СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКО-ЭЛАСТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРОВ Советский патент 1970 года по МПК G01N11/10 

Изобретение относится к способам определения вязко-эластических свойств полимеров, например уретановых каучуков, и может найти широкое применение как в исследовательских, так и в промышленных целях.

Известен вибрационный способ измерения вязкости жидкостей с помошью погруженного в исследуемую жидкость вибрирующего зонда, который совершает под действием постоянной по величине грамоиической силы продольные колебания с частотой, равной частоте колебаний возбуждающей силы, со сдвигом фазы относительно фазы возбуждающей силы. Вязкость жидкости определяют в этом способе по трем параметрам: частоте колебаний зонда, амплитуде колебаний зонда и фазовому сдвигу между колебаниями зонда и колебаниями возбуждающей силы.

Вибрирующий зонд является элементом электровибратора, представляющего собой возбуждающую и измерительную системы, соединенные друг с другом механическим стержнем.

С электродинамическими системами механически соединен зонд, представляющий собой шар (или пластину), погружаемый при измерениях в исследуемую жидкость.

кое движение колебания :г.4„акс 81п((). и в измерительной катушке индуктируется э.д.с. е „акс (зтсог + ф), где U, а, е -текущие (мгновенные) значения соответственно возбуждающего напряжения, смещения вибратора, индуктированной э.д.с., а f/макс. .

макс - амплитудные значения этих величин; ю 2л/ - круговая частота возбуждения; ф - фазовой сдвиг между возбуждающи.м напряжением и механическими колебаниями вибратора.

Таким образом, вязкость жидкости характеризуется в известном способе амплитудой, частотой и фазой, э.д.с., индуктируемой в измерительной катущке.

Напряжение, подводимое к силовой катущке, не изменяется по величине и не отражает измеряемого параметра.

