JPH075132A - 材料における圧力−容積−温度特性の測定方法及びその装置 - Google Patents

材料における圧力−容積−温度特性の測定方法及びその装置

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JPH075132A
JPH075132A JP16968293A JP16968293A JPH075132A JP H075132 A JPH075132 A JP H075132A JP 16968293 A JP16968293 A JP 16968293A JP 16968293 A JP16968293 A JP 16968293A JP H075132 A JPH075132 A JP H075132A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 測定対象の材料が硬化するようなことがあっ
てもサンプルセル内に固着せず、それによってサンプル
セルの再利用を容易にしたPVT特性の測定手段を提供
する。 【構成】 サンプルセル2にサンプル25と圧縮率の既
知の液体を封入し、所期の温度、圧力におけるセル内容
積の変化から圧力−容積−温度特性を測定するに際し、
サンプルセル2にサンプル25を収容したカプセル20
を装填する。カプセル20は、カップ部とキャップ部と
により構成され、キャップ部をカップ部との間に隙間を
介在させて被着し、カプセル内外の連通路を確保する。
カプセル20内においては、サンプル25が浮上しても
それがカプセル内部に留まった状態に保持される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、材料における圧力−容
積−温度の関係(以下、PVT特性と略記する。)を測
定する方法及びその装置に関するものであり、特に、樹
脂等を測定対象とする場合に適し、サンプルセルを用い
て測定を行うところの間接法のための測定方法及び装置
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】熱可塑性及び熱硬化性樹脂の成形技術分
野においては、近年、コンピュータシミュレーションに
よる流れ解析・金型設計がさかんに行われている。樹脂
のPVT特性は、そのコンピュータシミュレーションの
基礎となる重要なデータであるが、その取得のために用
いるPVT測定装置については、固着性のサンプルの扱
いを容易にするための改良が望まれている。
【0003】サンプルセルを用いて材料のPVT特性を
間接法により測定する装置については、従来、佐藤らの
報告(佐藤他、第3回プラスチック成形加工学会年次大
会予稿集172頁)、扇澤の報告(扇澤、第3回プラス
チック成形加工学会年次大会予稿集177頁)などがあ
る。これらの装置におけるサンプルセルは、測定対象の
サンプル単体、またはそのサンプルと水銀を封入し、所
期の温度、圧力におけるセル内容積の変化をベローズの
伸縮として測定可能にしたものである。前者の装置にお
けるサンプルセルは、セル内容積の増大をベローズの伸
長として測定し、後者の装置におけるサンプルセルは、
セル内容積の増大をベローズの収縮として測定するよう
にしたものであり、いずれの場合も、ベローズの可動部
に連結したロッドの先端を差動トランスのコアに連結
し、その変位が測定される。
【0004】このような装置を熱硬化性合成樹脂におけ
るPVT特性の測定に用いた場合、サンプルセル内の上
部に硬化した樹脂が固着し、サンプルセルの再使用が困
難になるばかりでなく、セルの伸縮部に固着した場合
は、セルの伸縮部の自由な伸縮を妨げ、伸縮量がセルの
内容積変化を正確に表さなくなり、セルが破損する可能
性もあった。また、熱可塑性合成樹脂におけるPVT特
性の測定に用いた場合には、溶融樹脂が冷却により固化
して同様の問題を惹起する可能性があった。さらに、液
体のサンプルを秤量する際に、サンプル封入前後のセル
の重量差を測定しているが、金属でつくられたサンプル
セルの重量が大きいため、精度の高い秤量が困難である
という問題もあった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の技術的課題
は、上述した危惧のないPVT特性の測定手段を提供す
ることにあり、さらに具体的には、測定対象の材料が硬
化するようなことがあってもサンプルセル内に固着する
ようなことがなく、それによってサンプルセルの再使用
を容易にし、また、サンプルの秤量を高精度で行うこと
ができるようにしたPVT特性の測定方法及びその装置
を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明のPVT特性の測定方法は、サンプルセルに測
定対象のサンプル、またはそのサンプルと圧縮率の既知
の液体を封入し、所期の温度、圧力におけるセル内容積
の変化から圧力−容積−温度特性を測定するに際し、測
定対象のサンプルを、内外が連通しかつサンプルが浮上
しても内部に留まった状態に保持されるサンプル用カプ
セルに収容して取り扱うことを特徴とするものである。
【0007】また、本発明のPVT特性の測定装置は、
測定対象のサンプル、またはそのサンプルと圧縮率の既
知の液体を封入するサンプルセルを備え、所期の温度、
圧力におけるセル内容積の変化からPVT特性を測定す
