Способ определения вязко-эластических свойств полимеров

О П И С А Н И Е 267163ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республикисимое от авт, свидетельствавлено 24.Ч.1968 ( 1243720/23 Кл, 421 соединением заявкиМПК С 011УДК 620,178,152(088.8 омитет по делам орит зобрвтений и открытийпри Совете МинистровСССР Опубликовано 01.Ч,1970. БюллетеньДата опубликования описания 28.Ч 11.19 Авторыизобретения авлов и В. Н, Саракуз, Карасев, Н явител СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКО-ЭЛАСТИЧЕС СВОЙСТВ ПОЛИМЕРОВ 2 Изобретение относится к способам определения вязко-эластических свойств полимеров,например уретановых каучуков, и может найтиширокое применение как в исследовательских,так и в промышленных целях.5Известен вибрационный способ измерениявязкости жидкостей с помощью погруженногов исследуемую жидкость вибрирующего зонда,который совершает под действием постояннойпо величине грамонической силы продольные 10колебания с частотой, равной частоте колебаний возбуждающей силы, со сдвигом фазы относительно фазы возбуждающей силы, Вязкость жидкости определяют в этом способе потрем параметрам: частоте колебаний зонда, 15амплитуде колебаний зонда и фазовому сдвигумежду колебаниями зонда и колебаниями возбуждающей силы,Вибрирующий зонд является элементомэлектровибратора, представляющего собой возбуждающую и измерительную системы, соединенные друг с другом механическим стержнем.С электродинамическими системами механически соединен зонд, представляющий собойшар (или пластину), погружаемый при измерениях в исследуемую жидкость.К силовой катушке подводится напряжениеЦ = У аас зп о) 1. Во время измерений Умаас -= сопз 1, под действием которого подвижнаясистема вибродатчика совершает гармоничес- Зо кое движение колебания а=Амакс э 1 п(н 1+тр), и в измерительной катушке индуктируется э.д,с. е = Е, (з 1 пн 1+ р), где У, а, е - текущие (мгновенные) значения соответственно возбуждающего напряжения, смещения вибратора, индуктированнои э.д.с., а т тмакс Амакс Е - амплитудные значения этих величин; и = 2 т - круговая частота возбуждения; тр - фазовой сдвиг ме)кду возбуждающим напряжением и механическими колебаниями вибратора.Таким образом, вязкость жидкости характеризуется в известном способе амплитудой, частотой и фазой э.д,с., индуктируемой в измерительной катушке.Напряжение, подводимое к силовой катушке, пе изменяется по величине н не отражает измеряемого параметра.Известный способ характеризуется малым диапазоном измерений (до 10 в - 10 т пуаз), в то время как вязкость полимеров, например уретанового каучука, может достигать 10 з пуаз и более. Измерение больших значений вязкостей осложнено скольжением полимера относительно измерительных поверхностей, трудностью разделения деформаций течения, характеризуюгцих вязкость, от деформаций высокой эластичности и сложностью методики измерений. Частота возбуждения внбратора и фазового сдвига контролируется приборами,45 5 О 55 60 65 что, как правило, исключает автоматизацшо измерений.Отсутствие надлежащего сособа определения вязко-эластических свойств, например, для контроля кинетики отверждения уретапового каучука с целью определения момента готовности каучука к переработке приводит к непроизводительным энергозатратам на термостатирование каучука при отверждепиии 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, чго вязко-эластические свойства полимера определяют по величине напряжения питания вибратора (т, е. по величине возбуждающей силы), которую по мере изменения вязко-эластических свойств полимеров изменяют так, чтобы компенсировать изменение амплитуды 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 возбуждения электровибратора может использоваться очень низкая и неизменная частота возбуждения зонда 50 ги;, что позволяет запитывать вибратор непосредственно от сетки переменного тока. Значения частоты и фазы возбужденных колебаний при измерении не учитываются.Масса подвижных элементов и упругость подвесов вибратора выбираются с таким учетом, что собственная частота вибратора оказывается достаточно удаленной от частоты возбуждения. Тем самым исключаются погрешности измерения, вызванные резонансными явлениями и изменениями резонансной частоты механической системы в процессе отверждения.