способ определения коэффициента равновесной жесткости полимеров

Формула изобретения

Способ определения коэффициента равновесной жесткости полимеров, заключающийся в том, что помещают исследуемый образец полимерной системы в первичный измерительный преобразователь емкостного типа, измеряют на зажимах измерительного преобразователя значение среднего квадрата напряжения тепловых электрических флуктуаций , определяют значение диэлектрической проницаемости без воздействия на испытуемый образец внешнего электромагнитного поля '_f, отличающийся тем, что производят нагрев образца при линейном повышении температуры Т со скоростью , в процессе нагрева измеряют на зажимах измерительного преобразователя значение среднего квадрата напряжения тепловых электрических флуктуаций , регистрируют максимальное значение , соответствующее температуре стеклования Т _с, при данной температуре определяют значение диэлектрической проницаемости без воздействия на испытуемый образец внешнего электромагнитного поля '_f, рассчитывают величину коэффициента жесткости по формуле

где k - постоянная Больцмана, f - частота измерений, f - полоса частот, ₀ - электрическая постоянная, D - диаметр дисковых электродов первичного преобразователя, d - толщина образца полимера, С₀ - емкость измерительной системы, А - константа, определяемая структурой полимера.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при производстве высокомолекулярных соединений, а также для прогнозирования изменения физических свойств полимеров при различных условиях эксплуатации.

Известен способ оценки коэффициента равновесной жесткости полимерных цепей по результатам вискозиметрических измерений (Твердохлебова И.И. Конформация макромолекул (вискозиметрический метод оценки). - М.: Химия, 1981. - С.177). Недостатком известного способа является то, что для получения результата требуется определять вязкость растворов полимеров и проводить большое количество расчетов. Вследствие этого измерительная информация о реальных процессах молекулярных движений подсистем полимерной системы неадекватна объекту.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ определения диэлектрических характеристик полимеров (см. Патент РФ №2166768 G 01 R 27/26, G 01 N 27/22, Бюл. №13, 10.05.2001 г.).

Сущность способа заключается в следующем. Помещают исследуемый материал при известной температуре Т в конденсаторный первичный преобразователь, параллельно первичному преобразователю с исследуемым материалом в качестве диэлектрического слоя подключают добавочное активное сопротивление R_dm,и изменяя его величину, находят и измеряют максимальное значение среднего квадрата напряжения электрических флуктуаций на зажимах преобразователя ; убирают из преобразователя анализируемый образец, устанавливают расстояние между электродами преобразователя, соответствующее толщине образца d, измеряют при этом средний квадрат напряжения электрических флуктуаций при подключенном к преобразователю , вычисляют диэлектрическую проницаемость ' и тангенс угла диэлектрических потерь tg по формулам:

где f - полоса частот, f - частота измерений; D - диаметр электродов преобразователя, С₀ - собственная входная емкость измерительной системы, - средний квадрат эдс шума предварительного усилителя, k - постоянная Больцмана, ₀ - электрическая постоянная. Недостатком способа является невозможность определения коэффициента жесткости полимерных цепей .

Техническим результатом изобретения является возможность определения коэффициента равновесной жесткости полимерных цепей для полимеров в блоке.

Сущность изобретения заключается в том, что помещают исследуемый образец полимерной системы в первичный измерительный преобразователь емкостного типа, производят нагрев образца при линейном повышении температуры Т со скоростью , в процессе нагрева измеряют на зажимах измерительного преобразователя значение среднего квадрата напряжения тепловых электрических флуктуации , регистрируют максимальное значение , соответствующее температуре стеклования T _c, при данной температуре определяют значение диэлектрической проницаемости без воздействия на испытуемый образец внешнего электромагнитного поля '_f, рассчитывают величину коэффициента жесткости по формуле

где k - постоянная Больцмана, f - частота измерений, f - полоса частот, ₀ - электрическая постоянная, D - диаметр дисковых электродов первичного преобразователя, d - толщина образца полимера, С₀ - емкость измерительной системы, А - константа, определяемая структурой полимера.

