабатываемой детали и на процессы, происходящие в заготовке, нагретой выше температуры плавления [272]. Экспериментально обрабатывались полимерные материалы, значительно различающиеся друг от друга по физико-химическим показателям (таблица 13). Толщина образцов для исследования варьировалась от 0,04мм до 9,2мм.
Также на графике, представленном на рисунке 60, видно, что при обработке полимерного материала незначительной толщины без изоляторов время ВЧ-воздействия до возникновения пробоя, увеличивается в связи с отводом большого количества тепла в металлические электроды
После установки двух изолирующих прокладок на приспособление для высокочастотной обработки полимерных материалов (рисунок 61) экспериментальная кривая пробоя и, следовательно, разогрева, приобретает близкий к линейной зависимости вид, представленный на рисунке 62. В качестве материала вкладышей был применен электроизоляционный картон марки ПТК БиК, ГОСТ 2824-86 [56], толщиной 0,3мм.
Вышеприведенные факты демонстрируют целесообразность при аналитическом моделировании процессов электротермии, представлять рабочий конденсатор Ср1 в виде многослойной пластины: металл (электрод высокопотенциальный) – термоизолятор (вкладыш) – обрабатываемый термопласт – термоизолятор (вкладыш) – металл (электрод заземленный) (рисунок 61).
Высокочастотная обработка деталей из пластмасс в технологической оснастке с двумя изолированными электродами конденсатора Ср1, где: h1, h5 – толщина электродов высокопотенциального 1 и заземленного 2 соответственно; h2, h4 – толщины вкладышей изоляционных; xi – координаты границ слоев; xs – координата точки максимального разогрева термопласта 3; Uр – напряжение на конденсаторе рабочем. 4, 4 3,5
В соответствии с [156, 107] распределение температуры в многослойной пластине в процессе обработки описывается системой уравнений нестационарной теплопроводности, причем для термопластичных полимеров - с учетом внутренних источников тепла. Модификация системы дифференциальных уравнений для случая пятислойной пластины дает следующий результат [132, 128]: