Способ определения пористости Советский патент 1992 года по МПК G01N15/08 

Изобретение относится к области физических методов исследования свойств материалов и предназначено для определения пористости. Может быть использовано при создании новых композитных материалов и изучении эксплуатационных свойств этих материалов.

Известен способ определения пористости, который заключается в выдержке предварительно высушенных образцов исследуемого материала в воде при-комнатной температуре, определении влагосодержания в процессе увлажнения, построении кривой кинотики водопоглоще- ния. Эксперимент заканчивается при выходе кривой кинетики водопоглощения на плато, то есть при полном насыщении образца влагой, Обьем пор находят из графика (площадь под кривой). Общая пористость определяется по отношению объема пор к полному объему пористого тела.

Аналогичным является способ определения пористости, который заключается в следующем. Высушенные до постоянной массы образцы взкуумируют до получения остаточного давления 15 мм рт ст. при Т 17.5°С, затем проводят их насыщение дистиллированной водой или иной жидкостью, не взаимодействующей с испытуемым материалом. После насыщения проводят гидростатическое взвешивание образцов в той жидкости, какой они были насыщены. Взвешенный в насыщающей жидкости образец вынимают из сосуда, протирают поверх00

со

ность х/б тканью, после чего образец взвешивают. По полученным данным определяют общую пористость образца по формуле

ПобЩ1

юо%.

где р - плотность материала образца по ГОСТ 2211-65, г/см3;

/экаж- кажущаяся плотность образца, 10 представляющая собой отношение массы сухого образца к его объему, г/см . . Кажущуюся плотность определяют по формуле:

-i rгде nricyx масса сухого образца, г;

Гонас - масса образца, насыщенного 20 жидкостью, при взвешивании его на воздухе, г;

m - масса гирь, уравновешивающих насыщенный жидкостью образец при взвеши25

вании его в жидкости, г;

рж - плотность насыщенной жидкости, г/см5,

Данные способы применимы при исследовании материалов с высокой скоростью сорбции. У полимерных композиционных 30 материалов процессы сорбции даже при повышенных температурах довольно длительны, поэтому недостатком этого способа является большая затрата времени для достижения состояния насыщения.3&

Целью предлагаемого способа является повышение производительности определения пористости полимерных композиционных материалов.

Предлагается способ определения по- 40 ристости, заключающийся в измерении вла госодержания материала при выдержке его в дистиллированной воде при определенной температуре, отличающийся тем, 4TOJ на.установочной партии материала опреде- 5 ляют пористость, например, методом выжигания, измеряют влагосодержаниэ при насыщении в момент времени гн , рассчитывают параметры уравнения линейной регрессииSO

WH - а + Ь Ро(1)

Для исследуемого материала замеряют влагосодержание Wi до момента времени

г «т , затем по формуле

55

Wfe-Wi,

,fi-JLf L A

0(214 + 1)

exp

о12т +

где W,,. - влагосодержание в момент времени т;

WH - предельное влагосодержание;

D - коэффициент диффузии;

I - толщина образца;

г-время,

используя данные по кинетике всдопогло- щения, рассчитывают WH, а пористость вычисляют по формуле Ро .

Предлагаемый способ определения пористости осуществляется следующим образом.

Экспериментальный материал представлял собой квазимонотропный углепластик КМУ-4Э с укладкой 0% на основе эпоксифенольного связующего. В качестве арматуры использована углеродная лента ЭЛУР-0,08. Для получения модельных плит установочной партии углепластика при Т 175°С создавались следующие давления прессования: р 0,1; 0,2; 0,6; 1,0 МПа. Для исключения каких-либо побочных факторов все пластины были изготовлены из одной партии препрега. Из каждой плиты установочной партии углепластика было изготовлено по 5 образцов для определения пористости Ро методом выжигания и по 5 образцов для определения текущих значений влагосодержания Wi. Значения пористости для каждой плиты приведены в табл.1.

