ЗМІСТ
Вступ
1.Визначення температурирозкладання полімерів
2.Визначення термостійкості полімерів візотермічних умовах
3.Визначення швидкості твердіннятермореактивних полімерів і олігомерів
Література
Вступ
Темареферату «Визначення термостійкості пластичних мас» з дисципліни “Контроль якостіполімерних матеріалів”.
Дисципліна“Контроль якості полімерних матеріалів” дає знання про те, якими методамиоцінюють якість матеріалів, з яких виготовляють полімерні вироби. Властивостіполімерних матеріалів визначають і якість виробів і терміни їх експлуатації.
Контрольякості проводять на всіх підприємствах, не тільки на виробництвах полімернихвиробів. Контрою піддають різні кількісні показники якості, від яких залежатьексплуатаційні та технологічні характеристики самого виробу та процесу йоговиготовлення. Операціям контролю приділяється велика увага, тому його будовавходить в основні підрозділи підприємства і вміщує як внутрішньо цеховийконтроль, так і контрольні операціях відділу технічного контролю. Якістьполімерних виробів є похідною від якості полімерного матеріалу. Не можнавиготовити якісний виріб з полімерної сировини невисокої якості. Вихіднийполімерний матеріал обов’язково контролюють на будь-якому виробництвівідповідно технічним умовам, без яких полімерні матеріали взагалі невиробляються. Кожні технічні умови на полімерний матеріал вміщують перелікпоказників якості та методи їх визначення. Показники якості визначають такожтехнологічні параметри процесів переробки, наприклад, менше значення індексурозплаву потребує більші значення тиску та більших температур переробки. Доосновних умов забезпечення високої якості продукції, яка є полімерними виробамиширокого асортименту, можна віднести насамперед якість полімерних матеріалів,ретельне додержання оптимальних технологічних параметрів, автоматизацію та механізаціювиробництва.
1. Визначення температури розкладання полімерів
полімертермостійкість розкладання
Полімериє органічними сполуками різної хімічної будови і за підвищених або високихтемператур можуть розкладатись з утворенням газоподібних речовин. Розкладання(деструкція або руйнування) полімеру веде до повної втрати якості виробу знього. Температуру розкладання полімерного матеріалу визначають шляхомнагрівання зразка, під час якого одночасно вимірюють температуру і тиск здопомогою ртутного манометра. Температура, за якої тиск різко зростає зарахунок виділення газоподібних речовин у процесі деструкції, вважають затемпературу розкладання полімеру.
Такутемпературу з достатньою точністю можна виміряти з допомогою спеціальногоприладу (рис. 1).
Впробірку поміщають наважку 1 г полімеру та з’єднують пробірку черезтрьохходовий кран з ртутним манометром. Вільний кінець манометра з’єднується затмосферою. Пробірка обігрівається в бані теплоносієм. На відстані 10 мм відпробірки поміщують термометр. Випробування починається з моменту вмиканняобігріву і полягає в вимірюванні температури та тиску в системі через певніпроміжки часу. За результатами випробування будують графічні залежності змінитемператури та тиску.
Вмомент розкладання полімеру тиск різко зростає, що відзначається графічно. Цевідбувається за певної температури, яку вважають за температур розкладанняполімеру та визначають графічно як температуру, за якої різко зламується кривазалежності тиску.
Точністьцього методу дуже залежить від рівномірності піднімання температури. Передвипробуванням зразки треба ретельно висушити, бо леткі речовини значновпливають на точність визначення.
/>
Рис. 1. Схемаприладу для визначення температури розкладання полімерів
1 — пробірка; 2 –трьохходовий кран; 3 – ртутний манометр; 4 – баня; 5 – термометр
2. Визначення термостійкості полімерів в ізотермічних умовах
Стійкістьполімерного матеріалу до дії високих температур оцінюють також в ізотермічнихумовах, витримуючи зразок полімеру за певної температури до припинення змінийого ваги. За результат береться відносна втрата маси в відсотках. Цим методомможна визначити:
1)термостійкість полімеру за будь-якої заданої температури,
2)температуру, за якої втрата маси не перевищить задану величину,
3)оцінити термічну та термоокислювальну деструкцію та
4)визначити ефективність термостабілізаторів шляхом порівняння показників зразківз стабілізаторами і без них.
