4. Определение условной вязкости растворов полимеров

1. Цель работы

Ознакомление с методом определения условной вязкости растворов полимеров по вискозиметру ВЗ-4.

5.2 Теоретические предпосылки

Вязкостью, или внутренним трением, называется свойство жидкостей оказывать сопротивление при перемещении внутренних слоёв друг относительно друга. Вязкость жидкостей в основном определяется силами межмолекулярного взаимодействия.

Вязкость растворов полимеров (смол, клеев и лакокрасочных материалов) имеет большое производственное значение, поскольку с нею связана способность материала наноситься на поверхность и разливаться по ней ровным слоем. Вязкость зависит от вида полимера и растворителей, их соотношения, а также от температуры.

Высокая вязкость растворов полимеров вызывает повышенный расход растворителей для разведения полимера до рабочей вязкости. С увеличением количества добавляемого растворителя уменьшается количество пленкообразующих веществ или связующих в единице объема и может потребоваться дополнительное нанесение лака или клея для создания пленки нужной толщины.

Различают вязкость: динамическую, кинематическую и условную. Динамическая и кинематическая вязкости являются абсолютными. Динамической вязкостью называется величина, равная силе внутреннего трения, действующей на единицу поверхности жидкости при градиенте скорости, равном единице.

Динамическую вязкость  можно определить по формуле

, (10)

где - градиент скорости,

- площадь поверхностного слоя;

F - сила внутреннего трения.

Единица динамической вязкости в СИ - или .

Кинематической вязкостью () называется величина, равная отношению динамической вязкости жидкости  к её плотности , т.е.

. (11)

Определение абсолютной вязкости лаков, клеев и красок (т.е. растворов полимеров) представляет известные трудности. Для контроля вязкости в производственных условиях и в заводских лабораториях в большинстве случаев пользуются относительно простыми методами и приборами, с помощью которых определяется условная вязкость.

Наиболее распространенными методами определения условной вязкости являются следующие:

1) по времени истечения определенного объёма жидкости через калиброванное сопло определенного размера (на этом принципе построены вискозиметры ВЗ-1 с соплами диаметром 2,5 и 5,4 мм, вискозиметр ВЗ-4, вискозиметр ВЗ-246 со сменными соплами диаметром 2, 4 и 6 мм, и другие);

2) по времени падения стандартного стального шарика через слой жидкости определенной высоты (метод применяется при определении условной вязкости материалов густой консистенции: грунтовок, порозаполнителей и т.п.);

3) по времени поднятия через слой жидкости определенной толщины воздушного пузырька (как и предыдущий, этот метод может применяться для материалов густой консистенции).

Вискозиметр ВЗ-4 представляет собой дюралюминиевый или пластмассовый цилиндрический сосуд, переходящий в полый конус. Верхний край сосуда окружен желобом для слива избытка испытуемого материала. Коническая часть имеет калиброванное сопло из нержавеющей стали диаметром 4 мм. Вместимость сосуда-100 мл.

5.3 Оборудование, приборы, материалы

Вискозиметр ВЗ-4, секундомер, стакан, исследуемый раствор.

5.4 Порядок проведения работы

Пробу исследуемого раствора полимера перед определением условной вязкости тщательно перемешивают, избегая образования в нем пузырьков воздуха.

Вискозиметр помещают в штатив и с помощью уровня устанавливают в горизонтальном положении. Под сопло вискозиметра ставят стакан. Отверстие сопла закрывают пальцем, испытуемый материал наливают в вискозиметр с избытком, чтобы образовался выпуклый мениск над краем вискозиметра. Наполняют вискозиметр медленно, чтобы предотвратить образование пузырьков воздуха.

Избыток материала и образовавшиеся пузырьки воздуха удаляют при помощи стеклянной пластинки или алюминиевого диска, сдвигаемых по верхнему краю воронки в горизонтальном направлении таким образом, чтобы не образовалось воздушной прослойки.

Открывают отверстие сопла и одновременно с появлением испытуемого материала из сопла включают секундомер. В момент первого прерывания струи испытуемого материала секундомер останавливают и отсчитывают время истечения.

Определение условной вязкости проводят не менее трех раз.

За результат испытания по вискозиметру ВЗ-4 принимают среднее арифметическое не менее трех измерений времени истечения испытуемого материала в секундах и вычисляют по формуле

, (12)

где t – среднее арифметическое значение времени истечения испытуемого материала, с;

k – коэффициент вискозиметра (поправочный).

Величина поправочного коэффициента в пределах от 0,9 до 1,1 указывается в паспорте на вискозиметр или в соответствующем документе о поверке вискозиметра.