УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР
DEVICE FOR DETERMINING RHEOLOGICAL PROPERTIES OF POLYMER MATERIALS UNDER EXPOSURE TO NEGATIVE TEMPERATURES

Изобретение относится к устройствам для определения реологических свойств полимерных материалов, находящихся в вязкотекучем состоянии, в условиях воздействия отрицательных температур и может быть использовано при исследовании различных типов полимерных материалов на предмет изменения их показателей жизнеспособности (показателя текучести, времени жизнеспособности, условной вязкости и пр.) в условиях воздействия отрицательных температур.
Полимерные материалы нашли широкое применение в ремонтном производстве благодаря простоте и удобству их использования, а также низкой трудоемкости и стоимости технологического процесса. В ряде случаев небольшие объемы ремонтных работ проводят в полевых условиях, в том числе при воздействии отрицательных температур. Качество выполнения технологического процесса, связанного с использованием полимерных материалов, находящихся в вязкотекучем состоянии, в значительной степени зависит от времени их жизнеспособности (времени, в течение которого термореактивный полимер сохраняет способность к использованию в вязкотекучем состоянии после введения в него соединений, вызывающих отверждение), которое изменяется в зависимости от условий окружающей среды (с понижением или повышением температуры). Поэтому для обеспечения качества выполнения работ с применением полимерных материалов необходимо выполнять исследования по определению реологических свойств полимерных материалов, в частности показателя текучести, времени жизнеспособности и условной вязкости, при воздействии отрицательных температур.
Известен вискозиметр истечения, позволяющий определять условную вязкость лакокрасочных материалов или относящихся к ним продуктов - ньютоновских или приближающихся к ним жидкостей, включающий цилиндрический резервуар, в нижней части переходящий в конический, установленный на штативе со стойками, к конической части прикреплен короткий капилляр в виде сопла с плоскосрезным отверстием, через которое осуществляется истечение исследуемой жидкости, резервуар снабжен термостатирующей рубашкой, крышкой и патрубками для подачи воды в термостатирующую рубашку и отвода отработанной воды из нее, внутри резервуара расположен шток с шариком, выполненный с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, капилляр имеет входной участок с криволинейным коническим профилем (см. Пат. РФ №2319135 опубл. 10.03.2008 г. Бюл. №7).
Недостатком известного вискозиметра истечения является однофункциональность, то есть возможность измерения только одного показателя реологических свойств полимерных материалов, а именно: условной вязкости. Кроме того, применение термостатической рубашки, в которой рабочей жидкостью является вода, не позволяет определить значение условной вязкости полимерных материалов под воздействием отрицательных температур.
Наиболее близких аналогов к заявленному техническому решению из области техники не выявлено.
Достигаемым при использовании предлагаемого изобретения техническим результатом является обеспечение простоты, точности и расширение функциональных возможностей измерения реологических свойств полимерных материалов, находящихся в вязкотекучем состоянии, в условиях воздействия отрицательных температур.
Технический результат достигается тем, что устройство для определения реологических свойств полимерных материалов в условиях воздействия отрицательных температур, содержит морозильную камеру со смотровым окном, размещенные над ней резервуары в количестве не менее трех и термостатирующую рубашку. При этом каждый из резервуаров снабжен штоком и теплоизоляционной крышкой с отверстием под шток, имеющим резиновый уплотнитель, резервуар выполнен в виде цилиндра переходящего в нижней части в конус и снабжен сменной вставкой из политетрафторэтилена (фторопласта) для соединения с морозильной камерой, при этом, на нижнем конце каждого штока установлен затвор эллипсоидной формы, а верхний его конец соединен посредством резьбового соединения с рычагом подъема, внутри морозильной камеры под каждым из резервуаров установлены линейки с измерительной шкалой, причем для обеспечения контрастности полимерных материалов на измерительной шкале в процессе измерения в морозильной камере смонтирован источник контрастного освещения.
Кроме того, в качестве источника контрастного освещения используют ультрафиолетовую лампу (за исключением случаев исследования реологических свойств фотоотверждаемых клеев), а для регистрации измеряемых значений используют широкоформатную видеокамеру.
