chemicallytechFine Chemical TechnologiesТонкие химические технологии2410-65932686-7575MIREA – Russian Technological University (RTU MIREA).10.32362/2410-6593-2022-17-1-65-75chemicallytech-1800Research ArticleSYNTHESIS AND PROCESSING OF POLYMERS AND POLYMERIC COMPOSITESСИНТЕЗ И ПЕРЕРАБОТКА ПОЛИМЕРОВ И КОМПОЗИТОВ НА ИХ ОСНОВЕStudy of the stress state of polycarbonate monolithic sheets using optical-polarization methodsОценка напряженного состояния поликарбонатных монолитных листов оптико-поляризационными методамиhttps://orcid.org/0000-0001-7952-7419МарковА. В.MarkovA. V.

Марков Анатолий Викторович, д.т.н., профессор кафедры химии и технологии переработки пластмасс и полимерных композитов

119571, Москва, пр-т Вернадского, д. 86

Anatoly V. Markov, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Department of Chemistry and Technology of Plastic Processing and Polymer Composites

86, Vernadskogo pr., Moscow, 119571

markovan@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9822-973XЛобановВ. Н.LobanovV. A.

Лобанов Валерий Николаевич, ассистент кафедры физики и технической механики

119571, Москва, пр-т Вернадского, д. 86

Valery N. Lobanov, Assistant, Department of Physics and Technical Mechanics

86, Vernadskogo pr., Moscow, 119571

lwnk@yandex.ruМИРЭА – Российский технологический университет (Институт тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова)РоссияMIREA – Russian Technological University (M.V. Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies)Russian Federation2022090420221716575Copyright © Markov A.V., Lobanov V.A., 20222022Марков А.В., Лобанов В.Н.Markov A.V., Lobanov V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.finechem-mirea.ru/jour/article/view/1800Objectives

Objectives. The study assessed the possibility of using optical-polarization methods to test quantitatively the stress state and residual stress in polycarbonate (PC) monolithic sheets. This stress is the leading cause of the cracking of PC sheets and the products made of them.

Methods

Methods. The objects were samples of monolithic PC sheets made by various manufacturers (Monogal and Novattro). The birefringence method was used to study the stress state of the samples, and the interference images obtained in polarized light in crossed polaroids were analyzed.

Results

Results. The efficiency of optical-polarization research methods, such as the birefringence and the analysis of the interference images of stretched PC samples combined into an additive spectrum, was shown. The residual stress in the monolithic PC sheets made by various manufacturers was estimated.

Conclusions

Conclusions. The quantitative relationship between the stress acting on the PC samples, their birefringence, and the characteristics of their additive spectrum of interference images of stressed samples obtained in polarized light in crossed polaroids was established. The possibility of a quantitative assessment of the residual stress in monolithic PC sheets based on an analysis of their additive spectrum of interference images was shown. The measured residual stress did not exceed 1 MPa.

Цели

Цели. Работа посвящена изучению возможности использования оптико-поляризационных методов для количественной оценки напряженного состояния и остаточных напряжений в поликарбонатных монолитных листах. Эти напряжения являются основными причинами растрескивания листов поликарбоната и изделий из них.

Методы

Методы. Объектами исследования являлись образцы поликарбонатных монолитных листов различных производителей («Monogal» и «Novattro»). Для исследования напряженного состояния образцов использовали методы двойного лучепреломления и анализ интерференционных изображений образцов, полученных в поляризованном свете в скрещенных поляроидах.

Результаты

Результаты. Показана эффективность использования оптико-поляризационных методов исследования: двойного лучепреломления и анализа характеристик объединенного спектра интерференционных изображений напряженных образцов поликарбоната. Проведена оценка остаточных напряжений в монолитных поликарбонатных листах различных производителей.

Выводы

Выводы. Установлена количественная связь между натяжениями, действующими на образцы поликарбоната, их двойного лучепреломления и характеристиками объединенного спектра интерференционных изображений нагруженных образцов, полученных в поляризованном свете в скрещенных поляроидах. Показана возможность количественнойоценки значений остаточных напряжений в монолитных листах поликарбоната на основе анализа их спектров интерференционных изображений. Измеренные остаточные напряжения не превысили 1 МПа.