На фиг. 1 изображена 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 1 электровибратора подают напряжение переменного тока с частотой 50 ги, сниженное трансформатором 2 до необходимого значения, регулируемого с помощью переменного сопротивления 3 и измеряемого вольтметром.Амплитуда возникающих при этом механических колебаний зонда 4 зависит от вязко- эластических свойств среды, в которую он погружен. Для измерения этой амплитуды используют э.д.с. в измерительной катушке б вибродатчика, значение которой прямо пропорционально амплитуде механических колебаний,5 1 О 15 го г 5 30 35 4 о Поскольку сигнал в измерительной катушке пе превышает нескольких милливольт и имеет недостаточную мощность, этот сигнал предварительно усиливот в элалроном усилителе б, па выход которого подк;почеп стрелочный прибор /.Тарировку прибора можно осуществить как расчетным путем, так и путем сопоставления показаний, полученных по даому способу, с показаниями, полученными па существующих приборах.П р и м е р 1. Снятие кинетики отверждения уретанового каучука СКУ-(П,Сразу после получения жидкий уретановый каучук марки СКУП заливают в металлический стаканчик 8, который фиксируют относительно вибродатчика так, чтобы глубина погружения зонда в полимер была равна 15 ллиЗонд предварительно тщательно обезжиривают для падежого сцепления его с полимером.В термокожух 9 от ультратермостата 10 че. рез шланги 11 поступает вода с температурой 20 С. На силовую катушку электровибратора подают начальное напряжение 30 л(в, при этом э.д.с. в измерительной катушке равна 10 лхв.Через каждые 1 О лин в течение первого часа измерений, а затем через каждые 30 хин с помощью переменного сопротивления 3 увеличивают величину возбуждающего напряжения так, чтобы компенсировать уменьшение амплитуды колебаний зонда вследствие загустевания полимера. Эту амплитуду поддерживают постоянной (э.д.с. в измерительной катушке должна быть равной 10 лв).Значение возбуждающего напряжения после каждого замера заносят в таблицу. Измерение проводят в течение 48 час, что соответствует полному отверждению уретанового каучука СКУП. П р и м е р 2. Определение вязкости тиокола.Тиокол различных вязкостей заливают в стаканчик 8. В термокожух 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. при каждом измерении изменяют величину возбуждающего напряжения так, чтобы э.д.с, в измерительной катушке оставалось постоянной.Предлагаемое изобретение имеет чрезвычайно широкий диапазон измерений, что позволяет создавать модификации единого прибора автоматического контроля вязко-эластических свойств полимеров (исключается необходимость использования различных приборов для контроля начальных и конечных стадий процесса отверждения).Измерение и контроль частоты возбуждения и фазового сдвига процесса измерения исключены.Питание вибратора может осуществляться непосредственно от сети переменного тока, Ме267163 Таблица Отношениенапряжения питаняв момент измеренияк начальному У,/У; Напряжение питания, мв Время, мин фиг 1 0 12 15 18 21 24 27 30 35 40 45 60 75 90 120 165 240 1200 1320 1440 2640 30 37 42 52 60 72 90 108 120 175 200 215 255 270 280 670 720 750 1070 1 1,23 1,40 1,73 2,00 2,10 3,00 3,60 4,00 5,84 6,66 7,16 8,50 9,00 9,33 22,33 24,00 25,00 35,66 тодики измерений и приборное осуществление просты, и автоматизация измерений легка,Способ позволяет, например, снимать кинетику отверждения уретанового каучука, выяв лять 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 полу чать продукт со стабильными свойствами иэкономить энергозатраты на термостатирование каучука. Предмет,изобретения15 Способ определения вязко-эластическихсвойств полимеров, например уретанового каучука, с помощью погруженного в исследуемый материал зонда, связанного с электродинамической системой, отличающийся тем, что, с 20 целью расширения диапазона применения, овязко-эластических свойствах материала судят по величине напряжения, необходимого для питания электродинамической системы при условии сохранения амплитуды колебаний зонда 25 постоянной.267163 Лщ т Ыб ур аю ЮЮ ца Ы ПЯ Ю ЛЛф"Йг 4 8 б,О б,а юа 7 уазв Составитель А. РусаковТекред 3. Н. Тараненко Корректор Л, С. Веденеева Редакгор Н, Вирко Закаа 1999/5 Тираж 480 Подписное11 Л 1 ИИПИ Комитета по девам изобретений и открытий при Совете Министров СССРМосква, )К, Раушская наб., д. 4/5 Типография, пр, Сапунова, 2