Наличие в установке трех резервуаров позволяет проводить одновременные измерения реологических свойств полимерных материалов трех образцов, полученных из одного замеса, что повышает точность полученных данных при обработке результатов методами статистического анализа.
Эллипсоидная в сечении форма канала, соединяющего резервуар с морозильной камерой, обеспечивает поступление полимерного материала строго на поверхность измерительной шкалы.
Сменная вставка в резервуар, изготовленная из политетрафторэтилена (фторопласта), обеспечивает скольжение полимерной смеси по стенкам резервуара в процессе вытекания, кроме того, сменные вставки облегчают обслуживание установки после окончания измерений.
Подсвечивание измерительной шкалы ультрафиолетовой лампой (за исключением случаев исследования реологических свойств фотоотверждаемых клеев), установленной в морозильной камере, позволяет создать контрастное изображение полимерной смеси при ее движении по измерительной шкале.
Выполнение видеосъемки процесса измерения позволяет с достаточной степенью точности определить время и расстояние, пройденное полимерным материалом за это время до полной остановки движения или до момента достижения движущимся полимерным материалом установленного расстояния.
Предлагаемое устройство позволяет обеспечить высокую точность измерения показателей жизнеспособности (показателя текучести, времени жизнеспособности, условной вязкости и пр.) полимерного материала при проведении измерений в условиях воздействия отрицательных температур (-5…-30°С).
Предлагаемое устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично представлен общий вид устройства, на фиг. 2 - разрез по А-А.
Устройство для определения реологических свойств полимерных материалов в условиях воздействия отрицательных температур содержит морозильную камеру 1 со смотровым окном 2, размещенные над ней резервуары 3, в количестве не менее трех для образцов полимерного материала 4, термостатирующую рубашку 5 и широкоформатную видеокамеру 6 для регистрации результатов измерений. Каждый резервуар, выполненный в виде цилиндра, переходящего в нижней части в конус, снабжен сменной вставкой из политетрафторэтилена (фторопласта) 7 для соединения с морозильной камерой и образующий канал 8, имеющий в сечении форму эллипса, штоком 9 и теплоизоляционной крышкой 10 с резиновым уплотнителем 11 в отверстии под шток. Шток верхним концом посредством резьбового соединения с фиксацией гайкой 12 крепится к рычагу подъема 13, а нижним - к затвору эллипсоидной формы 14. Внутри морозильной камеры установлена ультрафиолетовая лампа 15 для создания контрастного освещения, а под каждым из резервуаров установлены сменные линейки с измерительной шкалой 16. Предлагаемое устройство функционирует следующим образом: Смешанный с отвердителем при комнатной температуре полимерный материал 4 одного типа делится на три одинаковые части или три замеса разных типов полимерного материала в равных долях заливаются в резервуары 3 устройства, оснащенные сменными вставками из политетрафторэтилена (фторопласта) 7, и расположенные внутри термостатирующей рубашки 5, обеспечивающей постоянную положительную температуру (20±0,1°С) в резервуарах, при этом шток 9 с затвором 14 находится в опущенном состоянии. Резервуары с образцами полимерного материала накрываются теплоизоляционными крышками 10, каждая из которых имеет отверстие с резиновым уплотнителем 11 под шток. Образцы полимерного материала выдерживаются в резервуарах в течение времени, необходимого для приобретения полимерным материалом температуры равной 20±0,1°С за счет передачи температуры от циркулирующей внутри термостатирующей рубашки воды к полимерным материалам, находящимся внутри резервуаров, после чего к штокам затворов посредством резьбовых соединений присоединяется рычаг 13 и фиксируется гайкой 12. Путем поднятия рычага, штоки с затворами перемещаются вверх и открывают узкие, имеющие в сечении форму эллипса каналы 8, соединяющие резервуары с морозильной камерой 1, поддерживающей постоянную отрицательную температуру (-5…-30°С). После открытия каналов образцы полимерного материала под действием силы гравитации (самотеком) попадают на расположенные в морозильной камере и ориентированные строго вертикально линейки с измерительными шкалами 16, и перемещаются по ним до полной остановки. В процессе измерений измерительные шкалы подсвечиваются установленной в морозильной камере ультрафиолетовой лампой 15 (за исключением случаев исследования реологических свойств фотоотверждаемых клеев), обеспечивая таким образом, контрастность полимерного материала на поверхности измерительной шкалы. Регистрация результатов измерений: пройденного по измерительной шкале расстояния и времени от начала движения по измерительной шкале до ее полной остановки или до момента достижения движущимся полимерным материалом установленного расстояния на измерительной шкале - осуществляется за счет видеосъемки с помощью широкоформатной видеокамеры 6, установленной за смотровым окном 2 вне морозильной камеры.
