RU2808428C1 - Способ и устройство для исследования барьерных свойств полимерных материалов - Google Patents
Способ и устройство для исследования барьерных свойств полимерных материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2808428C1 RU2808428C1 RU2022129288A RU2022129288A RU2808428C1 RU 2808428 C1 RU2808428 C1 RU 2808428C1 RU 2022129288 A RU2022129288 A RU 2022129288A RU 2022129288 A RU2022129288 A RU 2022129288A RU 2808428 C1 RU2808428 C1 RU 2808428C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- studying
- polymer materials
- barrier properties
- gas
- chambers
- Prior art date
Links
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 title claims abstract description 18
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 46
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 13
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 6
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 3
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 claims description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 3
- IKHGUXGNUITLKF-UHFFFAOYSA-N Acetaldehyde Chemical compound CC=O IKHGUXGNUITLKF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000003869 coulometry Methods 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 2
- 102100031930 Anterior gradient protein 3 Human genes 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 101000775037 Homo sapiens Anterior gradient protein 3 Proteins 0.000 description 1
- JUPQTSLXMOCDHR-UHFFFAOYSA-N benzene-1,4-diol;bis(4-fluorophenyl)methanone Chemical compound OC1=CC=C(O)C=C1.C1=CC(F)=CC=C1C(=O)C1=CC=C(F)C=C1 JUPQTSLXMOCDHR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000005022 packaging material Substances 0.000 description 1
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Abstract
Группа изобретений относится к устройству и способу для исследования газопроницаемости полимерных материалов. Раскрыто устройство для исследования барьерных свойств полимерных материалов, которое включает диффузионную ячейку, которая состоит из трех независимых камер, позволяющих одновременно исследовать газопроницаемость по трем различным газам, ленточно-протяжный механизм пленочного полимерного материала, газовый хроматограф и кран-дозатор. Также раскрыт способ исследования барьерных свойств полимерных материалов с использование данного устройства. Группа изобретений обеспечивает возможность исследования газопроницаемости одновременно по трем газам, а также позволяет уменьшить погрешность исследований. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к устройству и способу для исследования газопроницаемости полимерных материалов.
На сегодняшний день исследования газопроницаемости полимерных материалов приобретает особое значение не только для создания упаковочных материалов для пищевой промышленности и мембран для селективного разделения газов, но и для создания емкостей и трубопроводов для безопасного хранения и транспортировки водорода из суперконструкционных материалов (полиэфиркетоны, полисульфоны).
Приоритетными показателями для таких материалов являются коэффициенты газопроницаемости по водороду и кислороду.
Существует три основных метода для изучения барьерных свойств полимерных материалов.
1. Метод определения скорости проникновения кислорода с помощью кулонометрического датчика. ГОСТ 53656.2-2009. Пластмассы. Определение скорости проникновения газов.
Недостатки:
а) данный метод позволяет определять коэффициент газопроницаемости только по кислороду;
б) длительное время подготовки образца к испытанию;
в) необходимость использования слоя катализатора для удаления следов кислорода в газе-носителе;
г) постоянная проверка работоспособности кулонометрического датчика с помощью эталонных образцов.
2. Манометрический метод определения газопроницаемости. ГОСТ 23553-79. Пластмассы. Манометрический метод определения газопроницаемости.
Недостатки:
а) постоянное использование ртути для проведения анализа (заливка и слив ртути для каждого эксперимента);
б) необходимость использования вакуумного насоса для создания разрежения во второй камере диффузионной ячейки, который может выбрасывать пары ртути в атмосферу;
в) сложности в оценке погрешности измерений, зависящей от субъективных (измерение показаний манометра с помощью лупы) и объективных факторов;
г) постоянный мониторинг показаний ртутного манометра через короткие промежутки времени в течение нескольких часов вплоть до суток.
3. Определение газопроницаемости методом газовой хроматографии.
ГОСТ 53656.2-2009. Пластмассы. Определение скорости проникновения газов. Приложение Б.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является диффузионная ячейка, оптимизированная к хроматографу «ЦВЕТ-800». (А.С. Шабаев, С.Ю. Хаширова, А.К. Микитаев, И.В. Мусов, А.Л. Слонов. Исследование барьерных свойств и остаточного ацетальдегида в ПЭТ композициях. Пласт. Массы. 2016. № 11-12. С. 7-9).
Этот метод лишен недостатков двух предыдущих методов. Однако с помощью него можно исследовать газопроницаемость по одному газу. Кроме этого, весьма трудоемким процессом является наработка статистики по одинаковым образцам.
