SU763766A1

SU763766A1 - Arrangement for measuring physical and chemical characteristics of thermal decomposition of polymeric materials

Info

Publication number: SU763766A1
Application number: SU782646485A
Authority: SU
Inventors: Семен Вульфович Шабес; Леонид Александрович Красиков; Нина Григорьевна Тетерева; Анатолий Павлович Езжев
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6799
Priority date: 1978-07-04
Filing date: 1978-07-04
Publication date: 1980-09-15

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и. может быть использовано дл электротермического анализа полимерных материалов , подвергающихс разложению (пиролизу). Известно устройство дл электротерми . ческого (или амперометрического) анализа термического разложени мэтериалов, которое включает нагревательный элемент и систему измерени электрического сопротивлени образцов в процессе пиролиза (1|. Это устройство не позвол ет точно и достоверно регистрировать физико-химические характеристики процесса пиролиза широкого круга полимерных материалов. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности вл етс устройство дл электротермического анализа полимерных материалов, содержащее печь, в которую помещена измерительна чейка, состо ща из двух, электродов, подключенных к электрометру, между которыми помещен образец с заделанной в него термопарой {2}. Недостатки известного устройства - невысока точность определени физико-хими ческих характеристик исследуемых материалов вследствие того, что электропроводимость .образцов зависит не только от глубины пиролиза. Но и пограничных влений в зоне контакта электродов с образцом, его геометрических размеров и формы, иаличи градиента температуры по объему образца , а также fie возможность использовани этого устройства дл исследовани сублимирующи материалов или материалов, твердый остаток которых не карбонизируетс . Цель изобретени - повыщеиие точности измерени и достоверности получаемых результатов, а также расширение круга материалов , которые можно исследовать методом электротермического анализа. Это достигаетс тем, что в предлагаемой конструкции измерительна чейка выполнена в виде колбы из термостойкого материала , а электроды расположены в колбе над образцом, причем один из электродов выполнен в виде стержн и расположен по оси колбы, а второй выполнен в виде спирали и расположен по внутреннему периметру колбы. Благодар такому расположению электродов обеспечиваетс измерение изменений электропроводимости среды в зависимостиThis invention relates to a measurement technique and. can be used for electrothermal analysis of polymeric materials undergoing decomposition (pyrolysis). A device for electrotherms is known. analysis of thermal decomposition of materials, which includes a heating element and a system for measuring the electrical resistance of samples during pyrolysis (1 |. This device does not accurately and reliably record the physical and chemical characteristics of the pyrolysis process of a wide range of polymeric materials. The closest to proposed by the technical nature is a device for electrothermal analysis of polymeric materials, containing a furnace in which the measuring and a cell consisting of two electrodes connected to an electrometer, between which a sample is placed with a {2} thermocouple embedded in it. The disadvantages of the known device are the low accuracy of determining the physicochemical characteristics of the materials under study due to the fact that the electrical conductivity of the samples does not depend only from the depth of pyrolysis, but also of boundary effects in the zone of contact of the electrodes with the sample, its geometric dimensions and shape, the temperature gradient over the sample volume, and also the possibility of using it a device for investigating sublimiruyuschi material or materials which are not solid carbonized residue. The purpose of the invention is to improve the accuracy of measurement and reliability of the results obtained, as well as expanding the range of materials that can be investigated by electrothermal analysis. This is achieved by the fact that in the proposed design the measuring cell is made in the form of a flask of heat-resistant material, and the electrodes are located in the flask above the sample, with one of the electrodes made in the form of a rod and located along the axis of the flask, and the second perimeter of the flask. Due to this arrangement of electrodes, it is possible to measure changes in the electrical conductivity of the medium depending on

от температуры образца. В свою о1|ередь электропроводимость среды св зана с концентрацией ионизированных газообразных продуктов разложени , котора зависит от глубины пиролиза материала.on the sample temperature. In its O1 | ereda, the conductivity of the medium is related to the concentration of ionized gaseous decomposition products, which depends on the depth of pyrolysis of the material.

Поскольку в устройстве отсутствует непосредственный контакт между электродами, и образцом, исключаетс их взаимодействие, отсутствует вли ние пограничных влений, нет ограничений на физическое состо ние образца. Образец может быть жидким, порошкообразным , монолитным. Кроме того, испытуемые материалы могут сублимировать или не образовывать карбонизированный твердый осадок. Следовательно, повышаетс точность измерений и расшир етс область применени электротермического метода анализа полимерных материалов.Since the device has no direct contact between the electrodes and the sample, their interaction is excluded, there is no influence of boundary effects, there are no restrictions on the physical state of the sample. The sample can be liquid, powder, monolithic. In addition, the test materials may sublimate or not form a carbonated solid precipitate. Consequently, the measurement accuracy is improved and the range of application of the electrothermal method for analyzing polymeric materials is expanded.

Принципиальна схема устройства приведена на чертеже.A schematic diagram of the device is shown in the drawing.

Образец 1 с установленной в нем термопарой 2 помещен в кварцевую колбу 3, котора герметично закрыта электроизолирующей пробкой 4. Электроды 5 и 6 помещены в колбу 3 и зафиксированы в пробке 4. В пробке ,4 также закреплены термопара 2 и подвеска 7 с кварцевым стаканчиком 8 дл образца 1. Колба снабжена патрубком 9, который служит дл создани необходимой атмосферы в ней, и запорным краном 10. Один из электродов выполнен в виде спирали , расположенной по периметру колбы, а другой в виде стержн и расположен по ее оси.Sample 1 with a thermocouple 2 installed in it is placed in a quartz flask 3, which is sealed with an electrically insulating stopper 4. Electrodes 5 and 6 are placed in flask 3 and fixed in stopper 4. In the stopper 4, a thermocouple 2 and suspension 7 with a quartz glass 8 are also fixed for sample 1. The flask is equipped with a pipe 9, which serves to create the necessary atmosphere in it, and a shut-off valve 10. One of the electrodes is made in the form of a spiral located along the perimeter of the flask, and the other in the form of a rod and is located along its axis.

