Способ определения технологической негомогенности термопластичных полимерных материалов

СООЗ СОВЕТСКИХ ЦИАЛИСТИЧЕСНИ СГ 1 УБЛИК И 9) Ц 1 ЯО,01 Н 31/00 ГОСУДАЕСТВЕННЦГ 1 О ИЗОБРЕТЕНИЯМИ, И ПСНТ СССГ ОМИТЕТОЧИРЫТИЯМ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ 84 05 едев В,юдений,табл обам ас ли ных едназ ерных материалов, пр для переработки иэ ра ия, и может быть исп пределения технологи де -ля лава ьзовано ской не мочных ных с пласт доваии, в бора оборомогениза ующег(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ НЕГОМОГЕННОСТИ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к способаконтроля технологической негомогенности термопластичных полимерных материалов, предназначенных для переработки в изделия из расплава. Изобретение позволяет упростить определеИзобретение относится к спо онтроля качества пластмасс, в ости к определению технологич егомогенности термопластичных генности различных термополимерных материалов, полимсей и композиций, выния для смешения и гбора режима работы гомогениэоборудования. е технологической негомогенности термопластичных полимерных материалов и расширить сферу его примененияна неокрашенные полимерные материалыза счет того, что в предложенном способе в качестве характеристическогопараметра используют различие дисперсий вязкости расплава испытуемого игомогенизированного образцов. Определение дисперсии вязкости проводят .путем многократного измерения вязкости расплава образцов, равных по объему, на капиллярном вискозиметре припостоянной скорости или при постоянном напряжении сдвига при постояннойтемпературе, которая на 15 С выше температуры плавления (размягчения) материала, но ниже температуры, вызывающей в нем химические превращения. Целью изобретения является упрощение способа и расширение сферы его применения.Предлагаемый способ может быть осуществлен на любом капиллярном вискозиметре, позволяющем измерять вязкость расплавов в выбранном интервале напряжений и скоростей сдвига. Для повы- юф шения чувствительности способа пред- Йв почтительно использование капилляров малых диаметров и длин,Образцы для испытаний не требуют специальной подготовки и могут иметь любую д.орму (крошка, гранулы, поро363676 шок, пленка и т,п.), обеспечивающую их загрузку в камеру вискозиметра.Температуру в экструзионной камере вискозиметра устанавливают не менее чем на 15-20 ОС выше температуры плавления (размягчения) полимерного материала, но не более температуры его разложения.Статистически достоверный набор данных может быть получен при числе проб не менее 25-30, поэтому число единичных измерений вязкости при каждом пропускапии должно составлять 30, Объем выдавливаемой при таком единичном измерении порции расплава следует выбирать равным 0,1-10 объемам капилляра.Образцы испытуемого полимера в вице гранул. крошки, порошка и т.п, 20 помещают в нагретую до температуры испытаний экструзионяую камеру вискозиметра, выдерживают в ней в течение зремени, необходимого для расплавления и равномерного прогрева образца 25 до температуры испытания, задают определенное давление в камере вискозиметра или скорость движения поршня, соответствующие выбранным напряжению или скорости сдвига, и пропускают рас плав через капилляр вискозиметра, проводят тридцать единичных измерений вязкости расплава путем определения объемного расхода или давления экструзии, причем во всех тридцати измерениях пропускают порции расплава равного объема.Вязкость расплава единичной порции по.щ 1 мера Р рассчитывают поомуле401 28 В (;(3) Испытание проводили на капиллярном гискозиметре постоянного давления, Температура испытания 180 С (температура размягчения 140 С), напряжениеосдвига 0,11 МПа. Выдержка при температуре испытаний для расплавления и равномерного прогрева образца 30 мин, Расплав пропускали через капилляр вискозиметра длиной 1 О мм и диаметром 1,07 мм, Давление экструзии равнялось 4 МПа, что соответствовало выбранному постоянному напряжению сдвига О,1 МПа. Ддя применяемого вискозиметра постоянного давления при единичном измерении вязкости расплава экспериментально определяемой величиной являлось время истечения С, порции расплава объемом Ч = 0,004 см , по ко 3 торому рассчитывали объемный расход- Ч/. Часть измеренных в опытевеличин приведена ниже в табл.50 где 55 где П - диаметр капилляра, и;1, - длина капилляра, м;Ц, - обьемный расход в процессе3измерения, м /с,Р - давление экструзии в процес 1се измерения, . Па.