Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Литературный обзор 5
1.1. Диффузные системы и их характеристика 5
1.2. Структурные особенности полидисперсных полимерных систем, характеризующие их как диффузные системы
1.2.1. Эластомеры и композиционные материалы на их основе как диффузные системы
1.2.2. Битумы и битумные композиции как диффузные системы
1.2.3. Смеси битумов и эластомеров как диффузные системы
1.3. Свойства диффузных полимерных полидисперсных систем
1.3.1. Теплофизические свойства полимерных полидисперсных систем
1.3.2. Свойства полимерных полидисперсиых систем в силовых полях
1.3.3. Характеристики переноса в полимерных полидисперсных системах
1.4. Возможности прогнозирования свойств полимерных полидисперсных систем
1.4.1. Корреляционный анализ и его использование для прогнозироваття свойств полимерных диффузных систем
1.4.2. Прогнозирование свойств полимерных полидисперсных систем на основе формирования феноменологических моделей
1.4.3. Прогнозирование свойств полимерных полидисперсных систем с использованием локально-интегральных моделей
1.5. Планирование эксперимента при построении диаграмм состав - свойство
1.5.1. Основные понятия
1.5.2. Симплекс-решетчатые планы
1.5.3. Симплекс-центроидные планы
1.5.4. Планы для исследования локальных участков диаграмм состав - свойство
7.5.1. Планы, использующие отношение концентраций компонентов
1.6. Краткие выводы и формулировка задачи исследования
Глава 2. Оценка воспроизводимости экспериментальных данных при исследовании свойств полимерных полидисперсных систем. Анализ корреляций
2.1. Анализ влияния источников изменчивости на результаты определения показателей различной физической природы при исследовании полимерных полидисперсных систем 1
2.2. Корреляционный анализ комплекса показателей полимерных полидисперсных систем
Глава 3. Теоретическая часть
3.1. Алгоритм построения диаграмм состав-свойство с использованиемдиагональных сечений факторного пространства
3.2. Алгоритм построение диаграмм состав-свойство путем логарифмического преобразования осей координат
Глава 4. Результаты применения разработанных подходов при прогнозировании свойств полимерных полидисперсных систем
4.1. Объекты и методы исследования
4.1.1. Объекты исследования
4.1.2. Инструментальные методы исследования
4.1.3. Использованные программные продукты
4.2. Реализация алгоритма построения диаграмм свойство-состав путем формирования диагональных сечений факторного пространства
4.3. Реализация алгоритма построения диаграмм состав-свойство путем логарифмического преобразования осей координат
Глава 5. Возможности реализации предложенных методов прогнозирования свойств полимерных полидисперсных систем
Выводы
Литература
Приложения
Приложение 1. Статистическая обработка данных
Приложение 2
- Структурные особенности полидисперсных полимерных систем, характеризующие их как диффузные системы
- Прогнозирование свойств полимерных полидисперсных систем с использованием локально-интегральных моделей
- Алгоритм построение диаграмм состав-свойство путем логарифмического преобразования осей координат
- Реализация алгоритма построения диаграмм свойство-состав путем формирования диагональных сечений факторного пространства
Введение к работе
В современных условиях, при высоком развитии математического аппарата и средств компьютерной обработки информации, появилась возможность обрабатывать большие массивы данных и решать трудоемкие задачи. К тому же компьютерная техника продолжает развиваться, причем не только в сторону повышения своих вычислительных способностей, но также и повышения общедоступности. Это позволило на персональных ЭВМ решать сложные научные задачи.
Поэтому ЭВМ получила столь широкое применение в самых разных отраслях науки и техники и подтолкнула целый ряд научных направлений к развитию до этого малопродуктивных из-за сложности вычислений. В частности, получил распространение прогноз свойств объектов и их поведения по начальным параметрам. Два основных математических направления для решения этой задачи составили математическое моделирование и распознавание образов. Если первое хорошо описывает динамические объекты с явными связями выходных параметров с начальными, то второе позволяет исследовать статичные объекты с неявными закономерностями.
