Способ определения жизнеспособности отверждающейся полимерной композиции Советский патент 1985 года по МПК G01N11/16 

Изобретение относится к определению технологических свойств полимерных композиций, а именно к способам определения жизнеспособности полимерных композиций на основе низкомолекулярных силоксановых и других каучуков, используемых в качестве покрытий, заливочных компаундов, эластичных герметикой и др., и может быть использовано в химической, приборостроительной, электротехнической и строительной промыпленности Известен способ определения жизнеспособности ненаполненных полимерных композиций на основе низкомолекулярных силоксановых каучуков по потере текучести композиции при наклоне стаканчика С1J. Известен способ определения жизнеспособности наполненной композиции на основе низкомолекулярного силокса нового полимера по потере композиций способности растираться в комок при ее перемешивании C2l. Такие способы субъективны, дают низкую точность при определении жизнеспособности и очень трудоемки. Кро ме того, результат-, определения жизнеспособности нельзя получить ранее чем полимерная композиция потеряет Способность к переработке. Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ определения жизнеспособности отверждающихся низкомодульных полимерных композиций путем создания в контролируемом материале динамичес кой деформации сдвига в режиме свобо ных колебаний при частотах 0,005 0,010 Гц, в процессе чего измеряют изменение логарифмического декремента затухания во времени, а жизнеспособность композиции определяют как временной интервал от момента введения отверждающего агента до момента, когда композиция теряет способность к переработке, который фиксируют по максимальному значению логарифмического декремента затухания Сз. Способ является многооперационным трудоемким и имеет ограниченное применение. Кроме того, на него затрачивается время, превосходящее величину жизнеспособности на 20-30%, что значительно увеличивает время определения жизнеспособности. Цель изобретения - сокращение времени определения жизнеспособности отверждающейся полимерной композиции. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения жизнеспособности отверждающейся полимерной КСЯ4ПОЗИЦИИ путем создания в ней динамической деформации сдвига, отверждающуюся полимерную композицию подвергают динамической деформации сдвига в режиме вьшужденных гармонических.колебаний при постоянных амплитуде и частоте, измеряют угол механических потерь в заданном интервале времени.и определяют жизнеспособность композиции tж по формуле где А (град) и А (мин) - константы, /; и г угол механических потерь в начале и конце заданного интервала времени соответственно, град, At - заданный интервал времени, мин. Сущность изобретения можно пояснить следунндим образом. В процессе отверждения наиболее сипьно изменяются вязкоупругие параметры полимерной композиции, в частности угол механических потерь. Типичная кривая изменения угла механических потерь в процессе отверждения представлена на фиг. 1, Композиция может быть переработана только в течение временного интервала О - t., называемого жизнеспособностью, по окончании которого переработка при выбранном ее способе становится невозможной. В момент времени t. композиция теряет способность к переработке. Установлено, что величина жизнеспособности композиции обратно пропорциональна скорости изменения угла механических потерь в любой момент времени на участке О - t, и может быть вычислена по формуле (1), где А и В - постоянные коэффициенты (константы), характерные для отверждающейся композиции данного состава. Эти константы определяются из зависимости t . от 1 /V, представляющей прямую линию, приведенной на фиг. 2. Константа А численно равна тангенсу угла наклона прямой (А tg а ) и имеет размерность угла механических потерь (град). Константу В определяют путем экстраполяции прямой к значению 1/V 0. Константа В имеет размерность времени (мин) и соответствует минимальному значению жизнеспособности, которое может быть изме рено для композиции данного состава Для ненаполнеиных композиций значения константы А лежат в пределах 1-10 град, В - 1-30 мин. Для наполненных композиций А находится в пределах 5-20 град, а В - 30-90 мин Это соотношение позволяет определять величину жизнеспособности раньше, чем композиция потеряет способность к переработке, т.е. позволя ет прогнозировать величину жизнеспособности. На практике скорость нарастания угла механических потерь V опреде ляется как отношение изменения угла механических потерь в заданном интер вале времени к этому интервалу: U tf-2 где сЛ, и значени угла механических потерь в начале и конце заданного интервала &t соответственно. В этом случае жизнеспособность полимерной композиции вычис по формуле (1) . При стандартных или систематичесKH:sf определениях жизнеспособности заданный интервал времени является постоянной величиной. Поэтому он мо жет быть включен в постоянную А А 4t. Тогда вычисление жизнеспос бности упрощается Временной интервал &t, определяющийся физико-химическими свойствами отверждающейся полимерной композиции и точностью определения жизнеспособности, является заданной величиной, определяемой заранее в ходе независимых опытов. Таким образом, для определения жизнеспособности отверждающейся полимерной композиции предлагаемым способом требуется измерить значение угла механических потерь в начале и конце заданного интервала времени. Способ осуществляется следующим образом. Отверждакяцаяся полимерная компози ция помещается в ячейку,, в нее вводится зонд, который совершает вынужденные гармонические колебания с пос тоянными частотой в диапазоне 10 Гц и амплитудой, значение может находиться R пределах 20 100 мкм. Регистрируюнее устройство непрерывно следит и записывает изменение угла механических потерь в процессе отверждения. Сразу после введения зонда фиксируется значение угла механических потерь с; композиции в начале заданного интервала времени. Через заданный интервал времени Jt фиксируется знсячение угла механических потерь сг R момент окончания заданного интервл;га времени. Жизнеспособность вычисляется по формуле (1). Практическое осуществление предлагаемого способа может достигаться использованием любого прибора, измеряющего угол механических потерь в режиме вынужденных гармонических колебаний при постоянных амплитуде и частоте. Однако наиболее рационально использование приборов, которые автоматически и непрерывно измеряют угол механических потерь. Поскольку полимерная композиция подвергается малой деформации сдвига, ее деструкция исключена в принципе. Измерение происходит в линейном режиме деформирования, при котором величина угла механических потерь определяется только физико-химическими свойствами полимерных композиций. Это позволяет получать достоверные данные о жизнеспособности. Пример 1. Лля определения жизнеспособности ненаполненной композиции берут 5,0 г низкомолекулярного силоксанового каучука СКТН, вводят в него О,1 г отверждающей системы (ОС), которую используют в качестве отверждающего агента и которая состоит из этилсиликата (4 ч.) и диэтштдикаприлата олова (1 ч.). В течение 2 мин композицию перемешивают для равномерного рас пределения отверждающей системы. Композицию в количестве 1,0 г заливают в ячейку, опускают в нее зонд и включают запись изменения угла механических потерь. Фиксируют значение угла механических потерь в , в начале заданного интервала времени. Через заданный интервал времени, который в этом примере равен 10 мин, фиксируется значение угла механических потерь, равное cj . Для полимерных композиций данного состава жизнеспособность определяют по формуле ( 1 ) i .- c,-л (A 7,6 град, В 20 мин, t 10 мин). Для пяти композиций данного соста ва на основе разных образцов каучука отверждающихся под действием ОС различной активности, по полученным значениям t и d рассчитьгоают жизнеспособность. Результаты сведены в табл. 1. На определение жизнеспособности композиций данного состава затрачивают 20 мин (6-8 мин приготов ление и загрузка композиции, 10 мин измерение угла механических потерь, 1-3 мин .вычисление жизнеспособности) Погрешность в определении жизнеспособности не превьшает относительных , Пример 2. Для определения жизнеспособности берут 10 г наполне ной полимерной композиции, составле ной из одной части низкомолекулярно го силоксанового каучука СКТН и одн части двуокиси кремния, вводят в нее 0,1 г ОС. В течение 3 мин компо зицию перемешивают для равномерного распределения ОС. Ячейку заполняют отверждающейся полимерной композици ей в количестве 1 г и опускают в нее зонд. Поскольку на, все операции (приготовление и загрузку) затрачивается 7-10 мин, существенных измен НИИ в значении угла механических по терь не происходит, что не оказьшает влияния на определение параметра жизнеспособности. Включают запись изменения угла механических потерь и фиксируют время и величину угла механических потерь (f отверждающей ся полимерной композиции в начале заданного интервала времени. Через заданньй интервал времени, который в этом примере равен 20 мин, фиксируют значение угла механических потерь rfj . Для полимерных композиций данного состава жизнеспособность определяют по формуле (1) (А 9,0 град , В 50 мин; ut 20 мин) . Для трех композиций данного состава на основе разных образцов каучука по полученным значен11ям и е рассчитывают жизнеспособность. Ре- зультаты сведены в табл. 2. На определение жизнеспособности композиций данного состава затрачивают 32 мин (7-10 мин приготовление и загрузка композиции, 20 мин измерение угла механических потерь, 2-3 мин вычисление жизнеспособности). Погрешность в определении жизнеспособности не превьпйает ttOX относительных. Изложенные примеры не исчерпывают всех случаев применения изобрегеаия а.являются лишь его иллюстрацией. На практике без нарушения основной идеи технического решения изобретения практически для видов полимершлх композиций могут быть найдены соотновгения, связывающие одаозначно скорость нарастания угла механических потерь с параметром жизнеспособности. Пример 3 (контрольный). Для определения жизнеспособности ненаполиенной композиции берут 60 г каучука СКТЙ, вводят в него 1,2 г ОС. В течение 2 мин композицию перемешива зт для равномерного распределения отверждающей Системы. Для определения жизнеспособности по известному способу композицию в количестве 50,4 г помещают в емкость, затем в нее погружают подвижный цилиндр крутильного маятника , собственной (начальной) частотой колебаняй 0,007 Гц. На все операции (приготовление и загрузку) затрачивда5Т 8 мин, в течение .