СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОК Российский патент 1997 года по МПК G01N7/10 

Изобретение относится к области исследования физических и химических свойств материалов и может быть исследовано в лабораторных условиях для определения коэффициентов проницаемости газов через пленки.

Наиболее близким к заявленному по технической сущности является способ определения газопроницаемости полимерных пленок, заключающийся в размещении испытуемого образца между двумя камерами, эвакуации воздуха из них, создании и поддержании в течении всего времени в первой камере постоянного парциального давления газа, проницаемость которого определяется, регистрации изменения давления во второй камере во времени и вычислении коэффициента проницаемости К по формуле

где
W₂ свободный объем второй камеры
P₂ давление во второй камере в момент времени τ
P₁ парциальное давление газа в первой камере
e- отношение площади образца пленки к ее толщине
R универсальная газовая постоянная
Т температура
Недостатком способа является недостаточная информативность в связи с возможностью определения коэффициента проницаемости только одного газа.

Целью изобретения является повышение информативности.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения газопроницаемости пленок испытуемый образец размещают между двумя камерами, эвакуируют воздух из них, создают и поддерживают в течении всего времени наблюдения в первой камере постоянное парциальное давление пропускаемого газа с последующей регистрацией давления во второй камере, во второй камере размещают вещество, вступающее во взаимодействие с газом, проникающим через образец из первой камеры, с образованием второго газа, проницаемость которого также определяется, регистрируют давление в первой камере до получения стационарного течения процесса, характеризуемого постоянством скорости изменения давления в каждой из камер, а проницаемость обоих газов рассчитывают по следующим формулам,

где
W₁,W₂ свободные объемы соответственно первой и второй камер
V_ст скорость изменения давления при стационарном течении процесса
α- коэффициент, численно равный количеству молей второго газа, образующегося при взаимодействии с веществом одного моля первого газа.

ε- отношение площади образца к толщине
R универсальная газовая постоянная
T температура
P₁ парциальное давление в первой камере газа, взаимодействующего с веществом
P₁,P₂ давления соответственно в первой и второй камерах.

На фиг. 1 представлена схема реализации способа; на фиг. 2 результаты измерений давления в зависимости от времени.

Установка для проведения определения включает первую камеру 1, вторую камеру 2, испытуемый образец 3, вещество 4, вступающее во взаимодействие с первым газом, размещенное в камере 2, 5 и 6 манометры, подсоединенные к камерам, 7 9 -- краны, 10 устройство для поддержания постоянного давления в камере 1, 11 трубопровод для вакуумирования обеих камер.

Образец испытуемого материала 3 помещают между камерами 1 и 2.

Всю установку термостатируют, затем обе камеры вакуумируют через трубопровод 11, при этом краны 8 и 9 открыты, а кран 7 закрыт. Это необходимо для устранения погрешности, связанной с возможным присутствием первого и второго газов в камерах 1 и 2 в начальный момент времени.

Закрывают краны 8 и 9, открывают кран 7 и фиксируют величину парциального давления первого газа в камере 1. Поскольку в течение всего времени в этой камере обеспечивается постоянное парциальное давление первого газа, а его количества, проникающие через пленку в камеру 2, в каждый момент времени вступает во взаимодействие с веществом 4, через определенное время устанавливается постоянный поток данного газа из камеры 1 в камеру 2. По мере образования второго газа в камере 2 его парциальное давление будет увеличиваться, в результате чего формируется поток этого газа из камеры 2 в камеру 1. Этот поток в конечном итоге станет постоянным через некоторое время. В результате настанет стадия постоянного течения процесса с постоянством и равенством скоростей изменения давления в обеих камерах. О наступлении этой стадии судят по результатам измерений давления. Параметры стационарного течения процесса скорость изменения давления в камерах и перепад давления между ними являются исходными для определения коэффициентов газопроницаемости первого и второго газов, которые рассчитывают по формулам (1) и (2).

Пример конкретного выполнения. Между двумя камерами 1 и 2 (фиг.1) размещен образец из полиэтиленовой пленки 3. С камерой 1 соединен сосуд с дистиллированной водой 10.

