Файл: Коган, З. А. Консервация и упаковка машиностроительной продукции.pdf

происходить снижение концентраций газа в герметичных упаковках за счет диффузии азота через материал (или неплотности) в атмосферу, а кислорода воздуха — в гер­ метизированный объем. Поэтому при длительном хранении изделий с использованием инертных газов необходимо систематически контролировать концентрацию газа в гер­

Хранение изделий в среде инертных газов целесооб­ разно лишь при весьма герметичных упаковках.

Этот способ консервации применяют главным образом при защите от атмосферной коррозии внутренних меха­ низмов и устройств изделий машиностроительной про­ мышленности, имеющих прочные и абсолютно герметич­ ные корпусы. Он может также применяться при хранении сложной аппаратуры в чехлах из высококачественных пленок, если применение обычных методов герметизации

сосушкой воздуха нецелесообразно из-за опасности

Скорость снижения концентраций азота в герметич­ ных упаковках при хранении зависит от следующих основных факторов: качества ее герметичности (величины газопроницаемости материала), температурных условий хранения, величины внутреннего объема упаковки. Послед­ няя зависимость принципиально отличает процесс снижения газовых концентраций в упаковках от процесса нарастания влажности воздуха в емкостях с силикагелем.

150

Г л а в а XI

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРОПРОНИЦАЕМОСТИ ПЛЕНОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Проникновение паров воды через твердые тела про­ исходит в результате следующих основных процессов: растворения влаги в материале (сорбции), диффузии ее через материал и испарения (десорбции) влаги с про­ тивоположной стороны материала.

Адсорбция водяного пара на поверхности материала зависит от относительной влажности воздуха и свойств материала. Механизм растворения объясняют постепен­ ным закреплением молекул пара на материале с после­ дующим проникновением их .через свободные промежутки между молекулами тела, образующиеся в результате их тепловых колебаний [96]. Сквозное проникновение паров воды через материал может иметь место лишь при наличии перепада давления (градиента концентрации) водяных паров между противоположными сторонами изоляцион­ ного материала.

Паропроницаемость пленочных материалов принято характеризовать их влажностными характеристиками: коэффициентом растворимости h, коэффициентом диффу­ зии D и коэффициентом проницаемости Р.

Коэффициент (постоянная) проницаемости является производным от первых двух коэффициентов и полностью характеризует паропроницаемые свойства материала. Его

по которой он и рассчитывается, при условии стационар­

151

Таким образом, постоянная Р является лишь услов­ ным сравнительным оценочным параметром качества са­ мого материала, так как определяет паропроницаемые свойства материала с условной толщиной в 1 см при перепаде парциального давления в 1 мм рт. ст. (в данной системе единиц). Для практического использования этот показатель не всегда удобен.

В последнее время при расчетах используют специаль­ ный параметр, определяющий паропроницаемые свойства материала данной толщины в конкретных условиях испы­ таний, — паропроницаемость, измеряемую количеством водяного пара АК, проникающего через единицу площади материала F данной толщины в единицу времени при определенной температуре и разности относительной влаж­ ности (парциального давления) воздуха. Паропроницае­ мость материала рассчитывают по формуле

лялся известный параметр. Без этого вычисления одного из параметров по известной величине другого бессмыс­ ленны, так как величина разности парциальных давлений

сительные влажности воздуха; Е = f (t) — упругость на­ сыщения водяного пара.

152

Кроме этого, при необходимости такого пересчета следует иметь в виду, что в расчет могут вноситься ошибки из-за отсутствия строгой обратно пропорциональной связи между Р и s (за счет структурной неоднородности материала по толщине и др.).

Поэтому при расчете герметичных упаковок необхо­ димо пользоваться конкретными данными паропроницаемости применяемого материала, определяемыми опытным путем. Метод определения паропроницаемости должен быть достаточно точным и проверен на практике.

Известно много различных методов определения влажностных характеристик изоляционных материалов. Эти методы могут быть разделены на следующие основные группы: сорбционные, манометрические, титрометрические, с использованием радиоактивных изотопов, грави­ метрические (весовые) и т. д. Перечисленные методы испытаний имеют свои преимущества и недостатки и ха­ рактеризуются различными модификациями применяемых схем и конструкций.

Сорбционный метод [30]. Сущность метода заключается в определении изменения веса сухого образца во времени, помещенного в воду или в ее пары. Сорбционные методы весьма приближенны, и их используют главным образом для определения коэффициентов растворимости h доста­ точно гигроскопичных материалов по отношению к водя­ ным парам. Точность может быть несколько повышена за счет применения специальных сорбционных весов.

