Способ определения жизнеспособности отверждающейся полимерной композиции

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖИЗНЕCrtbcOBHOCTH ОТВЕРЖЦАЮЩЕЙСЯ ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗЩИИ путем создания в ней динамической деформации сдвига и измерения времени от момента введения отверждающего агента до момента, когда композиция теряет способность к переработке, отличающийс я тем, что, с целью упрощения способа и расширения круга контролиру«мых полимерных композиций, отверждающуюся полимерную композицию подвергают динамической деформации сдвига в режиме вынужденных гармонических колебаний при постоянных амплитуде и частоте, измеряют угол механических потерь и Момент, когда композиция теряет способность к переработке , определяют по достижении (Л заданного значения угла механических потерь. ел 00 О5

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„,, SU„„1151864

4(sl) G 01 N 11/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ ÓàÅ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3658454/24-25 (22) 31. 10. 83 (46) 23.04. 85. Бюл. М- 15 (72) Г.П. Карасев, Л. С. Иванова, 3.С.Королькова, Л.С.Рабинерзон, В.С.Савельев и Б.Л.Кауфман (53) 532.137(088.8) (56) 1. Карлин А.В. и др. Исследование кинетики холодной вулканизации низкомолекулярного силоксанового каучука. — "Каучук и резина", 1978, В 2, с. 9-10.

Каучук низкомолекулярный СКТН.

ТУ 38. 103 124-80.

3. Авторское свидетельство СССР

Ф 894476, кл. С 01 N 11 /10, 1980 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖИЗНЕСПОСОБНОСТИ ОТВЕРЖДАЮЩЕЙСЯ ПОЛИИЕРНОИ КОМПОЗИЦИИ путем создания в ней динамической деформации сдвига и измерения времени от момента введения отверждающего агента до момента, когда композиция теряет способность к переработке, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью упрощения способа и расширения круга контролируемых полимерных композиций, отверждающуюся полимерную композицию подвергают динамической деформации сдвига в режиме вынужденных гармонических колебаний при постоянных амплитуде и частоте, измеряют угол механических потерь и момент, когда композиция теряет способность к переработке, определяют по достижении заданного значения угла механических потерь.

1 11518

Изобретение относится к определению технологических свойств полимерных композиций, а именно к способам определения жизнеспособности полимерных композиций на основе низкомолеку5 лярных силоксановык и других каучуков, используемых в качестве покрытий, заливочных компаундов, эластичных герметиков и др., и может быть использовано в химической, приборостроительной, электрохимической и строительной промышленности.

Известен способ определения жизнеспособности ненаполненных полимерных композиций на основе ниэкомолекулярных силоксановых каучуков по потере текучести композиции при наклоне стаканчика (13.

Известен способ определения жизнеспособности наполненной композиции > на основе ниэкомолекулярного силоксанового полимера по потере композицией способности растираться и собираться в комок при ее перемешивании (2$.

Такие способы субъективны, дают низкую точность при определении жизнеспособности и очень трудоемки.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ определения жизнеспособности отверждающихся низкомодульных полимер- ЗО ных композиций путем создания в контролируемом материале динамической деформации сдвига в режиме свободных колебаний при частотах 0,0050,01 0 Гц, в процессе чего измеряют изме- 35 нение логарифмического декремента затухания во времени, а жизнеспособность композиции определяют как временной интервал от момента введения отверждающего (сшивающего) агента до мо- 40 мента, когда композиция теряет способность к переработке, который фиксируют по максимальному значению логарифмического декремента затухания (3). 45

Результат определения жизнеспособности получают только после обработки ряда внброграмм и построения графика, которые выполняют вручную. Это делает способ многооперационньм и 50 трудоемким, в промышленных условиях его трудно осуществить, поскольку он не может быть полностью автоматизирован.

Другим недостатком способа явля- 55 ется использование его только для узкого круга полимерных композиций, что связано с особенностями иэмере

64 1 ния ло гарифмичес ко го декремента затухания. Способ- не поэволяет определять жизнеспособность отверждающихся полимерных композиций, свободные колебания в которых испытывают сильные затухания, вследствие чего измерение логарифмического декремента затухания становится невозможным.

Кроме того, способ не может быть использован при определении жизнеспособности композиций, сохраняющих способность к переработке в течение короткого времени (меньше 30 мин), так как изменение логарифмического декремента затухания в процессе отверждения происходит быстрее, чем само измерение и обработка результатов.

