Способ измерения густоты пространственной сетки полимерного связующего в композиционном материале Советский патент 1992 года по МПК G01N11/00 

Изобретение относится к способам определения физико-химических характеристик, а именно густоты пространственной сетки в сшитом полимерном связующем композиционного материала, и может быть использовано в производстве резино-тех- нических и других композиционных материалов; а также в нау«но-исследовательской практике.

Известен способ измерения густоты пространственной сетки в полимерном связующем композиционного материала путем измерения равновесной степени набухания образца материала в различных растворителях, расчете густоты пространственной сетки ve по формуле

- In ( 1 - V2 ) + V2 + НЛ#

Ve -i1

Vi(V2vg)1/3-AVa.

где /2 - объемная доля геля полимерного связующего в набухшем композиционном

материале; Н - параметр взаимодействия полимер-растворитель; Vi - молярный объем растворителя; Vo - объемная доля геля в набухшем полимерном связующем, f - функциональность узла разветвления.

Недостатками этого способа является необходимость предварительного измерения параметра взаимодействия полимер- растворитель при обязательном присутствии используемого наполнителя, подбора растворителя, который, с одной стороны, являясь хорошим для полимерного связующего, с другой не растворял бы наполнитель и не поглощался им в процессе набухания; невозможность количественного учета доли растворителя заполни ели его вакуоли между полимером и наполнителем образуемые при набухании полимера w отрыва его от поверхности наполнителя, а также возможность неконтролируемой деструкции пространственной сетки полимерного связующего при его набухании. Отсюда большая продолжительность измесл

N

00

00 О

«оЛ

«rfiA

рения (до нескольких суток) и невоспроизводимость (до ±100%) измеряемых величин.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ измерения густоты пространственной сетки путем определения модуля эластичности при сжатии предварительно набухшего в растворителе образца композиционного материала и расчете искомой величины по формуле

„h-S -f

ФВ D2 R Т

где h - высота набухшего образца; S - тангенс наклона прямой спаддеформация;

(1 Фв

Фз ч 1/3

)1/3/(1 -Фз)

2/3,

Фз - объемная доля в полимере, Фв объемная доля геля без наполнителя; D - диаметр исходного образца; R -универсальная газовая постоянная; Т - температура.

Недостатками этого способа является необходимость предварительного измерения параметра взаимодействия полимер- растворитель при обязательном присутствии используемого наполнителя, подбора растворителя, который, с одной стороны, являясь хорошим для полимерного связующего, с другой не растворял бы .наполнитель и не поглощался им в процессе набухания, невозможность количественного учета доли растворителя, Заполнившего вакуоли между полимером и наполнителем, образуемые при набухании полимера и отрыва его от поверхности наполнителя, а также возможность неконтролируемой деструкции пространственной сетки полимерного связующего при его набухании.

Целью изобретения является сокращение времени измерения, повышение точности и безопасности.

Указанная цель достигается тем, что в способе измерения густоты пространственной сетки полимерного связующего в композиционном материале, включающем деформирование образца, по величине которого судят о густоте пространственной сетки полимерного связующего, образец не набухшего ком з и ц и о иного материала предварительно нагревают по линейному законуоткомнатной

температурысначала

в дилатометрическом режиме, затем после выхода на режим линейного расширения прикладывают нагрузку с помощью полусферического зонда, измеряют глубину погружения зонда в образец, а густоту пространственной сетки полимерного связующего в композиционном материале рассчитывают по формуле

O-VVP

R

1/2

н 3/2

)

R -TV

где /г- коэффициент Пуассона; Р - нагрузку; RO - радиус зонда; Н„т глубина погружен зонда; R - универсальная постоянная; температура.

Сущность изобретения заключается ц

следующем.

Образец композиционного материала, в котором полимерное связующее находится в сшитом состоянии, в форме цилиндра диаметром 3-5 мм и высотой 3-10 мм или

куба с размерами граней 3-5 мм помещают в измерительную ячейку прибора УИП-70 без приложения нагрузки, но с помещенным на образец зондом, нагревают со скоростью сканирования температуры 0,6-10

град/мин и выписывают прямую линейного расширения образца композита. Далее прикладывают нагрузку Р в диапазоне 0,5-150 г (в зависимости от степени сшивания полимерного связующего, деформация которого Ныне выше упругого деформирования) и при той же скорбсти нагревания, что и на первом, выписывают фрагмент термомеханической кривой, т.е. плато высокоэластич- ности.Междупродолжением

дилатометрической прямой и плато высоко- эластичности при температуре Х определя- ют величину На,, подстановкой которой в уравнение

ve (1 -Д2) Р

4 R

1/2

be

R -Te

определяют густоту пространственной сетки полимерного связующего композита.

