Способ оценки коррозионной активности полимерных материалов

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ ОЦЕНКИ КОРРОЗИОННОЙ АКТИВНОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ (ВАРИАНТЫ)(71) Заявитель Институт механики металлополимерных систем НАН Беларуси(73) Патентообладатель Институт механики металлополимерных систем НАН Беларуси(57) 1. Способ оценки коррозионной активности полимерных материалов, заключающийся в приведении в контакт плоских образцов полимера и металла с получением слоистой сборки металл-полимер-металл, последующем нагревании ее в течение заданного времени и оценке коррозионной активности полимерного материала по интенсивности коррозии в контакте полимер-металл, отличающийся тем, что при нагревании к слоистой сборке прикладывают постоянное электрическое напряжение от внешнего источника и регистрируют ток, возникающий между металлическими образцами, по величине которого судят об интенсивности коррозии в контакте полимер-металл. 2. Способ оценки коррозионной активности полимерных материалов, заключающийся в приведении в контакт плоских образцов с получением слоистой сборки металл-полимер-металл, последующем нагревании ее в течение заданного времени и оценке коррозионной активности полимерного материала по интенсивности коррозии в контакте полимер-металл, отличающийся тем, что используют металлические образцы, выполненные из разнородных металлов, полученную слоистую сборку замыкают накоротко, а об интенсивности коррозии в контакте полимер-металл судят по величине тока, возникающего между металлическими образцами при нагревании слоистой сборки.(56) 1. ГОСТ 9.902-81. Материалы полимерные. Методы ускоренных испытаний на коррозионную агрессивность. - М. Издательство стандартов, 1987. - 12 с. 2.750350 А, МПК 01 17/02, 1/28, 1980. 3.164461, МПК 01 17/00, 1962. 4.2188438 , МПК 01 17/00, 1987. 5.1767393 А 1, МПК 01 17/02, 1992. Изобретение относится к области предотвращения коррозии металлических материалов, контактирующих с полимерными материалами, в частности находящимися в высокоэластическом и вязкотекучем состояниях. Известно, что в контакте с полимерными материалами металлы подвергаются коррозии, вступая в химическое взаимодействие с выделяющимися из пластиков низкомолекулярными компонентами, продуктами реакций компонентов с кислородом воздуха, газовыми продуктами деструкции макромолекул и т.п. В 1 описан метод оценки коррозионной активности расплава полиамида. В термостатируемый замкнутый объем, где установлены образцы, нагнетают расплав и поддерживают его давление постоянным с помощью поршня. После окончания испытаний, длящихся не менее суток, визуально оценивают коррозионное повреждение образцов. 3442 1 Недостатки метода - большая длительность, громоздкость и конструктивная сложность аппаратурного оформления испытаний. Прототипом изобретения является способ ускоренных испытаний полимерных материалов на коррозионную агрессивность 2, метод . Используя плоские пластины из полимерного материала и металла, готовят сборку, в которой металлические и полимерные образцы чередуется. Сборку сжимают струбцинами, приводя пластины в контакт, и подвергают воздействию повышенных влажности и температуры. О коррозионной агрессивности полимерного материала судят, сравнивая коррозионное разрушение поверхности металлических пластин, контактировавших и неконтактировавших с полимерными. Недостатки прототипа недопустимо большая продолжительность испытаний (8 циклов по 7 сут), слабо соответствующая понятию ускоренные невозможность проведения испытаний при температурах выше температуры плавления полимера, при которых сборка поплывет и разрушится трудность установления по результатам экспериментов механизма коррозионного повреждения металлов. Задачи, на решение которых направлено изобретение 1) определение коррозионной активности полимеров при температурах, соизмеримых с температурой их плавления 2) сокращение времени испытаний 3) получение результатов испытаний в виде электрических параметров, обычно используемых при расчетах электрохимических реакций. Для решения поставленной задачи известный метод ускоренных испытаний, состоящий из операций приведения в контакт плоских образцов и получения слоистой сборки металл-полимер-металл, нагрева ее в течение заданного времени, демонтажа сборки и оценки коррозионного повреждения поверхностей металлических образцов, контактировавших с полимерными, дополняют следующими операциями. Между металлическими образцами создают электрическое напряжение от внешнего источника или выполняют образцы из разнородных металлов. Сборку нагревают до температуры начала интенсивной термоокислительной деструкции полимерного образца. В процессе нагревания регистрируют