Цель изобретения — упрощение способа определения жизнеспособности и расширение круга контролируемых полимерных композиций.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения жизнеспособности отверждающейся полимерной композиции путем создания в ней динамической деформации сдвига и измерения времени от момента введения отверждающего агента до момента, когда композиция теряет способность к переработке, отверждающуюся полимерную композицию подвергают динамической деформации сдвига в режиме вынужденных гармонических колебаний при постоянных амплйтуде и частоте, измеряют угол механических потерь и момент, когда композиция теряет способность к переработке, определяют по достижении заданного значения угла механических потерь.

Сущность изобретения поясняется следующим. В процессе отверждения наиболее сильно изменяются вязкоуп- ругие параметры полимерной композиции, в частности угол механических потерь. Типичная кривая изменения угла механических потерь Р в процессе отверждения представлена на фиг. 1, Композиция может быть переработана только в течение временного интервала 0 — t„, называемого жизнеспособностью, по окончании которого переработка при выбранном способе становится невозможной. В момент времени t, когда композиция теряет способность к переработке, значение угла Механических потерь равно К .

На практике композиции одного и того же состава могут иметь разные значе11518б4 ния жизнеспособности, что связано с. различной активностью отверждающего агента. Обнаружено, что, несмотря на, различия в значениях жизнеспособности, моменту потери композицией 5 способности к переработке всегда соответствует одно и то же значение угла механических потерь д,» . На фиг. 2 изображены кинетические кривые отверждения трех полимерных компо.10 зиций одного и того же состава, отличающихся величиной жизнеспособности.

Однако моментам времени t„,, t u когда композиции теряют способ з ность к переработке, соответствует 15 во всех трех случаях одно и то же значение угла механических потерь d"

Это позволяет утверждать, что значение o „ является характерным для данной полимерной композиции, и оно 20 может быть задано как контрольное значение угла при определении жизнеспособности. Последнюю в этом случае можно определять как временной интервал от момента введения отверждающего агента до момента, когда композиция достигает заданного значения угла механических потерь о" . Для композиций различного состава заданное значение угла механических потерь30 устанавливают независимыми опытами.

Способ осуществляется следующим образом.

В полимерную композицию вводится отверждающий агент и этот момент 35 фиксируется, Полимерная композиция помещается в ячейку, в нее вводится зонд, который совершает вынужденные гармонические колебания с постоянными частотой в диапазоне 10 " - 10 Гц 40 и амплитудой, значение которой может находиться в пределах.20-100 мкм. .Регистрирующее устройство непрерывно следит и записывает изменение угла механических потерь в процессе отверждения. Когда угол механических потерь достигает заданного значения, этот момент времени фиксируют вновь.

За жизнеспособность. полимерной композиции принимается временной интервал от момента введения отверждающего агента до момента, когда угол механических потерь достигнет заданного для данной композиции значения, определяющего невозможность ее даль- 55 нейшей переработки.

Практическое осуществление предлагаемого способа может достигатьа использованием любого прибора, измеряющего угол механических потерь в режиме вынужденных гармонических колебаний при постоянных амплитуде и частоте. Однако наиболее рационально использование приборов, которые автоматически и непрерывно измеряют угол механических потерь.

Поскольку полимерная композиция подвергается малой деформации сдви— га, ее деструкция исключена в принципе. Измерение происходит в линейном режиме деформирования, нри котором величина угла механических потерь определяется только физикохимическими свойствами полимерных композиций. Это позволяет получать достоверные данные об их жизнеспособности.

Пример 1. Для определения жизнеспособности берут 10 г наполненной полимерной композиции, составленной иэ одной части низкомолекулярного силоксанового каучука СКТН и одной части двуокиси кремния, вводят в нее О, 1 г отверждающей системы (ОС), которую используют в качестве отверждающего агента и которая состоит из этилсиликата (4 ч.) и диэтилдикапролата олова (1 ч.), и фиксируют время введения. В течение 3 мин композицию перемешивают для равномерного распределения отверждающей системы. Ячейку заполняют отверждающейся полимерной композицией в количестве 1 г и опускают в нее зонд. Поскольку на все композиции (приготовление и загрузку) затрачивают 7г10 мин, существенных изменений в значении угла механических потерь не происходит, что не оказывает влияния на определение параметра жизнеспособность.

В данном примере жизнеспособность измеряют интервалом времени от момента введения отверждающей системы до момента, когда значение угла механических потерь полимерной композиции достигает 38 . Для трех композиций данного состава на основе разных образцов каучука значения жизнеспособности равны 78, 88 и

;118 мин соответственно.

