СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР Российский патент 2024 года по МПК G01N11/02 G01N25/58 

Изобретение относится к способам определения времени жизнеспособности и вязкости полимерных материалов, находящихся в вязкотекучем состоянии, в условиях воздействия отрицательных температур и может быть использовано при исследовании различных полимерных материалов, применяемых при ремонте деталей транспортно-технологических машин.

Полимерные материалы нашли широкое применение в ремонтном производстве благодаря простоте, сравнительно низкой трудоемкости и стоимости технологического процесса. Успешная реализация ремонта деталей транспортно-технологических машин с применением полимерных материалов в значительной степени определяется их свойствами: вязкостью и временем жизнеспособности (время сохранения необходимых свойств в процессе использования полимера). Характеристиками жизнеспособности полимеров является вязкость, липкость и текучесть. Особенно большое значение эти характеристики приобретают при выполнении ремонтных работ в полевых условиях при воздействии отрицательных температур. С понижением температуры окружающей среды вязкость и время жизнеспособности полимеров изменяются по неизвестной зависимости. Поэтому для разработки технологического процесса ремонта деталей транспортно-технологических машин в условиях воздействия отрицательных температур необходимо проведение исследований, направленных на определение данных технологических характеристик при определенных значениях температуры.

Известен способ определения условной вязкости (времени истечения) лакокрасочных материалов и относящихся к ним продуктов - ньютоновских или приближающихся к ним жидкостей, основанный на использовании вискозиметров типа ВЗ-246 (см. ГОСТ 9070-75 Вискозиметры для определения условной вязкости лакокрасочных материалов. Технические условия).

Вискозиметр помещают в штатив и с помощью уровня устанавливают в горизонтальном положении. Под сопло вискозиметра ставят сосуд. Отверстие сопла закрывают пальцем, испытуемый материал наливают в вискозиметр с избытком, чтобы образовался выпуклый мениск над верхним краем вискозиметра. Наполняют вискозиметр медленно, чтобы предотвратить образование пузырьков воздуха. Избыток материала и образовавшиеся пузырьки воздуха удаляют при помощи стеклянной пластинки или алюминиевого диска, сдвигаемых по верхнему краю воронки в горизонтальном направлении таким образом, чтобы не образовалось воздушной прослойки. За условную вязкость лакокрасочных материалов, обладающих свободной текучестью, принимают время непрерывного истечения в секундах определенного объема испытуемого материала через калиброванное сопло вискозиметра типа ВЗ-246. (см. ГОСТ 8420-74 Материалы лакокрасочные. Методы определения условной вязкости).

Недостатками известного способа являются низкая технологичность и точность проведения исследований, так как время открытия сопла вискозиметра и запуска секундомера при повторных измерениях может отличаться ввиду влияния человеческого фактора.

Известен способ, заключающийся в использовании вискозиметра истечения, который позволяет определять условную вязкость лакокрасочных материалов или относящихся к ним продуктов - ньютоновских или приближающихся к ним жидкостей, включающий цилиндрический резервуар, в нижней части переходящий в конический, установленный на штативе со стойками, к конической части прикреплен короткий капилляр в виде сопла с плоскосрезным отверстием, через которое осуществляется истечение исследуемой жидкости, резервуар снабжен термостатирующей рубашкой, крышкой и патрубками для подачи воды в термостатирующую рубашку и отвода отработанной воды из нее, внутри резервуара расположен шток с шариком, выполненный с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, капилляр имеет входной участок с криволинейным коническим профилем (см. Пат. РФ № 2319135 опубл. 10.03.2008г. Бюл. №7).

Недостатками известного вискозиметра истечения являются однофункциональность, то есть возможность измерения только одного показателя свойств полимерных материалов, а именно: условной вязкости, а также выполнение измерений исключительно при положительной температуре окружающей среды, так как применение термостатической рубашки, в которой рабочей жидкостью является вода, не позволяет определить значение условной вязкости полимерных материалов при воздействии отрицательных температур.

Наиболее близких аналогов к заявленному техническому решению из области техники не выявлено.

Достигаемым при использовании предлагаемого изобретения техническим результатом является расширение номенклатуры измеряемых показателей свойств полимерных материалов и обеспечение возможности выполнения измерений в условиях воздействия отрицательных температур.