Все образцы установочной партии углепластика перед проведением испытаний были выдержаны в термостате при Т 90°С до постоянного веса, затем помещены в емкость с дистиллированной водой при Т - 90°С. В процессе выдержки образцов в воде с помощью аналитических весов ВЛР- 200 (точность взвешивания до 0,0001 г) для каждого образца определялось текущее значение влагосодержанмя по формуле

100%,(3)

WМо

40 5 SO

55

где М0 - масса образца до воздействия воды, г; MI - текущее значение массы образца в процессе водопоглощения, г.

Образцы были выдержаны в воде до насыщения в течение 1242 ч. При обработке результатов испытаний (табл.2) было получено следующее уравнение линейной регрессии с коэффициентом корреляции R e 0,870:

WH - 0,944 + 0,751 Ро(4)

В качестве исследуемого материала использован углепластик, отпрессованный при давлении р - 0,6 МПа. Из модельной плиты были вырезаны пять образцов, е дальнейшем подвергшиеся IBM же воздействиям, что и образцы установочной партии. Разница заключалась в выдержке образцов

в воде: образцы исследуемого углепластика находились в воде в течение 240 ч. За счет этого удалось повысить производительность испытаний в пять раз. Согласно экспериментальным данным, за 240-300 ч сорбции водопоглощение углепластика составляет около 1 /2WH. Этих данных по кинетике достаточно для того, чтобы достоверно рассчитать WH.

Текущие значения влагосодержания об- разцов исследуемого углепластика приведены в табл.3.

Затем по формуле (2) для каждого образца было рассчитано WH, а с помощью уравнения (4) - пористость. Эти значения приведены в табл.4.

Среднее значение пористости по плите составило 1,61 %, что отличается от пористости, определенной методом выжигания, в среднем на 2%. Такая погрешность измере- ний полностью отвечает требованиям, предъявляемым к интенсивным измерениям и расчетам.

Формула изобретения

Способ определения пористости, за- ключающийся в измерении влагосодержания материала при выдержке его в дистиллированной воде при определенной

температуре,отличающийся тем,что, с целью повышения производительности испытаний полимерных композиционных материалов, на установочной партии материала определяют пористость, измеряют влагосрдержание при насыщении в момент времени т , рассчитывают параметры уравнения линейной регресии WH а + b Р0, для исследуемого материала замеряют вла- госодержание Wi до момента времени т«т , затем по формуле

,,

Г,-JLj- ..pf-Jkam + n

L А. 0(2 го +1J Ijz}Jгде Wi - влагосодержание в момент времени, г;

WH - предельное влагосодержание;

D - коэффициент диффузии,I - толщина образца, используя данные по кинетике водопоглощения, рассчитывают WH, а пористость выш а

числяют по уравнению Р0

Ь

2. Способ по п.1,отличающийся тем, что на установочной партии полимерных композиционных материалов определяют пористость методом выжигания.

Использование: изобретение касается определения пористости материалов. Это Достигается тем, что в установочной партии материала определяют пористость Р0, например, методом выжигания и влагосо- держание Wi до выхода кривой водопогло- щения на плато (WH) при выдержке образцов в дистиллированной воде при Т 90°С. Для момента врег.5ени гн , соответствующего состоянию насыщения, рассчитывают параметры аи b уравнения линейной регистрации WH - а + ЬРо (1). Для образцов исследуемого материала определяют изменение влагосодержания при тех же условиях, что и для образцов установочной партии, но в течение времени , соответствующего начальной стадии увлажнения. Затем используя второй закон Фика, рассчитывают WH, а пористость определяют по уравнению (1). 4 табл. сл С

Пористость углепластика КМУ-4Э, определенная методом выжигания, в зависимости от

давления прессования

Таблица 2 Предельное влагосодержание WH образцов углепластика в зависимости от пористости

30

Таблица 1

Кинетика водопоглащеиия исследуемого углепластика

Таблица 4

Расчетные значения предельного влагосодержания и пористости для исследуемого углепластика

Таблица 3