ток, возникающий между металлическими образцами. По зависимости тока от температуры судят об интенсивности коррозионного процесса в контакте полимер-металл. Сущность изобретения состоит в следующем. Если полимерную прослойку привести в контакт с короткозамкнутыми электродами, выполненными из разнородных металлов, то при нагревании такой сборки до температур перехода полимера в высокоэластическое или вязкотекучее состояния в цепи, замыкающей электроды, течет ток 3. Ток течет и в том случае, если электроды выполнены из одинаковых металлов, а напряжение между ними создано от внешнего электрического источника. Следовательно, в таких условиях сборка металл-полимер-металл представляет собой по существу электрохимическую систему. Фундаментальным параметром любой электрохимической системы является вольт-амперная характеристика, которую для сборки можно снять при постоянной температуре, изменяя напряжение на электродах. При прогнозировании коррозионной активности полимеров можно пользоваться уравнениями электрохимической кинетики, используя константы вольт-амперной характеристики сборки. Приведем примеры (варианты) осуществления способа. Оценивали коррозионную активность двух полимерных материалов химически инертного сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) и имеющего в структуре макромолекулы многореакционноспособных групп поливинилбутираля (ПВБ). Пример 1. СВМПЭ маркипроизводства фирмы Ххст (Германия) модифицировали, вводя в полимер молотый кварц (2), стеарат меди (Ст) и масло вакуумное (ВМ-1). Из смеси порошкового СВМПЭ (90 мас.) и модификатора (10 мас. ) при Т 160 С прессовали пленки толщиной 20010 мкм. Круглые образцы диаметром 50 мм помещали между парой алюминиевых электродов. Приготовленную таким образом сборку нагревали в термошкафу. Постоянное напряжениена электродах создавали, используя источник питания Б 5-50. Токв образцах измеряли с помощью прибора В 7-27 А. Результаты измерений приведены в табл. 1. Видно, что даже химически инертный СВМПЭ, используемый для изготовления полимерных деталей эндопротезов суставов, обладает коррозионной активностью при повышенных температурах. Величина токов коррозии при наполнении исходного СВМПЭ диэлектрическими модификаторами уменьшается в ряду 2, ВМ-1, Ст. Становится понятным интенсивный износ оборудования для переработки пластмасс, вызванный тем, что механизм изнашивания стали и других металлических материалов расплавами полимеров приобретает ярко выраженный коррозионномеханический характер. Пример 2. Коррозионную активность ПВБ (ГОСТ 9-439-85) оценивали без применения внешнего электрического источника, используя электроды в виде фольги из различных металлов. Образцы из ПВБ имели такие же габариты, как и образцы из СВМПЭ. Образец помещали между фольгами из разнородных металлов, замыкали их накоротко и нагревали в термостате, измеряя ток в цепи, соединяющей электроды. Величины токов в зависимости от материалов пары электродов приведены в табл. 2. Видно, что и в этом случае регистрируются устойчивые токи коррозии. Таблица 2 Пары электродов Не представляется возможным привести сравнение двух вариантов нового способа (1 - с подачей напряжения от внешнего источника и 2 - с использованием разнородных металлов) со способом-прототипом. Полученные с их помощью результаты качественно отличаются в обоих вариантах заявляемого способа - регистрируемая амперметром плотность токов коррозии, в способе-прототипе - определяемое визуально количество точечных очагов коррозии на единице площади поверхности образца. Тем не менее приведенные данные свидетельствуют о следующих преимуществах заявляемого способа перед прототипом 1) испытания по способу-прототипу длятся 56 сут, продолжительность испытаний новым способом определяется скоростьюнагревания образца и при 5 С/мин составляет 36 мин 2) результаты испытаний по способу-прототипу определяются визуально и не позволяют без специального компьютерного оборудования и программного обеспечения объективно оценить опасность коррозионного повреждения, т.к. не учитывают глубину очагов коррозии и их общую площадь новый способ дает интегральную количественную оценку скорости коррозии 3 3442 1 3) новый способ методически проще прототипа, не требует дорогостоящего оборудования, его выходные параметры имеют размерность электрических величин, которые можно использовать в уравнениях электрохимической кинетики. Таким образом, предложенный способ оценки коррозионной активности открывает новый путь прогнозирования работоспособности оборудования для переработки пластмасс, текстильного оборудования, металлополимерных узлов машин - подшипников, уплотнений, привода и т.п. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 4