В полимерных полидисперсных системах поиск взаимосвязей между свойствами систем и их составом имеет чрезвычайно большое значение. Это обусловлено тем обстоятельством, что небольшие изменения концентраций целого ряда компонентов приводят к резкому изменению свойств. Другой способ модификации свойств реализуется путем воздействия на структуру материала на различных уровнях ее организации, но изменение состава чаще всего сопровождается и изменением структуры, поэтому эти два эффекта (влияние состава и структуры) необходимо строго контролировать. Особенность изучения диаграмм состав - свойство полимерных полидисперсных систем состоит в том, что исследователя чаще всего интересует локальная область такой диаграммы (она представляет и наибольший практический интерес), тогда как наиболее широко разработанные методы планирования эксперимента ориентированы на описание всей области факторного пространства
Актуальность работы обусловлена широкими возможностями модификации свойств полимерных полидисперсных систем путем варьирования их состава, с одной стороны, и недостаточно глубоко разработанными методами синтеза и анализа диаграмм состав-свойство, учитывающими специфику объекта исследования.
Таким образом, целью настоящего исследования является разработка алгоритмов прогнозирования свойств полимерных полидисперсных систем, основанных на построении диаграмм состав-свойство, учитывающих специфику объекта исследования и дающих возможность проследить альтернативные варианты изменения структуры диаграммы при варьировании рецептурно-технологических факторов.
Исходя из этих соображений основные задачи настоящего исследования могут быть сформулированы следующим образом:
Анализ особенностей полимерных полидисперсных систем как объектов моделирования и прогнозирования.
Оценка воспроизводимости результатов исследования свойств полимерных полидисперсных систем.
Поиск корреляционных соотношений между свойствами полимерных полидисперсных систем и оценка их прогностических возможностей.
Разработка алгоритмов построения диаграмм состав-свойство, учитывающих специфику полимерных полидисперсных систем как объектов исследования.
Проведение комплексного исследования свойств полимерных полидисперсных систем как функций состава, построение моделей и оценка их прогностических возможностей.
При разработке защищаемых результатов использовались следующие научные направления: теория вероятностей и математическая статистика, математический анализ, органическая химия, химическая кинетика, нефтехимия, химия и физика полимеров.
Структурные особенности полидисперсных полимерных систем, характеризующие их как диффузные системы
Эластомеры представляют собой высокомолекулярные соединения, обладающие высокоэластическими свойствами в широком интервале температур, охватывающем всю область температур их эксплуатации [4, с. 926]. К эластомерам относятся натуральные и синтетические каучуки, изготовленные на их основе резины, а также некоторые композиции на основе термопластов. По химической природе эластомеры делятся на органические (карбоцепные и гетероцепные), элементоорганические и неорганические.
Первой и весьма существенной особенностью эластомера как диффузной системы является то обстоятельство, что макромолекулы его имеют разную длину, другими словами, в образце нет двух молекул одинаковой длины, и эластомер следует рассматривать как смесь гомологов. Например, молекулярная масса натурального каучука (НК) варьируется от 150 тыс. до 500 тыс., что соответствует длине I - 4 мкм при поперечном сечении макромолекул около 0.3 нм [5].
Вторая особенность рассматриваемых материалов состоит в том, что они практически не используются в чистом виде, без введения каких-либо добавок. Эти добавки (ингредиенты) могут выполнять самые различные функции [6]. Прежде всего, для улучшения свойств композиций достаточно часто используются комбинации различных эластомеров. Помимо каучука резина содержит вулканизующие агенты, ускорители вулканизации (часто их комбинации), активаторы ускорителей вулканизации, наполнители (часто их комбинации), диспергаторы, мягчители, противостарители, проти-воутомители, антиозонанты, ингибиторы преждевременной вулканизации, красители, отдушки и пр. Выбор типа и содержания ингредиентов определяется назначением резины и условиями ее работы. Количество ингредиентов может варьироваться от 5-6 до 15-20. Следовательно, система становится гетерогенной, в ходе переработки - анизотропной, многофазной; количество откликов для описания такой системы огромно, количество факторов, ее характеризующих, также чрезвычайно велико, многие из них не контролируемы. Так как синергические эффекты достигаются при использовании, именно, комбинаций ингредиентов одного профиля действия, интерес для исследователя представляет локальная область факторного пространства.
Третья особенность определяется первыми двумя и сопряжена с низкой метрологической и гносеологической точностью. Воспроизводимость экспериментальных измерений низкая; в технических расчетах принимается, допустимым расхождение в пределах десяти процентов. Низкая точность анализа приводит к тому, что адекватными могут быть сравнительно простые модели с малым числом параметров.