Манометрический метод [30, 61, 95, 109] считается одним из чувствительных и позволяет определять все влажностные характеристики материалов (D, h, Р). Наиболее распространенная схема установки, исполь­ зуемая при этом методе, состоит из следующих основных частей: диффузионная камера с двумя ячейками, разде­ ленными закрепленным образцом материала, резервуар с водой, вакуумный насос, точный манометр (Мак-Леода), система трубопроводов, кранов, приборов и т. д. Перед началом опыта обе ячейки диффузионной камеры вакуумируют, после этого одну из них соединяют с резервуаром с водой.

Сущность метода заключается в определении законо­ мерности повышения давления водяных паров, продиффундирующих через мембрану в сухую ячейку камеры. Затем определяют постоянную проницаемость Р по фор­ муле (11), при этом количество проникшей влаги опре-

153

деляется расчетным путем при установившемся режиме диффузии по величине давления водяного пара р, кон­ структивным и другим параметрам.

Коэффициент диффузии D находится аналитически после графической обработки функции р = / (т) (для сухой ячейки) и определения времени задержки паропроникновения (индукционного периода). Коэффициент рас­ творимости h находится, как производная величина.

К недостаткам данного метода следует отнести: слож­ ность установки и громоздкость расчетов; длительность опыта (подготовка образца занимает 14—42 суток); недо­ статочная точность результатов измерений из-за ошибок замера Давления водяных паров манометром, нестабиль­ ности разности парциальных давлений водяных паров в результате проникновения их через мембрану,расчетных ошибок и т. д.

Разработан ряд способов усовершенствования данного метода (вымораживание водяных паров в сухой ячейке, циркуляция потоков воздуха с обеих сторон мембраны, использование молекулярных сит и т. д.), однако это в значительной степени усложняет схему установки [49].

Титрометрические методы. Сущность этих методов за­ ключается в измерении химического взаимодействия во­ дяных паров, диффундирующих через образец материала, со специальным реагентом, после чего путем титрования продуктов реакции определяют количество проникшей влаги. Известны также способы определения количества продиффундированной через мембрану влаги с помощью электрических гигрометров или проведения специальных газовых анализов [49].

Титрометрические методы широко не применяются из-за их недостаточной точности и других причин.

Радиометрический метод. Сущность этого метода за­ ключается в замере массы, продиффундированной через мембрану, влаги с помощью химического анализа, с ис­ пользованием радиоактивных изотопов. Индикация мо­ лекул воды может производиться тритием — радиоак­ тивным изотопом водорода- [95].

Схема установки для определения влажностных ха­ рактеристик аналогична схеме установки для манометри­ ческого метода, в которую дополнительно вводятся сосуд для вымораживания паров воды в объеме сухой ячейки, сосуд со спиртом для сбора конденсата со стенок системы, радиоактивный счетчик.

154

Порядок замера влажностных характеристик в основ­ ном такой же, как и при манометрическом методе. По­ стоянную проницаемости замеряют при установившемся режиме диффузии. Количество продиффундированной влаги определяют по активности паров воды в заранее протарированном радиоактивном счетчике.

Преимущество этого метода по сравнению с мономе­ трическим: сокращение времени испытаний за счет менее тщательной подготовки . образцов; повышение точности замеров в результате поддержания стационарного пере­

(до 40—45%) главным образом из-за ошибок радиоактив­ ного счетчика, которые могут быть частично исключены применением схемы с проточным счетчиком.

Рассмотренные методы определения влажностных ха­ рактеристик полимерных пленок сложны, применимы лишь в специализированных лабораториях и имеют суще­ ственные недостатки.

Некоторый интерес заслуживает оригинальный метод измерения паропроницаемости пленочных материалов с учетом реальных условий паропроникновения, предло­ женный И. Ганоусеком и др. [107]. Сущность способа заключается в определении закономерности нарастания относительной влажности воздуха в сухой ячейке диффу­ зионной камеры по мере проникновения в нее влаги через мембрану испытуемого материала. Установка представ­ ляет собой диффузионную камеру, ячейки которой изо­ лированы пленочным материалом. Во влажной ячейке камеры поддерживают любое нужное давление водяных паров путем использования насыщенных растворов опре­ деленных солей. Значения относительной влажности в су­ хой ячейке во времени регистрируются электрическим гигрометром [16].

Принцип действия гигрометра основан на измерении электрического сопротивления чувствительного гигро­ скопического датчика, реагирующего на изменение отно­ сительной влажности воздуха. Для этой цели исполь­ зуют смесь хлористого лития с поливинилацетатом, кото­ рая наносится между стеклянными пластинками, покры­ тыми слоем платины. Анализ данного метода определения паропроницаемости материала показывает, что он недо­ статочно точен из-за ошибок, связанных с замерами отно-

165