Пример 2. Для определения жизнеспособности ненаполненной композиции берут 5,0 r каучука СКТН и вводят в него 0,1 r OC и фиксируют время введения. В течение 2 мин ком1151864 позицию перемешивают для равномерного распределения отверждающей системы. Композицию в количестве 1,0 г заливают в ячейку, опускают в нее зонд и включают запись изменения угла 5 механических потерь. На все подготовительные операции затрачивают 6—

8 мин, в течение которых полимерная композиция находится в текучем состоянии, 10

В данном примере жизнеспособность полимерной композиции измеряют интервалом времени от момента введения

ОС до момента, когда значение угла механических потерь достигает 23

Значения жизнеспособности композиций данного состава на основе разных образцов каучука, отверждающихся под действием ОС различной активности равны 12, 15. 29, 32, 34, 48 и 49 мин 20 соответственно.

Изложенные примеры не исчерпывают всех случаев применения изобретения, а являются лишь его иллюстрацией. На практике беэ нарушения основ- ной идеи технического решения изобретения практически для любых видов полимерных композиций могут быть определены те значения угла механических потерь, которые однозначно 30 связаны с параметром жизнеспособности, H p и м е р 3 (контрольный). Для определения жизнеспособности ненаполненной композиции берут 60 г каучука СКТН, вводят в него 1,2 г ОС и фиксируют время введения. В течение

2 мин композицию перемешивают для равномерного распределения отверждающей системы.

Для определения жизнеспособности 4у по известному способу композицию в количестве 50, 4 г помещают в емкость, затем в нее погружают подвижный цилиндр крутильного маятника с собственной (начальной)частотой колебаний 4

0,007 Гц. На все операции (приготовление и загрузку) затрачивают 8 мин, в течение которых полимерная композиция находится в текучем состоянии.

Затем производят измерение логарифми-р ческого декремента затухания, для чего запускают подвижную систему маятника и снимают виброграмму свободно затухающих колебаний в диапазоне частот 0,005-0,010 Гц. Иэ виб- у рограммы вычисляют логарифмический декремент затухания. На одно измерение логарифмического декремента затухания требуется приблизительно

4-7 мин, поэтому первое значение логарифмического декремента затухания получают через 11-14 мин после ,введения отверждающей системы.

В процессе отверждения проводят минимум 10 измерений логарифмического декремента затухания, по которым строят график изменения логарифмического декремента -затухания во времени. По оси абсцисс откладывают время в логарифмическом масштабе, а по оси ординат значения логарифмического декремента затухания. Момент появления максимального значения логарифмического декремента затухания соответствует 48+4 мин. На .определение жизнеспособности затрачивают

80 мин.

Пример 4. Для определения жизнеспособности по предлагаемому способу 1 г той же композиции, что и в примере 3, заливают в ячейку прибора "Вискоэл-2М" и опускают в композицию зонд. На все подготовительные операции (приготовление и загрузку) затрачивают 8 мин, в течение которых полимерная композиция находится в текучем состоянии. Включают запись изменения угла механических потерь. В данном примере жизнеспособность полимерной композиции, измеряемая интервалом времени от момента введения отверждающей системы до момента, когда угол механических потерь достигает заданного значения 23, равна 48 + 2 мин (пример 2).

На определение жизнеспособности затрачивают 48 мин.

П .р и м е р 5 (контрольный). Проводят определение жизнеспособности наполненной полимерной композиции состоящей из низкомолекулярного силоксанового каучука СКТН и двуокиси кремния в соотношении 1: 1, отверждающейся при комнатной температуре под действием отверждающей системы, которую берут в количестве 2 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука. В полимерную композицию массой 60 г вводят 0,6 г

ОС и фиксируют время введения. В течение 3 мин композицию перемешивают для равномерного распределения отверждающей системы.

Для определения жизнеспособности по известному способу компазицню в количестве 50,4 г помещают в емкость, затем в нее погружают подвиж1151864 ный цилиндр крутильного маятника с собственной (начальной) частотой колебаний 0,007 Гц. На все операции (приготовление и загрузку) затрачивается 15 мин. Затем производят 5 измерение логарифмического декремента затухания, для чего запускают подвижную систему маятника.

Из-за сильного затухания свободных колебаний в композиции такого состава снять виброграмму не удается, логарифмический декремент затухания не поддается измерению, и определить жизнеспособность данной композиции по моменту появления максимального значения логарифмического декремента затухания нельзя.