которых полимерная композиция находится в текучем состоянии. Затем производят измерение логарифмического декремента затухания, для чего запускают подвижную систему маятника и снимают виброграмму свободно затухающих колебакий в диапазоне частот 0,0р5-0,010 Гц. Из виброграммы вьиисляют логари4 шческий декремент затухания. На одно измерение логарифмического декремента затухания требуется приблизительно 4-7 мин, поэтому первое значение логарифмического декремента затухания получают через 11-14 мин после введения отверждающей системы. В процессе отверждения проводят минимум 10 измерения логарифмического декремента затухания, по которым строят график изменения логарифмического декремента затухания во времени. По оси абсцисс откладывают в-ремя в логарис{мическом масштабе, а по оси ординат значение логарифмического декремента затухания. Момент появления максимального значения логарифмического декремента затухания соответствует 48t4 мин. На определение жизнеспособности затрачивают 80 мин. Пример 4. Дпя определения жизнеспособности по предлагаемому способу 1 г той же компйзиции, то и в примере 3, заливают в ячейку прибора ВИСКОЭЛ-2М и опускают в . |нее зонд. На все подготовительные операции (приготовление и загрузку) затрачивают 8 мин, в течение которы полимерная композиция находится в т кучем состоянии. Включают запнсь из менения угла механических потерь, Фиксируют величину угла механически потерь f отверждающейся полимерно композиции в начале заданного интер вала времени. Через заданный интервал времени, которьй в этом примере равен to мин, фиксируют значение угла механических потерь cf. Жизнеспособность полимерной композиции рассчитывают по формуле (2).В даннаы примере Л 80,5 град, сЛ 77,5 град и жизнеспособность поли мерной композиции равна 45t4 мин. На определение жизнеспособности затрачивают 20 мин, в которью входи приготовление и загрузка К(1позиции 8,-мин, 10 мин измерение приращения угла механических потерь и 1-2 мин расчет. Пример 5 (контрольный). Пр водят определение жизнеспособности наполненной полимерной композиции, состоящей из низкомолекулярного силоксанового каучука СКТН и двуокиси кремния в соотношении 1:1, отверждающейся при комнатной температуре под действием ОС, которую берут в количестве 2 мае.ч. на 100 ч. каучу ка. В полимерную композицию массой 60 г вводят 0,6 г ОС и фиксируют время введения. В течение 3 мин ком позицию перемешивают для равномерно го распределения отверждающей систе мы. Для определения жизнеспособности по известному способу композицию в количестве 50,4 г помещают в емкост .затем в нее погрзжают подвижный цилиндр крутильного маятника с собст38венной (начальной) частотой колебаний 0,007 Гц. На все операции (приготовление и загрузку) затрачивается 15 мин. Затем производят измерение логарифмического декремента затухЙния, для чего запускают подвижную систему маятника. Из-за сильного затухания свободных колебаний в композиции такого состава снять виброграмму не удает.ся, логарифмический декремет затухачкя не поддается измерению, и определить жизнеспособность данной композиции по моменту появления максимального значения логарифмического декремента затухания нельзя. В то же время пpeдлaгae в IЙ способ позволяет определить жизнеспособность этой композиции, используя формулу, указанную в примере 2. Из примеров видно, что предлаг аемый способ позволяет значительно упростить и ускорить определение жизне способности композиций, т.е. позволяет определять жизнеспособность еще до того момента, когда композиция теряет способность к переработке. Иными словами, способ позволяет прогнозировать .значение жизнеспособности. Способ обеспечивает возможность определения жизнеспособности как ненаполненных, так н наполненных композиций, у которых параметр жизнеспособность имеет значение 30 и более минут. Таким образом, предлагаемый способ, благодаря тому, что в нем отверждающуюся полимерную композицию подвергают динамической деформации сдвига в режиме вынужденных гармонических колебаний при постоянных амплитуде и частоте, измеряют угол механических потерь в заданном интервале времени и определяют жизнеспособность композиции по формуле (1), позволяет сократить время определения жизнеспособности и заранее прогнозировать ее значение. Кроме того, использование угла механических потерь, по сравнению с использованием других вязкоупругих параметров, на практике более удобно, поскольку формфактор образца не оказывает никакого влияния на результаты измерения угла механических потерь. Для определения жизнеспособности полимерных композиций в лабораторНенаполненнаякомпозиция (пример 1)

Продолжение табл,3

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ.ЖИЗНЕСПОСОБНОСТИ ОТВЕРЖДАЩЕЙСЯ ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИИ путем создания в ней динамической деформации сдвига, отли ч ti im чающийся тем, что, с целью сокращения времени определения жизнеспособности, отверждающуюся полимерную композицию подвергают динамической деформации сдвига в режиме вынужденных гармонических колебаний при постоянных амплитуде и частоте, измеряют угол механических потерь в заданном интервале времени и определяют жизнеспособность композции t: по формуле i где А (град) и В (мин) - константы; , и 2 угол ме :анических (Л потерь в начале и конце заданного С интервала времени соотиетственно, град; 4t - заданный интер -ал времени, мин. ол1 СХ) сь 00

МО

Л-tj