Така конструкци электродов обеспечивает прохождение практически всех газообразных продуктов разложени в зазоре между ними. Дл адсорбции имеющегос в колбе окислител применен активированный уголь. И, насыпаемый на дно колбыПоложение колбы в печи 12 зафиксировано центрирующей крышкой 13 и подставкой 14. Электроды 5 и 6 подключены к электрометру (например У 5-7), выход которого соединен с входом «У двухкоординатного потенциометра (например, ЛКД- 004) 15. На вход «Х потенциометра 15 подключена термопара 2.Such an electrode design allows virtually all gaseous decomposition products to pass through the gap between them. Activated carbon was used to adsorb the oxidant in the flask. And, poured to the bottom of the bulb. The position of the flask in the furnace 12 is fixed by centering cover 13 and stand 14. Electrodes 5 and 6 are connected to an electrometer (for example, U 5-7), the output of which is connected to the input “At a two-coordinate potentiometer (for example, LCD-004) 15 A thermocouple 2 is connected to the input “X of potentiometer 15”.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Образец 1 с заделанным в него спаем термопары 2 типа ПП помещаете, в кварцевый стаканчик 8, после чего пробка 4, к которой креп тс электроды 5 и 6, термопара 2 и образец I, устанавливаетс в колбу 3. Колбу помещают в предварительно разогретую (например, до 1000°С) печь 12.Sample 1 with thermocouple type 2 PP embedded in it is placed in a quartz glass 8, after which stopper 4, to which electrodes 5 and 6 are attached, thermocouple 2 and sample I, is placed in flask 3. The flask is placed in a preheated (for example , up to 1000 ° C) oven 12.

В момент начала пиролиза измен етс электропроводимость в пространстве между электродами за счет по вление ионизированных газообразных продуктов разложени . На двухкоординатном потенциометре 15 регистрируетс изменение проводимости среды над образцом и зависимости температуры образца, что характеризует процесс пиролиза данного материала.At the time of the start of pyrolysis, the electrical conductivity in the space between the electrodes changes due to the appearance of ionized gaseous decomposition products. The two-coordinate potentiometer 15 records the change in the conductivity of the medium above the sample and the dependence of the sample temperature, which characterizes the process of pyrolysis of this material.

Пример 1. Образец из политетрафторэтилена высотой 10 мм и диаметром 6 мм взвешиваетс на весах АДВ-200 и вместе с установленным в него спаем термопары типа ПП помещаетс в герметичную койбу, в которой также располагаютс электроды . Колба помещаетс в высокотемпературную печь, нагретую до 1000°С. После чего регистрируетс изменение проводимости в среде под образцом на диаграмме двухкоординатного самопишущего прибора типа ЛКД-004 в зависимости от pro температуры. Пример 2. Образец резины на основе этиленнропилендиенового каучука СКЭПТExample 1. A sample of polytetrafluoroethylene 10 mm in height and 6 mm in diameter is weighed on an ADV-200 balance and, together with a PP thermocouple installed in it, is placed in a sealed coiba, in which electrodes are also located. The flask is placed in a high temperature furnace heated to 1000 ° C. After that, the change in conductivity in the medium under the sample is recorded in the diagram of the LCD-type recorder, type LCD-004, depending on the pro temperature. Example 2. Sample rubber based on ethylene-propylene-diene rubber SKEPT

высотой 10 мм и диаметром 6 мм подвергалс анализу также, как и в примере 1. С помощью предлагаемого устройства можно определить такие физико-химические характеристики термического разложени полимеров , как температуры начала, конца иwith a height of 10 mm and a diameter of 6 mm was analyzed as in example 1. With the help of the proposed device, it is possible to determine the physicochemical characteristics of the thermal decomposition of polymers, such as the onset, end, and

максимальной скорости термического разложени , величину твердого остатка.Их можно определить обычным методом из графиков . В таблице приведены характеристики полимеров № 1 (политетрафторэтилен) и №2 (резииа на основе этиленпропилендиенового каучука СКЭПТ), полученные с помощью описываемого устройства в сравнении с известным.the maximum rate of thermal decomposition, the amount of solid residue. They can be determined by the usual method from the graphs. The table shows the characteristics of Polymers No. 1 (polytetrafluoroethylene) and No. 2 (rubber based on EPDM EPDM rubber) obtained using the described device in comparison with the known.

Температура начала пиролиза, °СThe temperature of the beginning of pyrolysis, ° C

Температура максимальвой скорости пиролиза,. °СThe temperature of the maximum rate of pyrolysis ,. ° С

315+14315 + 14

480±1О.480 ± 1O.

610+11610 + 11

495+21495 + 21

50CH-1G50CH-1G

Процолжение таблицыContinuation of the table

Claims

Claim

A device for measuring the physicochemical characteristics of the thermal decomposition of polymeric materials, comprising a furnace, a measuring cell installed in the furnace, in which a sample of the material under study with a thermocouple embedded in it, and electrodes, characterized in that, in order to increase the accuracy and reliability of the measurement results, are placed , the measuring cell is made in the form of a bulb made of heat-resistant material, and the electrodes are located in the bulb above the sample, moreover, one electrode is made in the form of a rod and is located along the axis of the bulb, and the other is made in the form of a spiral located along the inner perimeter of the bulb.