る測定装置において、上記サンプルセルに、測定対象の
サンプルを収容するためのサンプル用カプセルを装填
し、このカプセルを、内外が連通する連通路を有しかつ
サンプルが浮上しても内部に留まった状態に保持される
ものとしたことを特徴とするものである。上記装置にお
いては、サンプル用カプセルをカップ部とキャップ部と
により構成し、キャップ部をカップ部に対して両者間に
隙間を介在させて被着することにより、カプセル内外の
連通路を確保した構成とし、さらにそのサンプル用カプ
セルを薄肉金属製とすることができる。
【0008】
【作用】PVT特性の測定に際し、熱硬化性樹脂等のサ
ンプルの重量を測定するには、それを薄肉金属製のカプ
セルに入れた状態で秤量すればよく、この場合に、カプ
セルの重量はサンプルセルの重量と比べて非常に小さい
ため、サンプルの重量を高い精度で秤量することが可能
である。次に、カプセルをサンプルセルに装填して、そ
のサンプルセル中に圧縮率の既知の液体を封入するが、
この場合に、浮力によりサンプルが上方へ浮上しても、
カプセル内部に留まるため、サンプルセル内壁にサンプ
ルが付着するようなことはない。また、このサンプルセ
ルをPVT測定装置にセットして測定を行う間にサンプ
ルの樹脂等が硬化しても、それがカプセル内に留まって
硬化するため、サンプルセルの内壁及びサンプルセルの
伸縮部に付着して硬化することにより、サンプルセルの
再使用の困難化及び内容積の測定精度の低下を惹起する
ことはなく、測定終了後は、サンプルをカプセルに収容
したままでサンプルセルから容易に取り出すことができ
る。所期の温度条件、圧力条件下におけるサンプルの比
容積は、サンプルセルの内容積の変化として測定され
る。
【0009】
【実施例】図1は、本発明に係るPVT特性測定装置の
実施例を示している。この測定装置は、所期の温度条
件、圧力条件下におけるセル内容積の変化から材料のP
VT特性を測定するためのもので、圧力容器1内に、測
定対象のサンプル、またはそのサンプルと水銀等の圧縮
率の既知の液体を封入するためのサンプルセル2を備え
ている。上記圧力容器1は、その圧力導入口3にサンプ
ルセル2内外を加圧状態に保持するためのプランジャー
ポンプ4を接続し、圧力センサで検出した圧力をそのプ
ランジャーポンプ4にフィードバックして圧力制御可能
とし、また、圧力容器1の周囲にはその内部の温度条件
を制御するための加熱装置5を配設している。
【0010】上記サンプルセル2は、内部にカプセル2
0の係止部7を備えた筒状体6の上端を蓋体8により閉
鎖すると共に、下端をベローズ9により閉鎖し、ベロー
ズ9の可動部に連結したロッド10を下方に導出して、
そのロッド10の先端を圧力容器1の下部に取り付けた
差動トランス11のコア12に連結したもので、サンプ
ルセル2の内容積の変化が上記ベローズ9の伸縮により
コア12の変位として測定される。
【0011】また、上記圧力容器1の内部温度を検出す
るため、圧力容器1の上部から挿入した熱電対15をサ
ンプルセル2の上部蓋体8の中心に立設したパイプ13
にて誘導し、その先端を蓋体8内の上部パッキン14に
接触させるように構成している。なお、サンプルセル2
の圧力・温度及び差動トランスのコアの変位は、それぞ
れ記録計で記録するとともにコンピュータに取り込んで
解析するように構成される。
【0012】測定対象のサンプルを収容するためのサン
プル用カプセル20は、図2に明確に示すように、カッ
プ部21とキャップ部22とからなり、これらを薄肉ス
テンレス(18-8 Cr-Ni)等の薄肉金属製として構成して
いる。このカプセル20は、キャップ部22の一部(周
囲等間隔の3か所)を内側に切り起こして弾性突出部2
3を形成し、この弾性突出部23をカップ部21の周面
に圧接させることにより、キャップ部22をカップ部2
1に対して隙間24を介在させて被着し、カプセル内外
の連通路を確保している。このカプセル20は、キャッ
プ部22の口縁をサンプルセル2の筒状体6内面の係止
部7に載置してサンプルセルに装填するものである。
【0013】上記カプセル20においては、キャップ部
22をカップ部21に被着しているため、図2に示すよ
うにカップ部21内に収容したサンプル25が、図1に
示すようにサンプルセル2内への水銀26の注入時にお
ける浮力によりカップ部21から浮上した場合でも、キ
ャップ部22の内部に留まり、サンプルセル2内に流出
しない。そのため、液体の樹脂等からなるサンプル25
の取扱を容易にし、セル2の内壁へのそれらのサンプル
25の付着を防止することができる。
【0014】上記構成を有するPVT特性測定装置にお
いては、PVT特性の測定に際し、まず、熱硬化樹脂等
の液状サンプル25をカプセル20に入れ、秤量する。
カプセル20の重量は、サンプルセル2の重量と比べて
非常に小さく、そのためサンプル25の重量を高い精度
で秤量することが可能である。次に、上記サンプルセル
2の上部蓋体8を外してカプセル20をサンプルセルに
装填し、蓋体8の中心に開けた水銀26の注入口を残し
て他をシールし、水銀26にてサンプルセル2内を満た
す。このとき、水銀26による浮力により樹脂サンプル
25は上方へと浮上するが、カプセル20から流出する
ことはなく、カプセル20におけるキャップ部22の内
部に留まり、サンプルセル2の内壁に付着するようなこ
とはない。