Предлагаемое изобретение поясняется примерами:
Пример 1
Примером реализации устройства является определение показателей жизнеспособности каждого из трех образцов, эпоксидной смолы ЭД-20 с добавлением отвердителя ПЭПА в пропорции 10:1 по массе, находящихся в вязкотекучем состоянии. Смесь эпоксидной смолы с отвердителем приготавливается в условиях комнатной температуры. Образцы полимерного материала медленно, предотвращая образование пузырьков воздуха, заливаются в конические резервуары устройства в равных количествах и выдерживаются в них в течение времени, необходимого для достижения равной температуры (20±0,1°С) за счет циркуляции воды в термостатирующей рубашке, после чего путем поднятия рычага, соединенного со штоками затворов, открываются каналы, соединяющие каждый резервуар с морозильной камерой, имеющей отрицательную температуру (-5…-30°С), и полимерные материалы под действием силы гравитации (самотеком) поступают из резервуаров на установленные строго вертикально в морозильной камере линейки с измерительными шкалами, подсвечивающиеся ультрафиолетовой лампой, что обеспечивает контрастность полимерного материала на фоне измерительной шкалы. Время и расстояние, пройденное самотеком вниз по каждой из измерительных шкал исследуемым полимерным материалом, фиксируется посредством видеосъемки с помощью широкоформатной видеокамеры, установленной вне морозильной камеры за смотровым окном со стеклопакетом. Оценка результатов измерений: время и расстояние, которое проходит каждый образец исследуемого полимерного материала самотеком вниз по измерительной шкале до полной его остановки или до момента достижения движущимся полимерным материалом установленного расстояния на измерительной шкале осуществляется путем анализа полученной видеосъемки.
Пример 2
Примером реализации устройства является определение показателей жизнеспособности образцов трех марок эпоксидной смолы: эпоксидной смолы ЭД-20 с добавлением отвердителя ПЭПА (в пропорции 10:1), эпоксидной смолы марки Elan-Tech ЕС 57 с отвердителем W61 (в пропорции 100:16 по массе), эпоксидной смолы марки L с отвердителем ЕРН 161 (в пропорции 100:25 по массе). Смеси эпоксидных смол с отвердителем приготавливаются одновременно в условиях комнатной температуры в одинаковых количествах. Каждая смесь медленно, предотвращая образование пузырьков воздуха, заливается в один из конических резервуаров (например, в первом резервуаре смесь ЭД-20, во втором - Elan-Tech ЕС 57, в третьем - L с соответствующими отвердителями). Образцы полимерных материалов заливаются в резервуары установки в равных количествах и выдерживаются в них в течение времени, необходимого для достижения равной температуры (20±0,1°С) за счет циркуляции воды в термостатирующей рубашке, после чего путем поднятия рычага, соединенного со штоками затворов, открываются каналы, соединяющие каждый резервуар с морозильной камерой, имеющей отрицательную температуру (-5…-30°С), и полимерные материалы под действием силы гравитации (самотеком) поступают из резервуаров на установленные строго вертикально в морозильной камере измерительные шкалы, подсвечивающиеся ультрафиолетовой лампой, что обеспечивает контрастность полимерных материалов на фоне измерительной шкалы. Время и расстояние, пройденное самотеком вниз по измерительной шкале каждым образцом исследуемых полимерных материалов, фиксируется посредством видеосъемки с помощью широкоформатной видеокамеры, установленной вне морозильной камеры за смотровым окном со стеклопакетом. Оценка результатов измерений: время и расстояние, которое проходит каждый образец исследуемого полимерного материала самотеком вниз по измерительной шкале до полной его остановки или до момента достижения движущимся полимерным материалом установленного расстояния на измерительной шкале осуществляется путем анализа полученной видеосъемки.