СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ДИФФУЗИИ ЖИДКОСТЕЙ И ПАРОВ ЧЕРЕЗ ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ Советский патент 1967 года по МПК G01N13/00 G01N15/08 

Известны способы определения коэффициента диффузии жидкостей и паров через полимерные материалы измерением количества продиффундировавшего пара или парциональиого давления с последующим расчетом коэффициента диффузии по известным зависимостям.

Предлагаемый способ позволяет повысить точность определений. Для этого полимерные материалы подвергают сжатию и измеряют величину изменения поверхностной микротвердости в различных точках сжатого материала.

Способ основан па регистрации изменения механических свойств полимера при взаимодействии его со средой. Определение скорости и глубины проникновения среды в полимер осуществляется измерением во времени поверхностной микротвердости иа различном удалении от поверхности контакта среды с полимером.

Измерение микротвердости осуществляют на электронном микротвердомере УМТ-1. Прибор работает иа принципе регистрации глубины погружения индикатора в испытуемый образец под действием постоянного груза. Особенностью прибора является возможность регистрации очень малых (0,5-200 мк) перемещений индикатора в материале при постоянном временном цикле нагружения малыми грузами (50-300 г). При этом цикл нагружеиия происходит автоматически. Набор грузов и индентеров различной толщины в приборе позволяет измерять микротвердости как жестких, так и мягких пластмасс. Микротвердость характеризуется глубиной погружения индентера в материал. Изменение микротвердости в процессе набухания характеризуется относительной величиной:

.,

где

среднее значение глубины погружения индентера в материал до воздействия среды на образец, мк;

h- - среднее значение глубины погружения индентера в материал после набухания образца в течение времени т, мк.

Способ определения коэффициентов диффузии по мнкротвердости заключается в следующем.

Испытуемый образец полимера зажимают в специальном приспособлении - струбцине. Относительная деформация образца при его сжатии ограничена. Сжимают образец с помощью лабораторного масляного пресса, который дает возможность также регистрировать усилие сжатия. В процессе испытания возможно значительное пос.пойное насыщение полимера средой, в результате чего среда будет улетучиваться через отверстия индентера. В этом случае отверстие заполняют фтористой смазкой, индифферентной к среде.

Испытуемый полимерный образец номещают в струбцину. Внутрь ее заливают среду, струбцину герметизируют и оставляют иа длительное время при онределеиных температурах (-20 -f 80°С) испытания в снаряжеииом состояиии. Периодически через равные интервалы времени измеряют микротвердость в различных местах иолимерного образца.

По результатам изменення микротвердости в определенных точках образца во времени рассчитывают коэффициенты диффузии. Для каждого температурного режима иснытания определенного полимера снаряжают одну контрольную струбцину без среды.

Тииовой график изменения микротвердости образца во времени при действии среды на полимер приведеи на фиг. 1.

Кривая / характеризует измеиенне микротвердости иолимерного образца в сжатом состоянии во времени без воздействия среды (контрольная струбцина), кривая 2 характеризует те же изменения иа расстоянии 4 от поверхности контакта со средой, а кривая 3- на расстояипи /i ;/2-Ti и Та - время, за которое среда проникает соответственно на расстояния /1 и /2, и микротвердость в этих точках сжатого полимерного образца начннает изменяться.

Таким образом, данная зависимость имеет характериые точки, по которым можно определить время проникновения ереды в нолимер на различную глубину. Зная расстояние / от края образца до измеряемой точки и время т до установления равновесного ироцесса (прекращение изменения поверхиостпой микротвердости), можио с достаточной точностью

коэффициент диффузии D по фор/

D6

Способ был ировереи на ряде полимериых материалов (полиэтилен, фториласты 4 и 5 и др.) нри различных степенях сжатия и равных температурах в условиях воздействия разнообразиых сред (ортоксилол, керосин, 98%-ная азотная кислота и др.).

На фиг. 2 показана кииетика набухания (изменение микротвердости) полиэтилена ПО-100 в ксилоле при различных (а, б, в относительных деформациях.

В таблице приведены значения коэффициентов диффузии, онределенные предлагаемым методом и хорошо согласуемые со значениями, определенпыми обычным весовым мето

Предмет изобретения

Споеоб определения коэффициента диффузии жидкостей н паров через полимерные материалы, отличающийся тем, что, с целью повыщения точиости определений, полимерные материалы подвергают сжатию и измеряют величину изменения новерхностной микротвердости в различных точках сжатого материала.

;% 1

Bh°/.

....... , . T, we

Измерения HO расстоянаа

- Изг1еРения на расстоянии L 4/у/у

- Изменение mffpo/nSep ocmi/ ез ,/

Tji/ac иг.2