ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Исследование процессов переноса жидкостей н газов через полимеры в напряженно-деформированном состоянии из "Физико-химическая стойкость полимерных металлов в условиях эксплуатации" При проникании жидких сред в некоторые полимерные материалы иногда наблюдается граница раздела между слоем полимера, в который проникла среда, и сухим полимером. Использование оптических методов, как правило, предполагает определение коэффициентов диффузии по распределению концентрации диффундирующей жидкости в полимере или по скорости движения границы постоянной концентрации. [c.198] Наиболее полную картину диффузионного процесса можно получить из кривой распределения концентрации. В работе [36] разработан микрометод фиксирования движущихся границ в системах полимер—растворитель, основанный на явлении многолучевой интерференции. В литературе описаны оптические методы, пригодные для исследования диффузии в системах полимер — растворитель в широкой области концентраций [37 ] они подразделяются на рефрактометрические, интерференционные и колориметрические. Основным недостатком этих методов является ограниченность их применения, связанная с оптическими свойствами исследуемой системы, и невозможность количественной оценки процесса переноса вещества. [c.198] Общий недостаток оптических методов — невозможность определения коэффициентов проницаемости. [c.199] Суть значительного числа методов, описанных в литературе и связанных с оценкой влияния деформированного состояния на процессы переноса газов и жидкостей, заключается в следующем предварительно растягивают полимерный образец при температурах, значительно превышающих температуру стеклования, затем его охлаждают и далее определяют проницаемость в обычных диффузионных ячейках [42]. В последние годы опубликована методика оценки проницаемости однооснорастянутых полимерных образцов [43]. Проницаемость эластично-деформированной пленки измеряли с использованием специального держателя, позволяющего одноосно растягивать исследуемый образец. Газопроницаемость растянутой пленки оценивали с помощью газоанализаторов. Данная методика позволяет определить значения коэффициентов диффузии и проницаемости, а также непосредственно и толщину растянутых образцов недостатком является небольшой интервал исследуемых деформаций (до 35%) трудности деформирования и оценки параметров переноса при температурах, отличных от комнатных отсутствие регистрации усилий, создаваемых в растянутых образцах ограниченный круг исследуемых низкомолекулярных сред. В работе [44] описана методика оценки относительного количества проникшей в материал жидкости в зависимости от напряжения. Нагруженные образцы помещали в окрашенные растворы и после выдержки исследовали на микрофотометре. Полученные результаты являются чисто сравнительными и не дают конкретной информации о процессах активированной или капиллярной диффузии. [c.199] Методы исследования диффузии низкомолекулярных веществ в напряженно-деформированных полимерных образцах получили развитие в течение последних 10 лет в наших работах. [c.199] Основные трудности при разработке приборов представляют выбор схемы нагружения и конструктивное оформление диффузионных ячеек, требующих строгой фиксации напряженного состояния испытуемых образцов в различных температурных условиях при одновременном измерении скорости диффузии или величины проницаемости низкомолекулярных компонентов. [c.199] Механический метод исследования диффузии жидкостей и паров через полимеры в напряженно-сжатом состоянии. Метод изучения кинетики диффузионных процессов жидких и парообразных сред в напряженно-сжатых образцах основан на регистрации изменения механических свойств (поверхностной микротвердости) полимера при взаимодействии со средой (см. ГОСТ 18059—72) [45 ]. [c.200] Скорость проникания среды в толщу полимера определяют путем измерения во времени поверхностной микротвердости образца на различном удалении от поверхности контакта среды с полимером. При этом предполагают, что изменение микротвердости образца в заданном сечении во времени пропорционально изменению концентрации низкомолекулярного вещества в этом сечении. Схема диффузионной ячейки приведена на рис. VI.7. [c.200] Микротвердость измеряют электронным микротвердомером. Прибор регистрирует глубину погружения индентора в испытуемый образец под действием постоянного груза. Особенностью прибора является возможность регистрации очень малых (0,5— 200 мкм) перемещений индентора в материале при постоянном временном цикле нагружения (20 с) малыми грузами (0,05—0,3 кг). Набор грузов и инденторов различной толщины позволяет измерять микротвердость как жестких, так и мягких пластмасс. [c.200] Заполненные ячейки помещают в воздушный термостат на длительное хранение при заданных температурах. Измерение микротвердости в различных точках испытуемого полимерного образца проводят периодически через равные промежутки времени. [c.201] Зависимость В,, = / (т) (рис. VI.8) имеет характерные точки и Та, которые могут быть взяты в качестве исходных для расчета коэффициента диффузии по экспериментальным данным. Если исходить из предположения, что изменение микротвердости испытуемого образца пропорционально изменению концентрации диффундирующего в образец вещества, то должно характеризовать время распространения фронта диффундирующего вещества в ква-зиполубесконечном теле на глубину I. [c.201] Анализ экспериментальных данных (полученных нами для различных диффузионных систем) по сравнительному изменению микротвердости и массы набухших в среде образцов показывает, что чувствительность изменения микротвердости находится в пределах 20—30% от максимального набухания для большинства испытанных образцов. Поэтому можно принять, что отношение с Х1, х)/с , с в уравнении (1.5) равно 0,1 0,2. Это соответствует значению интеграла Гаусса 0,8—0,9. [c.201] По данным [37], полученным методом наблюдений за перемещением оптической границы, значения К1 могут колебаться от /3 до Большие значения К1 характерны для систем, диффундирующий компонент которых обладает малой растворяющей способностью полимера, меньшие — для систем с сильными растворителями. [c.202] В некоторых исследованных нами системах (полиэтилен — о-ксилол, полиэтилен — изопропилбензол и др.) начальный нестационарный участок зависимости Вл(т ) изменялся не монотонно, а имел характерные цикл и экстремальные точки (рис. VI.8, б). [c.202] Резкое уменьшение в точ-ке а может быть объяснено увеличением напряжений в образце материала перед фронтом диффундирующей среды. Некоторые исследователи подтверждают это увеличением поляризационно-оптического эффекта [44]. При прохождении набухшего фронта происходит резкий спад напряжений, микротвердость материала падает, на кривой появляется пик с максимумом Величина Т1 в точке а соответствует распространению диффузионного фронта на толщину материала I. [c.202] Подобная зависимость В/г(т) позволяет оценивать Т1 с достаточно большой точностью. [c.202] Величина характеризует время достижения максимального изменения твердости в заданном сечении. В большинстве случаев Т2 может быть определено более точно, чем Очевидно, что будет соответствовать также времени достижения максимальной равновесной концентрации диффундирующего вещества в заданном сечении полимерного образца. Для плоских кольцевых образцов равновесная концентрация с, диффундирующего вещества будет различной в разном удалении I от поверхности контакта полимера с веществом. [c.202] Вычисления, проведенные применительно к размерам образцов, используемых в данной работе, при условии I = 1н-3 мм, дают значение коэффициента ЛГа = 2. [c.203] Это уравнение использовали в расчетах коэффициентов диффузии по экспериментальным данным механического метода. [c.203] Отсутствие преимущественного проникания среды между полимером и прилегающими поверхностями ячейки по сравнению с объемной диффузией среды в полимер было доказано наблюдением окрашенного фронта на образцах винипласта в контакте с концентрированной азотной кислотой. Время проникания среды в полимер на известную глубину, определенное по перемещению границы окрашенного слоя, точно соответствует времени, установленному по изменению микротвердости. [c.203] Вернуться к основной статье