Способ определения диффузионной проницаемости материалов

(22) Заявлено 23,02,78 (21) 2585116/18-25с присоединением заявки Мо(51)М. Кл. С 01 М 13/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(72) Авторы изобретения Г. А. Иванов и А. А. Жуховицкий 71) Заявите Чувашский государственный университ(5 М) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИФФУЗИОННОЙ ПРОНИЦАЕМОСМАТЕРИАЛОВ аналитиужит ти раз 5 иф ри тот способ не обладаеткоростью и точностью.етения - ускорение ичности определения проИзобретение относится к ческому приборостроению и сл для определения проницаемос личных материалов компонентами га зовых и жидких сред, может быть использовано также для определения коэф" фициентов диффузии компонентов в рассматриваемых материалах.Известны способы определения.диффузионной проницаемости материалов компонентами газовых или жидких сред, при которых образец из исследуемого материала помещают между камерами с различными исходными концентрациями компонента, и различными методами 1 определяют количество компонента, прошедшего через образец-мембрану или поглощенного им. В одних случаях о количестве прошедшего компонента судят по изменению электросопротив ления специально введенного промежуточного слоя, в других изменение со временем концентрации компонента в камерах определяют полярографически, используют для этого также изме нение формы образца и т.д. (1 1.В известных устройствах измеряемая величина изменяется со временем и для нахождения результата требуется ,определенная обработка получаемых 3 зависимостей. В процессе измерения изменяются концентрации компонента в образце и их градиенты. Следовательно, результат является некоторым усреднением в диапазоне условий. Если имеется концентрационная.зависимость коэффициента диффузии компонента в исследуемом материале,то погрешность такого определения очевидна. Кроме того, большинство известных способов требует достаточно продолжительных измерений.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения диффузионной проницаемости материалов, заключающий-. ся в помещении мембраны иэ исследуемого материала между двумя камерами, заполненными жидкостью или газом с проникающим через мембрану компонентом, и определении величины д фузионного потока через мембрану и постоянном перепаде концентраций в камерах, по которой судят о проницаемостк 21.Однако и эдостаточной сЦель изобрувеличение тоницаемости.Поставленная цель достигается эасчет того, что в способе определениядиффузионной проницаемости материалов,э аключающимся в помещении мембраны иэ исследуемого материала между двумя камерами заполненными жидкостьоили газом с проникающим через мембрану компонентом, и определении величины диффузионного потока через мембрану при постоянном перепаде концентраций в камерах, по которой судят о проницаемости, измеряют температуры противоположных поверхностеймембраны и по их разнице находят величину диффузионного потока,Разности температур противоположных поверхностей и мембраны возникают за счет выделения теглоты адсорбции и поглощения теплоты десорбции,при этом не требуется снимать временную зависимость измеряемого параметра.На фиг. 1 изображена схема осуществления предлагаемого способа, на фиг, 2 - пример его реализации.Мембрана 1 из исследуемого материала, разделяет камеру 2 с парциальным давлением вещества-диффуэанта Р и камеру 3 с парциальным давлениемтого же вещества (Р + ьР). В силу различных значений равновесной адсорбции вещества на правой и на левой поверхностях мембраны через последнюю протекает диффузионный поток молекул вещества справа налево. В установившемся режиме этот поток ранен потоку адсорбции из правого объема на правую поверхность мембраны и десорбционному потоку с левой поверхности в левый объем, Так как адсорбция сопровождается выделением тепла, а десорбция - его поглощением, правая половина мембраны нагревается, леОвая - охлаждается. Установившийся перепад температуры аТ пропорционален теплоте адсорбции (десорбции) и величине диффузионного потока 3 в единицу времени. Этот поток тем больше, чем больше перепад парциальных давлений и чем больше коэффициент проницаемости Р. КоэфФициент проницаемости равен массе вещества-диффузанта, проходящего за единицу времени через пленку материала единичныхтолщин и площади при единичном перепаде парциальных давлений диффузанта.ТаКим образом, величина диффузионного,потока 3 вещества через мембрану толщиной 6 и площадью 5 опреде-.