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

сительной влажности воздуха, и необходимости исполь­ зования дополнительных расчетов и построения графи­ ков. Кроме того, в вышеуказанных работах даются необос­ нованные построения при решении ряда практических задач.

Гравиметрические методы. Для проведения расчетов герметичных упаковок необходимы простые и достаточно точные методы определения паропроницаемости полимер­ ных пленок, доступные для обычных заводских лабора­ торий. В этом отношении заслуживают внимания грави­ метрические (весовые) методы, которые получили наиболь­ шее распространение. Они просты, не требуют сложных устройств и обеспечивают достаточную точность.

Сущность гравиметрического метода определения паро­ проницаемости основана на непосредственном измерении (путем взвешивания на аналитических весах) количества водяных паров, прошедших через мембрану материала за определенное время. В отличие от рассмотренных выше методов диффузия водяных паров происходит непосред­ ственно в воздухе с нормальным барометрическим давле­ нием, т. е. в естественных условиях. Основным элементом установки является ячейка с водой или адсорбентом, емкость которой изолируется мембраной из испытуемого материала. Ячейку помещают в сухую или влажную среду, в результате чего создается определенная разность парциальных давлений по водяному пару. Количество проникшего через мембрану водяного пара определяется по уменьшению или увеличению веса ячейки с образцом.

Влажная среда с определенной фиксированной отно­ сительной влажностью при этом создается в результате

В последнем случае обычно применяют следующие насы­

воздуха может быть получена также при помещении в изо­ лированную емкость серной кислоты соответствующей концентрации и т. д. При выборе указанных веществ следует следить за тем, чтобы процесс диффузии через полимерный материал не искажался в результате их химического воздействия на полимер.

Сухую среду получают осушкой воздуха в изолирован­ ном объеме сильными влагопоглотителями. Применяемые

156

влагопоглотители не должны оказывать химического и фи­ зического воздействия на пленочный материал; они должны иметь высокую поглощающую способность и обеспечивать низкое давление водяного пара в объеме при поглощении большого количества воды. Обычно в качестве влаго­ поглотителей используют хлористый кальций (СаС12), фосфорный ангидрид ( Р 2 0 5 ) , мелкопористые силикагели (SiOa ) и др.

Гравиметрические методы позволяют непосредственно определить паропроницаемость материала (в г/м2 -сут) любой толщины

Fx

где AG — величина изменения массы ячейки с образцом в г;

При необходимости можно также определять и по­ стоянные проницаемости материала Р после расчета

способы, характеризующиеся вариантом схемы установки, каждый из которых имеет свои особенности, которые необходимо учитывать при проведении испытаний. Спо­ собы различаются по форме и конструкции ячейки, по способу изоляции ячейки испытуемым материалом от окружающей среды, по способу создания действующей разности парциальных давлений и т. д. Точность опыта определяется главным образом качеством герметичности ячейки и возможностью обеспечения стабильной разности парциальных давлений водяных царов на всем протя­ жении опыта, а также отсутствием барометрических перепадов давлений воздуха между изолированными мемб­ раной емкостями.

Качество герметичности (изоляции) ячейки опреде­ ляется способом закрепления образца материала, т. е. целиком зависит от конструкции ячейки.

Стабильность разности парциальных давлений зависит от качества регенерации, свойств и количества заложен­ ного влагопоглотителя, а также от температуры опыта и ее колебаний.

Барометрические перепады характерны для жестких конструкций ячеек и связаны с колебаниями атмосфер­ ного давления воздуха и изменением температуры опыта

157

по сравнению с исходной. В результате этих перепадов могут изменяться разности парциальных давлений водя­ ного пара, а также нарушаться герметичность закреплен­ ной мембраны или вытягиваться пленочный материал, что ведет к снижению точности опыта.

Остановимся коротко на некоторых способах опре­ деления паропроницаемости по гравиметрическому методу.

Способ стеклянных стаканчиков. В специальный ста­ канчик (рис. 27) высотой 60 мм с внутренним диаметром 37 ± 1 мМ и отбортованным плоскозашлифованным флан­ цем в верхней части наливают 25 мл дистиллированной воды. Затем на фланец стакана накладывают круглый образец материала, который закрепляют на нем по окруж­ ности специальным расплавленным составом [парафин, смесь, парафина (40%) с микрокристаллическим воском (60%), менделеевская замазка и др . ] . Стаканчики с об­ разцами помещают в эксикатор с просушенным силикагелем. Стаканчики взвешивают на аналитических весах через 2 и 8 суток после начала опыта. Затем рассчитывают паропроницаемость. Этот способ наиболее универсальный, так как позволяет определять паропроницаемость любых материалов при комнатной температуре. Он достаточно точен ввиду стабильности разности парциальных давле­ ний, вследствие наличия большого количества силикагеля

158

Рис. 29. Стеклянный ста­ канчик для определения паропроницаемости:

/ — стаканчик; 2 — фосфор­

зирующий состав; 6 — кран; 7 — крышка

в эксикаторе и исключения влияния набухаемости мате­ риала на результаты взвешивания.

Недостатки этого способа: возможность нарушения герметичности закрепления образца при больших есте­

замазкой или воском, после чего она герметично соеди­ няется со стаканом конусными шлифами. Собранный стакан устанавливают в эксикатор с насыщенным раство­ ром сернокислого натрия. Через каждые 24 ч на протя­ жении 7—8 суток стакан вынимают из эксикатора, отсо­ единяют от чашки, закрывают крышкой и взвешивают на аналитических весах. Паропроницаемость материала опре­ деляют как среднеарифметическую величину по резуль­ татам ее суточных значений. Наличие пробки в приспо­ соблении позволяет частично сбрасывать перепады давле­ ний воздуха между ячейкой и атмосферой в исходном положении, а определение паропроницаемости по взвеши­ ванию влагопоглотителя исключает возможные ошибки в результате набухаемости материала. Однако в целом данная конструкция является неперспективной из-за ее сложности и ненадежности, а также возможных утечек па­ ров воды через неплотности в местах соединений устройства.

Способ металлических стаканчиков. На рис. 28 пока­ зан алюминиевый стаканчик для определения паропро-

159

Рис. 30. Алюминиевая чашка специальной конфигура­ ции для определения паропроницаемости:

ницаемости пленочных материалов с закреплением об­ разца резьбовым кольцевым зажимом с прокладками. Порядок проведения опыта аналогичен предыдущему способу. Испытания проводят на круглых образцах диаметром, равным наружному диаметру прокладок. 'Об­ разец устанавливают между прокладками, при этом на верхнюю прокладку укладывают металлическое кольцо. Данным способом можно определять паропроницаемость почти всех материалов, кроме хрупких или имеющих непрочные покрытия.

Этот способ может применяться для определения паро­ проницаемости материалов при высоких температурах. В этом случае в стаканчики помещают навеску силика­ геля и устанавливают их во влажную камеру с регули­ руемой температурой. Перед закреплением образцов ста­ канчики предварительно нагревают до необходимой тем­ пературы.

Способ стаканчиков из органического стекла. Конструк­ ция стаканчика из органического стекла, разработанная ЦНИИБ для определения паропроницаемости специ­ альных бумаг, неприемлема для испытаний полимерных пленок из-за высокой проницаемости материала стакан­ чика, что существенно снижает точность результатов опыта.

Чашечный способ определения паропроницаемости. Этот способ широко применяется за рубежом. Ячейка пред­ ставляет собой штампованную алюминиевую чашку спе­ циальной конфигурации (рис. 30). Герметичное крепле­ ние образца осуществляют расплавленным воском или

160