Визначеннятермостійкості полімерів здійснюють на приладі (рис. 2), який складається зкварцової чашечки 1, з’єднаної через кварцовий гачок 2 такварцову нитку 3 з нижнім кінцем кварцової пружини 6. Верхнючастину кварцової пружини підвішують на гачок верхнього ковпачка 7 скляноїпосудини, яка складається з середньої 5 та нижньої 4 частин.Скляну посудину через кран 8 з’єднують з диференційним манометром 10,електронною лампою 9 та балоном 11 з киснем або аргоном.
Вкварцову чашечку поміщають 50-100 г полімерного матеріалу і збирають прилад.Якщо потрібно оцінити термостійкість в інертному середовищі, застосовуютьаргон, якщо ж треба оцінити термоокислювальний розклад полімеру, застосовуютькисень. Нижню вузьку частину посудини 4 поміщають в термостат 12,який дозволяє створити температур від 150 до 600 ºС за коливання її небільше ±2 ºС. Як теплоносій використовують суміш нітритів та нітратівнікелю та калію в певному співвідношенні. Про ступінь розкладання полімерусудять через переміщення якої-небудь точки на дроті, який з’єднує пружину зчашечкою, з допомогою катетометра 14. Попередньо калібрують кварцовупружину в тому ж інтервалі температур, в якому спостерігається лінійназалежність деформації від навантаження. За температури 200 ºС температурав кварцовій чашечці досягає температури теплоносія через 5 хвилин.
Вході визначення проводять підрахунок переміщення фіксованої точки в системіпружина – кварцова чашечка. Після визначення чашечку зважують та визначаютьвтрату маси за весь час випробування:
/>
де g– маса зразка до початкувипробування, г;
g1– маса зразкапісля випробування, г.
/>
Рис. 2. Приладдля визначення термостійкості полімерів за втратою маси
1 – кварцова чашечка; 2 –кварцовий гачок; 3 – кварцова нитка; 4 – нижня частина верхнього ковпачка; 5 –середня частина верхнього ковпачка; 6 – нижній кінець кварцової пружини; 7 –ковпачок; 8 – скляний кран до диференційного манометра; 9 – електронна лампа;10 – диференційний манометр; 11 – балон; 12 – термостат; 13 – термометр; 14 –катетометр.
Проводячивизначення за заданої температури, відзначають час, за який полімер руйнуєтьсядо певного ступеню. За втратою маси Δgта загальнимпереміщенням фіксованої точки Δl=l-l1 знаходять гравіметричнийкоефіцієнт:
/>, г/см,
де l– початковеположення фіксованої точки, см;
l1– кінцевеположення фіксованої точки, см.
Втратумаси в певний момент часу визначають за формулою:
/>,
де Δl – переміщенняфіксованої точки пружини в даний момент часу, см.
Відноснавтрата маси за той же проміжок часу:
/>, %
Цейметод має переваги, до яких насамперед відноситься можливість визначеннятемператури та часу до початку руйнування полімеру в широкому інтервалітемператур та за будь-якого надлишкового тиску інертних або активних газів,який не перевищує 0,1 МПа.
3. Визначення швидкості твердіння термореактивних полімерів іолігомерів
Пластмасиподіляються на два великих класи: термопластичні (лінійні) та термореактивні,які потребують стадії переходу у тримірний стан шляхом твердіння. За процесутвердіння термореактивні пластики перетворюються на зшиті просторово неплавкіміцні не розчинні в жодному розчинникові продукти. Швидкість твердіння єтехнологічним показником, що впливає на продуктивність устаткування таорганізацію процесу виготовлення пластмасових виробів. В процесі твердіннязростає в’язкість розплаву, і на кривій залежності в’язкості від тривалостітвердіння спостерігається різка зміна нахилу. Цим методом можна визначитикінетику твердіння, тривалість твердіння, ефективність тих чи інших твердників.