Технический результат достигается тем, что в способе определения времени жизнеспособности и вязкости полимерных материалов в условиях воздействия отрицательных температур (0…-30°С), включающем подготовку образцов полимерного материала, заливку образцов в конические резервуары установки, открытие каналов, соединяющих конические резервуары с морозильной камерой, в которой поддерживается установленная отрицательная температура, регистрацию времени и расстояния, пройденного самотеком за это время образцами полимерного материала по установленным в морозильной камере и вертикально-ориентированным под резервуарами линейкам с измерительной шкалой. Подготовка образцов полимерного материала осуществляется при комнатной температуре путем смешивания связующего (клея) с отвердителем и другими компонентами в установленных пропорциях с последующим разделением на части (в количестве не менее трех) по массе или по объему. Приготовление образцов полимерного материала при комнатной температуре позволяет обеспечить сохранность их свойств. Заливка образцов полимерного материала в конические резервуары установки осуществляется со скоростью, препятствующей образованию в смеси пузырьков воздуха. Коническая форма резервуара позволяет обеспечить стекание образцов полимерного материала в процессе выполнения испытаний. Постоянство температуры исследуемого полимерного материала в резервуарах (20±2°С) в процессе испытаний осуществляется за счет циркуляции воды в термостатирующей рубашке, внутри которой расположены резервуары с образцами. Резервуары снабжены теплоизоляционными крышками, которые герметично закрыты в процессе выполнения измерений. В середине крышек предусмотрено отверстие с резиновым уплотнителем под штоки, в нижней части которых размещены затворы, закрывающие каналы, соединяющие конические резервуары с морозильной камерой. Постоянство температуры образцов полимерного материала в резервуарах 20±2°С, обосновывается требованиями стандартов, регламентирующих порядок определения вязкости различных жидкостей. Открытие каналов, соединяющих резервуары с морозильной камерой, осуществляется путем одновременного поднятия затворов посредством перемещения вверх присоединенных к ним штоков. Каналы в сечении имеют эллипсоидную форму. Эллипсоидная форма каналов обеспечивает попадание образцов полимерного материала на установленные в морозильной камере и вертикально-ориентированные под резервуарами линейки с измерительной шкалой и их равномерное распределение по ширине линейки. Регистрация времени и расстояния, пройденного самотеком образцами полимерной смеси за это время по линейкам с измерительной шкалой, осуществляется путем видеосъемки. Видеосъемка процесса испытаний позволяет обеспечить точность последующего анализа результатов измерений. В процессе измерения образцы полимерной смеси на измерительных линейках подсвечиваются смонтированным в морозильной камере источником контрастного света - ультрафиолетовой лампой (за исключением случаев исследования свойств фотоотверждаемых клеев). Контрастное освещение позволяет обеспечить наилучшую видимость полимерных материалов на измерительной шкале.

Достоверность полученных результатов оценивается на основании статистического анализа значений измеренных показателей. Время жизнеспособности полимерного материала определяется от момента его нанесения на линейку с измерительной шкалой до замедления скорости движения образца белее чем на 50% от первоначальной. Вязкость полимерного материала определяется из выражения:

,

где ν₁ - вязкость исследуемого полимерного материала, ν₂ - вязкость эталонной жидкости (например, индустриального или моторного масла) при той же отрицательной температуре, при которой измерялась вязкость полимерного материала, х₁ - расстояние, пройденное исследуемым полимерным материалом по измерительной шкале за определенное время, х₂ - расстояние, пройденное эталонной жидкостью (например, индустриальным или моторным маслом) по измерительной шкале, при той же отрицательной температуре, при которой измерялось расстояние для полимерного материала и за тот же определенный промежуток времени.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Приготовленный полимерный материал делится по массе или по объему на равные части (в количестве не менее трех), которые заливаются со скоростью, препятствующей образованию в смеси пузырьков воздуха в конические резервуары, размещенные внутри термостатирующей рубашки и соединенные с морозильной камерой посредством каналов, закрытых затворами, соединенными со штоками. После этого резервуары герметично закрываются теплоизоляционными крышками, каждая из которых имеет в середине отверстие с резиновым уплотнителем под шток. Далее путем одновременного поднятия штоков с размещенными в их нижней части затворами открывают каналы, имеющие в сечении форму эллипса и соединяющие резервуары с морозильной камерой, в которой поддерживается заданная отрицательная температура. Время и расстояние, пройденное за это время образцами полимерного материала самотеком по установленным в морозильной камере и вертикально-ориентированным под резервуарами линейкам с измерительной шкалой, регистрируют посредством видеосъемки.

Достоверность полученных результатов оценивается на основании статистического анализа значений измеренных показателей. Время жизнеспособности полимерного материала определяется от момента его нанесения на линейку с измерительной шкалой до замедления скорости движения образца более чем на 50% от первоначальной, а вязкость - как произведение значения вязкости эталонной жидкости при заданной отрицательной температуре и отношения расстояния, пройденного эталонной жидкостью при той же отрицательной температуре за установленное время, к расстоянию, пройденному исследуемым полимерным материалом при той же отрицательной температуре за установленное время.

