Способ определения вязкоупругих характеристик термореактивных полимерных материалов Советский патент 1989 года по МПК G01N11/00 

Изобретение относится к исследованию физических и химических свойств полимерных материалов, преимущественно термореактивных полимеров в процессе структурных превращений, а более конкретно к способам определения их реологических характеристик, и мо- йсет быть использовано в радиоэлектронной, химической, электротехнической промышленности при изучении реологических свойств полимерных материалов.. .

Целью изобретения является повышение производительности и расширение диапазона измерений.

Одновременное измерение температуры материала образцов и термостата позволяет определить момент выравнивания температур в материале и термостате после окончания экзотермической реакции отверждения материала, и, тем самым, определить момент разъема оформляющих злементов и начало измерения кривых деформации материала образцов. Регистрация температур в материале образца в термостате позволяет судить о протекающих в полимерном материале структурных превращениях, в частности о степени предварительного отверждения материала, что позволяет судить об устойчивости, т.е. отсутствии течения (изменения формы) образцов. Это повышает надежность эксперимента, так как исключается возможность разъема офорипяющих элементов в то время, когда прочность

сл

о ko

Од

Од 00

образцов недостаточна для проведения измерений, т.е. исключается возможность срыва эксперимента из-за потер формы образцами.

Определение момента выравнивания температур в термостатах и образце позволяет определить нижнюю границу временного диапазона начала снятия кинетических кривых деформации мате- риала образцов, так как на более ранних стадиях измерения невозможны из-за неустойчивости образцов, что также способствует расширению диапазона измерений вязко,упругих характе- ристик.

Кроме того, выбор момента выравнивания температур за точку отсчета дпя установления начала проведения измерений исключает необходимость вмешательства экспериментатора и уменьшает погрешность определения вязкоупругих характеристик материала вызванную неопределенностью момента начала измерений (дает возможность привести начало измерений к одной точке), что особенно важно при сравнении полученных результатов для различных партий материалов.

Контроль температуры в материале образцов и термостате осуществляется известными методами (например, с помощью термопар).

На чертеже изображены кинетические зависимости температуры материа- ла образца (кривые 1 и 2) и термостата (кривая 3), а также кривые деформации материала образца (кривые 4 и 5) в зависимости от времени отверждения ,

Усадочные процессы уже происходят на ранней стадии отверждения (на стадии гелеобразонания), По окончанию гелеобразования (участок 0-tg, кривые 4 и 5) эти процессы замедляют ся, затем вновь ускоряются (кривые 4 и 5). В период гелеобразования полимер находится в квазихрупком студневидном состоянии. Его прочность и относительное удлинение при разрыве очень малы, поэтому формоустойчивос- тью образцы не обладают, а следовательно, начало измерений невозможно. Длительность замедления усадочных процессов зависит от концентрации от вердителя. Начало повторного ускорения усадочных процессов незначительн опережает по времени момент выравнивания температур образцов (кривые

5

0

5

0

5 0

5 0

2 и 1) и термостата (кривая 3) после окончания экзотермической реакции, Повторное ускорение усадочных процессов частично вызвано изменением температуры материала в образцах. К моменту выравнивания температур образцы устойчивы, т.е. они не текут. Так как условия теплового контакта материала образца в термостате не изменяются при испытании различных партий материала, то,скорость изменения температуры образцов после прохождения экзотермической реакции определяется только теплофизическими свойствами испытуемого материала.

Разъединение оформляющих элементов, т.е. начало измерений вязкоупругих характеристик в выбранные моменты времени, дает достаточную информацию об изменении вязкоупругих характеристик материала в реальных условиях структурных превращений, ибо структурные превращения идут очень интенсивно., и обеспечивает ее минимальную потерю.

Пример. Проводят измерения ) KpliBbK деформации и вычисление по ним вязкоупругих характеристик эпоксидной ЭД-20 и фенолоформальдегидной ЛВС-3 смол при отверждении их поли- этиленполиамином и уротропином соответственно. Концентрация отвердителя для- ЭД-20 составляет 10%, а для ЛВС-3 - 3 мас.%.

