ГОСТ 9.718-93 ЕСЗКС. Материалы полимерные. Метод определения защитной эффективности антиоксидантов

Последнее Обновление Декабрь 04, 2018
< Назад

Дата введения 01.01.1995

Предисловие

1РАЗРАБОТАН Российской Федерацией

ВНЕСЕН Техническим секретариатом Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации

2ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации 21 октября 1993 г.

За принятие проголосовали:

Наименование государстваНаименование национального органа по стандартизации
Республика БеларусьБелстандарт
Республика КазахстанКазглавстандарт
Российская ФедерацияГосстандарт России
УкраинаГосстандарт Украины

3ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

1ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящий стандарт распространяется на полимерные материалы и устанавливает метод оценки защитной эффективности антиоксидантов, вводимых в состав полимерных материалов для повышения их стойкости к окислительному старению при переработке и эксплуатации.

Применение стандарта должно быть предусмотрено в нормативно-технической документации (НТД) на производство стабилизированных материалов.

Сущность метода заключается в определении скорости окисления образца материала до и после введения в них антиоксиданта и определении периода индукции процесса окисления материала при стандартных концентрациях антиоксиданта.

2НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 9.707-81 ЕСЗКС. Материалы полимерные. Методы ускоренных испытаний на климатическое старение

ГОСТ 24104-88 Весы лабораторные общего назначения и образцовые. Общие технические условия

ГОСТ 24363-80 Калия гидроокись. Технические условия

ГОСТ 12.1.004-91 ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования

ГОСТ 12.1.007-76 ССБТ. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности

ГОСТ 12.1.019-79 ССБТ. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты

ГОСТ 12.3.002-75 ССБТ. Процессы производственные. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.3.019-80 ССБТ. Испытания и измерения электрические. Общие требования безопасности

3ОТБОР ОБРАЗЦОВ

3.1Изготовляют стандартные композиции стабилизированного и нестабилизированного полимерного материала по технологии, принятой при переработке материала в изделие массой (0,1±0,01) кг. Концентрацию антиоксиданта в стабилизированной композиции выбирают из ряда: 0,01; 0,02; 0,03; 0,04; 0,05; 0,10; 0,20; 0,30; 0,40; 0,50; 1,00; 2,00% (по массе). Количество стандартных композиций должно быть не менее пяти. Проба для испытаний может быть получена в виде пленки нагреванием полимера в атмосфере инертного газа (аргон, азот и т.п.) при температуре выше температуры вязкого течения. Толщина пленки не должна превышать (0,5±0,005) мм.

3.2Проба для испытания материала должна быть однородной по составу. Для обеспечения однородности из десяти мест каждой композиции, полученной по п.3.1, отбирают пробы по 2 г. Отобранные пробы каждой композиции материала в твердом состоянии измельчают микротомом или другим режущим инструментом на стружки толщиной не более 0,5 мм. Хрупкий полимер измельчают однократным сдавливанием между полированными стальными пластинами до частиц размером не более 0,2 мм. Пробу усредняют любым способом (например, квартованием).

Способ измельчения не должен приводить к загрязнению пробы.

3.3Масса пробы для испытания должна быть (100±1) мг.

Количество параллельных проб   на одну экспериментальную точку должно быть не менее пяти.

4АППАРАТУРА, МАТЕРИАЛЫ И РЕАКТИВЫ

Микротом или другое приспособление для измельчения материала.

Весы лабораторные общего назначения 2-го класса точности по ГОСТ 24104 с пределом взвешивания 200 г.

Гидроокись калия гранулированная по ГОСТ 24363.

Установка из термостойкого стекла для определения скорости поглощения кислорода (черт.1); объем реакционного сосуда (10±1) см .