Четвертая особенность эластомерной системы, обусловливающая ее диффузность. связана со значительной инерционностью объекта. Речь идет прежде всего о вязкости и теплопроводности. При переработке каучуков большое значение имеют тепловые процессы, но, поскольку теплопроводность материала мала [7, 8], изменение интенсивности теплового воздействия сопровождается замедленной реакции системы, вследствие чего управление теряет мобильность. Это относится и к организации процесса течения материала при переработке: вязкость материала велика [9, с. 184-226], течет он медленно, в ряде случаев не успевая заполнить все "нюансы" пресс-формы. Обладают существенной инерцией и химические превращения в эластомерных системах, поскольку скорость их определяется температурой, а последняя не может быстро регулироваться по описанным выше причинам.
Пятая особенность эластомерных диффузных систем связана с наличием противоречащих друг другу требований к объекту на различных стадиях переработки. Например, необходимо, чтобы материал не подвергался вулканизации во время смешения или каландрования, но при этом требуется высокая температура, при которой этот процесс начинается. Наоборот, необходимо обеспечить хорошее течение материала на предварительных стадиях и исключить его при вулканизации, что ведет к потерям резиновой смеси.
Последняя особенность рассматриваемой системы связана с ограниченными возможностями математического и физического моделирования. Расчетные формулы для вычисления таких характеристик, как производительность оборудования, распорные усилия, скорости, давления, часто содержат эмпирические коэффициенты, допуски на значения которых иногда "перекрывают" теоретические представления, заложенные в вывод этих формул. Потому при реализации эксперимента в случае эластомерных систем, большее, чем, например, для термопластов, значение имеет применение локально-интегральных моделей в сравнении с эскизными моделями.
Битумы - общее название твердых и жидких органических веществ или продуктов их переработки, растворимых в органических растворителях и состоящих из углеводородов, а часто из их кислородных, сернистых и азотистых производных. В технике под названием битумы обычно подразумеваются только те их разновидности, которые обладают твердой или вязкой консистенцией [10].
Из-за сложности состава не удается выделить с достаточной чистотой отдельные компоненты битумов. Поэтому битум можно разделить по групповому химическому составу с возрастанием молекулярной массы на: углеводороды (петролены), обобщенно называемые маслами, смолы и асфальтены. Обычно углеводороды подразделяют на па-рафино-нафтеновые, моно-, би- и полициклические ароматические, т.к. их массовое соотношение существенно влияет на образование типичных структур в битумах. В целом битум представляет собой микрогетерогенную дисперсную систему, в которой твердые, трудно диспергируемые асфальтены образуют диспесную фазу, а дисперсионная среда состоит из углеводородов и смол. Некоторое количество твердых полярных смол входит в адсорбционно-сольватный слой асфальтеновых частиц, способствующий диспергированию асфальтенов. Плавкие смолы остаются в дисперсионной среде. Петролены являются десольватирующими агентами, которые стремятся флоккулировать асфальтены, если они недостаточно хорошо удерживаются в растворе смолами.
Существует и другое представление о битуме как растворе высокомолекулярных соединений - асфальтенов в менее высокомолекулярной среде - мальтенах.
Рассмотрим структурные особенности битумов в той же последовательности, как это было сделано в случае эластомеров.
Первая особенность битума как диффузной системы состоит в том, что он характеризуется целым спектром молекул различной химической природы и различной молекулярной массы. Например, компоненты битумов, полученных из нефтяных месторождений Колумбии имеют довольно широкий разброс показателей по молекулярным массам: насыщенные углеводороды - от 300 до 1100 (от 20 до 80 атомов углерода); ароматические углеводороды - от 450 до 1100 (от 6 до 14 колец, исходя из бензола); смолы - от 1900 до 2700 (от 25 до 35 колец); асфальтены - от 4100 до 4800 (50-60 циклов). Считают [11, с. 33], что молекула асфальтена имеет форму эллипсоида, большая ось которого составляет 9.7-10.6 нм, а малая ось 1.1-1.8 нм. Длина молекул смол составляет 7.6-8.3 нм и поперечный размер 1.3-1.6 нм. Провести четкую границу между смолами и асфальтенами весьма трудно. Смолы так же, как и асфальтены, полидисперсны по массе, элементному составу и структуре молекул.
