Способ определения молекулярной структуры эластомера — SU 657314 (original) (raw)
ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Соевтеких Сфциалиетичееких Реевубпик(5) . Кл. 601 7 Ч 3708 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий( 54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИОЛЕКУЛЯРНОЙ СТРУКТУРЫ ЭЛАСТОИЕРА Изобретение относится к методамопределения Физико-химических свойстввысокоэластических полимерных материалов (эластомеров) и может быть использовано в резиновой промышленности для разработки и выбора резин сповышенным ресурсом работоспособности в условиях одновременного воздействия статических и динамических деформаций.Известен способ определения термодинамической (равновесной) гибкостиполимерных цепей в растворах полимеров: либо по их вязкости, либо методом светорассеяния. Этот способ определяет гибкость отдельных макромолекул полимеров в условиях, когда молекулы находятся на некотором расстая- ..нии друг от друга 1.В резинах макромолекулы связаныдруг с другом поперечными сшивками,что оказывает влияние на процессыориентации. Оценить способность сшитых полимерных цепей к ориентацииили их гибкость с помощью перечисленного способа невозможно,Известен способ определения структурных изменений в эластомерах (резинах) с помощью рентгенографии,электронной микроскопии. Рентгеногра- ф Фический способ заключается,в получен. нии картин дифракции монохроматического пучка лучей (2. Электронный микроскопцающий увеличение от 3 10 до,3 10 крат и разрешение от 4 до 90 А, позволяет наблюдать отдельные кристаллические образования в эластомерах 31. Оба эти способа дают качественную оценку структурных изменений в эластомерах. Оценить количественно структурные измененияв эластомерах при ориентации с по-. мощью этих способов невозможно.Известен также способ определения структурных изменений в эластомерах при ориентации, который звключается в том, что пластину полимера, аулканизованную в пресс-,форме в контакте с неорганическим стеклом с шероховатостью с 714, закрепляют в зажимах деформирующего устройства, проверив горизонтальность образца, деформируют полимер на 10 и кварцевым стержнем наносят на него каплю жицкости, например глицерина. Через 1 мин Фотографируют контуры капли перпендикулярно оси силового поля и оси наибольшего смачивания, после этого плавно увеличивают деформацию, снова наносят каплЮ и повторяютФотографирование. По полученным фотографиям определяют значения косинусов равновесных краевых углов смачивания и стрсят зависимость полученных значений от величины деформации, По этой зависимости судятоб изменениях порядка малых и больших структурных элементов, указывающих о наличии,или отсутствии кристаллизации при ориентации 41. Этотспособ позволяет количественно оценитьстепень достигнутой ориентации в вул канизованном полимере . Недостаткомэтого способа является то, что онне позволяет количественно определить способность эластомеров к молекулярной Ориентации или гибкостьполимерных цепей,Целью изобретения является создание способа количественной оценкигибкости макромолекул эластомера(резины) .Поставленная цель достигается тем,что измеряют Физико-механическиепоказатели: условно-равновесное напряжение и критическое поверхностноенатяжение (КПН) в направлении растяжения эластомера и по линейной зависимости их определяют модуль гибкости макромолекул эластомера.Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.Пластины резины размером 50 х 15 х 2 мм,нулканизованные в целлофане или н контакте с неорганическим стеклом иимеющие величину шерохонатости поверхности 914, закрепляют в зажимах деформационного устройства и деформируют не менее чем на три различныхдеФормации. Измеряют величину КПНнедеформированного ( ф ) и деформйрованных образцов (.1) н направлениирастяжения образца. 40Напряжение р), возникающее в образцах нри тех же величинах одноосной деформации растяжения, измеряютпосле достижения условно-равновесногозначения (через 1 сут при 20 С) с помощью релаксометра,осевого растяжевния.Строится зависимость величиныусловно.-равновесного напряжения Оот изменения КПН (4- ;,), где 3 ъ,(дин/см) - величины КПН эластомеронн деформированном и недеформированнож состояниях соответственно, б(кгс/см ) - неличийа истинного, т .е .отнесенного к площади поперечногосечения деформированного образца, 55условно-равновесного напряжения6=АР/Я, где Р - усилие в кгс, 8 -площадь поперечного сечения до растяжения в см , Л- степень растягжения. 60Модуль гибкости материалапредставляет собой напряжение, которое необходимо для изменения КПН придеформации эластомерон на 1 дин/см.Практически определение численногозначенИя 1 производится расчетом65 тангенса угла наклона прямых в координатах б - КПН. Модуль гибкостихарактеризует способность структуры эластомера к молекулярной ориентации при деформации,П р и м е р 1, Определение взаимосвязи между предлагаемым парамет-ром 1, структурой, составом и свойствами различных эластомеров (резин) .Состав резин в весовых частях, режим вулканкзации и некоторые их свойства приведены в табл.1.Из анализа данных табл.1 видно,что исследованные резины отличаются между собой по следующим физико-химическим свойствам 1,резины 4, 5 имеют одинаковый состав, но различное содержание акрилонитрила (18 и 40 соответственно),т.