Характеристики эпоксидной смолы эд-20 [9]:

­ внешний вид: медоподобная, желтоватая жидкость. Легко окрашивается;

­ плотность при 20 °С, кг/м³ - 1,16-1,25;

­ прочность при растяжении, Мпа – 40-90;

­ прочность при изгибе, Мпа – 80-140;

­ прочность при сжатии, Мпа - 100-200;

­ температура полимеризации, °С – от 20;

­ среднее рекомендуемое соотношение отвердитель: смола – 7:1;

­ время полимеризации – 1,5 часа;

­ время полной полимеризации – 24 часа;

­ водопоглощение за 24ч, % - 0,01-0,1;

­ ударная вязкость, кдж/м² - 5-25;

­ теплостойкость, °С - 55-170;

­ вязкость при 20 °С, мПа·с – 4000;

­ ударная вязкость, кДж/м² – 19;

Гарантийный срок хранения - эпоксидной смолы – 1,5 года а отвердителя – 2 года.

Эпоксидная смола ЭД-20 предназначена для:

­ изготовления и ремонта деталей корпусов лодок, яхт, самолетов, автомобилей и т. д.

­ в мебельной, электротехнической и радиотехнической промышленности;

­ в качестве компонента заливочных и пропиточных компаундов, клеев, герметиков, связующих для армированных стеклопластиков.

Условия хранения: следует хранить в плотно закрытой таре при температуре окружающей среды от 15 до 40 °С.

При отсутствии признаков желатинизации и загустения возможно использование Технакрила и эпоксидной смолы ЭД-20 по истечении гарантийного срока.

Запрещается смешивать сразу большое количество эпоксидной смолы ЭД-20 с отвердителем без использования специальных аппаратов для смешивания во избежание вскипания.

Применение эпоксидно-диановых смол.

Используются эпоксидные смолы в электротехнической, радиоэлектронной промышленности, авиа, судо и машиностроении, в строительстве в качестве компонента заливочных и пропиточных компаундов, клеев, герметиков, связующих для армированных пластиков, в лакокрасочных материалах, стеклопластике, для изготовления наливных полов.

Также используются эпоксидно-диановые смолы в производстве эпоксидного клея, пропиточного материала вместе со стеклотканью для изготовления и ремонта различных корпусов («угле-» и «стеклопластиковые», «карбоновые» корпуса и детали кузова автомобиля), при изготовлении гидроизоляции помещений (пол и стены подвальных помещений, бассейны). А так же используется для изготовления эмалей, лаков, шпатлевок и в качестве полуфабриката для производства других эпоксидных смол и добавок к ним.

То, какими свойствами будет обладать конечное изделие на основе эпоксидной смолы зависит от того, какими отвердителями, добавками и пластификаторами они модифицируются. Эпоксидно-диановые смолы ЭД-20 и ЭД-16 обеспечивают наибольшие технологические удобства при переработке в изделия и позволяют создать на основе этих смол самые разнообразные материалы.

Эти эпоксидные смолы могут отверждаться при нормальной или повышенной температуре (в зависимости от свойств применяемого отвердителя), без воздействия внешнего давления что позволяет обходиться без прессового и термического оборудования и дорогостоящих пресс-форм. Последнее свойство особенно важно при изготовлении и ремонте крупногабаритных конструкций на месте монтажа, что в значительной степени расширяет области применения эпоксидных смол. Возможность отверждения этих смол без выделения побочных продуктов обеспечивает беспористость и высокую плотность материалов, что очень важно при работе конструкций, например, в условиях paдиоактивных загрязнений или вакуума.

Для использования в качестве пропитки обычно удобнее использовать более жидкую смолу, т.е. ЭД-20 (кроме случаев, когда возможно стекание со стен), но результат из более жидкой смолы получится менее прочным и менее термостойким. Поэтому для ремонта корпусов морских катеров или при строительстве мостов и путепроводов для получения максимальной прочности и адгезии используют смолу ЭД-16.

Покрытия на основе смолы ЭД-20 характеризуются следующими свойствами:

1. хорошая адгезия к металлу, стеклу, керамике;

2. высокая твердость;

3. эластичность;

4. ценные диэлектрические свойства;

5. стойкость в агрессивных середах;

6. не вызывают коррозии соприкасающихся с ними материалов.