Однимз надійних методів визначення швидкості твердіння, а також тривалостів’язкотекучого стану полімерів та коефіцієнта в’язкості за заданих напружень єметод Канавця. Випробування проводять на пластометрі Канавця (рис. 3).
Основноюдеталлю приладу є роз’ємна прес-форма, в якій відбувається пресування зразка в просторіміж двома коаксіальними циліндрами. Внутрішній циліндр утворюється зовнішньоюповерхнею штиря 1, який входить в прес-форму, а зовнішній циліндрутворюється роз’ємною матрицею прес-форми 2. Прес-форма впорядкованаелектрообігрівом та термопарою. Штир зв’язаний з силовимірювачем та механізмомобертання.
Опірзсуву, який виникає в матеріалі за обертання штиря, вимірюєтьсясиловимірювачем. Спеціальний пристрій автоматично записує криву залежностінапруження зсуву в МПа від тривалості випробування.
Пуансонта штир мають рифлення глибиною до 1 мм для запобігання ковзання матеріалу постінкам прес-форми. Деформування зразків здійснюється з градієнтом швидкостізсуву 0,013-0,015 с-1, що відповідає одному оберту обертової частинипрес-форми за 1200-1300 с.
Завипробування прес-порошків висота зразка складає 52,5 мм. За випробування більшміцних та високов’язких мас висота зразка зменшується до 26 мм. Режимпресування зразка визначається технічними умовами на відповідний матеріал.
/>
Рис. 3. ПластометрКанавця
1-штир; 2 –матриця; 3 – пуансон; 4 – полімерний прес-матеріал
Длявизначення кінетики твердіння на початковій стадії, яка відповідає тривалостів’язкотекучого стану, деформування зразка в формі починається зразу ж післязамикання прес-форми і здійснюється безперервно до припинення здатності матеріалудеформуватись.
Длявизначення повної втрати текучості або повного твердіння зразок попередньовитримується в зімкнутій прес-формі. Таким чином доцільно випробуватиматеріали, які тверднуть повільно.
Наважкуматеріалу поміщають в нагріту прес-форму та запресовують її з допомогоюпуансону. За замикання прес-форми, коли між пуансоном та матеріалом залишиться1-2 мм, вмикають обертання штиря та барабана, який робить запис. Кінецьвипробування визначають на кривій.
Спочатку,коли матеріал знаходиться в в’язкотекучому стані, крива йде майже паралельноосі абсцис. З підвищенням в’язкості крива піднімається, і кут підйомухарактеризує кінетику твердіння термореактивного пластика. Наприкінцівипробування обертання штиря та барабану вимикають, прес-форму розкривають тавилучають зразок.
Завипробування фенолоформальдегідних матеріалів в приладі підтримують температуру190 ºС та тиск 30 МПа. В цих умовах випробування триває до досягненнякоефіцієнта в’язкості 2·109 пуаз, що відповідає напруженню зсуву 1МПа (точка А на кривій) та характеризує силу внутрішнього тертя.
Коефіцієнтв’язкості в пуазах визначають за формулою:
/>.,
де К– постійна, яка залежить від відносної швидкості обертання частин прес-форми;береться з паспорта приладу;
σ — напруженнязсуву у в’язкотекучому стані течії, Па.
Література
1. БасовН.И., Любартович В.А., Любартович С.А Контроль качества полимерных материалов.– Л.: Химия, 1977. – с. 25-28
2. ГригорьевА.П., Федотова О.Я. Лабораторный практикум по технологии пластических масс. –М.: Высшая школа, 1977, с. 234-238