Прогнозирование свойств полимерных полидисперсных систем с использованием локально-интегральных моделей
Свойства полимерных систем в силовых полях включают в себя механические вязкоупругие свойства, предельные механические характеристики, оптические свойства, электрические свойства, магнитные свойства. Охарактеризуем некоторые из этих свойств с позиций атрибутов диффузных систем.
Механические характеристики полимерных материалов представляют интерес с точки зрения любых практических применений этих материалов в конструкциях. Механическое поведение материала - это деформация данного материала под действием приложенных сил. Простейшими оказываются механические характеристики однородного изотропного и чисто упругого материалов. Реакция таких материалов на механические воздействия может определяться всего лишь двумя постоянными. Для описания механического поведения анизотропных, ориентированных аморфных, кристаллических и ориентированных кристаллических материалов требуется уже большее число параметров.
Предельные механические свойства представляют собой параметры, характеризующие механическое разрушение образца в условиях эксплуатации. Их можно разделить на две категории: прочностные характеристики, относящиеся к большим напряжениям и кратковременным воздействиям и прочностные характеристики, относящиеся к малым напряжениям и длительным периодам воздействия.
При оценке механических свойств эластомеров наибольшее распространение имеют следующие характеристики: условное (т.е. отнесенное к исходной площади поперечного сечения образца) напряжение при соответствующих удлинениях (обычно 100, 200, 300, 400, 500 %); условная и истинная прочность при растяжении; относительное удлинение при разрыве; остаточное удлинение; сопротивление раздиру; эластическое восстановление; твердость; истираемость и ряд других. Поскольку механические свойства резин формируются в процессе вулканизации, решающее значение имеют условия ее осуществления (рецептурные и технологические факторы).
Более общим подходом к анализу полученных данных может быть подход, использующий теорию соответственных состояний [40-44]. Битумы являются термопластичными материалами, и их механические свойства изменяются в широких пределах при переходе от жидкого состояния в условиях высоких температур до твердого состояния при низких температурах. Под воздействием нагрузок в битумах возникают одновременно обратимые (упругие) и необратимые (пластические) составляющие деформации. Поэтому битумы следует рассматривать как тела различной степени пластичности. В связи с тем, что развитие обратимых и необратимых деформаций подчиняется разным законам, проявляющимся в различных соотношениях в зависимости от условий деформирования, общая картина поведения битумов может быть весьма сложной [11]. Прочность битума является одной из важнейших его эксплуатационных характеристик, оказывающих значительное влияние на работоспособность и долговечность асфальтобетонных покрытий. Значительная часть разрушений асфальтабетонных покрытий связана именно с потерей прочности в упругой или пластической стадии, причем разрывы или смещения в слое асфальтобетона происходят, как показывают наблюдения, в большинстве случаев по битуму. Растяжимость (дуктильность) битумов была открыта случайно, и, хотя этому свойству уделено в литературе много внимания, оно еще не нашло удовлетворительного объяснения [10]. Растяжимость (свойство вещества, которое позволяет ему вытягиваться в нить) используется при волочении проволоки из пластичных металлов, а также в производстве синтетической пряжи из расплавленных полимеров. Но нить может быть вытянута только в том случае, когда полимер имеет достаточно высокую молекулярную массу. Необходимые условия растяжимости материала - высокая молекулярная масса и способность к течению - характерны для битумов, где структурные частицы достаточно велики. Если колебания осуществляются по синусоидальному закону a=aosincot, то деформация изменяется как s=s0sin(cot - 5). В другой записи: a =aoexp(icot) и s =6oexp(i(cot - 5)). Отсюда в этом выражении Е - комплексный модуль упругости, E =GO/OCOS8 - действительная часть комплексного модуля, или модуль накопления, Е" - мнимая часть комплексного модуля, или модуль потерь [45, 46]. Точно так же можно записать в виде комплексной величины и другие динамические модули. Мерой интенсивности демпфирования является отношение энергии, диссипируе-мой за цикл колебаний, к максимальной потенциальной энергии, запасенной на протяжении цикла. Это отношение называется коэффициентом диссипации, или тангенсом угла механических потерь: E VEgSE. Уравнение, характеризующее распространение ультразвуковой волны в материале имеет вид [46, 47]: где u - мгновенное смещение элемента поперечного сечения образца в направлении оси х; Е - модуль Юнга; л - коэффициент вязкости и р - плотность материала. Принимая синусоидальный характер усилия, могут быть получены следующие соотношения: где со - круговая частота; и - фазовая скорость передаваемой волны; а -коэффициент поглощения. При малых поглощениях эти формулы упрощаются: Во всем диапазоне частот обнаруживается существование дисперсии. Механизм релаксации, ответственной за эту дисперсию, должен предполагать наличие спектра времен релаксации в районе 1 мс. Но измерения при высоких частотах показывают наличие дисперсии при 10 МГц и более [46-50]. В отличие от аналогичных кривых для эластомеров, в случае битума наблюдается монотонная зависимость обоих модулей от частоты и температуры. С ростом температуры они уменьшаются, а с повышением частоты растут, особенно интенсивно в области высоких температур. Битумы, несмотря на сложность их химического состава, являются очень удобными материалами для исследования вязкоупругих свойств, т.к. образцы из них легко получаются отливкой, а их свойства изменяются в широких пределах с температурой и в значительной степени с частотой. Такое поведение эластомерных и битумных материалов определяет и их свойства, связанные с переносом тепловых потоков, массы, количества движения.