Задачей настоящего изобретения является создание устройства и способа для исследования барьерных свойств полимерных материалов, способное проводить исследования одновременно по трем газам. С целью уменьшения погрешности исследований, в устройстве предусмотрено перемещение пленки испытываемого образца вдоль диффузионной ячейки позволяющее многократно испытывать на барьерные свойства один и тот же образец. Кроме этого в предлагаемом устройстве имеется возможность на одном образце поочередно проводить испытания на газопроницаемость по трем различным газам, что позволяет выяснить взаимное влияние диффузионных процессов на барьерные свойства.
Устройство для осуществления заявленного способа представлена на фиг.1 и включает в себя трехкамерную диффузионную ячейку 1, в которую помещается образец 2 через уплотнительные прокладки 3, газовый хроматограф с детектором по теплопроводности и насадочной колонкой длиной 2 метра заполненной активированным углем марки АГ-3, позволяющей разделение смеси газов Н2, О2, СО2 с коэффициентом более 1 с погрешностью не более 0,1%, шестипортовый кран-дозатор, источники газа-носителя и испытываемых газов, блок подготовки газов 4.
Устройство для исследования барьерных свойств полимерных материалов отличается тем, что диффузионная ячейка состоит из трех независимых камер, позволяющих одновременно исследовать газопроницаемость по трем различным газам, снабжено ленточно-протяжным механизмом пленочного полимерного материала, который позволяет, с целью уменьшения погрешности измерений, многократно испытывать один и тот же образец, где можно исследовать газопроницаемость одного и того же образца по трем газам с целью выявления взаимного их влияния на барьерные свойства. В устройстве для исследования барьерных свойств полимерных материалов предусмотрено изменение площади рабочей поверхности пленки с помощью масок, обладающих высокими барьерными свойствами.
В предлагаемом способе исследования барьерных свойств полимерных материалов с использованием устройства возможно перемещение пленки испытываемого образца вдоль диффузионной ячейки через уплотнительные прокладки, продувку верхних камер диффузионной ячейки испытываемыми газами с одновременным удалением воздуха из нижних камер с помощью крана-дозатора, отличается тем, что отпадает необходимость вакуумирования всех камер ячейки для удаления примесей, что после продувки камер диффузионных ячеек, в верхних камерах создается избыточное давление каждого из газов равное 1 атмосфере с одновременным отключением вторых камер от тока газа-носителя, при необходимости в зависимости от поставленной задачи может выставляться любое избыточное давление газов в верхних камерах диффузионной ячейки. Способ исследования барьерных свойств полимерных материалов проникший через полимерную пленку каждый из газов подается на хроматограф с помощью крана-дозатора через любые промежутки времени в зависимости скорости газопроницаемости образцов, с последующим их разделением на хроматографической колонке.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом:
Перед испытанием полимерного материала 2 чистые газы СО2, Н2 и О2 из баллонов (чистота 99,97%) поступают в верхние камеры диффузионной ячейки продувая их в течение 10 минут при открытых выходных кранах. Одновременно нижние камеры ячейки продуваются инертным газом для удаления воздуха (положение II штока крана-дозатора). При таком положении штока крана-дозатора инертный газ через каналы А-Б и В-Г поступает через насадочную колонку на детектор хроматографа. После продувки верхние камеры герметично закрываются газовыми кранами в которых создаются избыточное давление испытуемого газа равное 1 атм (показание манометров). Далее происходит отключение нижних камер ячейки от газа-носителя переводом штока крана-дозатора в положение I. При таком положении газ-носитель через каналы Б-Г поступает непосредственно на хроматограф, герметично закрывая нижние камеры ячейки. Через определенные промежутки времени, проникшие газы через испытываемый образец переводом штока крана-дозатора в положение II, подаются на анализ в хроматограф. Типичная хроматограмма разделения этих газов представлена на Фиг.2.
Данное устройство и способ для его осуществления апробировано на исследовании барьерных свойств перспективного полимерного материала, ПЭЭК и его композитов который может использоваться для хранения и транспортировки водорода следующего строения:
Результаты исследования приведены на Фиг.3. В качестве наполнителя использовались углеволокна. Скорость газопроницаемости W представлена в следующих единицах [см3/см2×сутки×атм.]×10-3.
Claims (3)
1. Устройство для исследования барьерных свойств полимерных материалов, отличающееся тем, что включает диффузионную ячейку, которая состоит из трех независимых камер, позволяющих одновременно исследовать газопроницаемость по трем различным газам, ленточно-протяжный механизм пленочного полимерного материала, газовый хроматограф и кран-дозатор.
2. Устройство для исследования барьерных свойств полимерных материалов по п.1, отличающееся тем, что в нем предусмотрено изменение площади рабочей поверхности пленки с помощью масок.