Известный способ характеризуется малым

диапазоном измерений (до IQs-10 пуаз), в то время как вязкость полимеров, например уретанового каучука, молсет достигать lOis пуаз и более. Измерение больших значений вязкостей осложнено скольжением полимера относительно измерительных поверхностей, трудностью разделения деформаций течения, характеризующих вязкость, от деформаций высокой эластичности и сложностью методики измерений. Частота возбуждения вибратора и что, как правило, исключает автоматизацию измерений. Отсутствие надлежащего способа определения вязко-эластнческнх свойств, например, для контроля кинетнкн отверждения уретанового каучука с целью определения момента готовности каучука к переработке приводит к непроизводительным энергозатратам на термостатированпе каучука прн отверлчдениии и получению каучуков с нестабильными свойствами. Целью изобретения является разработка способа вибрационного измерения вязко-эластических свойств полимеров, лишенного указанных недостатков. Сущность изобретения состоит в том, что вязко-эластические свойства полимера определяют по величине напряжения питания вибратора (т.е. ио величине возбуждающей силы), которую по мере изменения вязко-эластических свойств полимеров изменяют так, чтобы компенсировать изменение амилитуды механических колебаний зонда и поддерживать эту амплитуду неизменной. В случае контроля кинетики отверждения (плавления) величина амплитуды механических колебаний устанавливается в пределах упругих (обратимых) деформаций полимера, что обеспечивает проведение контроля отверждения от его начала до конца без разрушения структуры полимера. Для возбуждеиия электровибратора может использоваться очень низкая и неизменная частота возбуждения зонда 50 гц, что позволяет занитывать вибратор неиосредственно от сетки переменного тока. Значения частоты и фазы возбуледеиных колебаний ири измереиии не учитываются. Масса иодвил ных элементов и упругость подвесов вибратора выбираются с таким учетом, что собственная частота вибратора оказывается достаточно удаленной от частоты возбулсдения. Тем самым исключаются погрешности измерения, вызванные резонансными явлениями и изменениями резонансной частоты механической системы в процессе отверждения. На фиг. 1 изобрал :ена функциональная схема устройства для измерения вязко-эластических свойств полимеров по предлагаемому способу; на фиг. 2 - кривая отверждения; на фиг. 3 - кривая вязкости тиокола. На силовую катушку / электровибратора подают напряжение переменного тока с частотой 50 гц, снил енное трансформатором 2 до необходимого значения, регулируемого с помощью переменного сопротивления 3 и измеряемого вольтметром. Амилитуда возникающих ири этом механических колебаний зонда 4 зависит от вязкоэластических свойств среды, в которую ои погружен. Для измереиия этой амплитуды используют э.д.с. в измерительной катушке 5 вибродатчика, зиачеиие которой прямо пропорПоскольку сигнал в измерительной катушке пе превышает нескольких милливольт и имеет недостаточную мощность, этот сигнал предварительно усиливают в электронном усилителе 6, на выход которого иодключен стрелочный прибор 7. Тарировку прибора можно осуществ1ггь как расчетным путем, так и путем сопоставления показаний, полученных по данному способу, с ноказаниями, получепнымп на существующих приборах. Пример 1. Снятие кинетики отверждения уретанового каучука СКУ-7П. Сразу носле получения жидкий уретановый каучук марки СКУ-7П заливают в металлический стаканчик S, который фиксируют отиосительио вибродатчика так, чтобы глубина иогружеиия зонда в полимер была равна 15 мл-i. Зонд предварительно тщательно обезжиривают для надежного сцепления его с полимером. В термокожух 9 от ультратермостата 10 через шланги 11 поступает вода с температурой 20°С. На силовую катушку электровибратора подают начальное напряжение 30 мв, при этом э.д.с. в измерительной катушке равна 10 мв. Через калчдые 10 мин в течение первого часа измерений, а затем через каждые 30 мин с помощью переменного сопротивления 3 увеличивают величину возбуждающего напряжения так, чтобы компенсировать уменьшение амилитуды колебаиий зонда вследствие загустеваиия полимера. Эту амплитуду поддерживают постоянной (э.д.с. в измерительной катушке должна быть равной 10 Л1в). Значение возбуладающего иапряжения после каждого замера заносят в таблицу. Измерение проводят в течение 48 час, что соответствует уретанового каучука иолному отверждению СКУ-7П. Пример 2. Определение вязкости тиокола. Тиокол различных -вязкостей заливают в стаканчик 8. В термокол ух 9 от ультратермостата поступает вода с температурой 20°С. Температуру тиокола в стаканчике измеряют с помощью переносной термопары. Измерения вязкости проводят так же, как в примере 1, т. е. ири каледом измерении изменяют величину возбуждающего напряжения так, чтобы э.д.с. в измерительной катушке оставалось постоПредлагаемое изобретение имеет чрезвычайно широкий диапазон измерений, что позволяет создавать модификации единого ирибора автоматического контроля вязко-эластических свойств полимеров (исключается необходимость использования различных приборов для контроля начальных и конечных стадий процесса отверждения). Измерещ е и контроль частоты возбуледения и фазового сдвига процесса измерения исключены.

аблицатодики измерений и приборное осуществление

просты, и автоматизация измерений легка.

Способ позволяет, например, снимать кине. тику отверждения уретанового каучука, выяв5 лить вязко-эластические свойства полимеров, а также определять момент готовности уретанового каучука к переработке, т. е. точно определять время, необходимое для термостатирования каучука. Это дает возможность нолу10 чать продукт со стабильными свойствами и экономить энергозатраты на термостатирование каучука.

Предмет .изобретения

15 Способ определения вязко-эластических свойств полимеров, например уретанового каучука, с помощью погруженного в исследуемый материал зонда, связанного с электродинамической системой, отличающийся тем, что, с

20 целью расширения диапазона применения, о вязко-эластических свойствах материала судят по величине напряжения, необходимого для питания электродинамической системы при условии сохранения амплитуды колебаний зонда

25 постоянной.