Алгоритм построение диаграмм состав-свойство путем логарифмического преобразования осей координат
В последние десятилетия в технологии переработки полимеров с новой силой возник интерес к практическому использованию принципов физико-химического анализа. Этот интерес обусловлен необходимостью создания синергических систем, в которых введение ряда взаимодействующих компонентов ведет к получению отклика выше аддитивного значения.
Общий прием физико-химического анализа состоит [92] в количественном изучении свойств равновесных систем, образованных двумя и более компонентами, в зависимости от их состава. Если взять простейший случай двух компонентов (бинарной системы), то, откладывая на оси абсцисс состав, а по оси ординат - измеренные величины исследуемого свойства, мы приходим к химической диаграмме "свойство-состав", состоящей из совокупности линий или поверхностей, положения которых определяют состояние системы.
Химия получает, таким образом, международный геометрический язык, аналогичный языку химических формул, но гораздо более общий, так как он относится не только к определенным соединениям, но ко всем химическим превращениям вообще. Физико-химический анализ изучает не отдельные тела, а свойства полной равновесной системы, составленной из определенного числа компонентов. Получаемая при этом диаграмма состав - свойство представляет графическое изображение той сложной функции, которая определяет отношение между составом и свойствами однородных тел или фаз, образующихся в системе.
Два общих принципа применимы ко всем кривым и фигурам (называемым химическими диаграммами): - принцип непрерывности (при непрерывном изменении состава системы или других факторов равновесия непрерывно изменяются и ее свойства; кривые, отражающие эти взаимоотношения, тоже являются непрерывными);- принцип соответствия (каждому химическому индивиду или фазе переменного состава в системе отвечает определенный геометрический образ на диаграмме. Приложение методов качественной геометрии к изучению равновесных химических систем является важнейшей задачей на современном этапе развития физико-химического анализа [92, с. 192]. При построении физико-химических диаграмм могут быть применены различные координатные системы. Наиболее общим и употребительным методом изображения тройных составов яв ляется метод, предложенный Гиббсом в 1878 г. [92, с. 212]. В этом методе сумма коли честв a, b и с трех компонентов приравнивается постоянной величине К: В качестве диаграммы составов применяется равносторонний треугольник, точки которого отвечают всем возможным составам из трех компонентов А, В и С, представленным вершинами треугольника. Метод этот сводится к специальному случаю барицентрических координат на плоскости. Другими словами, точку треугольника, отвечающую данному составу Р, можно рассматривать как центр тяжести трех масс, соответствующих количествам компонентов a, b и с и расположенных в трех вершинах треугольника А, В и С. В равностороннем треугольнике сумма расстояний 8], 5?. 8з любой точки от трех его сторон равна высоте треугольника h. Если величина h измерена в таких единицах длины, что она численно равна К, то каждая барицентрическая координата будет численно равна расстоянию рассматриваемой точки от противоположной стороны треугольника, т. е. a=Si, b=52. с=5з. Следовательно, количества компонентов a, b и с произвольного состава Р могут быть отсчитаны, как три указанные расстояния, в масштабе высоты треугольника. С другой стороны, можно принять одну из вершин треугольника (например А) за начало координат декартовой системы, а ребра его, исходящие из этой вершины, - за две оси [х] и [у] этой системы. Тогда, если длину ребра треугольника принять также численно равной К, две барицентрические координаты точки будут численно равны декартовым, т. е. в данном случае Ь=х и с=у. Третья барицентрическая координата может быть определена, исходя из равенства (1.11), или отсчитана, как декартова, от другой вершины треугольника. Для облегчения процесса построения и чтения составов треугольник Гиббса покрывают треугольной координатной сеткой. Для получения такой сетки можно, например, каждую из высот треугольника разделить на равное число частей и через полученные деления провести прямые, параллельные соответственной стороне треугольника.до пересечения с двумя другими сторонами, которые, таким образом, будут разделены на то же число частей. Розебомом был предложен несколько иной способ изображения тройных составов [92, с. 214], отличающийся от способа Гиббса только тем, что вместо равностороннего треугольника в качестве координатного применяется прямоугольный равнобедренный. Вершина (А) прямого угла треугольника принимается обычно за начало координат декартовой системы, осями которой [х] и [у] служат два одинаковых по длине ребра, исходящие из этой вершины. Если а+Ь+с=К, то и длина ребер принимается равной К, и поэтому количества b и с двух компонентов отсчитываются, как декартовы координаты точки данного состава Р; количество третьего компонента определяется по разности а=К-Ь-с.