【0015】このサンプルセル2は、水銀注入口を上部
パッキン14でシールして、パイプ13を立設したうえ
で、PVT測定装置にセットし、加熱装置5で制御され
た所期の温度、プランジャーポンプ4で制御された所期
の圧力におけるサンプルセル2の内容積の変化を、ベロ
ーズ9の伸縮量として、ベローズに取付けたロッド10
を介して差動トランス11のコア12の上下変位により
検出し、サンプル25の比容積が測定され、それによっ
てサンプルのPVT特性が測定される。この測定中も、
樹脂サンプル25はカプセル20内に留まって硬化し、
サンプルセル2の内壁やベローズ9に付着して硬化する
ことはない。測定終了後は、サンプルセル2をPVT測
定装置から取り出し、カプセル20をそのサンプルセル
2から取り出す。このとき、サンプルセル内への樹脂サ
ンプルの付着がないので、カプセルは容易に取り出すこ
とができる。
【0016】次に、図3及び図4を参照してエポキシ樹
脂の硬化過程の比容積変化の測定結果について説明す
る。主剤はビスフェノールAジグリシジルエーテル(エ
ピコート 828,油化シェル社)、硬化剤はジエチルトル
エンジアミン(エタキュアー 100,Ethyl Co. )をもち
いて、それらを重量比100:24で混合し、真空脱泡
して用いた。比容積の初期値(40℃,100 kgf/c
m2)は、大気圧下での比重瓶による測定とPVT測定装
置による圧縮率測定から求めた。図3には内温を併せ示
すが、昇温速度1℃/min,80℃−180℃の二段硬化
である。図4はこれを横軸温度に対してプロットしたも
ので、80℃から180℃への昇温の間95℃付近でガ
ラス状態からゴム状態への転移が起こっていること、1
80℃でのポストキュアにより、80℃での比容積がむ
しろ増大していることが判る。これはポストキュアによ
って生じた架橋点が分子鎖のパッキングを妨げ、自由体
積が増大することを示している。
【0017】
【発明の効果】以上に詳述した本発明のPVT測定方法
及び装置によれば、サンプルセル中にサンプル用カプセ
ルを用い、サンプルセルの内壁面やベローズ部にサンプ
ルが付着して硬化しないようにしたので、サンプルセル
の再利用が容易であるばかりでなく、ベローズの伸縮を
妨げられるようなこともなく、サンプルの取扱が容易に
なると同時にサンプルセルの内容積の測定精度が保持さ
れ、またサンプルの秤量精度も向上させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るPVT特性測定装置の実施例を示
す要部断面図である。
【図2】サンプル用カプセルの拡大断面図である。
【図3】本発明によるエポキシ樹脂の硬化過程の比容積
変化の測定結果を示すグラフである。
【図4】図3の測定結果を横軸温度に対してプロットし
た示すグラフである。
【符号の説明】
2 サンプルセル、 20 カプセル、 21 カップ部、 22 キャップ部、 24 隙間、 25 サンプル。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】サンプルセルに測定対象のサンプル、また
    はそのサンプルと圧縮率の既知の液体を封入し、所期の
    温度、圧力におけるセル内容積の変化から圧力−容積−
    温度特性を測定するに際し、 測定対象のサンプルを、内外が連通しかつサンプルが浮
    上しても内部に留まった状態に保持されるサンプル用カ
    プセルに収容して取り扱う、ことを特徴とする材料にお
    ける圧力−容積−温度特性の測定方法。
  2. 【請求項2】測定対象のサンプル、またはそのサンプル
    と圧縮率の既知の液体を封入するサンプルセルを備え、
    所期の温度、圧力におけるセル内容積の変化から圧力−
    容積−温度特性を測定する測定装置において、 上記サンプルセルに、測定対象のサンプルを収容するた
    めのサンプル用カプセルを装填し、このカプセルを、内
    外が連通する連通路を有しかつサンプルが浮上しても内
    部に留まった状態に保持されるものとした、ことを特徴
    とする材料における圧力−容積−温度特性の測定装置。
  3. 【請求項3】請求項2に記載の装置において、 サンプル用カプセルを、カップ部とキャップ部とにより
    構成し、キャップ部をカップ部に対して両者間に隙間を
    介在させて被着することにより、カプセル内外の連通路
    を確保した、ことを特徴とする材料における圧力−容積
    −温度特性の測定装置。
  4. 【請求項4】請求項2または請求項3のいずれかに記載
    の装置において、 サンプル用カプセルを薄肉金属製とした、ことを特徴と
    する材料における圧力−容積−温度特性の測定装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112067649A (zh) * 2020-08-24 2020-12-11 西安近代化学研究所 一种火炸药真空安定性试验装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112067649A (zh) * 2020-08-24 2020-12-11 西安近代化学研究所 一种火炸药真空安定性试验装置
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