Пример 1, Образец композиционного материала, состоящего из мелкодисперсного алюминиевого порошка марки АСД-4 (23 мас.%) и полимерного связующего на основе пластифицированного трансформаторным маслом политубадиенового каучука, отвержденного 1 % хиноловом эфире, в виде цилиндра диаметром 5 мм и высотой 4 мм устанавливают о термоблок УИП-70. На него помещают кварцевый полусферический зонд1 с RO 2 мм и нагрезают от комнатной температуры со скоростью 5 град/мин, выписывают дилатометрическую прямую и при 60°С прикладывают нагрузку Р 2,2 г и выписывают плато высокоэластичности при

v-4

см, чему соответствует моль/см .

ve 0,030-10

температуре его начала 1, 65°. Деформация образца (полимера) измеряется между продолжением дилатометрической прямой и плато высокоэластичности Нл 0,0154 см, чему соответствует ,173 мол/см .

П р и м е р 2. Образец композиционного материала, полученного как в примере 2, но при 58 мае. % АСД-4 и тех же условиях испытания нагревают от комнатной температуры до 73°С в дилатометрическом режиме, нагружают грузом Р 2,2 г и выписывают плато высокоэластичности. При Т„ - 80°, И-л- 0,0135 , чему соответствует ,20 мол/см.

Пример 3. Образец композиционного материала, как в примере 1, но при 85 мас.% АСД-4 и тех же условиях испытания, нагревают от комнатной температуры до 80°С в дилатометрическом режиме, нагружают грузом Р 10,2 г и выписывают плато высокоэластичности приТ +127°С, H,fO,00915 см, чему соответствует ve 1,44 мол/см3.

Пример 4. Образец композиционного материала, состоящего из 20 мас.% перхло- рата аммония (ПХА) и пластифицированного трансформаторным маслом полибутадиенового каучука, от вержденного 1 % хинолового эфира, в виде цилиндра высотой 5 мм и диаметром 6 мм испытывают также, как а примерах 1-3, при Р 2,0 г, Т.„ 40°С, Н 0,0195см, чему соответствует ,118 10 моль/см3.

Пример 5. Образец композиционного материала, как в примере 4, но содержаки- ем 50 мас,% ПХА, при Р 2 г, TU 40°С, Н 0,0264 см, чему соответствует ve 0.075ИО 4 мол/см3.

Пример 6. Образец композиционного материала, как в примерах 4-5, но при 70 мас.% ПХА, при Р 1 г, Т 55°С, Н, 0,030

10

15

20

5

25

35

30

Результаты измерений в сопоставлении сихгрольными определениями ц методом набухания в тетрагидрофуране приведены в таблице.

Как видно из таблицы, значения густоты пространственной сетки полимерного связующего в композиционном материале, измеренные предлагаемым способом, совпадают с данными, полученными контрольным методом, При этом воспроизводимость значений ve в несколько раз выше, а время одного измерения в десятки раз меньше.

Ф--0 рмула изобретения

Способ измерения густоты пространственной сетки полимерного связующего в композиционном материале, включающий деформирование образца, по величине которого судят о густоте пространственной сетки полимерного связующего, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью повышения точности и сокращения продолжительности измерения, образец ненабухшего композиционного материала предварительно нагревают по линейному закону от комнатной температуры вначале в дилатометрическом режиме, затем после выхода на режим линейного расширения, прикладывают постоянную нагрузку с помощью полусферического зонда, измеряют глубину погружения зонда в образец, а густоту пространственной сетки полимерного связующего в композиционном материале рассчитывают по формуле:

п-У)-р

R

1/2

Н

3/2

R -Тс

где 1-1- коэффициент Пуассона; Р - иагрузка;

Ro - универсальная посюянная; TV, -температура.

Использование: в производстве резинотехнических и других композиционных материалов. Сущность изобретения: образец композиционного материала предварительно нагревают от комнатной температуры по линейному закону сначала в дилатометрическом режиме, затем после выхода на режим линейного расширения прикладывают постоянную нагрузку с помощью полусферического зонда, по глубине погружения которого определяют густоту пространственной сетки полимерного связующего. 1 табл.