По сравнению с методом Гиббса описанный метод имеет то преимущество, что не требует специальной координатной сетки. Способ Гиббса, однако, передает все три компонента системы, как равноценные, в то время как при способе Розебома один из компонентов на диаграмме составов занимает особое положение.
При использовании способа ван-Рейн ван-Алькемаде [92, с. 214] сумма количеств двух компонентов, например В и С, принимается за постоянную величину, т. е. Ь+с=К; количество же третьего компонента А выражается по отношению к этой сумме. При графическом изображении соотношения количеств компонентов В и С передаются на координатном отрезке ВС по барицентрическому принципу; количества же третьего компонента откладываются по перпендикулярному направлению вверх от соответствующих точек отрезка ВС. Этот способ можно рассматривать, как специальный случай проективных координат, когда две из трех координат поставлены в особое отношение между собой.
Для изображения составов из трех компонентов А, В и С, когда один из компонентов желают особо выделить (например, полимерный компонент в композиции), применяют часто следующий способ (метод Шрейнемакерса). Количество указанного компонента (например, А) принимают за постоянную величину (т. е. а=К), и к этой величине относят количества двух других компонентов (В и С). Эти количества откладывают затем, как декартовы координаты, по направлениям двух взаимно перпендикулярных осей [х] и [у]. Тогда начало координат будет отвечать чистому компоненту А, точки же чистых компонентов В и С будут удалены в бесконечность.
Реализация алгоритма построения диаграмм свойство-состав путем формирования диагональных сечений факторного пространства
Для того чтобы физико-химически характеризовать битумные материалы использовались следующие испытания: глубина проникания иглы при 5, 25 и 40С; вязкость при 60 и 135С; реологическая кривая; растяжимость при 25С; точка размягчения; плотность; химический анализ; температура растрескивания; точка вспышки; индекс пенетрации; сопротивление деформированию (динамический реометр сдвига); старение в тонких пленках (глубина проникания иглы при 5С, вязкость при 60 и 135С, точка размягчения, реологическая кривая, температура растрескивания, индекс пенетрации, сопротивление деформированию); оценка эксплуатационных качеств (старение под давлением, сопротивление деформированию, сопротивление усталостному трещинооб-разованию при низких температурах).
Глубина проникания иглы. Стандартный метод испытания для пенетрации ас-фальтов. Аппаратура - пенетрометр Кёхлера (koehler) ASTM D5. Это испытание предназначено для измерения консистенции битумообразного материала, выражающейся в расстоянии в десятых долях миллиметра, на которое стандартная игла проникает вертикально в образец асфальта при определенной нагрузке, времени и температуре.
