Объемный дилатометр Советский патент 1991 года по МПК G01N9/16 

Изобретение относится к области экспериментальной теплофизики и может быть использовано для изучения кинетики реакции полимеризации, в частности привитой полимеризации мономеров на волокнах.

Цель изобретения - повышение чувствительности в процессе определения кинетических параметров привитой полимеризации мономеров на волокнах при сохранении заданной точности и упрощение конструкции.

На фиг.1 изображена конструкция объемного дилатометра; на фиг.2 - зависимость изменения объема жидкости от времени эксперимента в присутствии и в отсутствии волокна.

Объемный дилатометр (фиг.1) состоит из воронки 1 заполнения, соединенной при помощи измерительного капилляра 2 со

спиральной рабочей ячейкой 3 Спиральная рабочая ячейка переходит во второй измерительный капилляр 4, равный первому по высоте и диаметру. Внутренний диаметр рабочей ячейки равен внутреннему диаметру измерительных капилляров

Работа объемного дилатометра осуществляется следующим образом.

В рабочую ячейку (вакуумным насосом, с помощью приспособлений и т.д.) вводится волокно. Затем через воронку 1 заполнения в дилатометр заливают мономер Заполненный дилатометр помещают в термостат с заданной температурой, при этом уровень жидкости в капиллярах 2 и 4 повышается вследствие теплового расширения. Если необходимо, избыток жидкости удаляется шприцом либо с помощью тонких стеклянных капилляров, вводимых через воронку 1

О

u

о

в измерительный капилляр 4. Включают секундомер. Тепловое расширение мономера происходит значительно быстрее, чем уменьшение объема за счет полимеризации, Поэтому за начало эксперимента принимают момент, .когда уровень мономера в капилляре в течение 25-30 с уже не изменяется,

В связи с тем, что плотность полимеров больше плотности мономеров, при полимеризации происходит уменьшение объема системы и мениск в измерительных капиллярах 2 и 4 начинает понижаться, Через определенные промежутки времени фиксируют уровень мениска в капиллярах 2 и 4 и определяют уменьшение объема мономера.

После прекращения опыта раствор го- мополимера в мономере вместе с волокном выдавливают с помощью груши, присоединенной к отверстию капилляра 4, промывают растворителем и высушивают.

Затем заливают мономер до прежнего исходного уровня и проводят аналогичный опыт в отсутствие волокна.

Уменьшение объема АУобщ полимери- зующейся системы происходит вследствие термополимеризации (АУтери) и вследствие привитой полимеризации (А Уприе).

А /прив АУобщ- ДУтерм.

Определив из эксперимента величины Д Уобщ и ДУтерм, находят величину А Уприв.

На основании полученных данных АУприв. рассчитывают степень прививки G через определенные промежутки времени 7 и строят кинетическую кривую G f(z).

В дилатометре достаточная концентрация полимеризующейся системы достигается при введении в рабочую ячейку 3 всего одного волокна из-за небольшого объема этой ячейки.

Выполнение рабочей ячейки в виде витка спирали позволяет увеличить объем этой ячейки в (2Н+3 yt R)/(2H+ ж R) раз, где Н - высота измерительных капилляров, R - радиус закругления (фиг.1).

Если же с целью снижения относительной ошибки измерения объема в дилатометре без спирали увеличить объем за счет увеличения высоты измерительных капилляров, высота дилатометра увеличится на я R и станет равной 48 см против 23 см высоты спирального дилатометра, что делает невозможным помещение такого дилатометра в известные термостатирующие приборы. Таким образом, спиральное выполнение рабочей ячейки обеспечивает и необходимую компактность прибора.

Кроме того, компактность прибора позволяет уменьшить перепад давления итемпературы по объему рабочей ячейки и тем самым сохранить заданную точность измерения при увеличении чувствительности объемного дилатометра.

Делать на капиллярной трубке более одного витка нецелесообразно, поскольку при этом становится трудным введение волокна в рабочую ячейку,

В повышении чувствительности дилатометра данной конструкции важную роль играет соотношение диаметров капилляра и вводимого волокна. Практика показывает, что при любом соотношении диаметров кинетика привитой полимеризации мономеров на волокнах может быть исследована достаточно точно, так как уменьшение объема за счеттермополимеризации зависит от исходного объема мономера, а уменьшение объема за счет привитой полимеризации от массы вводимого волокна.

Условием необходимой чувствительности дилатометра является выход понижения уровня жидкости за счет привитой полимеризации за пределы абсолютной ошибки измерения (цены деления прибора)

К

dK

hB 5h,

где д h - расстояние между двумя соседни- ми метками градуировки дилатометра (в среднем 1 мм);

hB - длина волокна; dB - диаметр волокна; dK внутренний диаметр рабочей ячей- ки (капилляра);

К - коэффициент пропорциональности (К 0,24-0,32).

Нижним пределом диаметра dK является величина 3dB. Введение волокна в узкий капилляр с dK 3ds крайне затруднительно, т.е. оптимальный диаметр dK определяется из соотношения

45

dK 3 dB.

0

Рассмотрим конкретный пример работы объемного диламометра, который термо- статировали при 120°С. Внутренний диаметр капилляра равен 1 мм. В дилатометр был введен стирол объемом У0 1,245 мл и модифицированное волокно диаметром 0,1 мм и массой 1,4 г. Фиксировали изменение объема каждые 15 мин. ,. Результаты измерения А У0бщ и АУтерм приведены в таблице.

На фиг.2 показано изменение объема АУобщ(кривая а) и АУтерм (кривая б). Пространство между кривыми соответствует уменьшению объема АУПрив. Чувствительность прибора определяется отношением AVnpnB/AViepM. которое для данного прибора по сравнению с прототипом увеличилось в несколько раз.

Выполнение внутреннего диаметра рабочей ячейки равным диаметру измеритель- ных капилляров дает возможность упростить конструкцию дилатометра, так как позволяет изготовить прибор из одной капиллярной трубки.

Формула изобретения Объемный дилатометр, содержащий рабочую ячейку, соединенную с двумя измери

тельными капиллярами, один из которых имеет воронку заполнения, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью повышения чувствительности в процессе определения кинетических параметров привитой полимеризации мономеров на волокнах при сохранении заданной точности и упрощения конструкции, рабочая ячейка выполнена в виде витка спирали капилляра, внутренний диаметр которого равен внутреннему диаметру измерительных капилляров.

Изобретение относится к экспериментальной физике и может быть использовано для изучения кинетики реакции полимеризации, в частности привитой полимеризации мономеров на волокнах. Цель изобретения - повышение чувствительности в процессе определения кинетических параметров привитой полимеризации мономеров на волокнах при сохранении заданной точности и упрощение конструкции Объемный дилатометр содержит рабочую ячейку, соединенную с двумя измерительными капиллярами, на одном из которых установлена воронка заполнения При этом рабочая ячейка выполнена в виде витка спирали, внутренний диаметр которого равен внутреннему диаметру -измерительных капилляров. 2 ил. 1 табл.

Щиг.1

Фиг.Ј

f MUM