Значение дисперсии вязкости О вычисляют по формуле2 (5-)(2) среднее арифметическое значение вязкости расплава образца, рассчитанное из данных единичных измерений, Па с; и - число, единичных измерений.Проводят гомогенизацию испытуемого материала любым известным споеобом (путем многократной грануляции, длительного смещения в смесителях, многократного пропускания через капиллярный вискозиметр и т,п.), исключающим вместе с тем химические изменения в материале (деструкция, сшивка, разложение и т,п.).После этого загружают в камеру вискозиметра эталонный гомогенизированный образец материала, аналогичным образом определяют 30 единичных порций расплава, рассчитывают дисперсию вязкости ( ) и погрешность определения дисперсии вязкости (Я) эталонного образца.Погрешность определения дисперсии вязкости ДО вычисляют по формуле Вычисляют разность дисперсий вязкости испытуемого и эталонного гомогенизированного материала, В том случае, когда величина этой разностипревьшает погрешность опредеИ 9ления дисперсии вязкости (Д 8), полимерный материал является негомогенным,П р и м е р 1. Испьтывали полистирол суспензионный оптического назначения (вязкость расплава 1,1110 Па сФ при 180 С и напряжении сдвига 0,11 МПа). Образец представлял собой гранулы размером 3-4 мм.5 1636765Расчет единичных значений вязкостиупроводили по формуле (1):а128 1. ( 1281. Ч 510,6,10 Э Па,са янное напряжение сдвига 0,06 МПа; применялся капилляр;вискозиметра диаметром 2,2 мм и длиной 10 мм; объем единичной порции расплава при измерении 0,008 см , Результаты приведены втабл. 2.11,2 10 Па с; 10- 11,6,10 Па с.ЭоСреднеарифметическое значение вязкостиЭ10,9-10 Па с,Для полученных значений вязкости рассчитывали дисперсию вязкости по формуле (2)(/ - /)П и15 20- 3,68 10 (Па с,П р и м е р 2, Испытывали фторопласт марки ФМБ (вязкость расплава 3,1 1 Оф Па с при температуре ЗОООС и напряжении сдвига 0,06 МПа). Испытания и расчет экспериментальных дан ных проводили по примеру 1, но дополнительная гомогениэация проводилась путем восьмикратной грануляции на червячном грануляторе БФс температурой по зонам, С: 1 - 220; 11. - 340;1 Ч 375 Диаметр червяка гранулятора 40 мм; отношение длины к диаметру 20, скорость вращения червяка 5 об/мин; температура испытаний 300 С, постоПосле этого образец этого же материала гомогениэировали 4 кратным пропусканием через капнллярный вискозиметр 25 при тех же условиях и полученный эталонный экструдат разрезали на куски размером 5-7 мм, помещали в экструзионную камеру и повторяли испытание.Расчеты имели вид: 30Э9 О 10 Па с;10,3 10 Па с;3310,9 1 О Па с;У = 2,36 30 Па с/;Ьа = = 0,31 10 Па с/.2 (и)Поскольку ( 1 - э ) = 1,32 10 Па,с,40 т.е. Я, - УДД)41 О (Па.с), то образец является негомогенным. Результаты приведены в табл.2.( 31, - Ч )Ь 0 свидетельствует о не 3гомогенности полимера,П р и м е р ы 3-5, Испытывалифторопласт марки ФМБ (вязкость расплава 3,2 а 10 Па с при 300 С и напряжении сдвига 0,06 МПа), прошедшемдвухкратную (пример 3), четырехкратную (пример 4), шестикратную (пример 5) грануляцию на червячном грануляторе БФс температурой по зо"нам, С: 1 - 220; 11- 270; 111340; 1 Ч - 375. Диаметр червяка гранулятора 40 мм, отношение длины к диаметру 20, скорость вращения червяка5 об/мин, Испытания и расчет проводили по примеру 2, Результаты приведены в табл.2,В примере 3 полимер не являетсягомогенным ( 1 - 0) д), а в примерах 4 и 5 величины разности дисперсийисходных испытуемых и эталонного гомогенизированного образца меньше погрешности определения дисперсии, чтоуказывает на гомогенность образцовполимера.П р и м е р 6. Испытывали полиэтилен высокого давления (ПЭВД) марки15303-003 с вязкостью расплава 1,4 хк 10 Па с (140 С, напряжение сдвига0,13 МПа). Испытания, гомогенизациюи расчет экспериментальных данныхпроводили по примеру 1, но температура испытаний была 140 С, постоянноенапряжение сдвига 0,13 МПа.