Способ контроля степени сшивки полиэтилена

Изобретение относится к технологии производства изделий, в которых в той или иной степени используется сшитый полиэтилен, который может быть использован при производстве электрических кабелей, труб для газоводоснабжения и др. Способ заключается в том, что исследуемый и эталонный образцы поочередно помещают в камеру, изолированную от света, охлаждают с помощью жидкого азота, с использованием источника ультрафиолетового излучения возбуждают свечение полиэтилена, которое регистрируют фотоприемным устройством, и по величине фотоотклика соответственно исследуемого и эталонного образцов определяют степень сшивки. Изобретение позволяет повысить точность контроля степени сшивки полиэтилена, оперативность осуществления, а также упростить способ контроля.

 

Изобретение относится к технологии производства изделий, в которых в той или иной степени используется сшитый полиэтилен, и может быть использовано при изготовлении электрических кабелей, труб для газоводоснабжения и других изделий из данного материала.

Известны несколько видов сшивки полиэтилена. Все они сводятся к образованию поперечных связей между молекулами полимеров. В результате образуется пространственно сеточная структура. Количественной мерой качества сшивки полиэтилена является «степень сшивки» - это отношение массы сшитого полиэтилена к общей массе исследованного образца. В соответствии с ISO 10147:2011 Pipes and fittings made of crosslinked polyethylene (PE-X) - Estimation of the degree of crosslinking by determination of the gel content International Organization for Standardization / 01-Oct-2011 (a также согласно американскому стандарту ASTM D2765 - 01(2006) Standard Test Methods for Determination of Gel Content and Swell Ratio of Crosslinked Ethylene Plastics) степень сшивки определяется методом экстрагирования, в котором несшитый полиэтилен растворяется в эталонном растворителе на основе толуола. Осадок составляет долю сшитого полиэтилена в виде сетчатой структуры. Процесс длительный, занимает не меньше 11 часов. Тот же принцип оценки степени сшивки полиэтилена, но за более короткое время (2 часа) предлагается авторами [Евсеева К.А., Иванов А.Н., Калугина Е.В «Новое в способе оценки степени сшивки полиэтиленов.» Полимерные трубы. Специальное информационно-аналитическое издание Украина http://polvpipe.info/technologies-materials/320-novoevsposobeocenki].

Степени сшивки полиэтилена влияет на его прочность, поэтому она используется при оценки контроля сшивки на производстве (ГОСТ 11262-80 Пластмассы. Метод испытания на растяжение). Данный способ основан на измерении механических параметров полимерных материалов при испытании на растяжение (определяют: разрушающее напряжение при растяжении; предел текучести при растяжении; условный предел текучести; относительное удлинение при разрыве; относительное удлинение при пределе текучести). Используя эти данные, можно косвенно оценить степень сшивки исследуемого образца.

Описанные способы контроля требуют больших затрат времени для проведения измерений, что снижает оперативность этих способов; необходимость сложной предварительной подготовки исследуемых образцов; использование дополнительных материалов при применении способа по стандартам ISO 10147 и ASTM D2765. Оценка степени сшивки по ГОСТ 11262-80 требует проведения большого количества измерений.

Известен способ контроля степени сшивки полиэтилена, заключающийся в том, что исследуемый и эталонный образцы соответственно помещают в резонатор спектрометра электронного парамагнитного резонанса, записывают спектр поглощения электронного парамагнитного резонанса, по которому определяют амплитуду производной и ширину линии поглощения исследуемого и эталонного образцов соответственно с последующим определением степени сшивки по формуле (RU 2310190, МПК G01N 24/10, опубл. 10.11.2007).

Определение степени сшивки этим способом предполагает наличие сложной и дорогостоящей аппаратуры (спектрометра электронного парамагнитного резонанса).

Технический результат заключается в упрощении способа контроля, повышении оперативности осуществления и удешевление процесса.

Сущность изобретения заключается в том, что способ заключается в том, что исследуемый и эталонный образцы поочередно помещают в камеру, изолированную от света, охлаждают с помощью жидкого азота, с использованием источника ультрафиолетового излучения возбуждают люминесценцию полиэтилена, интенсивность котороей регистрируют фотоприемным устройством и по величине фотоотклика соответственно исследуемого и эталонного образцов определяют степень сшивки по формуле:

$$K=\frac{I}{I_{эт}}$$

где: I и I_эт - величина фотоотклика соответственно исследуемого и эталонного образцов.

Явление фотолюминесценции относится к неравновесному свечению под действием внешнего электромагнитного излучения (например, ультрафиолетового). Несшитый полиэтилен не люминесцирует. Сшитый полиэтилен светится при низкой температуре, в частности при температуре жидкого азота. Заключение о степени сшивания полиэтилена получают путем сравнения интенсивности люминесценции образца из сшитого полиэтилена (эталонный образец) и исследуемого образца, степень сшивания которого необходимо определить. В результате сшивания полиэтилена происходит увеличение интенсивности флуоресценции, что свидетельствует об увеличении концентрации поперечных связей, образующихся в результате сшивки. Интенсивность люминесценции и область спектра зависит от марки полиэтилена и технологии сшивки.

Способ осуществляют следующим образом. Исследуемый образец полиэтилена в виде пластины с известными размерами помещают в светоизолирующую ячейку. Образец охлаждают с помощью жидкого азота до температуры 77К. Через специальное окно с использованием светофильтра, пропускающего только ультрафиолетовое излучение, в образце возбуждают люминесценцию. Интенсивность свечения полиэтилена определяют с помощью фотоприемного устройства. Аналогичные измерения производят с эталонным образцом.

Степень сшивания определяют по формуле:

$$K=\frac{I}{I_{эт}}$$

где: I и I_эт - величина фотоотклика соответственно исследуемого и эталонного образцов.

По сравнению с известными решениями предлагаемый способ позволяет повысить оперативность осуществления, а также упростить способ контроля.

Способ контроля степени сшивки полиэтилена, заключающийся в том, что исследуемый и эталонный образцы поочередно помещают в камеру, изолированную от света, охлаждают с помощью жидкого азота, с использованием источника ультрафиолетового излучения возбуждают люминесценцию полиэтилена, интенсивность которой регистрируют фотоприемным устройством и по величине фотоотклика соответственно исследуемого и эталонного образцов определяют степень сшивки по формуле:
$$K=\frac{I}{I_{эт}},$$
где I и I_эт - величина фотоотклика соответственно исследуемого и эталонного образцов.