листовой монолитный поликарбонатостаточные напряжениятрещиностойкостьдвойное лучепреломлениеинтерференционное изображениеmonolithic polycarbonate sheetsstretchingresidual stresscrack resistancebirefringenceinterference imageРабота выполнена в соответствии с научно-исследовательской инициативной темой 150-ИТХТThis work was supported by the research initiative theme 150-ITHTReferencesМарков А.В., Семеняк П.А. Растрескивание листового монолитного поликарбоната в напряженном состоянии. Тонкие химические технологии. 2018;13(3):72–78. https://doi.org/10.32362/24106593-2018-13-3-72-78Markov A.V., Semenyak P.A. Cracking of monolithic polycarbonate sheets in a stressed state. Tonk. Khim. Tekhnol. = Fine Chem. Technol. 2018;13(3):72–78 (in Russ.). https://doi.org/10.32362/24106593-2018-13-3-72-78Марков А.В., Дериволков Д.И., Дуванов Д.С. Исследование напряженного состояния и оценка остаточных напряжений в термодеформированном листовом поликарбонате. Пластические массы. 2019;(3–4):21–24. https://doi.org/10.35164/0554-2901-2019-3-4-21-24Markov A.V., Derivolkov D.I., Duvahov D.S. Stress state investigation and evoluation of residual stresses in thermoformed polycarbonate sheet. Plasticheskie massy. 2019;(3–4):21–24 (in Russ.). https://doi.org/10.35164/0554-2901-2019-3-4-21-24Власов С.В., Марков А.В. Ориентационные явления в процессах переработки полимерных материалов. М.: Изд. МИТХТ; 2014. 138 с. ISBN 978-5-904742-29-4Vlasov S.V., Markov A.V. Orientatsionnye yavleniya v protsessakh pererabotki polimernykh materialov (Orientation phenomena in the processing of polymeric materials). Moscow: MITHT; 2014. 138 p. (in Russ.). ISBN 978-5-904742-29-4Гудимов М.М. Образование неориентированных трещин серебра в органическом стекле под действием внутренних растягивающих напряжений. Авиационная промышленность. 1997;(5–6):43–47.Gudimov M.M. Formation of unoriented silver cracks in organic glass under the action of internal tensile stresses. Aviatsionnaya promyshlennost’ = Aviation Industry. 1997;(5–6):43–47 (in Russ.).Тагер А.А. Физико-химия полимеров. М.: Изд. Научный мир; 2007. 576 с. ISBN 978-589-176-437-8Tager A.A Fiziko-khimiya polimerov (Physico-chemistry of polymers). Moscow: Nauchnyi mir; 2007. 576 р. (in Russ.). ISBN 978-589-176-437-8Смирнова О.В., Ерофеева С.Б. Поликарбонаты. М.: Изд. Химия; 1975. 288 с.Smirnova O.V., Erofeeva S.B. Polikarbonaty (Polycarbonates). Moscow: Khimiya; 1975. 288 p. (in Russ.).Сентюрин Е.Г., Гудимов М.М., Руднев В.П., Тригуб Т.С., Куклина Л.C. Старение органического стекла. Авиационная промышленность. 1993;(5–6):50–52.Sentyurin E.G., Gudimov M.M., Rudnev V.P., Trigub T.S., Kuklina L.S. Aging organic glass. Aviatsionnaya promyshlennost’ = Aviation Industry. 1993;(5–6):50–52 (in Russ.).Марков А.В., Дериволков Д.И., Дуванов Д.С. Исследование растрескивания листового поликабоната методом воздействия на его поверхность адсорбционно активных жидких сред. Пластические массы. 2020;(9– 10):23–27. https://doi.org/10.35164/0554-2901-2020-9-10-23-27Markov A.V., Derivolkov D.I., Duvahov D.S. The study of cracking of sheet polycarbonate by the method of exposure to its surface of adsorption active liquid media. Plasticheskie Massy. 2020;(9–10):23–27 (in Russ.). https://doi.org/10.35164/0554-2901-2020-9-10-23-27Александров А.Я., Ахметзянов М.Х. Поляризационно-оптические методы механики деформируемого тела. М.: Наука; 1973. 576 с.Aleksandrov A.Ya., Akhmetzyanov M.Kh. Polyarizatsionno-opticheskie metody mekhaniki deformiruemogo tela (Polarization-optical methods of deformable solid mechanics). Moscow: Nauka; 1973. 576 p. (in Russ.).Чернышев Г.Н., Попов А.Л., Козинцев В.М., Пономарев И.И. Остаточные напряжения в деформируемых твердых телах. М.: Наука; 1996. 231 с. ISBN 5-02-015223-4. URL: https://www.rfbr.ru/rffi/ru/books/o_17893#1Chernyshev G.N., Popov A.L., Kozintsev V.M., Ponomarev I.I. Ostatochnye napryazheniya v deformiruemykh tverdykh telakh (Residual stresses in deformable solids). Moscow: Nauka; 1996. 231 p. ISBN 5-02-015223-4 (in Russ.). https://www.rfbr.ru/rffi/ru/books/o_17893#1Разумовский И.