Эпоксидная смола ЭД-20 не взрывоопасна, но горит при внесении в источник огня. Летучие компоненты (толуол и эпихлоргидрин) содержатся в смоле в количествах, определяемых исключительно анлитическими методами, и относятся к веществам второго класса опасности по степени воздействия на организм человека.

Работающие с эпоксидными смолами должны быть обеспечаны спецодеждой и индивидуальными средствами защиты. Все операции при работе с эпоксидными смолами должны проводиться в помещениях оборудованных приточно-вытяжной вентиляцией.

При непосредственном контакте неотвержденной смолы с кожей возможно возникновение дерматита, в некоторых случаях аллергического характера.

При работе с эпоксидными смолами должны соблюдаться утвержденные требования санитарных правил организации технологических процессов и гигиенических требований к производственному оборудованию и правил безопасности по производству пластических масс.

Отбор проб, промывка и обработка аппаратуры и тары, анализ смол должны производиться в соответствии с правилами по безопасному ведению работ, утвержденными в установленном порядке.

Производственные помещения должны быть оснащены приточно-вытяжной вентиляцией, обеспечивающей восьмикратный обмен воздуха. Контроль за состоянием воздушной среды по ГОСТ 12.1.005-88 Работающие с эпоксидными смолами должны быть обеспечены специальной одеждой и средствами индивидуальной защиты по ГОСТ 12.4.011-87.

В рабочих помещениях должны быть умывальники с горячей и холодной водой.

Запрещается мытье рук растворителями, так как это способствует возникновению кожных поражений. Брызги смол должны быть немедленно удалены сухими марлевыми тампонами. Затем пораженное место следует обработать этиловым спиртом, тщательно промыть водой с мылом, осушить бумажным полотенцем одноразового пользования и смазать мягкой мазью на основе ланолина, вазелина или касторового масла.

Смолы не взрывоопасны, но горят при внесении в источник огня. Температура вспышки более 270 °С.

Средства пожаротушения – углекислотные и порошковые огнетушители, вода, пар, инертный газ, асбестовое полотно, песок – должны выбираться в соответствии с правилами по безопасному ведению работ, утвержденными в установленном порядке.

4 Имитационное исследование метода неразрушающего контроля

Важным этапом моделирования является исследование математической модели. От полноты этого исследования во многом зависит эффективность применения математической модели к изучению явления, и, вообще говоря, ее практический смысл.

Для определения условий адекватности моделей использовано численное моделирование температурных полей методом конечных элементов.

4.1 Создание задачи

Для имитационного исследования метода воспользуемся численным моделированием температурных полей методом конечных элементов с помощью пакета программ Еlcut Student.

Программный пакет ELCUT представляет собой интегрированную диалоговую систему, предназначенную для инженерного моделирования двумерных электромагнитных, тепловых и механических полей методом конечных элементов. Метод конечных элементов в настоящее время является одним из наиболее широко применяемых численных методов для решения уравнений математической физики в частных производных. Программный пакет ELCUT имеет хорошо развитый и простой в освоении интерфейс. С помощью редактора модели ELCUT пользователь может достаточно быстро описать задачу, ее геометрию, свойства сред, источники поля, граничные и другие условия, решить ее с высокой точностью. Пакет ELCUT обладает чрезвычайно высоким быстродействием.

Для создания и расчета задачи построения температурных полей в исследуемом нами двухслойном объекте рекомендуется следующая последовательность действий.

4.1 Создание новой задачи

1. Создаём задачу (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1 – Создание задачи.

На рисунке 4.1 выбираем тип задачи – теплопередача нестационарная, класс модели – осесимметричная, расчет – обычный.

2. Выбираем единицу длины сетки и систему координат (рисунок 4.2).

Рисунок 4.2 – Выбор системы координат.

Выбираем системы координат: единицы длины – миллиметры, система координат – декартовая

3. Задаем временные параметры решения модели (рисунок 4.3).

Рисунок 4.3 – Временные параметры

Задеаем интегрирование по времени – до 600 с., шаг интегрирования 10с., вывод в файл решения – каждую 10с.

Открываем окно основной программы в двухмерном пространстве. Мы видим рабочую область с координатными осями и кнопками для рисования геометрии (рисунок 4.4). Также в верхней части экрана есть стандартные кнопки для выполнения операций с файлом и буфером обмена; и кнопки управляющие параметрами решения задачи.

Приступим к заданию геометрии задачи, с помощью команд (рисования) в открывшемся поле.

Рисунок 4.4 – Рабочая область создания геометрии.