Абсолютная (динамическая) вязкость при 60С. Вискозиметр Кеннона (Cannon 500) ASTM D 2171. Используется для определения вязкости материала асфальта. Эта вязкость необходима для оценки поведения асфальта при мощении, максимальной температуры при переработке. Кинематическая вязкость при 135С. Вискозиметр Кеннона (Cannon 1000) ASTM D 2170. Используется для определения вязкости материала асфальта. Эта вязкость необходима для оценки сопротивления старению и связана с легкостью обработки асфальта. Реологическая кривая. Вискозиметр Брукфельда (Brookfield Model RV - DVIII) ASTM D 4402/. Используется для измерения динамической вязкости асфальтов при различных температурах. Вращающий момент иглы, расположенной в образце при заданной температуре, используется для измерения сопротивления течению. Эти измерения важны для определения способа обработки и температуры применения (смешения и уплотнения). Точка размягчения. ASTM D 36. Используется для определения температуры, при которой образец асфальта течет на определенное расстояние. Температура растрескивания. Российский стандарт. Используется для определения температуры, при которой пленка асфальта толщиной 0.5 мм растрескивается при скорости охлаждения 3С в минуту. Точка вспышки. Открытая "чашка" Кливленда (Сора abierta de Cleveland SC 355) ASTM D - 92. Используется для определения температуры, при которой асфальт, нагреваемый со скоростью 5-6С в минуту, образует горючий газ, воспламеняющийся при введении источника пламени диаметром 3.2 мм каждый раз при повышении температуры образца на 2С. Химический состав. SARA. ASTM D 4124. Испытание состоит в выделении химических компонентов или фракций асфальта на хроматографической колонне с использованием растворителей различной полярности. При выделении фракции использованный растворитель удаляется путем выпаривания в ротационном испарителе. Каждая фракция взвешивается для определения ее массы по отношению к массе исходного материала. Используется жидкостная хроматография высокого разрешения (HPLC). Жидкостной хроматограф HP 1090. Фракции насыщенных и ароматических углеводородов растворяются в гексане, фракция смол - в смеси гексан - дихлорметан (80:20), Фракция асфальтенов - в смеси гексан - дихлорметан (50:50). Используется гель - проникающая хроматография (GPC). Жидкостной хроматограф Perkin Elmer. Фракции насыщенных и ароматических углеводородов, смолы, асфальтены и асфальт растворяются в тетрагид-рофуране. Растяжимость асфальтов. Дуктильметр Humboldt MFG.CO. ASTM D 113. Состоит в определении растяжения асфальтового материала со скоростью 5 см/мин до разрыва при температуре 25С. Плотность. Российский стандарт. Состоит в определении плотности, измеряемой методом капли в растворе, в котором капли асфальта переходят в суспензию при температуре 25С. Индекс пенетрации. Это значение определяется измерением пенетраций при разных температурах. Значение индекса пенетрации позволяет классифицировать асфальты в зависимости от чувствительности к изменению темпратуры. Старение в тонких пленках, TOFT. Осуществляется в печи Blue М Electric. ASTM D 1754. Измерение состоит в выдержке асфальта при 163С в течение 5 часов. Эта процедура моделирует термоокислительное старение, которое претерпевает асфальт в процессе эксплуатации. Старение под давлением (Pressurized Aging Vessel, PAV). Осуществляется в печи Gallenkamp. AASHTO PP1 Это измерение состоит в выдержке образца асфальта после старения в тонкой пленке под давлением 300 p.s.i. (20.67 МПа) при 100С в течение 20 часов. Сопротивление деформации. Динамический сдвиговый реометр. AASHTO ТР5. Состоит в определении максимальной температуры, при которой асфальт подвергается необратимой деформации. Сопротивление термическому крекингу (разрушению). Реометр напряжения на изгиб (Bending Beam). AASHTO ТР1. Это испытание позволяет определить сопротивление асфальта термическому крекингу при низких температурах. Оценка эксплуатационных характеристик. Динамический сдвиговый реометр, печи для старения в тонких пленках и под давлением, реометр Bending Beam. AASHTO МТР 1. Испытание служит для определения оптимальных температур переработки асфальта. Для реализации этих испытаний проводят старение в тонких пленках, под давлением, определяют сопротивление деформированию и термическому крекингу (разрушению). За основу при расчетах были взяты материалы, любезно предоставленные Колумбийским институтом нефти и результаты собственных исследований, проведенных на экспериментальной базе Архитектурно-строительной академии (г. Волгоград). При изучении свойств эластомерных систем использовались стандартные методики. Экспериментальные исследования теплопроводности эластомерных систем проведены при комнатной температуре на стендах Института резиновой промышленности (г. Петербург), работающих в стационарном и нестационарном режимах.
