Способ определения температуры механического стеклования полимеров Советский патент 1992 года по МПК G01N25/02 

Изобретение относится к области контроля физических свойств полимеров и может быть использовано при производстве высокомолекулярных соединений, а также при прогнозировании их физических свойств.

Известен способ определения температуры механического стеклования полимеров с применением метода, основанного на явлении ядерного магнитного резонанса и эффективно используемого лишь для тех полимеров, которые содержат метильные группы СН5

Поскольку подвижность сегментов полимера, обусловливающая процессы стеклования, во многом обусловлена природой физического воздействия (механического, магнитного, акустического), то оценка температуры механического стеклования полимеров, проведенная разными методами, приводит к неоднозначным выводам.

Известен также способ определения температуры механического стеклования, основанный на диэлектрическом методе,

путем помещения испытуемого образца в емкостной первичный измерительный преобразователь, задания частоты измерений, измерения температурной зависимости коэффициента диэлектрических потерь и определения температуры, соответствующей максимуму диэлектрических потерь, связанному с дипольно-сегментальными потерями

Однако диэлектрический метод испытаний применим, в основном, к полярным полимерам. В области температуры стеклования полимеров проявляются потери, обусловленные увеличением проводимости, что существенно осложняет анализ диэлектрометрической информации.

Целью изобретения является повышение точности определения температуры механического стеклования полимеров и расширение класса исследуемых веществ

Указанная цель достигается тем, что испытуемый полимер помещают в емкостной первичный измерительный преобразователь, задают частоту измерений, произвосл

xj i4

ho

О 00

О

.акД

дят нагрев образца с постоянной скоростью, измеряют средний квадрат напряжения тепловых электрических флуктуации на зажимах преобразователя и фиксируют температуру, соответствующую максимуму текущего среднего значения напряжения, которую и принимают за температуру механического стеклования.

На фиг.1 приведена температурная зависимость среднего квадрата U2 напряжения тепловых электрических флуктуации полимера, помещенного в первичный измерительный преобразователь емкостного типа; на фиг.2 - блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ определения температуры механического стеклования полимеров.

Способ осуществляется следующим образом.

Исследуемый образец полимера помещается в первичный измерительный преобразователь (ПИП) 1, представляющий собой плоскопараллельный конденсатор. Величина его рабочей емкости подбирается исходя из соображений обеспечения достаточной чувствительности к изменению диэлектрической проницаемости е и коэффициента

диэлектрических потерь е и устанавливается в пределах (5-15) Ф. Это достигается надлежащим выбором толщины образца полимера или площади пластин ПИП.

Термокамера 2, в которую помещается ПИП 1, является одновременно электромагнитным экраном. Тепловой режим в термокамере 2 задается с помощью блока 3, включающего задатчик температуры и нагреватели. Последние помещаются также в экран и располагаются таким образом, чтобы испытуемый образец полимера прогревался по закону, близкому к линейному. Температура ПИП, а соответственно и образца, измеряется блоком 4. включающим термопару ХК (хромель-копель) и автоматический потенциометр КСП-4.

Входной сигнал - напряжение электрических флуктуации, существующих на зажимах ПИП, поступает на широкополосный усилитель 5, в качестве которого используется резистивный усилитель с высоким входным сопротивлением (20 МОм).

С выхода 5 сигнал поступает на селективный усилитель 6, в качестве которого использован селективный микровольтметр В6-1. Измерительная информация заключена в амплитуде сигнала на частоте измерения. С выхода 6 сигнал поступает на блок 7, который выполняет функцию возведения в квадрат и интегрирования с постоянной г.

Дополнительное усреднение выходного напряжения с блока 7 производится электрон- ным самопишущим потенциометром 8 (КСП-4). Таким образом, самопишущий потенциометр 8 записывает напряжение, пропорциональное среднему квадрату напряжения электрических флуктуации, существующему на зажимах ПИП с анализируемым полимером.

При нагревании образца полимера со скоростью 1 К/мин самописцем 8 регистрируется изменение среднего квадрата напряжения электрических флуктуации на зажимах ПИП 1.

Проводилась экспериментальная проверка заявляемого способа определения температуры механического стеклования полимеров. Исследовались следующие широко распространенные полимеры: поливинилхлорид (ПВХ) марки С-70; полистирол (ПС) ударопрочный марки УПП-3.; промышленное органическое стекло ТОСП СО-120. Эти полимеры имеют различные по виду и размерам боковые группы. Существенно отличаясь и по полярности, они определяют разную структурную упорядоченность и интервалы проявления сегментальных процессов релаксации.

В таблицу сведены результаты измерения температуры механического стеклования ПВХ, ПС и ПММА (ТОСП СО-120). Испытания заявляемым способом проведены на частоте 1,5 105 Гц и в полосе 103 Гц. В таблице представлены данные по

оценке температуры механического стеклования и другими методами релаксационной спектрометрии, включая прототип.

Анализ ПВХ заявляемым способом позволил определить на частотах 1,5 105, 3 105

и 5 105 Гц и в полосе 103 Гц температуры, соответствующие максимумам величины среднего квадрата напряжения электрических флуктуации, 358, 360 и 364 К. Смещение максимума сигнала измерительной

информации при увеличении частоты измерения в сторону более высоких температур является характерным для процессов размораживания сегментальной подвижности звеньев полимера.

Использование предлагаемого способа определения температуры механического стеклования в полимерах позволит повысить достоверность анализа и его информативность, а также проводить определение

этого параметра для материалов разной полярности и химического состава.

Формула изобретения Способ определения температуры механического стеклования полимеров, заключающийся в помещении исследуемого образца в емкостной первичный измерительный преобразователь и задании частоты измерений, и измерении электрического параметра образца, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения и расширения класса исследуемых веществ, производят нагрев образца с постоянной скоростью, измеряют средний квадрат напряжения тепловых электрических флуктуации на зажимах преобразователя и фиксируют температуру, соответствующую максимуму текущего среднего значения напряжения, которую и принимают за температуру механического стеклования.

Использование: при производстве и прогнозировании свойств полимеров Сущность изобретения: исследуемый образец помещают в емкостный первичный измерительный преобразователь, задают частоту измерений, производят нагрев образца с постоянной скоростью, измеряют средний квадрат напряжения тепловых электрических флуктуации на зажимах преобразователя и фиксируют температуру, соответствующую максимуму текущего среднего значения напряжения, которую и принимают за температуру стеклования 2 ил , 1 табл

тМ С

Т

t