Температуру термостата задают равной 373 К и поддерживают ее с помощью автррегулирующего устройства. Температуру материала внутри образца измеряют при помощи термопары. Выходной электрический сигнал регистрируют измерительным цифровым комплексом. Разъем оформляющих элементов проводят в характерные моменты времени с интервалом 3 мин. Испытывают для каждой смолы пять серий по четьфе образца в каждой серии. Образцы взаимо- действзпот с упругими чувствительными элементами различной жесткости (С 33 И/см; Н/см; Н/см; С 7ПО Н/см), выполненными в виде балок равного сопротивления изгибу с установленными на них тензорезисто- рами, образующими измерительный мост. Усадка материала образцов вызывает деформацию упругих чувствительных элементов, которая измерительным мос том преобразуется в электрический сигнал. Величина деформации зависит от жесткости упругого элемента. Выхоные электрические сигналы измерительных мостов регистрируют системой измерения деформации. По градуиро- вочной характеристике упругих чувствительных элементов определяют величину деформации (усадки) материала образцов.

На чертеже показаны кинетические кривые деформации для эпоксидной (кривая А и 6) и фенолоформальдегид- ной (кривая 5 и 7) смол. Термограммы процесса отверждения этих смол показаны соответственно на кривых 1 и 2,

Моменты разъема оформляющих элементов t

4 Ч

г

t выбирают таФо.рмула изобретения Способ определения вязкоупругих

КИМ образом, чтобы разъем осуществлял-20 характеристик термореактивных полиоt - 23 МПа.

ти ЭД-20, вычисленное в момент t равно 17 МПа, а в момент Аналогичные данные получены и для

других вязкоупругих характеристик.

Применение предложенного способа обеспечивает увеличение надежности эксперимента за счет исключения возможности преждевременного разрушения

образцов, а также расширение диапазона Измерений вязкоупругих характеристик, что дает возможность более точ- ио назначить технологические режимы переработки, а значит и повысить качесцво изготавливаемых изделий.

Фо.рмула изобретения Способ определения вязкоупругих

Изобретение относится к способам определения вязкоупругих характеристик термореактивных полимеров для использования их при переработке полимерных материалов. Целью изобретения является повышение производительности и расширение диапазона измерений. Определение вязкоупругих характеристик термореактивных материалов заключается в построении кривых деформаций материала образцов при отверждении материала в термостате после разъема оформляющих элементов, по которым судят о вязкоупругих характеристиках материала. Момент разъема оформляющих элементов и начало снятия кинетических кривых деформации материала образцов определяют по моменту выравнивания температур образцов и термостата, изменение которых во времени регистрируют в процессе отверждения материала. 1 ил.

ся как до момента вьфавнивания температур материала и термостата tj,, так и после. Из пяти серий повреждения вследствие преждевременного разъема

мерных материалов,,включающий формир вание образцов, количество которых превосходит число определяемых харак теристик, путем заполнения оформляюоформляющих элементов получают образ- 25 щих элементов термостата полимером, цы двух серий. При разъеме в момент t, разрушаются все четыре образц а (для обоих типов смол), в момент t разрушается один образец (для ЭД-20) и три образца (для ЛБС-3), Разъем в 30 момент tjj, t, t к разрушению образцов не приводит.

В то же время разъем оформляющих элементов в момент t, (кривая б) приводит к сужению диапазона измерений 35 кривой деформации смолы ЭД-20 на 15% а разъем в t4 (кривая 7) - на 30% (для смолы ЛБС-З). Вязкоупругие характеристики вычисляют в результате решения системы уравнений по кииети- 40 ческим кривым деформации..Таким образом, диапазон измерения вязкоупругих характеристик также сужается соответственно на 15 и 30%. Например, значение мгновенивго модуля упругоепредварительное отверждение образцов в оформляющих элементах при заданной температуре, разъем оформляющих элементов и снятие для каждого из образцов в процессе их отверждени при их взаимодействии с упругими эле ментами различной жесткости кинетических кривых деформации, по которым судят о вязкоупругих характеристиках материала, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и расширения диапазона измерений, момент разъема оформляющих элементов и начало снятия кинетических кривых деформации материала образцов определяют по моменту вьфав нивания температур образцов и термостата, изменение которых во времени регистрируют в процессе отверждения материала.

мерных материалов,,включающий формирование образцов, количество которых превосходит число определяемых характеристик, путем заполнения оформляющих элементов термостата полимером,

щих элементов термостата полимером,

предварительное отверждение образцов в оформляющих элементах при заданной температуре, разъем оформляющих элементов и снятие для каждого из образцов в процессе их отверждени при их взаимодействии с упругими элементами различной жесткости кинетических кривых деформации, по которым судят о вязкоупругих характеристиках материала, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и расширения диапазона измерений, момент разъема оформляющих элементов и начало снятия кинетических кривых деформации материала образцов определяют по моменту вьфавнивания температур образцов и термостата, изменение которых во времени регистрируют в процессе отверждения материала.

30 5J

5