Предлагаемое изобретение поясняется примером.

Пример

Примером реализации способа является определение времени жизнеспособности каждого из трех образцов, эпоксидной смолы ЭД-20 с добавлением отвердителя ПЭПА в пропорции 10:1 по массе, находящихся в вязкотекучем состоянии. Количество смеси в каждом образце составило 50гр. Смесь эпоксидной смолы с отвердителем приготавливается в условиях комнатной температуры. Образцы полимерного материала медленно, без образования пузырьков воздуха, заливаются в конические резервуары установки в равных количествах, после чего путем поднятия рычага, соединенного со штоками затворов, открываются каналы, соединяющие каждый резервуар с морозильной камерой, имеющей отрицательную температуру (-18°С), и полимерные материалы под действием силы гравитации (самотеком) поступают из резервуаров на установленные строго вертикально в морозильной камере линейки с измерительной шкалой, подсвечиваемые ультрафиолетовой лампой (за исключением случаев исследования свойств фотоотверждаемых клеев), что обеспечивает контрастность полимерного материала на фоне измерительной шкалы. Время и расстояние, пройденное самотеком вниз по каждой из измерительных шкал исследуемым полимерным материалом, фиксируется посредством видеосъемки с помощью видеокамеры. Оценка результатов измерений: времени и расстояния, пройденного самотеком образцами полимерной смеси за это время по линейкам с измерительной шкалой, осуществляется путем анализа полученной видеосъемки. Достоверность полученных результатов оценивается на основании статистического анализа значений измеренных показателей. Время жизнеспособности полимерного материала определяется с момента движения образца полимерного материала самотеком вниз по линейке с измерительной шкалой до замедления скорости движения образца более чем на 50% от первоначальной. Вязкость полимерного материала определяется из выражения:

,

где ν₁ - кинематическая вязкость полимерного материала ЭД-20 при температуре -18°С, ν₂ - кинематическая вязкость эталонной жидкости при температуре -18°С (моторного масла 5з/10), ν₂ =6000 мм²/с, х₁ - расстояние, пройденное исследуемым образцом полимерного материала по измерительной шкале за время τ₁=τ₂=4 с., х₁=110 мм, х₂ - расстояние, пройденное эталонной жидкостью (моторным маслом 5з/10) по измерительной шкале, при температуре -18°С за время τ₂=τ₁=4 с., х₂=160 мм.

Подставив значения переменных, получим значение кинематической вязкости полимерного материала ЭД-20 при температуре -18°С - ν₁=8727 мм²/с.

Время жизнеспособности составило 16 минут.

Изобретение относится к способам определения времени жизнеспособности и вязкости полимерных материалов, находящихся в вязкотекучем состоянии, в условиях воздействия отрицательных температур и может быть использовано при исследовании различных полимерных материалов, применяемых при ремонте деталей транспортно-технологических машин. Предложен способ определения времени жизнеспособности и вязкости полимерных материалов в условиях воздействия отрицательных температур, который включает заливку образцов в конические резервуары, размещенные внутри термостатирующей рубашки установки, открытие каналов, соединяющих конические резервуары с морозильной камерой, в которой поддерживается установленная отрицательная температура (0…-30°С), регистрацию времени и расстояния, пройденного самотеком за это время образцами полимерного материала по установленным в морозильной камере и вертикально ориентированным под резервуарами линейкам с фиксацией процесса посредством видеосъемки. Технический результат: расширение номенклатуры измеряемых показателей свойств и обеспечение возможности выполнения измерений в условиях воздействия отрицательных температур.

Способ определения времени жизнеспособности и вязкости полимерных материалов в условиях воздействия отрицательных температур, заключающийся в измерении времени и расстояния, пройденного исследуемым полимерным материалом самотеком в вязкотекучем состоянии по установленной и вертикально ориентированной в морозильной камере линейке с нанесенной измерительной шкалой при определенной отрицательной температуре 0…-30°C, при этом время жизнеспособности полимерного материала определяется от момента его нанесения на линейку с измерительной шкалой до замедления скорости движения образца более чем на 50% от первоначальной, а вязкость - как произведение значения вязкости эталонной жидкости при заданной отрицательной температуре и отношения расстояния, пройденного эталонной жидкостью при той же отрицательной температуре за установленное время, к расстоянию, пройденному исследуемым полимерным материалом при той же отрицательной температуре за установленное время.