Способ определения равновесного водопоглощения полимерными пленками

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 972375(23) Приоритет 3 Ъоударетюный комнтвт СССР ао делам нэобретеннй н отнритнй(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАВНОВЕСНОГО ВОДОПОГЛОШЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫМИ ПЛЕНКАМИ1Изобретение относится к технике измерения неэлектрических величин электрическими методами и может быть использовано для определения равновесного водопоглошения полимерными пленками.5Известен вакуумный способ определения констант сорбции, основанный на том, что образец (полимерную пленку) взвешивают и измеряют толщину, помешают в сорбционную ячейку, подвешивая на спг-;, рали, а затем в ячейку подают пар сорбата, Увеличение массы образца фиксируют по удлинению спирали с помощью катетометра, По максимальному удлинению спирали определяют количество сорбированного вещества в состоянии сорбционного равновесия и равновесную объемную концентрацию сорбата 13 .Однако опреде ление равновесной концентрации сорбецта по указанному способу занимает много времени, Измерения проводят до установления постоянной массы ( М ), э которую принимают обычно значение, неизл 1 епцое в течение времени, вдвое большего времени установления равновесия. Кроме того, способ имеет сложное аппаратурное оформление (высоковакуумный насос, ультратермостат, воздушный термостат, манометрические лампы и т.д,), требующее проведение трудоемких подготовительных операций.Известен также динамический сорбционный способ, который позволяет определить равновесную объемную концентрацию сорбата, не дожидаясь установленис равновесного состояния. Образец, толин на и масса которого известны, помещ- ют в эксикатор, в котором создана нфо ходимая концентрация сорбата, и чеоеэ определенные промежутки времени определяют прирост веса образца 2Недостатком способа является большая затрата времени для определения равновесной концентрации сорбецта, Кроме того, он требует прилип 1 ецпя высокоточных весов, например л 1 икроацалити вских. Однако при исполь;зовашш данныхвесов методологическая погрешность,обусловленная десорбцией влаги из образца при извлечении его из эксикатора длявзвешивания, соизмерима с погрешностьюсамих весов, Поэтому повышение точности измерения согласно способу влечетза собой усложнение оборудования,Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемомурезультату является способ определенияравновесного водопоглощения, заключающийся в измерении начальной и текущейемкости ячейки 1.3 . Измеряют изменения электрической емкости, в которойполимерная пленка является разделительным диэлектриком, а электродами - металлическая подложка и диффундируюшаясреда, Затем определяют равновеснуюконцентрацию сорбента при помощи математической модели111где Со - начальная емкость;С - текущее значение электрическойемкости;3 - равновесная концентрация сорбента;Э - коэффициент диффузии;- толщина полимерной пленки- глубина, на которую проникладиффундируюшая среда;- время,Недостатками известного способа являются большая затрата времени и сложное аппаратурное оформление,так какэкспериментальные данные обрабатываются на ЭВМ (типа БЭСММ) и определение равновесной объемной концентрациитребует трудоемких многовариантных расчетов.Цель изобретения - сокращение времени испытаний при уменьшении трудоемкости.Поставленная цель достигается тем,что, согласно способу определения равновесного водопоглощения полимернымипленками, заключающемуся в измерении. начальной и текущей емкости ячейки,измеряют время, в течение которого сохраняется прямолинейность зависимостиквадрата отношения разности между текущим и начальным значениями емкостиячейки и текущему значению емкости отвремени, и рассчитывают равновесноеводопоглошение полимерной пленкой поформуле С = 0,358 Я+ 0,152 , (.1) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 где у - ордината точки конца поямолиС -С.Ийной зеаизимизтий е)от времени; с,Со - начальная емкость ячейки;Сй, - конечная емкость ячейки.