Выстраиваем геометрию задачи исходя из размеров объектов исследования и подложки и нагревателя ИЗ в дальнейшем планируемых использоваться в проведении эксперимента. Следует отметить, что модель задается симметричной относительно горизонтальной оси симметрии (рисунок 4.5).

Рисунок 4.5 – Построение геометрии задачи

Размер подложки ИЗ: высота 20 мм, радиус 25 мм. Размеры объекта: толщина изоляции 1 мм, толщина металлического основания 10 мм. Нагреватель радиусом 10 мм, высотой 1 мм.

Исходя из выстроенных блоков в модели, создаем каждому блоку задачи свою метку (рисунок 4.6): изоляция, нагреватель, подложка зонда, сталь 40.

Рисунок 4.6 – Задатчик метки блоков.

Затем задаем теплофизические параметры каждой метки блока (таблица 4.1, рисунки 4.7 – 4.10).

Таблица 4.1 – Теплофизические параметры меток блоков.

№	Метка блока	Теплопроводность , Вт/(м·К)	Теплоемкость c, Дж/(кг·К)	Плотность ρ, кг/м3
1	Изоляция	0,18	1110	1200
2	Нагреватель	400	385	8890
3	Подложка зонда	0,25	970	2150
4	Сталь 40	47	462	7800

Выбираем свойства метки блока – изоляция (рисунок 4.7).

Рисунок 4.7 – Свойства метки блока «изоляция».

Выбираем свойства метки блока – нагреватель (рисунок 4.8).

Рисунок 4.7 – Свойства метки блока «нагреватель».

Выбираем свойства метки блока – подложка зонда (рисунок 4.9).

Рисунок 4.9 – Свойства метки блока «подложка зонда».

Выбираем свойства метки блока – сталь 40 (рисунок 4.10).

Рисунок 4.10 – Свойства метки блока «сталь 40».

Переходим к заданию граничных условий. Открываем вкладку «метки ребер» и задаем параметры граничных условий на каждой метке ребра: внешнее, внутреннее, идеальный тепловой контакт, нагреватель, ось симметрии (рисунки 4.11 – 4.17).

Рисунок 4.11 – Задатчик граничных русловий.

Выбираем свойства метки ребра – внешние (рисунок 4.12).

Рисунок 4.12– Свойства метки ребра «внешнее».

Выбираем свойства метки ребра – идеальный тепловой контакт (рисунок 4.13).

Рисунок 4.13 – Свойства метки ребра «идеальный тепловой контакт».

Выбираем свойства метки ребра – нагреватель (рисунок 4.14).

Рисунок 4.14 – Свойства метки ребра «нагреватель».

Выбираем свойства метки ребра – ось симметрии (рисунок 4.15).

Рисунок 4.15 – Свойства метки ребра «ось симметрии».

После задания всех свойств и граничных условий производим построение сетки конечных элементов, распределение узлов которой можем видеть на рисунке 4.16.

Рисунок 4.16 – Распределение сетки конечных элементов.

Далее нажимаем кнопку «Решить». После работы решателя, в главном окне будет выведено распределение температуры по толщине объекта для момента времени 600 секунд. Для большей наглядности протекания процесса выведем несколько изображений в различном масштабе (рисунок 4.17 а, б, в).

Рисунок 4.17 а – Распределение сетки конечных элементов.

Изображение сетки конечных элементов в увеличенном масштабе (рисунок 4.17 б).

Рисунок 4.17 б – Распределение сетки конечных элементов.

Отображение тепловых векторов и изотерм (рисунок 4.17 б).

Рисунок 4.17 в – Отображение тепловых векторов и изотерм.

Выведем термограммы для точек расположенных в центре нагревателя (рисунок 4.18), в центре теплоизоляционного материала (рисунок 4.19), и на границе раздела изоляции и металла (рисунок 4.20).

Строим термограммы распределения температуры по времени (рисунок 4.18–4.20).

Рисунок 4.18 – Термограмма распределения температуры по времени на границе раздела подложка зонда – теплоизоляционное покрытие.

Рисунок 4.19 – Термограмма в середине толщины слоя покрытия.

Рисунок 4.20 – Термограмма на границе раздела покрытие – металл.

Приведем все три графика на одной координатной плоскости (рисунок 4.21).

Рисунок 4.21. Термограммы в точках контроля: в центре нагревателя на границе раздела подложка зонда – теплоизоляционное покрытие (1); в середине слоя покрытия (2); на границе раздела покрытие – металл (3).