Прибор для изучения крейзинга в химических волокнах

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ПРИБОР ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ КРЕЙЗИНГА В ХИМИЧЕСКИХ ВОЛОКНАХ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Пинчук Леонид Семенович Винидиктова Наталья Сергеевна Гольдаде Виктор Антонович Грищенкова Валентина Александровна Кудрявцева Тамара Николаевна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси(57) Прибор для изучения крейзинга в химических волокнах, состоящий из оптического микроскопа, на предметном столике которого установлены винтовое устройство для регулируемого растяжения образца и система приведения его в контакт с поверхностноактивной жидкостью, отличающийся тем, что под растягиваемым образцом, имеющим вид единичного полимерного волокна, расположен открытый торец трубчатого капилляра,заполненного поверхностно-активной жидкостью и сообщенного с содержащей эту жидкость емкостью, которая снабжена механизмом перемещения по вертикали в пределах высот, обеспечивающих подъем выпуклого мениска жидкости над торцом капилляра на 0,10,5 мм до касания ею исследуемого волокна.(56) 1. Кукин Г.Н., Соловьев А.Н., Кобляков А.И. Текстильное материаловедение (волокна и нити) Учебник для вузов, 2-е изд. - М. Легпромбытиздат, 1989. - 352 с. 2. Патентная заявка РФ 2005113743/22, МПК 01 3/08, 2006. 3. Патентная заявка РФ 2008131030/22, МПК 01 33/36, 2008. 4. Волынский А.Л., Смирнов В.Д., Сточес Р.Н., Герасимов В.И., Алескеров А.Г., Бакеев Н.Ф. Динамометр для исследования механических свойств полимеров в активных жидких средах // Высокомол. соед.- 1976.- Т. 18 А.-4.- . 940-942. 5. Пазухина Л.Ю., Ярышева Л.М., Сточес Р.Н., Бакеев Н.Ф., Козлов П.В. Метод определения линейной скорости роста микротрещин с построением кривых распределения при деформации полимеров в жидких средах // Высокомол. соед.- 1982.- Т. 24 А.-8 1784-1787 (прототип). Полезная модель относится к инструментарию для изучения механической прочности волокон из синтетических полимеров при растяжении. Крейзинг - специфическая стадия перестройки структуры полимерных волокон, растягиваемых в поверхностно-активных жидкостях в волокне образуются микротрещины(крейзы), стенки которых соединены фибриллярными тяжами. Модифицирование волокон целевыми добавками (антисептики, антипирены, одоранты и др.), термодинамически несовместимыми с полимером (металлы, неорганические соли, щелочи и др.), удобно осуществлять по механизму крейзинга. Захваченные в крейзы модификаторы выделяются из волокон в течение длительного времени (годы). Для модифицирования волокон по механизму крейзинга необходимо, во-первых, выбрать поверхностно-активную жидкость, несущую модификатор, которая в наибольшей мере инициировала бы крейзообразование, во-вторых, определить оптимальные степень вытяжки и скорость растяжения волокна, соответствующие максимальному раскрытию крейзов, в-третьих, приводить волокна в контакт с жидкостью на таком участке, где адсорбция модификатора на свежеобразованных поверхностях крейзов была бы наибольшей. Для решения этих задач необходимо специальное исследовательское оборудование. При испытаниях волокон на растяжение используют множество приборов, совокупность которых подразделяют на три группы 1 1) разрывные машины 2) релаксометры,регистрирующие изменение деформации нагруженных образцов во времени 3) пульсаторы для многоцикловых испытаний волокон. Примером приборов первой группы служит устройство, в котором движение зажима, вызывающее растяжение образца, происходит в заданном режиме 2. В третью группу входит прибор 3 для многоцикловых испытаний текстильных материалов, реализующий трение образца (при заданном давлении) об абразивное контртело. К сожалению, эти устройства не позволяют воздействовать на нагруженный образец поверхностно-активной жидкостью. Для растяжения полимерных пленок в жидких средах разрывную машину оснащают емкостью для жидкости, в которую погружены зажимы образца 4. Таким образом можно изучать последствия крейзинга, рассматривая извлеченный из зажимов образец с помощью микроскопа, но не удается наблюдать процесс образования и роста крейзов. Прототипом заявляемого прибора служит устройство 5 для наблюдения за процессом возникновения микротрещин в полимерном пленочном образце, деформируемом с постоянной скоростью. На столике микроскопа в кювете с поверхностно-активной жидкостью расположена рама, несущая зажимы с образцом. Перемещение зажимов осуществляют с помощью винтового устройства, обеспечивающего расположение наблюдаемого участка образца в поле зрения микроскопа. Недостатки прототипа 2 60402010.02.28 образование крейзов происходит при полном погружении образца в жидкость невозможно зарегистрировать момент возникновения крейзов при касании растянутым образцом жидкости наблюдение крейзов через слой жидкости, в которую погружен образец, снижает разрешающую способность микроскопа. Задачи, на решение которых направлен прибор 1) обеспечить возможность наблюдения волокна, растягиваемого на воздухе, в момент его соприкосновения с поверхностно-активной жидкостью 2) осуществлять касание исследуемого участка волокна и жидкости в любой выбранный момент времени 3) устранить помехи, вызванные наличием слоя жидкости над наблюдаемым в микроскоп