Способ контроля степени отверждения полимерной композиции Советский патент 1981 года по МПК G01N11/16 

(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ СТЕПЕНИ ОТВЕРЖДЕНИЯ ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИИ

Изобретение относится к технологии полимерных материалов и может быть использовано для определения пол ноты отверждения полимерных композиций. известен резонансный вибрационный способ определения вязкоупругих свойств полимеров,в котором с целью осуществления непосредственного опре деления вязкости одновременно с моду дем упругости полимера, по изменению которого можно судить о степени отверждения , частоту вынужденных колебаний изменяют до обеспечения резонанса системы вибратор-полимер и,кроме того, поддерживают постоянство произведения амплитуды механических колебаний на резонансную частоту CID. Недостатком указаннбго способа яв ляется низкая точность и невозможность контроля высоковязких и жестких композиций, ввиду сложности подбора резонансной частоты, так как-, система вибратор-полимер может иметь несколько резонансных пиков вследствие того, что в колебании участвуют несколько деталей, имеющих собственную жесткость и массу.Из-за низкой механической добротности системы вибратор-зонд-полимер эти пики имеют весьма сглаженную форму,что так же затрудняет изменение. Все это уве личивает вероятность появления ошибки. Необходимость поддержания посто янной величины произведения амплитуды на резонансную частоту требует усложнения измерительной схемы,что может привести к дополнительным погрешностям измерения. Кроме того, сое людение этого требования ограничивает возможность способа и не позволяет осуществлять контроль высоковязких и жестких материалов, ибо в этом случае амплитуда колебаний зонда мала, а частота его колебаний велика У их незначительные изменения сопоставимы с ошибкой измерения. Известен прибор для контроля продесса отверждения вязких композиций в котором с целью контроля отвержде НИН композиций, зонд расположен в г ле постоянного магнита так, что об зует совместно с исследуемой композ цией механический колебательный кон тур, резонансная частота которого определяет частоту колебаний автогенерат ра. Прибор состоит из автогенератора электрических колебаний, частога которых зависит от величины динпмического модуля сдвига отверждае// Ой полимерной композиции, элементов цепи отрицательной обратной связи и схемы измерения и записи на диаграммной ленте частоты колебаний. Отличительной особенностью данного устройства является то, что кинетика , отверждения композиции определяется изменением частоты автогенератора 2

К недостаткам устройства следует отнести низкую точность и относительно ограниченный круг исследуемых материалов, который охватывает, в основном, полиэфируретановые каучуки и другие вулканизируемые смеси . Поддержание постоянной амплитуды колебания зонда требует мощности генератора колебаний в случае высоковязких композиций вследствие большого сопротивления перемещениям зонда вулканизируемой массы, что снижает точность устройства. Использование в качестве выходного сигнала частоты колебаний автогенератора не дает ощутимых преимуществ перед схемами, где в качестве выходного сигнала ис-пользуется, например изменение амплитуды колебаний зонда при постоянной его частоте. Кроме того, измерительная схема в целом недостаточно сложн что может привести дополнительным погрешностям измерения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ определения вязко-эластических свойств полимеров , в котором с целью увеличения круга исследуемых материалов в качестве выходного сигнала используют величину напряжения питания вибратора, т.е. величину возбуждающей силы, которую по мере изменения вязкоэластических свойств полимера изменяют так, чтобы компенсировать изменение амплитуды механических колебанлй зонда. Таким образом об изменении вязко-эластических свойств судят по изменению напряжения питания генератора механических колебаний при условии постоянства амплитуды колебаний зонда 3 .

Однако во-первых, круг исследуемых полимерных композиций ограничен вулканизируемыми материалами, находящимися в высокоэластическом состоянии (невозможно исследовать высоковязкие и жесткие полимерные композиции, находящиеся в стеклообразном состоянии. Так, например, для эпоксидных компаундов условие постоянства амплитуды колебаний невыполнимо, так как физическое состояние этих полимерных композиций меняется в процессе отверждения от жидкого до твердого, а вязкость и модуль упругости меняются на 3-4 порядка. Поэтому поддержание амплитуды колебаний зонда постоянной на конечных стадиях отверждения невозможно, потому что 1потребуется очень большая мощность генератора колебаний,Кроме того,при больших амплитудах колебаний зонда на конечных стадиях отверждения возможен отрыв отверждающейся композиции от зонда вследствие высоких напряжений среза. Во-вторых этот способ обладает низкой точностью контроля степени отверждения при больших вязкостях (свыше 10 пуаг),так как при малых амплитудах колебаний зонда для достижения необходимой чувствительности потребуются сложные и дорогие измерительные устройства, ухудшается помехоустойчивость, а это приводит к низкой точности измерений.