А., Чернятин А.С. Методология и программа для исследования напряженно-деформированного состояния с использованием интерференционно-оптических и численных методов. Машиностроение и инженерное образование. 2009;(4):42–51.Razumovskii I.A., Chernyatin A.S. Methodology and software for analysis of stress-strain state by means of interference optical and numerical techniques. Mashinostroenie i inzhenernoe obrazovanie = Mechanical Engineering and Engineering Education. 2009;(4):42–51 (in Russ.).Луценко А.Н., Одинцев И.Н., Гриневич, А.В., Северов П.Б., Плугатарь Т.П. Исследование процесса деформации материалов оптико-корреляционными методами. Авиационные материалы и технологии. 2014;(4):70–86.Lutsenko A.N., Odintsev I.N., Grinevich, A.V., Severov P.B., Plugatar’ T.P. Study of material deformation by optical-correlation methods. Aviatsionnyye materialy i tekhnologii = Aviation Materials and Technologies. 2014;(4):70–86 (in Russ.).Gerasimov S.I. Photoelastic method for analyzing residual stresses in compact disks. J. Appl. Mech. Tech. Phys. 2004;45(3):453–456. https://doi.org/10.1023/b:jamt.0000025029.23849.b0Gerasimov S.I. Photoelastic method for analyzing residual stresses in compact disks. J. Appl. Mech. Tech. Phys. 2004;45(3):453–456. https://doi.org/10.1023/b:jamt.0000025029.23849.b0Шарафутдинов Г.З., Мартынова Е.Д. Поляризационно-оптический метод исследования напряжений. М.: МГУ; 2011. 28 с.Sharafutdinov G.Z., Martynova E.D. Polyarizatsionno-opticheskii metod issledovaniya napryazhenii (Polarization-optical voltage research method). Moscow: MGU; 2011. 28 p. (in Russ.).Чернышев Г.Н., Попов А.Л., Козинцев В.М. Полезные и опасные остаточные напряжения. Природа. 2002;10(1046):17–24.Chernyshev G.N., Popov A.L., Kozintsev V.M. Useful and hazardous residual stresses. Priroda. 2002;10(1046):17–24 (in Russ.).Schajer G.S., Steinzig M. Full-field Calculation of Hole Drilling Residual Stresses from Electronic Speckle Pattern Interferometry Data. Experimental Mechanics. 2005;45(6):526–532. https://doi.org/10.1007/BF02427906Schajer G. S., Steinzig M. Full-field Calculation of Hole Drilling Residual Stresses from Electronic Speckle Pattern Interferometry Data. Experimental Mechanics. 2005;45(6):526–532. https://doi.org/10.1007/BF02427906Schajer G.S., Rickert T.J. Incremental Computation Technique for Residual Stress Calculations Using the Integral Method. Experimental Mechanics. 2011;51(7):1217–1222. https://doi.org/10.1007/978-1-4419-9792-0_35Schajer G. S., Rickert T. J. Incremental Computation Technique for Residual Stress Calculations Using the Integral Method. Experimental Mechanics. 2011;51(7):1217–1222. https://doi.org/10.1007/978-1-4419-9792-0_35Nelson D. Residual Stress Determination Using Full-Field Optical Methods J. Phys. Photonics. 2021;3(4):044003. https://doi.org/10.1088/2515-7647/ac1cebNelson D. Residual Stress Determination Using Full-Field Optical Methods J. Phys. Photonics. 2021;3(4):044003. https://doi.org/10.1088/2515-7647/ac1cebDiaz F.V., Kaufmann G.H. and Möller O. Residual Stress Determination Using Blind-hole Drilling and Digital Speckle Pattern Interferometry with Automated Data Processing. Experimental Mechanics. 2001;41(4):319–323. https://doi.org/10.1007/BF02323925Diaz F.V., Kaufmann G.H. and Möller O. Residual Stress Determination Using Blind-hole Drilling and Digital Speckle Pattern Interferometry with Automated Data Processing. Experimental Mechanics. 2001;41(4):319–323. https://doi.org/10.1007/BF02323925Furgiuele F.M., Pagnotta L., Poggialini A. Measuring Residual Stresses by Hole-Drilling and Coherent Optics Techniques: A Numerical Calibration, J. Eng. Mat. Technol. 1991;(1):41–50. https://doi.org/10.1115/1.2903381Furgiuele F.M., Pagnotta L., Poggialini A. Measuring Residual Stresses by Hole-Drilling and Coherent Optics Techniques: A Numerical Calibration, J. Eng. Mat. Technol. 1991;(1):41–50. https://doi.org/10.1115/1.2903381

The authors declare that there are no conflicts of interest present.