Результаты приведены в табл.2,1- 1 э( Д б свидетельствует о гомогенности полимера.П р и м е р 7, Испытывали смесьПЭНД марки 405-01 с вязкостью расплава 9,8 10 Па с (150 С, напряжение3сдвига 0,08 МПа) и 3 мас.Ж суперкон-центрата красителя марки СКП 204(цвет оранжевый) с вязкостью расплава 3,4 а 10 Па с (150 С, напряжениесдвига 0,08 МПа). Смешение проводилось встряхиванием вручную 100 г гранул ПЭНЛ.и 3 г крошки СКПприкомнатной температуре в течение 5 мини последующим пропусканием через капилляр вискозиметра при 150 С и напряжении сдвига 0,08 МПа, Испытания иСпособ определения технологическойцегамогенцости термопластичных поли О мерных материалов, предназначенныхдля переработки в иэделия из расплавапутем измерения характеристическогопараметра материала и расчета дисперсии указанного параметра, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью упрощения способа и расширения сферы егоприменения, гомогецизируют испытуемыйматериал путем четырехкратного пропускация через капилляр висказиметра,из меряют до получения статистически достоверного набора значений вязкостиравных па объему порций расплава испытуемаго и гомогенизированцага образцов при постоянной температуре, не 25 менее чем ца 15 С выше температурыплавления (размягчения) материала, нониже температуры, вызывающей в цем химические превращения, а также при постоянной скорости или постоянном нап рлжении сдвига ца стенке капилляра,рассчитывают дисперсии вязкости испытуемого и гомогенизиравяннага образцовматериала и сравнивают их, причем цегамагеццаму материалу соответствуетразность этих дисперсий, превышающая 35погрешность определения дисперсии вязкости гомагенизировацного образца мятериала. Таблиц а 1 Номер измерения с 29 30 3,3 3,5 3,7 3,5 3,6 9636 ры 3-5 позволяют выяснить, что для полной гомогенизации фторапласта ФИБ требуется ега четырехкратная грануляция, а шести- и восьмикратное пропускание через экструдер является излишним, что экономически неэффективно.П р и м е р 1. Испытывали смесь 90 мас,% саполимерз этилена с винилацетятам марки СЭВс вязкостью расплава 3,2 1 О Палас (130 С, цапрлжение сдвига 0,05 11 Пя) и 10 мас,% динитросорбида (ДНС). Гмешение проводили встряхиванием вручную 45 г крошки СЭВс 5 г порошка ДНС при комкомнатной температуре в течение 5 мин. Испытания и расчет экспериментальных данных по контролю негомогенности правацили па примерузаявки, цо температура испытаний была 130 С, напряжение сдвига 0,05 1 я, а объем единиццой порции 0,002 см . Гамогенизировянный образец получали четырехкратным пропусканием при тех же условилх.Расчеты дали следующие результаты:г,2,510(Па с)г; о = 2,1 1 О 1 а с) Ь = 0,3О(Пя с)Тяк кяк3, - о Д та смесь являетсл цсгомагенн:й.Одновременно процентное содержание ДС в элементарных объемах испытуемого и гомогенизированцога образцов определялась по известному способу с помощью газовой хроматографии ца хромятографе "Цвет". Длл полученных результатов были рассчитаны дисперсии процентного содержания ДНС вааразцях: 0 = 22,16; 1076. Нежду предлагаемым и известным способами наблюдается харошал корреляция результатов,5 Формула изобретения1636765 Таблица 2 1 Оценка гомогенности образцаполимерногоматериала При-,мер 1 Погрешностьопределениядисперсиивязкости(Па. с) Дисперсия вязкости испытуемого образца(Па с) Дисперсиявязкостиэталонногогомогенизированногообразца(Па )" Разность дисперсий вязкости 1 в.1,(Пас)2 НегомогененТо же То же Негомогенен Гомогенен Негомогенен То же 10 Составитель О.БарашковРедактор О,Гратилло Техред М,дидык Корректор Л,Пилипенко Заказ 812 Тираж 385 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, -35, Раушская наб., д 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород,ул. Гагарина,101 3,68 ф 104,0 фО4,5, 102,7 102 4 1061,66102,90 101,66109,05 101,7102,5 1 О 2,361 О2,3 ф 102 3, 1062,3 1062,3 1 О1,63101,16 . 101 48 104,43 101,0 102,11 О 1,32101,7102,2 100,2 100,110О, 031061,74100,181 О4,621 О0,7100,4 1 О 0,311 О0,3 1060,3100,3 100,21100,16 100,19 1060,58 100,2 100,310