Сущность изобретения поясняется следующим образом. Между температурой стеклования полимера T_c и коэффициентом равновесной жесткости макромолекул существует соотношение (Привалко В.П. Молекулярное строение и свойства полимеров. - Л.: Химия, 1986. - С.87)

где А - константа, определяемая структурой полимера (Таблицы 1...6).

Таблица 1
Группа полимеров	А, К
а	115,0
б	84,0
в	62,5
г	51,5
д	40,0
Таблица 2	Таблица 3
Группа а	Группа б
	Полибутен-1
Политетраметиленоксид	Полипропилен
Полиэтилен	Полибутилметакрилат
Полипропиленоксид	Полихлортрифторэтилен
Полидиоксолан	Поли-n-метилстирол
Полиоксиэтилен	Поли-2,5-дихлорстирол
Поли- -капролактон	Полистирол
Полиэтиленадипинат	Поли-n-бромстирол
Поливинилиденфторид	Поли-n-хлорстирол
Полиоксистирол	Поли-о-метилстирол
Поливиниловый спирт	Поли-3,4-дихлорстирол
	Поли- -метилстирол

Таблица 4	Таблица 5
Группа в	Группа г
Натуральный каучук	Полиоксибутен-1
Поли-цис-изопрен	Полиизобутилен
Полибутилакрилат	Поливинилиденхлорид
Полиметилакрилат	Полипентен-1
Поливинилацетат	Поливинилбутират
Полиметилметакрилат	Поливинилизобутират
изотактический	Поливинилбензоат
атактический	Поливинил пирролидон
Поливинилхлорид	Поли-м-хлорстирол
Полиакрилонитрил	Полиакриламид
Поли-м-фторстирол	Поливинилбифенил
Поли-о-хлорстирол
Поли-1-винилнафталин
Поли-2-винилнафталин
Таблица 6
Группа д
Полигексен-1
Полиэтилакрилат
Полиоктилметакрилат
Полигексилметакрилат
Полинеопентилметакрилат
Полициклогексилметакрилат
Полибутилциклогексилметакрилат
Полифенилметакрилат
Полибутилфенилметакрилат

Для среднего квадрата напряжения электромагнитных флуктуаций полимерной системы, помещенной в первичный измерительный преобразователь емкостного типа, при том условии, что величина сигнала намного больше, чем шум измерительной системы, можно записать следующее выражение

где 1/R_x - активная проводимость первичного преобразователя, 1/R_ВХ - активная проводимость измерительной системы, k - постоянная Больцмана, f - частота измерений, f - полоса частот, ₀ - электрическая постоянная, D - диаметр дисковых электродов первичного преобразователя, d - толщина образца полимера, С₀ - емкость измерительной системы, '_f - диэлектрическая проницаемость полимера, определенная без воздействия на испытуемый образец внешнего электромагнитного поля.

Для некристаллических полимерных систем вид зависимости от температуры имеет вид кривой с максимумом. Максимум же может наблюдаться лишь в том случае, когда вещественная часть комплексной проводимости первичного преобразователя равна мнимой, т.е.

Для температуры стеклования выражение (5) может быть представлено в виде

Данный факт позволяет получить однозначную зависимость между диэлектрической проницаемостью '_f, максимумом среднего квадрата напряжения электромагнитных флуктуаций на зажимах первичного преобразователя при температуре стеклования T_c, конструктивных параметров преобразователя D, d, C ₀ и коэффициентом равновесной жесткости полимера

На чертеже представлена измерительная установка для определения энергии активации процессов молекулярной подвижности полимерных систем. Исследуемый образец 1 помещается в первичный измерительный преобразователь емкостного типа 2, расположенный в электромагнитном экране 6. Температура образца измеряется термопарой 4 и потенциометром 3. Тепловой режим задается блоком 5. Сигнал измерительной информации усиливается широкополосным усилителем 7 и поступает на обработку в блок 8, включающий АЦП 9 и персональный компьютер 10.

Предлагаемый способ определения коэффициента жесткости полимерных материалов позволяет существенно расширить экспериментальные возможности анализа высокомолекулярных соединений.