Устройство для определения паропроницаемости пористых материалов

нии,окна. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ АВТЬРСКОМУ СВИДЕТ 21) 3305290/18-25(71) Ордена Трудового Красного 3 ни институт физической химии АН .,и Московский ордена Трудового Кр ,ного Знамени технологический институт легкой промышленности (53) 539.217.1(088.8).(56) 1, ГОСТ-59. Метод о едел ния паропроницаемости.2Авторское свидетельство СССР М 102719, кл, С 01 И 15/08, 1953,3. Авторское свидетельство СССР В 241083, кл. С 01 Я 15/08, 1967 (прототип).(54)(57) 1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ .ОПРЕДЕЛЕ НИП ПАРОПРОНИЦАЕМОСТИ ПОРИСТЫХ МАТЕ РИАЛОВ, содержащее две камеры, разделенные испытуемым образцом, и два ЯО 1029051 А штор ныхмерах сои над омер - нкостью, друна емкостью с пвом для определглощенной им влщ е е с я темния точности опснабжено двумяментами, устанно между верхии образцом и ни образцом. размещенных в кавенно под образцом при этом одна иэ каастично заполнена жидя - верхняя,снабжеоглотителем и средстения количества поаги, отличаючто, с целью повышеределения; устройство чувствительными злевленйыми соответственм шторным затвором жним шторным затвором 2 Устройство по пч а ю щ е е с я тем, чтные элементы выполненыского моноволокна и устповерхностей образца насоизмеримом с диаметромИзобретение относится к контроль=но-измерительной технике и можетбыть использовано, например, в легкойи текстильной промышленности для определения паропроницаемости такихматериалов, как ткани, нетканые материалы, натуральные или искусственные кожи.Известно устройство для определения паропроницаемости пористых материалов типа искусственной кожи, которое содержит емкость (стаканчик) сжидкостью - источник паров, образец,герметично прижатый к фланцу стаканчика, эксикатор с поглотитетем влаги, куда помещают стаканчик, и средство для определения количества паров, прошедших через образец - чувствительные весы Ц,Однако это устройство не позволяеткорректно оценить кинетические характеристики паропроницаемости, таккак оно не содержит средств для перекрытия потока и, кроме того, определение количества прошедших черезобразец паров проводится периодически с нарушением хода всего процесса (стаканчик иэ эксикатора помещаютна весы и обратно) .Известно также устройство для определения паропроницаемости пористыхматериалов, которое представляет собой емкость с жидкостью - источникпаров, на торец которой помещают образец, герметично перекрывающий источник паров, и поглотитель, влаги 2.Однако так как это устройствосодержит только средство для определения количества поглощенной влаги,то такое устройство позволяет оценить лишь кинетику паропроницаемости,но без точной регистрации начала и 40конца процесса. Для точного определения перепада концентраций требуется измерение концентраций паров у поверхностей образца, Эти измерения, как было установлено экспериментально, должны проводиться при следующих условиях: не возмущать проходящий измеряемый поток, как можно ближе к поверхности фиксировать изменение влажности среды, мобильно реагировать на эти изменения, Таким требованиям удовлетворяет чувствительный элемент, выполненный из моноволокна, например, капронового, который в силу своего малого (10-12 мкм ) сечения, практически не создает дополнительного сопротивления измеряемому потоку, а также может быть приближен непосредственно 50 Кроме того, устройство обладает недостаточной точностью определения коэффициента паропроницаемости и малой информативностью измерений, так как не содержит средств, регистрирующих перепад концентраций паров по обе стороны образца и средства для определения количества испаренной влаги. Наиболее близким к изобретению является устройство для определения паропроницаемости пористых материалов, содержащее две камеры, разделен- 55 ные испытуемым образцом, и два шторных затвора, размещенных в камерах соответственно под образцом и над образцом, при этом одна из камер - нижняя, частично заполнена жидкостью,60 а другая - верхняя, снабжена емкостью с поглотителем и средством для . определения количества поглощенной им влаги, В устройстве имеется также средство, позволяющее регистрировать1 количество испаившейся из нижней камеры влаги 33.Недостатком известного устройства является то, что создавая перепад концентраций по Обе стороны образца, эти концентрации в известном способе непосредственно не измеряют и их перепад приравнивают разности концентраций паров над поверхностью источника и поглотителя, пренебрегая сопротивлением переносу паров, создаваемым воздушной прослойкой между источником влаги и поверхностью ббраэца, с одной стороны, и между поверхностью образца и поглотителем, с другой. Таким образом, истинный перепад концентраций, за счет которого происходит перенос паров через материал, остается неизвестным, а, следовательно, сравнительные данные по паропроницаемости различных пористых материалов, полученные при одной и той же относительной влажности паров над источником и поглотителем не являются достоверными.Цель изобретения - повышение точности определения.Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения паропроницаемости пористых материалов, содержащее две камеры, разделенные испытуемым образцом и два шторных затвора, размещенных в камерах соответственно под образцом и над образцом, и в котором одна из камер - нижняя, частично заполнена жидкостью, а вторая - верхняя, снабжена емкостью с поглотителем и средством для определения количества поглощенной влаги, снабжено чувствительными элементами, установленными соответственно между верхним шторным затвором и образцом и нижним шторным затвором и образцом.Чувствительные элементы могут быть выполнены из синтетического моноволокна и установлены у поверхностей образца на расстоянии, соизмеримом с диаметром моноволокна.