е. различаются по полярности,имея при этом практически одинаковую густоту сетки (йс);рамзины 2, 3 - одинаковы по составу, но отличаются густотой пространственной сетки;резины 1, 2 - близки по густотепространственной сетки, полярности,но различаются разветвленностью макромолекул каучука;резины 5, 6 - при одинаковой полярности каучука различаются содержанием наполнителя.Для каждой резины определяют критическое поверхностное натяжение ннедеформированном состоянии (Ц) ипри трех деформациях , а такжеопределяют величину истинного условноравновесного напряжения (б) для каждой деформации. Далее строят зависимость о от (-3) и определяют модульгибкости Е, (см, табл, 1),,Из табл, 1 видно, что Е увеличивается н ряду резин;Зс 12 с 45 сбАнализ и сопоставление физико-химических свойств исследуемых резини модуля гибкости Е показывает, чточем больше полярность, разветвленность макромолекулы, чем больше густота пространственной сетки резин,содержание в них наполнителя, тембольше модуль гибкости, указанныесвойства тесно связаны с гибкостьюмакромолекул . Например,при введениив резину 5 наполнителя (резина 6)происходит снижение гибкости макромолекул и их способности к ориентациипри деформации за счет образованияупорядоченных надмолекулярных структур полимера вдоль сажевых цепочек,вследствие адсорбции участков полимерных молекул на частицах сажи. Наличие н таких системах полимер-саженых структур усложняет процесс релаксации напряжения. Вследствие этого затрудняются процессы молекулярной ориентации и соответственно возрастает н четыре раза Е, - напряжение,необходимое для единйчного измененияКПН.657314 Таблица 1 Состав смеси, режимы вулканиэации ее ч модуль гибкости резиныСостав исвойстварезин Резины 1 2 3 4 5 6 НК (натуральныйкаучук) 100 СКИС(бутадиенстирольный каучук) 100 100 СКН(нитрильныйкаучук) 100 СКН(нитрильныйкаучук) 10 100 1,5 1 ю 5 20 2,0 2,0 3,0 Сера КаптаксАльт аксОкись цинкаСажа ДГ0,8 0,8 1 г 5 0,7 1,5 15,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 50 о о о о о о143 х 40 143 х 20 143 х 20 158 х 30 151 х 40 153 х 40 Режим вулканизации4,7 13,5 14,1 20,2 5,9 9,5 12,448,6 8 1 8,5 6,8 6,0 П р и м е ч а н и е, Густоту пространственной сетки эластомеров( Я, 1/см ) оценивают по данным условно-равновесного модуля.э Приведенные в табл. 1 данные показывают, что предлагаемый показатель Е, коррелирует с гибкостью макромолекул или с их способностью к ориентации при деФормации эластомеров,П р и м е р 2, Определение взаимосвязи между ориентационными и динамическими свойствами резины.Исследуют резины на основе смесей кауч ков-изопренового (СКИ) и дивинилового (СКД) по способности к молекулярной ориентации и усталостной выносливости по числу циклов йц до разрушения при испытаниях на многократное растяжение по ГОСТ 261-67, режим деФормации Е 75, Е 55. В табл. 2 приведенй. соотношения каучуков, а также модуль гибкости Е , и усталостная выносливость этих резин.Из табл. 2 видно, что для резин на основе смесей каучуков СКД-СКИв области их соотношений 3:1 модуль гибкости имеет минимальное значение. Резины этого же состава обладают и наибольшей усталостной выносливостью при многократном растяжении.Приведенные результаты позволяютвыяснить, что долговечность резиндля РТИ, работающих в динамическихусловиях, во многом зависит от того,обладают ли микромолекулы способ 6 ностью к молекулярной ориентации ипереориентации при периодической де",Формации. Интересно отметить, что взависимости от состава резин Е,изменяется 12 раэ, в то же время10 условно-равновесный модуль Е, изме-,няется незначительноне более 1,5раза. Иэ этого следуЕт, что предлагаежй параметр Е . отвечает поставленной цели и однозначно характеризует способность структуры к молекулярной ориентацииИспользованиепредлагаемого способа определенияспособности эластомеров к молекулярной ориентации при деформациипозволяет целенаправленно разрабаф тывать и выбирать резины для резинотехнических деталей с повышеннымресурсом работы при воздействиидинамических деформаций,7 657314 Т аблица 2 Модуль гибкости резин при разном соотношении каучуков,2 9 25,0 40,8 4 0 51,не разрушнлис а Формула Изобретен ти макромолекул эласт ие ро Составитель Э.Ш Техред Н.Бабурк яковскаяКороектоПодписного комитетаий иоткрытийшская наб. Редахтор Т.,ЯеВятЗаказ 1782/41.Ряшк Тираж 1089 ЦНИИПИ Государственн по делам изобрете 5 Москва ЖРа/5 лиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4 Способ определения структуры эластомера п определением Физико-ме показателей эластомера ч а ю щ и й с я тем количественной оценки молекул эластомера, из ко-механические показа равновесное нпряжени поверхностное натяжен нии растяжения эласт нейной зависимости их молекулярной ри деформации ханическихо т л ичто, с целью гибкости макро меряют Фиэители: условное и критическоее . в направлеомера и по лиопределяют модуль гибкос омера.Источники инФормации,-принятыво внимание при экспертизе1. Цветков В.Н. и дрСтруктумакромолекул в растворах, М, 196с, 283-294,2. Каргин В.А. и др. Краткочерки по физико-химии полиме вМ; 1967, с. 173-175.3. Бухина М.Ф. Кристаллизациячуков и резин. М, 1973, с.65.4. Авторское свидетельство ССС9322695, кл. 001 М 19/08, 1971.