Цель изобретения - увеличение точности и обеспечение возможности контроля высоковязких и жестких композиций ,

Указанная цель достигается тем, что в известный способ контроля, основанный на измерении параметров погруженного в исследуемую композицию механически колеблющегося зонда,линейно увеличивают величину силы возбуждающей колебания зонда и одновременно измеряют амплитуду колебаний зоцда, а о степени отверждения композиции судят по отношению мгновенных значений возбуждающей силы к амплитуде колебаний зонда.

На начальной стадии отверждения, когда полимерная композиция находится в жидком состоянии, величина возбуждающей силы невелика. При этом амплитуда колебаний зонда не превышает допустимую величину и не нарушается адгезионная связь между зондом и полимером. На конечных стадиях отверждения, когда полимер становится жестким для достижения доста-точной для измерения амплитуды, необходима максимальная величина возбуждающей силы. Таким образом, постепенно увеличивая возбуждающую силу, например, ступенчато перед каждым последующим снятием отсчетов, представляется возможность измерять амплитуду колебаний зонда в более широком диапазоне вязкости и жесткости исследуемой полимерной композиции. Отношение возбуждающей силы к величине амплитуды колебаний зонда является величиной более чутко реагирующей на изменение вязкости и жесткости полимернбй композиции, чем каждыйиз этих параметров, .взятый отдельно.Таким образом, постепенное наращивание возбуждающей силы до предельно возможного значения (определяемого параметрами установки) на конечных этапах измерений и использования в качестве критерия степени отверждения отношения возбуждающей силы к амплитуде колебаний зонда позволяет увеличить точнос-рь способа и одновременно растирить диапазон исследуемых материалов Е сторону материалов, обладающих большей вязкостью и жесткостью. Введение указанных операций позволяет более полно и эффективно использоват возможности генератора механических колебаний иизмерительной аппаратуры.

Пример. Проводится контроль отверждения полимерной композиции на примере эпоксидного компаунда ЭЗК-25 (ОСТ 4ГО.029,003, Материалы полимерные для герметизации изделий радиоэлектронной аппаратуры). Состав 33 К-25, вес,ч: Эпоксидная смола ЭД-20100

Разбавитель трикрезилфосфата20

Отвердитель полиэтиленполиамина 16 Наполнитель пылевидного кварца40 Наполнитель слюды молотой 20 Полимерная композиция объемом 30 см заливается в измерительную ячейку, где поддерживается температура 70° С в соответствии с рекомендуемым технологическим режимом. Над измерительной ячейкой устанавливается электродинамическая система, состоящая из генератора механических колебаний (мощностью 5 Вт), жестко связанного с зондом и измерительной катушкой. При этом зонд погружается в исследуемую композицию на S мм. Так как время отверждения компаунда ЭЗК-25 составляет 120 мин, то для получения графика, характеризующего кинетику отверждения, производится снятие отсчетов, а именно: измерение питающего тока, пропорционального возбуждающей силе, и амплитуды колебаний зонда через каждые 12 мин. Поэтому перед первым отсчетом устанавливался ток питания, равный 10% от максимально допустимого для данного repiepaTOpa механических колебаний (0,1 А), перед вторым отсчетом - ток равный 20% от максимально допустимого, т.е. 0,2 А и т.д. Десятый и последующие отсчеты .снимаются при максимальном токе вибратора, равнйм 1 А. .

По значениям отношений тока питания к амплитуде колебаний зонда строится график, характеризующий кинетику отверждения компаунда. Было отмечено изменение степени отверждения вплоть до 160 мин. Для получения сравнительных данных параллельно проводится контроль отверждения этой же полимерной композиции известным способом. Изменение степени отверждения удалось зафиксировать только

o до 90 мин, что свидетельствует о существенном увеличении чувствительности предлагаемого способа.

Использование предлагаемого способа в сравнении с известными позво5ляет повысить точность контроля отверждения полимерных композиций, особенно на конечных стадиях отверждения , При этом представляется возможным распространить способ на широкий

0 круг отверждающихся материалов-от низковязких до обладающих высокими значениями вязкости и модуля упругости.

Формула изобретения

Способ контроля степени отверждения полимерной композиции, основан- ; ный на измерении параметров погруженного в исследуемую композицию механически колеблющегося зонда, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности и обеспечения возможности контроля высоковязких и жестких композиций, по мереотверждения композиции линейно увеличивают величину силы, возбуждающей колебания зонда и одновременно измеряют амплитуду колебаний зонда, а по отношению гновенных значений возбуждающей силы к амплитуде колебаний зонда судят о степени отверждения полимерной композиции.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Авторское свидетельство СССР № 444092, кл, G 01 Ы 11/14, 1974,

2,Авторское свидетельство СССР W 329474, кл. G 01 N 33/44, 1972,

3,Авторское свидетельство СССР № 267163, кл. 6 01 N 11/16, 1970 (прототип),