Способ определения стойкости полимеров к разрушению Советский патент 1981 года по МПК G01N25/20 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТОЙКОСТИ ПОЛИМЕРОВ К РАЗРУШЕНИЮ

I

Изобретение относится к физической химии полимеров , в частности к исследованию физических свойств полимерных материалов и изделий на их основе с помощью термодинамических методов, и может быть использовано для прогнозирования их долговечности.

Для изделий, предназначенных для длительной эксплуатации, прямая оценка их шэлговечности в эксплуатационных режимах не может быть осуществлена в силу необходимости проведения очень длительных испытаний. Так, например, для кабельных-изделий такие испытания могут продолжаться более 12 лет. В связи с этим возникает необходимость в разработке способов ускоренных определений стойкости к разрушению.

Известны ускоренные методы, основанные на использовании температурновременной и других воздействий,и заклюкающиеся в том, что испыта ния образцов проводят при нескольких температурных режимах, более жестких по сравненшо с эксплуатационными. При этом фиксируются моменты отказов, соответствующие критической величине параметра S 1 .

Однако этот способ определения С7 ойкости к разр5Ш1ению имеет большую трудоемкость и материалоемкость. Для проведения, например, стандартных испытаний требуется до 100 м кабеля или провода, а сами испытания продолжаются

10 ЗООО - 5ООО ч.

Необходимо отметить также, что для полимеров гипа полиэтилена этот способ малоэффективен, так как эксплуатационная

15 температура и температура размягчения отличаются незначительно. Это не позво ляет подучить за счет повышения испытательной температуры большого выигра- ша во времени.

20

Аналогичными недостатками обладают ускоренные методы, основанные на вибронапрял енно- и влаговременном воздейсг-

ВИИ. 38 Если в качестве прогнокчируемого параметра S выбираются молекулярные характеристики, то практически невозможно установить существенные корреляционные связи между молекулярными характеристиками и изменением эксплуатационных свойств полимерных материалов или изце ЛИЙ на их основе. Это затрудняет практическое использование таких способов определения стойкости полимера к разрушению. Наибоше близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ, заключающийся в физическом воздействии в течение некоторого промежутка времени и периодическом контроле эксплуатационной и/или молекулярной характеристики образца 23 . Недостатки этого способа заключаются в его продолжительности и недостаточно ВЬ1СОКОЙ ТО ШОСТИ. Цель изобретения - ускорение и по вышенпе точности определения стойкости полимеров к разрушению. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения стойкости полимеров к разрушению путем физического воздействия в течение некоторого промежутка времени и периостческогб контроля эксплуатационной п/ипн молекулярной характеристикиобразца полимера, контролируемой характеристикой является энтальпия плавления изменению которой судят о стойкости полимеров к разрушению Теоретический анализ процессов старения, а также экспериментальные данные свидетельствуют о том, что о степени несравненности материала ( об увеличении свободной энергии), которая растет по мере старения последнего, можно судить по величине энтальпии плавдания Н, Величина Н определяется как площадь кривой изменения теплбемкости полимера в процессе его плавления. В свою очередь, анализ К1шетичесКих закономерностей процесса старения материала позволяет установить зависимость ,велз1чины Н от времени старения. Корректность теоретических построени и возможность использования зависимости величины Н от времени старения для определения стойкости к разрушению полимеров наглядно иллюстрируется экспеpи eнтaльными данными Пример. Проводится прогнозиро вание долговечности амфорно-крисгаллическкх nomiMepoB со сфероллтной надмо3екулярной структурой на образцах в виде ленки из полиэтилена низкой плотности арки 107-О2 К толщиной 200 мкм и зделий на их основе в виде кабелей марки К 50-4-15 с изоляцией того же полиера. Данные образцы подвергаются воздействию внешних факторов в виде ультраиолетового излучения посредством кваревой лампы типаТиН55йАМ , расположенной а расстоянии 4ОО мм от образцов. Макимум интенсивности лампы при длине волы 365 им. Испытания проводятся на выборках из пяти образцов. Минимальное время испы- таний, равное 250 ч, определяется по окончанию индукционного периода,, определяемого кривой Н ( ), и началу уве- личения указанного параметра. На протяжении всего времени испытаний, меньшем срока службы изделий, периодически снимается по;-одному образцу с ипытаний и определяется величина его энтальпии для данного момента времени. Для измерения используют взятые с испытуемых образ цов достаточно мелкие навесы массой 6-12 мгл, которые плотно укладывают в кювету измерительного прибора. При изготовлении навески и ее укладке в кювету необходимо следить за тем, чтобы не допустить смятия кусочков полимера, предназначенных для измерения, так как сильное механическое воздействие привести к неточности в измерении. Кювета с навеской полимера помещается в дифференциальный сканирующий .микрокалориметр типаВЗС -1В фирмы Pefkin - Егпег и проводятся измерения энтальпии плавления Н. Результаты измерений энтальпии плавления этих образцов в обобщенном виде пp шeдeны в таблице. Подученные данные заводятся на ЭЦВМ БЭСМ-6 и по программе Тундра рассчитываются эмпирические коэффициенты ,.Ha основании чего строится вся зависимость энтальпии плавления от времени. Сопоставление полученной зависимости с имеющейся позволяет спрогнозировать долговечность материалов 5, по уровню (О,8-О,9) до 48О 490 ч. С целью проверки го шости прогноза образцы пленок подвергаются тому же воздействию до появления на их поверхности микротрешин. Таким образом, момент появления трещин (490 ч) при, пря мой имитации cooTBeTcteyeT прогнозируемому. В соответствии с предлагаемым способом проводится оценка точности Прогноза путем набора статистических данны Разброс предельных отклонений не -превышает .10%. На фиг. 1 приведены зависимости Нр. СЕ) для tineHoK полиэтилена толщиной 2ОО мкм (кривая 1-УФ - облучение}кривая 2 - -f об лучение; кривая 3 - воздействие тепла (95°С); на фиг. 2 - зависимости H (t:), снятые при воздействии повышенной температуры (кривая 4 - изоляция привода МПИ; кривая 5 - гранулы полиэтилена; кривая 6 пленки толщиной 20 мкм. Предложенный способ определения стойкостик разрушению может быть использован в различных областях, где используются аморфно-кристаллические полимеры со сферолитной надмолекулярной структурой, например, попиэтилэн и изделия на юс основе. Особенно эффективно использование предложенного способа для прогнозирования долговечности кабельных изделий в 3« процессе их эксплуатации, где он поаволяет расширить область применения методов прогнозирования долговечности полимерных мат иалов; сократить в сотни раз расход материала при испытанижсх; уменьшить в 2-3 раза труцоемкость испытаний; производить грогноз непосрег ственно на объектах эксплуатации кабельных изделий; повысить на 10% точность испытаний. Формула изобретения Способ определения стойкости полимеров к разрушению путем физического воздействия и периодического контроля эксплуатационной и/или молекулярной характеристики образца полимера, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью ускорения и повышения точности определения, контролируемой характеристикой является энтальпия плавлэния, по изменению которой судят о; стойкости полимеров к разрушению. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе I. Монтажные провода для радибэлек- тронной аппаратуры. Под ред. Л. И. Кранихфельда. Изд. 2-е, М., Энергия, 1973, с, 169-196. 2.Виноградская Е. Л. и др. Пластические массь1,Г97Т, N 5, с. 51-52 (прототип).

м

/

X

200

300 500 700 iOQO

г

2000 3000

; г /

..о

/

/

4f

I,ЦГ. ,,.

600 700 iOOO

,

|„ . I

2000 3000 4000 6000 8000 пТ

2Z