волокном. Поставленные задачи решаются тем, что известный прибор для изучения крейзинга в полимерах, состоящий из микроскопа, на предметном столике которого установлено винтовое устройство для регулируемого растяжения образца, помещенного в кювету с поверхностно-активной жидкостью, снабжен новыми конструктивными элементами. Под растягиваемым образцом, имеющим вид единичного волокна, с зазором 0,1-0,5 мм расположен открытый торец трубчатого капилляра, заполненного поверхностно-активной жидкостью. Емкость снабжена механизмом перемещения по вертикали в пределах высот,обеспечивающих подъем выпуклого мениска жидкости над торцем капилляра до касания ею исследуемого волокна. Сущность предложенной полезной модели состоит в следующем. Прибор дает возможность инициировать крейзинг в исследуемом волокне при любой задаваемой степени вытяжки. Это осуществляется путем касания любого участка волокна с мениском жидкости, выступающим из капилляра при приведении в действие системы подъема мениска. В результате можно регистрировать число, ширину и скорость образования крейзов при выбранном напряженном состоянии волокна. Касание волокна с мениском жидкости происходит в поле зрения микроскопа таким образом, что наблюдаемая поверхность волокна не покрыта слоем жидкости, снижающим разрешающую способность микроскопа. Пример конструкции прибора приведен на рисунке, где изображены фронтальный вид прибора (фиг. 1), вид сверху (фиг. 2), а также вид сбоку (сечение А-А, фиг. 3). Прибор состоит (фиг. 1) из цилиндрического основания 1, в котором профрезерован продольный паз 2. К его дну неподвижно прикреплены две стойки 3, снабженные соосными отверстиями. Винт 4 установлен в них с возможностью вращения. Винт снабжен участками 5 и 6 с левой и правой резьбой. Стопорные шайбы 7 закреплены на винте по обе стороны стоек 3, чтобы препятствовать его перемещению вдоль оси. С резьбовыми участками винта подвижно сопряжены ползуны 8, в отверстиях которых нарезаны соответственно левая или правая резьба. К верхним торцам ползунов прикреплены пластинки 9,сопряженные по ходовой посадке со стенками паза 2. На каждой пластинке установлена пара стоек 10 для закрепления волоконных образцов 11. На наружном конце винта 4 неподвижно закреплена рукоятка 12 (фиг. 2). К торцу пластинки 9, расположенной со стороны рукоятки, прикреплена линейка 13 с нанесенными на нее делениями ценой 0,1 мм. На нижней части основания с той же стороны закреплена стрелка 14, острие которой касается линейки 13. Под исследуемыми волокнами 11 установлены капиллярные трубки 15, заполненные поверхностно-активной жидкостью 16 (фиг. 3). Блок трубок расположен по нормали к волокнам в зазоре между направляющими 17. Посредством шланга 18 капилляры сообщены с жидкостью 16, налитой в воронку 19. Она снабжена системой перемещения по вертикали. К краю воронки прикреплена гайка 20, сопряженная с винтом 21. Винт установлен в подшипнике 22 и снабжен регулировочной рукояткой 23. Прибор помещают на предметный столик оптического микроскопа под тубусом 24. 60402010.02.28 Прибор работает следующим образом. Вращением винта 4 сводят пластинки 9 вместе до касания торцами трубок 15. На стойках 10, установленных на разных пластинках, закрепляют исследуемое волокно 11. Вращением винта разводят пластинки, растягивая волокно. Одновременно регулируют расстояние от волокна до тубуса 24 микроскопа и наблюдают в микроскоп деформационные изменения образца - образование в волокне шейки, возникновение трещин и др. По регистрируемому с помощью микроскопа изменению положения стрелки 13 относительно линейки 12 с точностью до 5 устанавливают нужную степень вытяжки образца. Приводят в действие систему сближения образца с жидкостью 16. Для этого поворотом рукоятки 23 вращают винт 21 и перемещают гайку 20 с воронкой 19 по вертикали так, чтобы на торцах капилляров 15 появился выпуклый мениск. Регулируя его высоту, добиваются касания жидкостью нижней поверхности волокон. Момент касания соответствует началу крейзообразования. С помощью микроскопа регистрируют число и размеры крейзов. Возможности прибора в большой мере определяются разрешающей способностью микроскопа, а также методом наблюдения исследуемых волокон (фазовый контраст, интерференционный контраст, поляризационная, люминесцентная, ультрафиолетовая и инфракрасная микроскопия). Путем сравнения количества и степени раскрытия крейзов на разных участках растянутого с различной интенсивностью волокна до и после его касания исследуемой жидкостью можно выбрать место приведения в контакт жидкости и волокна, оптимальное по критерию крейзообразования степень вытяжки волокна, обусловливающую образование достаточно густой сетки крейзов группу поверхностно-активных жидкостей, инициирующих крейзообразование с приемлемой интенсивностью. Таким образом, задачи, поставленные при создании прибора, решены. Прибор найдет применение в научно-исследовательских и заводских лабораториях,занятых разработкой и оптимизацией технологических режимов модифицирования полимерных волокон термодинамически несовместимыми с полимером целевыми добавками с целью придания волокнам бактерицидности, пониженной горючести, инсектицидности и других дополнительных функциональных свойств. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5