3. Способ исследования барьерных свойств полимерных материалов с использованием устройства по п.1, включающий в себя перемещение пленки испытываемого образца вдоль диффузионной ячейки через уплотнительные прокладки, продувку верхних камер диффузионной ячейки испытываемыми газами с одновременным удалением воздуха из нижних камер с помощью крана-дозатора, отличающийся тем, что после продувки камер диффузионных ячеек в верхних камерах создается избыточное давление каждого из газов с одновременным отключением нижних камер от тока газа-носителя, при этом проникший через полимерную пленку каждый из газов подается на хроматограф с помощью крана-дозатора через определенные промежутки времени с последующим их разделением на хроматографической колонке.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2808428C1 true RU2808428C1 (ru) | 2023-11-28 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2447424C2 (ru) * | 2006-09-19 | 2012-04-10 | Экстрасолюшн С.Р.Л. | Способ и устройство для измерения проницаемости газа через пленку или стенки тары |
| US20160003726A1 (en) * | 2013-01-31 | 2016-01-07 | (National Institute Of Advance Industrial Science And Technology) | Apparatus and method for evaluating gas barrier properties |
| US20210131939A1 (en) * | 2017-02-27 | 2021-05-06 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Apparatus for evaluating gas barrier properties and method of evaluating gas barrier properties |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2447424C2 (ru) * | 2006-09-19 | 2012-04-10 | Экстрасолюшн С.Р.Л. | Способ и устройство для измерения проницаемости газа через пленку или стенки тары |
| US20160003726A1 (en) * | 2013-01-31 | 2016-01-07 | (National Institute Of Advance Industrial Science And Technology) | Apparatus and method for evaluating gas barrier properties |
| US20210131939A1 (en) * | 2017-02-27 | 2021-05-06 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Apparatus for evaluating gas barrier properties and method of evaluating gas barrier properties |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ШАБАЕВ А.С. и др. Исследование барьерных свойств и остаточного ацетальдегида в ПЭТ композициях // Пластические массы, 2016, N.11-12, стр.7-9. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Stern et al. | Performance of a versatile variable‐volume permeability cell. Comparison of gas permeability measurements by the variable‐volume and variable‐pressure methods | |
| US6766682B2 (en) | Precise measurement system for barrier materials | |
| US6598463B2 (en) | Method for determining gas accumulation rates | |
| US7624621B2 (en) | Method and device for measurement of permeation | |
| US8447537B2 (en) | Methods and apparatus for determining the permeability and diffusivity of a porous solid | |
| CN107884306B (zh) | 一种吸附测试方法和装置 | |
| CN103575630A (zh) | 一种同时测定混合气各组成气体的膜渗透性的测定方法及装置 | |
| US9518904B2 (en) | System and method of quantifying impurities mixed within a sample of hydrogen gas | |
| Lomax | Permeation of gases and vapours through polymer films and thin sheet—part I | |
| Jung et al. | Two volumetric techniques for determining the transport properties of hydrogen gas in polymer | |
| RU2808428C1 (ru) | Способ и устройство для исследования барьерных свойств полимерных материалов | |
| Firpo et al. | High-vacuum setup for permeability and diffusivity measurements by membrane techniques | |
| Baner et al. | Isostatic and quasi-isostatic methods for determining the permeability of organic vapors through barrier membranes | |
| Checchetto | Accurate monitoring of gas mixture transport kinetics through polymeric membranes | |
| CN113189128B (zh) | 多孔材料孔隙内多组分气体含气量测量方法及装置 | |
| KR102518070B1 (ko) | 시료의 수소 투과 특성 평가 방법 | |
| Murugan et al. | Advancing the analysis of impurities in hydrogen by use of a novel tracer enrichment method | |
| Jung | Review of Developed Methods for Measuring Gas Uptake and Diffusivity in Polymers Enriched by Pure Gas under High Pressure | |
| Salimi et al. | Construction of a liquid droplet flowmeter for low-permeable gas separation membranes | |
| Giannis et al. | Hydrogen Gas Permeability through Polymer Composites–Test Set-up Development | |
| CN214894673U (zh) | 一种u型振荡管测密度的变压器油含气量测试装置 | |
| Burns | INSTRUMENTATION FOR MEASUREMENT OF GAS PEMEABILIW OF POLYhlERIC MEMB S# Billy T. Uphurch NASA Langley Research Center Hampton, VA 23681 | |
| US20240123410A1 (en) | Apparatus for enriching the concentration of trace components in air flow | |
| Emelin et al. | Sensitivity of mos sensors to hydrogen, hydrogen sulfide, and nitrogen dioxide in different gas atmospheres | |
| Upchurch et al. | Instrumentation for measurement of gas permeability of polymeric membranes |