В камере 2 размещен гидрид лития 4, вступающий в химическое взаимодействие с парами воды с образованием водорода по реакции
LiH + H₂O ____→ LiOH + H₂
Обе камеры вакуумируют до остаточного давления 0,13 Па. При этом краны 8 и 9 открыты, а кран 7 закрыт. Затем краны 8 и 9 закрывают, а кран 7 открывают. В камере 1 создается парциальное давление паров воды, которое фиксируют. Далее производят периодические замеры в обеих камерах. Толщина образца полиэтиленовой пленки составляла 0,05•10^-3 м, рабочая площадь 19,6•10^-4 м². Объем камеры 1 243•10^-6 м³, камеры 2 230•10^-6 м³, парциальное давление воды в камере 1 2337 Па, температура в опыте 298K.

Скорость изменения давления в камерах при стационарном течении процесса составила 1,77•10^-2 Па/с, а перепад давлений между камерами 11928 Па.

При величине универсальной газовой постоянной R=8,314 Па• м³/моль•K, отношении площади образца к его толщине 39/2 м, коэффициенте α 1 из расчета по формулам (1) и (2) получены следующие величины:
Коэффициент влагопроницаемости
К₁ 8,4 • 10^-16 м²/c • Па
Коэффициент водородопроницаемости
К₂ 7,1 • 10^-17 м²/с • Па
Результаты измерений представлены на фиг.2.

1 изменение давления в камере 1
2 изменение давления в камере 2
А стадия нестационарного течения процесса
Б стадия стационарного течения процесса
P₁ парциальное давление в первой камере газа, взаимодействующего с веществом.

Поскольку на реализацию способа не влияет конкретный вид газа и вещества, вступающего с ним во взаимодействие, а также природа образующегося газа, а параметры процесса зависят лишь от газопроницаемости изучаемого материала, то использование способа допустимо в случае произвольного выбора взаимодействующих газа и вещества.

Использование: исследование физических и химических свойств материалов, определение коэффициентов проницаемости газов через пленки. Сущность изобретения: способ заключается в размещении испытуемого образца между двумя камерами, эвакуации из них воздуха, создании и поддержании в течение всего времени наблюдения в первой камере постоянного парциального давления газа, проницаемость которого определяется, размещении во второй камере вещества, вступающего во взаимодействие с газом, поступающим из первой камеры с образованием второго газа, проницаемость которого также определяется последующей регистрацией давления во второй камере до получения стационарного течения процесса, характеризующегося постоянством скорости изменения давления в каждой из камер и расчете коэффициентов проницаемости газов по следующим формулам:

где W₁,W₂- свободные объемы соответственно первой и второй камер, V_ст - скорость изменения давления при стационарном течении процесса, α- - коэффициент, численно равный количеству молей второго газа, образующегося при взаимодействии с веществом одного моля первого газа, ε- отношение площади образца к толщине, R - универсальная газовая постоянная, T - температура, P₁ - парциальное давление в первой камере газа, взаимодействующего с веществом, P₁, P₂ - давление соответственно в первой и второй камерах. Новым в способе является размещение во второй камере вещества, вступающего во взаимодействие с газом, поступающим из первой камеры с образованием второго газа, регистрация изменения давления в первой камере до получения стационарного течения процесса и последующий расчет коэффициентов проницаемости каждого из газов по приведенным выше математическим зависимостям. 2 ил.

Способ определения газопроницаемости полимерных пленок, включающий размещение испытуемого образца между двумя камерами, вакуумирование камер, создание и поддержание в первой камере постоянного парциального давления пропускаемого во вторую камеру газа с последующей регистрацией давления во второй камере, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности, во второй камере размещают вещество, взаимодействующее с газом, проникающим через мембрану из первой камеры, с образованием другого газа, регистрируют скорости измерения давления в камерах и перепад давлений между камерами, а проницаемость испытуемого образца для каждого газа определяют из соотношений


где W₁, W₂ свободные объемы соответственно первой и второй камер;
v_с т скорость изменения давления при стационарном течении процесса;
α - коэффициент, численно равный количеству молей второго газа, образующегося при взаимодействии с веществом 1 моль первого газа;
ε - отношение площади образца к толщине;
R универсальная газовая постоянная;
Т температура;
p₁ парциальное давление в первой камере газа, взаимодействующего с веществом;
Р₁, Р₂ давление соответственно в первой и второй камерах.