В то же время предлагаемый способ позволяет определить жизнеспособность этой композиции ло заданному значению2О угла механических потерь, величина которого, установленная назависимыми опытами, равна 38 (пример 1).

Пример 6 (контрольный) °

Осуществляют определение жизнеспособности ненаполиенной композиции на основе низкомолекулярного силоксанового каучука СКТН, отверждающейся при комнатной температуре под действием ОС, которую берут в количестве ®

2 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука.

В навеску каучука массой 60 г вводят 1,2 r 0C и фиксируют время введения. В течение 2 мнн композицию перемешивают для равномерного распре-35 деления отверждающей системы.

Для определения жизнеспособности по известному способу композицию в количестве 50,4 г помещают в емкость, погружают в нее подвижный цилиндр 40 крутильного маятника с собственной (начальной) частотой колебаний

0,007 Гц. На все операции (приготовление и загрузку) затрачивается 8мин в течение которых полимерная компо- 45 зиция находится в текучем состоянии.

Затем производят измерение логарифмического декремента затухания, для чего запускают подвижную систему маятника и снимают виброграмму сво- Ы бодно затухающих колебаний в диапазоне частот 0,005-0,010 Гц. Иэ виброграммы вычисляют логари4иический декремент затухания.

При контроле данного состава на 55 основе разных образцов каучука определение жизнеспособности возможно лишь в том случае, если за время снятия одной виброграммы логарифмический декремент затухания изменяется несущественно. Такой случай соответствует композициям, жизнеспособность которых больше 30 мин (пример 3). Для композиций, жизнеспособность которых меньше 30 мин, за время снятия одной виброграммы декремент затухания изменяется существенно. В этом случае контроль по известному способу оказывается невозможным изэа невозможности получить достоверные данные даже по одной виброграмме.

В предлагаемом способе результат измерения не зависит от скорости отверждения композиции. Это принципиально отличает его от известного и позволяет определять жизнеспособность в укаэанных пределах по заданному значению угла механических потерь, равному 23 (пример 2).

Из примеров видно, что предлагаемый способ позволяет значительно ускорить и упростить определение жизнеспособности композиций. Он обеспечивает возможность определения жизнеспособности как наполненных, так и ненаполненных композиций, у которых параметр жизнеспособность имеет значение 1О мин и более.

Таким образом, предлагаемый спо соб, благодаря тому, что в нем отверждающуюся полимерную композицию ! ,подвергают динамической деформации сдвига в режиме вынужденных гармо1 нических коле 6ан ий при пос тоянных амплитуде и частоте, измеряют угол механических потерь и момент, когда композиция теряет способность к переработке, определяют по достижении э аданн ого эначе ния угла механических потерь, позволяет упростить определение жизнеспособности и расширить круг контролируемых полимерных композиций.

Кроме того, использование угла механических потерь для определения жизнеспособности на практике более удобно по сравнению с использованием других вязкоупругих параметров, поскольку формфактор образца не оказывает никакого влияния на результат. измерения угла механических потерь.

В таблице приведены значения жизнеспособности ненаполненных и наполненных композиций (примеры 1 и 2), которые определены органолептическиI

MH и предлагаемым спос обами.

1151864

Жизнеспособность, мин Относительна я погре1н нос ть, Е

Полимерная композиция

Способ определения

Органопепти- Предлагае- Органолепти- Предлагаемый ческий мый ческий

1?+1

1211

Не наполненная композиция (пример 2) 13+1

15+1

31 5

29 2

32+2

33 5

34+2

48 2

49+ 2

36+5

78 2

Наполненная композиция (пример 1) 88+2

11812

41 5

53+5

80+8

94 8

100+10

Из таблицы видно, что погрешность 30 определения, жизнеспособности органолептическими способами находится в пределах +8 — +167, а предлагаемым способом не выше +8% относительных.

Преимущество предлагаемого спосо- g ба по сравнению с базовыми объектами заключается в повышении точности определения жизнеспособности.

Изобретение может быть использовано при разработке технологических процессов получения новых видов материалов с заданными свойствами, автоматизации технологических процес— сов, а также при изучении физикохимических свокств как полимерных композиций, так и компонентов, составляющих полимерную композицию.

115l864

К град

8 1 t ð ts

8, сии

Фиа.2

Составитель В.Вощанкин

Техред С.Мигунова Корректор О.Луговая

Редактор P.Цицика

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Заказ 2313/33 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5