Способ определения коэффициента равновесной жесткости полимеров
Владельцы патента RU 2298174:
ГОУ ВПО Тамбовское высшее военное авиационное инженерное училище радиоэлектроники (Военный институт) (RU)
Изобретение относится к измерительной технике. Сущность изобретения заключается в том, что в процессе нагрева образца измеряют на зажимах измерительного преобразователя значение среднего квадрата напряжения тепловых электрических флуктуаций, регистрируют максимальное значение, соответствующее температуре стеклования, при которой определяют значение диэлектрической проницаемости и рассчитывают величину коэффициента жесткости. Техническим результатом изобретения является возможность определения коэффициента равновесной жесткости полимерных цепей для полимеров в блоке. 1 ил., 6 табл.
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 σ 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 Rdm,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 ε' и тангенс угла диэлектрических потерь tgδ по формулам:
где Δf - полоса частот, f - частота измерений; D - диаметр электродов преобразователя, С0 - собственная входная емкость измерительной системы, 
- средний квадрат эдс шума предварительного усилителя, k - постоянная Больцмана, ε0 - электрическая постоянная. Недостатком способа является невозможность определения коэффициента жесткости полимерных цепей σ.
Техническим результатом изобретения является возможность определения коэффициента равновесной жесткости полимерных цепей σ 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 Tc, при данной температуре определяют значение диэлектрической проницаемости без воздействия на испытуемый образец внешнего электромагнитного поля ε'f, рассчитывают величину коэффициента жесткости по формуле
где k - постоянная Больцмана, f - частота измерений, Δf - полоса частот, ε0 - 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 Tc и коэффициентом равновесной жесткости макромолекул σ 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-ε-капролактон | Полистирол |
| Полиэтиленадипинат | Поли-n-бромстирол |
| Поливинилиденфторид | Поли-n-хлорстирол |
| Полиоксистирол | Поли-о-метилстирол |
| Поливиниловый спирт | Поли-3,4-дихлорстирол |
| Поли-α-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/Rx - активная проводимость первичного преобразователя, 1/RВХ - активная проводимость измерительной системы, k - постоянная Больцмана, f - частота измерений, Δf - полоса частот, ε0 - электрическая постоянная, D - диаметр дисковых электродов первичного преобразователя, d - толщина образца полимера, С0 - емкость измерительной системы, ε'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 ε'f, максимумом среднего квадрата напряжения электромагнитных флуктуаций на зажимах первичного преобразователя при температуре стеклования Tc, конструктивных параметров преобразователя D, d, C0 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.
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 ε'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 Тс, при данной температуре определяют значение диэлектрической проницаемости без воздействия на испытуемый образец внешнего электромагнитного поля ε'f, рассчитывают величину коэффициента жесткости по формуле
где k - постоянная Больцмана, f - частота измерений, Δf - полоса частот, ε0 - электрическая постоянная, D - диаметр дисковых электродов первичного преобразователя, d - толщина образца полимера, С0 - емкость измерительной системы, А - константа, определяемая структурой полимера.
