Том 333 № 7 (2022)
DOI https://doi.org/10.18799/24131830/2022/7/3781
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ЛОКАЛЬНЫХ БИНАРНЫХ ШАБЛОНОВ ДЛЯ СРАВНИТЕЛЬНОЙ ОЦЕНКИ ВЗАИМОСВЯЗИ МЕЖДУ СТРУКТУРОЙ И СВОЙСТВАМИ НАПОЛНЕННЫХ ТЕХНИЧЕСКИМ УГЛЕРОДОМ ЭЛАСТОМЕРОВ
Актуальность работы обусловлена тем, что при создании нефтепромыслового оборудования применяется широкий спектр композиционных материалов. Благодаря возможности регулирования свойств в широких пределах наполненные техническим углеродом эластомеры могут обеспечивать требуемые механические и электрофизические характеристики. В зависимости от количества технического углерода могут обеспечиваться как резистивные, так и электроизоляционные свойства конструкций. Их отличает небольшой вес, антикоррозионная стойкость, невысокая стоимость и доступность исходного сырья, промышленная технология изготовления. Однако гетерогенная структура, формирующая разнообразие свойств, создает проблемы подбора состава материала, отвечающего конкретным требованиям. Подбор компонентов эмпирическим путем приводит к значительным затратам временных, финансовых и других ресурсов. В этой связи требуется разработка и реализация подходов к изучению закономерностей «структура–свойства», позволяющих наиболее эффективно оценивать свойства композиционных материалов. Цель: оценка возможности контроля влияния на характеристики наполненных техническим углеродом каучуков предлагаемых рецептурных или технологических решений с помощью инструментария, не требующего высоких материальных затрат. Представляло интерес найти минимизированный по трудоемкости подход к оценке закономерностей «структура–свойства» наполненных техническим углеродом каучуков, влияющих на величину объемного электрического сопротивления, с помощью сравнения характеристик двух материалов. Для этого предполагается разработка способа оценки свойств наполненных техническим углеродом каучуков, адаптированного к микрофотографиям поверхности материала, полученным сканирующим электронным микроскопом. Способ основан на использовании метода локальных бинарных шаблонов для сравнения гистограмм изображений. Методы: сканирующая микроскопия, рентгеноструктурный анализ, инструментальные измерения электрофизических характеристик резистивных полимерных композиционных материалов, корреляционный анализ. Результаты. Показано, что микрофотографии поверхности материалов, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа, можно применять для сравнительной оценки изменения величины объемного электрического сопротивления материалов и его разброса при серийном изготовлении с помощью сопоставления материалов с известными характеристиками. Определены методы сравнения гистограмм, дающие корректные результаты: вычисление пересечений, расстояние Бхаттачария. Экспериментально подтверждена целесообразность применения предлагаемого подхода для оценки вклада технологии и вида каучука. Показана связь результатов оценки с количеством аморфной фазы в материале. Сделан вывод о том, что применение предложенной сравнительной оценки позволяет упростить изготовление материала, отвечающего требованиям конкретной области применения.
Ключевые слова:
Наполненные техническим углеродом эластомеры, структура материала, объемное электрическое сопротивление, электропроводность, коэффициент вариации, ресурсосбережение, метод локальных бинарных шаблонов, гистограмма яркости изображения, метод пересечений, расстояние Бхаттачария