ляется выражением мольМС Р бД ВРЕМЕНЮ40 где М - молекулярный вес диффузанта., Установившийся перепад температу- ры ОТСО находят из того условия, что он обеспечивает равенство между адсорбционным (десорбционным) потоком тепла и потоком тепла через мембрану за счет теплопроводности.Так как адсорбционный поток молекул равен диффузионному потоку д для адсорбционного потока тепласС Кс=И Р р ьргде Л - теплота адсорбции.Поток тепла через мембрану, эа счет теплопроводности Й 8/д 13 теп определяется перепадом температуры и коэффициентом теплопроводности материала мембраныМИз равенстваЗО Й 1 =ДЯ (дфнаходятСледовательно, зная коэффициент теплопроводности материала,.молекулярный вес и теплоту адсорбции веществадиффузанта , однозначно определяют коэффициент проницаемости Р по перепаду температуры на мембране,измеренному при заданном перепаде парциальных давлений Рдиффуэанта.Установившийся перепад температуры не зависит от размеров мембраны,что упрощает реализацию способа.Создавая одинаковые перепады (Р) парциальных давлений при различных абсолютных парциальных давлениях Р, можно изучать зависимость проницаемости, следовательно и коэффициента диффу:ии, от концентрации.Предлагаемый способ может быть реализован, в частности, с использованием набивной кассеты для исследуемого материала,элемент которой показан на фиг. 2. Цифрой 4 обозначена основа кассеты, выполненная в виде изолирующей .пластины, цифрой 5 окна кассеты, заполняемые исследуемым материалом (показаны штриховкой), Цифрами б и 7 обозначены пленки вещества, образующих термопары на одной и на другой поверхностях мембран (контакты веществ обозначены точками, термопары на противоположной стороне показаны штриховой линией), Термопары одной перемычки включены встречно, пары термопар всех перемычек включены последовательно. Таким образом, ЭДС, снимаемая с электродов рассматриваемого элемента, пропорциональна разности температур поверхностей элемента и количеству пар термопар. Современная технология позволяет на площади 1 смразместить несколькодесятков перемычек с термопарами при отношении площади окон ко всей площади элемента порядка 0,6-0,8, при этом освоено изготовление многослойных термопар. Элемент мембраны площадью 1 см ,с плотностью размеще 2ния двухслойных термопар 20 см- при использовании пар сурьма-висмут (ЭДС порядка 10 мкВград ") обеспечивает чувствительность к перепаду температуры 4 мВ/град. 5 Рассмотрим для примера последова 25 тельность определения проницаемости парами воды поли- Г -капролактама (капрона). Окна кассеты заполняют капроном. Мембрану, состоящую из 9 элементов (чувствительность к перепа- З ду температуры 36 мВ/град) помещают между камерами, парциальное давление паров воды в одной О, в другой 100 мм рт.ст. Измеряют ЭДС батареи термопар, равную 180 мкВ, по ней находят перепад температуры на мембране 5 10 С. Используя формулу для ь.Т о 1 ОКассета, набранная из рассмотренных элементов, заполненная исследуемым материалом, размещается между камерами с отличающимися парциальными давлениями вещества-диффузанта.Батареи термопар всех элементов (на количества элементов ограничения нет) соединяются последовательно, результирующую термоэдс измеряют и по ней определяют перепад температуры. По- . 29 правку находят в процессе калибровочных измерений с материалом, проницаемость и другие характеристики которого известны. и известные значения Л , Н , М, ,Рнаходят искомую проницаемость Предлагаемый способ имеет следующие преимущества по сравнению с известными способами он проще, так какне требует снятия временных зависимостей и их обработки, обеспечиваетизмерение проницаемости в условпхнеизменного распределения концентраций, позволяет определять концентрационную зависимость коэффициента диффузии.формула изобретенияСпособ определения диффузионнойпроницаемости материалов, заключапщийся в помещении мембраны из иссл:.ду;. -мого материала между двумя камерам.,заполненными жидкостью или газам спроникающим через мембрану компонентом и определении величины диффузионного потока через мембрану при постоянном перепаде концентраций вкамерах, по которой судят о пропцаемости, о т л и ч а ю щ и й с я т;-м,что, с целью ускорения и увели:.-:точности определения проницаемостизмеряют температуры противоположных поверхностей мембраны и по ихразнице находят величину диффузпоного потока.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 358653, кл. 6 01 й 15/08, 1973.2. Патент США 93438241, кл.73-23,1969 (прототип).787956 Составитель Л. Дикаядактор А,Долинич Техред А.Ач К ор М. Пож акаэ 8341/50ВНИИ ПИ СРпо де113035, дТираж 1019 ПГосударственного комитета ССлам изобретений и открытийМосква, Ж, Раушская наб.,одписно П "Патен тная, 4 ужгород, ул илиал