Способ определения коэффициента диффузии
миб3", тот к» Ь1БА
ОПИСАН И Е
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пц 57268l
Стива Советских
Социалистических
Республик (61) Дополнительное к авт. свпд-ву (22) Заявлено 02.06.75 (21) 2141081/25 с присоединением заявки № (23) Приоритет
Опубликовано 15.09.77. Бюллетень ¹ 34
Дата опубликования описания 16.09.77 (51) M. Кл. G 01N 13/00
Государственный комитет
Совета Министров СССР по делам изобретений и отхрытий
Ф (53) УДК 539.219.3 (088.8) (72) Авторы изобретения
О. Ф. Шленский и Л. М. Тархов
Московский институт химического машиностроения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ДИФФУЗИИ
Изобретение относится к механике и физикохимии полимеров, а также к области химического машиностроения, в которой используются коррозионностойкие полимерные материалы для изготовления элементов конструкций, работающих в контакте с жидкими средами.
Известен способ определения коэффициента диффузии по измерению изменений линейных размеров образца, периодически погружаемого в жидкость (1).
Однако этот метод не обеспечивает высокой точности измерений и не позволяет определять другие характеристики.
Наиболее близким техническим решением является способ определения коэффициента диффузии жидкости в полимерный материал путем погружения образца в жидкость, периодического его извлечения и взвешивания
)2). По результатам взвешивания образца и времени установления равновесного состояния рассчитывают искомый коэффициент диффузии.
Весовой метод неприменим к таким полимерам, у которых одновременно с диффузией идет процесс частичного растворения полимера в жидкости, особенно в агрессивной среде.
В результате протекания процессов растворения или химического взаимодействия вес образца не только может не увеличиваться, но
2 и уменьшаться, в то время как процесс диффузии имеет место.
Другим недостатком весового метода является малая чувствительность в отношении к тем полимерам, при погружении в жидкость которых прибыль веса оказывается незначительной. Так происходит, если плотности полимера и жидкости близки одна к другой.
Цель изобретения — расширение области применения способа и повышение его разрешающей способности.
Это достигается тем, что по предлагаемому способу в соприкосновение с жидкостью приводят одну из поверхностей образца и измеряют зависимость высоты прогиба образца от времени, по которой определяют продолжительность полного насыщения образца, а затем находят искомый параметр.
20 Способ иллюстрируют чертежом.
На сосуд 1, в который помещают вещество
2, поглощающее влагу (селикагель), устанавливают сверху образец 3, имеющий форму круглой или квадратной пластины. По всему
25 периметру образца 3 крепят бортик 4 из какого-либо вязкого герметика, например пластилина. Высота бортика 3 — 5 мм. В полученную таким образом плоскую ванну заливают исследуемую жидкость 5. В центре образца
ЗО помешают конец ножки индикатора часового
3 типа 6, с помощью которого производится измерение стрелки прогиба образца.
По мере диффузии жидкость проникает в образец и вызывает набухание его. Так как концентрация жидкости на верхней плоскости образца наибольшая (100 /о), а на нижней стороне образца равна нулю, набухание образца происходит неравномерно и первоначально плоская форма образца искажается, деформируется. Если в результате набухания объем материала увеличивается, пластина прогибается вверх. Через равные промежутки времени производится измерение стрелки прогиба образца. О завершении процесса диффузии можно судить по прекращению дальнейшей деформации образца.
Коэффициент диффузии определяется из условий равенства диффузионного критерия
Фурье единице л
Foc = =1, 2 где 1 — время процесса полного насыщения образца, определяемое по завершению изменения стрелки прогиба образца;
6 — толщина образца.
Отсюда искомый коэффициент диффузии равен
D=—
Предлагаемый способ позволяет определить пз одного опыта и другой параметр — коэффициент набухания.
Согласно решению уравнения Фика в стадс ционарном состоянии (— = О) распределед-. ние концентрации жидкости по толщине пластины линейное. В таком случае первоначально плоская пластина выпучивается и превращается в часть сферической оболочки. Связь между коэффициентом набухания а и радиусом кривизны образующейся сферической оболочки R имеет вид:
1 аС
Я о где С вЂ” концентрация жидкости, 6 — толщина пластины образца.
Отсюда находим искомый коэффициент набухания
572681 а=
RC
Экспериментальным путем наиболее просто определить не радиус сферы, а стрелку прогиба образца ). Тогда, используя известные соотношения, связывающие указанные величины, получим
2fo а= а где а — радиус образца в виде круглой пластины или половина ширины квадратного образцаа.
Возможность увеличения размеров образца позволяет значительно увеличить точность производимых измерений. С другой стороны, приложение нагрузки в центре образца позволяет производить измерения указанных характеристик в напряженном состоянии образца.
Стоимость проведения испытаний предлагаемым способом существенно меньше по сравнению с весовым, так как стоимость индикатора часового типа в десятки раз меньше стоимости прецизионных аналитических весов. При больших прогибах образцов более
100Х 100 мм" возможно измерение стрелки прогиба образца обычной линейкой. Предлагаемый способ доступен для любой метролозо гической лаборатории.
Формула изобретения
Спосо б определения коэффициента диффузии жидкости в полимерный материал путем введения образца в контакт с жидкостью и последующего измерения характеристик образца, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения способа и повышения его разрешающей способности, в соприкосновение с жидкостью приводят одну
4О из поверхностей образца и измеряют зависимость высоты прогиба образца от времени, по которой определяют продолжительность полного насыщения образца, а затем находят
45 искомый параметр.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Тагер A. A, Физикохимия полимеров, издво «Хнмня», М., 1968, с. 319 — 320.
2. Беррер P. Диффузия в твердых телах, М., НИЛ, 1948, с. 502.
572681
Составитель С. Беловодченко
Техред И. Михайлова Корректоры: В. Посельский и Л. Брахнина
Редактор И. Шубина
Подписное
Типография, пр. Сапунова, 2
Заказ 1984/17 Изд. № 760 Тираж 1109
НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, 5К-35, Раушская наб., д. 4/5
