Способ контроля степени отверждения полимерной композиции

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 130580 (21) 2923390/18-25 с присоединением заявки Но С 51)М. Кл 3 6 01 М 11/16 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения А.ф. Николаевич и Э,А. Мийлен Ленинградский институт авиационного приборостроения(54) С 11 ОСОБ КОНТРОЛЯ СТЕПЕНИ ОТВЕРЖДЕНИЯ ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИИИзобретение относится к технологии полимерных материалов и может быть использовано для определения полноты отверждения полимерных композиций.Известен резонансный вибрационный способ определения вязкоупругих свойств полимеров,в котором с целью осуществления непосредственного определения вязкости одновременно с моду Лем упругости полимера, по изменению которого можно судить о степени отверждения, частоту вынужденных колебаний изменяют до обеспечения резонанса системы "вибратор-полимер" и,15 кроме того, поддерживают постоянство произведения амплитуды механических колебаний на резонансную часто" ту Г 13.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.Иэ-за нкзкой механической добротности сис темы "вибратор-зонд-полимер" эти пик имеют весьма сглаженную форму,что так же затрудняет изменение. Все это уве личивает вероятность появления сшиб ки. Необходимость поддержания посто янной величины произведения амплиту ды на резонансную частоту требует усложнения измерительной схемы,что может привести к дополнительным погрешностям измерения. Кроме того, со людение этого требования ограничивает возможность способа и не позволяет осуществлять контроль высоковязких и жестких материалов, ибо в этом случае амплитуда колебаний зонда ма- ла, а частота его колебаний велика г их незначительные изменения сопоставимы с ошибкой измерения. Известен прибор для контроля про цесса отверждения вязких композиций в котором с целью контроля отвержде ния композиций, зонд расположен в г ле постоянного магнита так, что об эует совместно с исследуемой композ цией механический колебательный кон тур, резонансная частота которого определяет частоту колебаний автогенератдра. Прибор состоит иэ автогенератора электрических колебаний, час 894477тс.та которых зависит от величины динамического модуля сдвига отверждаемой 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 23.К недостаткам устройства следует отнести низкую точность и относи 10 тельно ограниченный круг исследуемых материалов, который охватывает, в основном, полиэфируретановые каучуки и другие вулканизируемые смеси. Поддержание постоянной амплитуды 15 колебания зонда требует мощности генератора колебаний в случае высоковяэких композиций вследствие большого сопротивления перемещениям зонда вулканиэируемой массы, что снижает Щ точность устройства. Использование в качестве выходного сигнала частоты колебаний автогенератора не дает ощутимых преимуществ перед схемами, где в качестве выходного сигнала используется, например изменение амплитды колебаний зонда при постоянной его частоте. Кроме того, измерительная схема в целом недостаточно сложна, что может привести дополнительным погрешностям измерения.30Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ определения вязко-эластических свойств полимеров, в котором с целью увеличе ния круга исследуемых материалов в качестве выходного сигнала .используют величину напряжения питания вибратора, т,е. величину возбуждающей силы, которую по мере изменения вязко- щ) эластических свойств полимера изменяют так, чтобы компенсировать изме-нение амплитуды механических колебаний 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 высоковяэкие и жесткие полимерные композиции, находящиеся в стеклообраэном 55 состоянии, Так, например, для эпоксидных компаундов условие постоянства амплитуды колебаний невыполнимо, так как физическое состояние этих полимерных композиций меняется в про- щ цессе отверждения от жидкого до твердого, а вязкость и модуль упругости меняются на 3-4 порядка, Поэтому поддержание амплитуды колебаний зонда постоянной на конечных стадиях от- у верждения невозможно, потому что потребуется 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 зонда, 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 адгеэионная 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 си-. лу, 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 полимерн 6 й 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 точность способа и одновременно расши -894477 20 Формула изобретения Составитель Е.МаллерРедактор Н. Безродная Техред И.Надь КорректорН.Швыдкая Заказ 11471/67 Тираж 910 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 рить диапазон исследуемых материалов в сторону материалов, обладающих большей вязкостью и жесткостью. Введение указанных операций позволяет . более полно и эффективно использовать возможности генератора механических колебаний иизмерительной аппаратуры.П р и м е р. Проводится контроль отверждения полимерной композиции на примере эпоксидного компаунда ЭЗК(ОСТ 4 Г 0.029.003. Материалы полимерные для герметизации изделий радиоэлектронной аппаратуры).Состав 33 К, вес.ч:Эпоксидная смолаЭД100 15Разбавитель трикрезилфосфатаОтвердитель полиэтиленполиамина 16Наполнитель пылевид- . юного кварца 40Наполнитель слюдымолотой 20Полимерная 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 5 мм. Так как время отверждения компаунда ЭЗКсоставляет 120 мин, то для получения графика, характеризующего кинетику отверждения, производится снятие отсчетов, а именно: измерение питающего тока, пропорционального40 возбуждающей силе, и амплитуды колебаний зонда через каждые 12 мин. Поэтому перед первым отсчетом устанавливался ток питания, равный 10 от максимально допустимого для данно го генератора 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, равняем 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 до 90 мин, что свидетельствует о существенном увеличении чувствительности предлагаемого способа.Использование предлагаемого способа в сравнении с известными позволяет повысить точность контроля отверждения полимерных композиций, особенно на конечных стадиях отверждения. При этом представляется возможным распространить способ на широкий круг отверждающихся материалов от йизковязких до обладающих высокими значениями вязкости .и модуля упругос- ти. Способ контроля степени отверждения полимерной композиции, основан- .ный на измерении параметров погруженного в исследуемую композицию механически колеблющегося зонда, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюувеличения точности и обеспечениявозможности контроля высоковязких ижестких композиций, по мере отверждения композиции линейно увеличиваютвеличину силы, возбуждающей колебаниязонда и одновременно измеряют амплитуду колебаний зонда, а по отношениюмгновенных значений возбуждающей силы к амплитуде колебаний зонда судято степени отверждения полимернойкомпозиции.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРУ 444092, кл. 6 01 И 11/14, 1974,2. Авторское свидетельство СССРМ 329474, кл, 6 01 И 33/44, 1972.3. Авторское свидетельство СССРР 267163, кл. 6 01 М 11/16, 1970