Полимерную пленку, предварительнообезвоженную в эксикаторе с селикогелем, устанавливают измерительную ячейНа фиг. 1 изображена ячейка, реализующая предлагаемый способ; на фиг. 2 -(С -С 1характер зависимостиО 1 отвремени. СИзмерительная ячейка состоит из двухкамер 1 и 2, между которыми установлена пленка 3 полимера, Между пленкой3 полимера и торцами камер 1 и 2 установлены резиновые прокладки 4 и 5, камеры 1 и 2 стягиваются болтами (не показаны), Камеры 1 и 2 изготавливают издиэлектрического материала, напримериэ оргстекла, а в стенки этих камер параллельно исследуемой пленке 3 полимера герметично впрессованы два металлических электрода 6 и 7, площади которыходинаковы. В стенках камер 1 и 2 предусмотрены отверстия 8 и 9 для заполнения внутренних полостей водой и отверстия 10 и 1 1 для удаления иэ них воздуха,Сразу же после заполнения полостейкамер 1 и 2 водой (объем этих камеродинаков и известен) измеряют начальную емкость измерительной ячейки (Со),а затем через равные промежутки времени (длительность промежутков определяется толщиной пленки) фиксируют текущие значения емкости измерительнойячейки (С). Параллельно для каждоготекущего значения емкости измерительной ячейки определяют квадрат отношения разницы между текущим и начальным(,- Созначениими н теиушему значениюи строят зависимость от времени(фиг. 2)Затем определяют равновесную объемнуюконцентрацию воды в полимерной пленкепо формуле (1).В качестве схемы измерения, подключаемой к электродам 6 и 7, может бытьиспользован, например, серийно вьвтускаемый прибор Е 8-3 (Е 8-4), Этот приборхорошо согласуется с цифропечатаюшимустройством (с соответствующим кодом),которое фиксирует значения емкости измерительной ячейки через заданные промежутки времени автоматически. Крометого, прибор Е 8-3 (Е 8-4) может быть972375 6Технико-экономический эффект от использования изобретения выражается всокращении времени испытаний при уменьшении трудоемкости по сравнению с иэ 3 вестными способами. 5подключен к вычислительной машине(например, "Электроника 100"), в которую заложена соответствующая программа, и тогда в результате машинной обработки значений емкости измерительнойячейки можно автоматически определитьзначение равновесной объемной концентрации воды в полимерной пленке,Предлагаемый способ позволяет находить равновесное водопоглощение поли Омерных пленок по начальному участкусорбции в отличие от известных способов,которые ориентируются на конечныйучасток сорбции, что требует большеговремени проведения эксперимента. 13Предлагаемый способ выгодно отличается от известных тем, что позволяетв короткий срок при минимальной трудоемкости определять равновесную объемную концентрацию воды в полимерных 20пленках. Отпадает необходимость в такихоперациях, как периодическое взвешивание, многовариантные машинные расчетыи т.д, Время определения искомой величины по предлагаемому способу составляет для пленки полимера толщиной0,20-0,25 мм 30-50 мин, в то времякак известные способы определения равновесной концентрации воды в аналогичныхполимерных пленках требуют не менее ЗОнескольких часов, Аппаратурное оформление предлагаемого способа также значительно проще, чем известных - не требуется применения дорогостоящих ЭВМ дляобработки экспериментальных результатов, высокоточных аналитических весов,высоковакуумных насосов, манометрическихламп и т.д. Для проведения экспериментадостаточно прибора Е 8-3, измерительнойячейки (фиг, 1), штатива и двух бюреток 4 Одля заполнения ячейки водой. Выражение(1) обсчитывается вручную либо с помощью карманного калькулятора, например фЭлектроника Б 3-26 А. Формула изобретения Способ определения равновесного водопоглошения полимерными пленками,заключающийся в измерении начальнойи текущей емкости ячейки, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью сокрашения времени определения и уменьшениятрудоемкости, измеряют время, в тече-ние которого сохраняется прямолинейность зависимости квадрата отношенияразности между текущим и начальнымзначениями емкости ячейки к текущемузначению емкости от времени, и рассчитывают равновесное водопоглошение полимерной пленкой по формуле=О,Э 58 Я+О, 151,где- ордината точки конца прямоли(С,-с, Рнейной зависимостиот,С /времени;С - начальная емкость ячейки;оС - конечная емкость ячейки,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Малкин А. Я., Чалых А. Е.,Йиффузия и вязкость полимеров, Методы измерения. М., "Химия", 1979, с. 258263.2, Михайлов М, М. Влагопроницаемость органических диэлектриков. М.-ЛфГосэнергоиздат", 1960, с. 116-120.Э, ИОГ 050 Ю 1 Та КОБАО Ъ 1 аСЬаКо . СикидЭай Кекс 1 йси, Х.о.