к поверхности образца вплоть до расстояний, соизмеримых с диаметром мо,новолокна. Продольную деформациюрастянутого моноволокна можно фиксировать любым известным методом измерения малых деформаций, в частности визуально с помощью горизонтального оптиметра или автоматического,например, с использованием тензоизмерительной системы,На фиг. 1 схематически изображенопредлагаемое устройство на фиг. 2 -кривые, иллюстрирующие кйнетику установления перепада концентраций паровводы у поверхностей образца пористогоматериала; на фиг. 3 - кривые, иллюстрирующие кинетику испарения влагииз источника и кинетику сорбциипаров поглотителем,Устройство содержит разделенныеиспытуемым образцом 1 нижнюю и верхнюю камеры 2 и 3, шторные затворы 4,размещенную в верхней камере кварцевую спираль 5, подвешенную на спирали чашечку с поглотителем б, раз- .мещенные у поверхностей образца чувствительные элементы - синтетические моноволокна 7, репер 8 и поплавок 9.Устройство работает следующим образом,Проводят подготовительные операции. При закрытых шторных затворах 4Фиг. 1) между камерами 2 и 3 устанавливают образец испытуемого материала 1. Для герметизации полукамер ихфланцы снабжены резиновыми прокладками. Образец предварительно кондиционирован при условиях эксперимента(например, температура 20 С, относительная влажность 15). Далее заполняют источник влажности растворомсоли или кислоты, имеющим известнуювлажность насыщенных паров. Для этогораствор заливается в делительную воронку, калибруется и напускается вкамеру 2 по соединительной трубке,Затем на калиброванной кварцевойспирали 5 подвешивается ( в чашечке6) навеска поглотителя - соли сопределенной гигроскопической точкой. Таким образом создается перепад концентраций паров по обе стороны образца 1, т,е. получают потокпаров, проникающих через образецот источника к поглотйтелю. ЗатемФиксируют исходное положение чувствительных элементов 7, например,капроновых и с открытием шторныхзатворов начинают измерение параметров процесса.Концентрацию паров влаги у поверхностей образца измеряют по деформации капроновых моноволокон чувствительных элементов 7, визуальнонаблюдая за реперами 8 с помощьюгорнзонтального оптиметра,При этомчувствительный элемент должен быть . заранее прокалйброван, т.е. должнабыть определена зависимость деформации моноволокна от влажности сре-.ды. Процесс установления перепадаконцентрацией иллюстрируется приме ром, приведенным на фиг. 2, кривая.10 - под образцом, кривая 11 - надобразцом, где 9 - относительнаявлажность среды, Ъ; - - время, 30 Регистрация количества влаги,испарившейся с зеркала источника,осуществляется с помощью механотрона, чувствительный штырь которогожестко соединен с поплавком 9, по груженным в раствор, являющийся источником влаги. При известных диаметре полукамеры источника 2 и разности уровней зеркала источника находят объем жидкости, перешедшейв парообразную фазу за любой промежуток времени, что иллюстрируетсяна фиг, 3, где кривая 12 - кинетикаиспарения влаги из источника; кривая 13 - кинетика сорбции паровпоглотителем; 9 - количество влаги,мг; Д - время, мин "Р .Количество влаги, сорбированноепоглотителем, непрерывно фиксируютпо удлинению калиброванной кварцевой спирали 5, на которой подвешивается чашечка б с навеской поглотителя, за удлинением можно следитьвизуально с помощью катетометра.Эти данные свидетельствуют о количестве влаги, прошедшей через мате риал за определенцое время 1 (Фиг.3, кривая 13), Наличие двух датчиков, регистрирующих один и тот жепоток влаги позволяет, во-первых,по разности показаний двух датчиков, 40 зафиксированных в одно и то же время, судить о количестве влаги, находящейся между источником и поглотителем, что в стационарном режимеравнозначно данным о сорбционной ем кости материала. Во-вторых, при уменьшении потока влаги, проникающего через пористый материал, например, вслучае наступления режима. капиллярнойконденсации, сорбционный датчик не 50 почувствует такого изменения в силусвоего однонаправленного действияв сторону увеличения веса), в товремя как данные уровнемера оказываются более достоверными. Кроме того, пересечение продолжения стационарного участка кривой 13 с осьювремени соответствует времени запаздывания или индукционному периоду Тфиг. 3).Располагая экспериментальными данными, полученными в одном опыте, можно достаточно точно определять нетолько величину паропроницаемости,но и другие параметры. процесса переноса паров через исследуемый пористый 65 материал.,ицн / гю л ИИПИ Заказ 4948/4 раж 873 Подписное Паропроницаемость Р при определенном перепаде концентраций паров по обе стороны образца рассчитывают по формуле где дм - количество влаги, прошедшее через образец, площадью А за время 1 (по покаэаййям сорбционных весов). Коэффициент проницаемости К рассчитывают по формуле К Р/(р Р ) где р -р - перепад парциальных давлений (концентрацийпо обе стороны образца. Коэффициент диффузии Д рассчитывают по формулеЬ Д = -6 где Ь - толщина образца; Ъ - время запаздывания. ф 6/И Сорбционную емкость образца рассчитывают по формулеС = Я/М,где 5= н- м - разность количеств5 влаги,испаренной источником, н по показаниям уровнемера исорбированной поглотителем, м,И . - масса образца до испытанияПо сравнению с существующими техническими решениями, использованиепредлагаемого устройства обеспечивает те преимущества, что позволяет15 определять при строго контролируемомперепаде концентраций паров у поверхностей исследуемого пористого материала, такие параметры пористых материалов, как величина паропроницаемости, коэффициенты проницаемости .и диффузии, а также сорбционную емкость материала. Достоверное определение совокупности указанных параметровпаропроницаемости может обеспечить бо- .лее правильный выбор пористых материалов для конкретного целевого назначения. илиал ППП фПатент",