Схема установки для определения скорости поглощения

кислорода полимерным материалом

1 — реакционный сосуд; 2 — сосуд для поглотителя; 3 — вкладыш для уменьшения объема; 4 — дифференциальный манометр; 5 — общий дифференциальный манометр;

6 — баллон для хранения кислорода; 7 — термостат; 8-13 вакуумные краны

Черт.1

Манометр дифференциальный или другой датчик давления должен обеспечивать измерение изменения давления в реакционном сосуде с точностью ±0,5 мм рт. ст. Реакционный сосуд собирают на герметичном шлифе с системой подачи кислорода и измерения давления. Расстояние от дна реакционного сосуда до дырчатой части поглотителя должно обеспечивать расположение поглотителя выше термостата на (10±1) см. Термостат должен обеспечивать поддержание температуры от 100 до 250 °С с погрешностью не более ±0,5 °С и от 251 до 400 °С с погрешностью не более ±1,0 °С. Допускается использовать установки других конструкций, обеспечивающие измерение изменения давления кислорода в системе вследствие процессов окисления материала с указанной точностью.

5ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЮ

5.1Готовят пробы материала, содержащие различное количество антиоксиданта в соответствии с разд.3.

5.2В реакционный сосуд помещают пробу материала; в сосуд для поглотителя помещают едкий калий или другое вещество, обеспечивающее поглощение газообразных продуктов реакции. Собирают на шлифах реакционный сосуд с сосудом поглотителя и вкладышем.

6ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

6.1Испытания проводят при температурах  , где  .

Температуры испытаний   (в К) выбирают по формуле

, (1)

где   — целое число.

6.2Максимальная температура испытаний должна быть равна максимальной температуре переработки материала в изделие. Если необходимо определить эффективность антиоксиданта при температуре эксплуатации изделия, максимальную температуру испытаний выбирают в соответствии с таблицей.

Температура эксплуатации, °СТемпература испытаний, °С
От 0 до 60На 100 выше температуры эксплуатации
Св. 60 » 120На 80 выше температуры эксплуатации
» 120 » 200На 50 выше температуры эксплуатации
» 200 » 250На 30 выше температуры эксплуатации
» 250При температуре эксплуатации

Минимальную температуру испытаний устанавливают такой, чтобы изменение давления кислорода в установке за 6 ч было не менее 1 мм рт. ст.

6.3Испытания начинают при максимальной температуре на пробах с максимальной концентрацией антиоксиданта. Испытания проводят на пробах при всех выбранных температурах и концентрациях антиоксиданта в материале.

6.4Реакционный сосуд с пробой материала помещают в термостат при температуре испытаний. Открывают вакуумные краны 10, 9, 8 и вакуумируют систему до остаточного давления от 0,01 до 0,05 мм рт. ст. Закрывают вакуумный кран 8 и, открыв кран 11, заполняют систему кислородом из баллона 6 до заданного давления, кратного (150±0,5) мм рт. ст. Закрывают кран 9.

6.5Выдерживают реакционный сосуд в термостате в течение (10±0,1) мин и закрывают кран 10 манометра. Измеряют давление кислорода в системе   (мм рт. ст.) регистрируя интервалы времени  , в течение которых   уменьшается на 2 мм рт. ст. (  — порядковый номер интервалов времени, соответствующих уменьшению давления кислорода в системе с шагом 2 мм рт. ст.  , . . .  ).

Если изменение давления кислорода   в системе определяют с помощью дифференциального манометра, заполненного жидкостями, перевод  , мм рт. ст., осуществляют по формуле

, (2)

где   — изменение давления жидкости, заполняющей дифференциальный манометр, мм;

 — плотность жидкости, заполняющей дифференциальный манометр, г/см ;

 — плотность ртути, г/см .

6.6Регистрацию времени   изменения давления кислорода в системе   проводят для каждой из параллельных проб   каждой из стандартных композиций  , содержащей антиоксидант, и стандартной композиции материала, не содержащей антиоксидант при каждой из температур испытаний   с шагом 2 мм рт. ст.

6.7Данные эксперимента вносят в протокол, форма которого приведена в приложении.

6.8Испытания каждой пробы прекращают после той градации изменения давления кислорода в системе, интервал времени до достижения которой не менее чем в пять раз уменьшается по сравнению с продолжительностью испытаний от градации   до градации  .

7ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

7.1Количество поглощенного кислорода каждой из параллельных проб, каждой из композиций материала при каждой из температур испытаний, соответствующее уменьшению давления кислорода в системе с шагом 2 мм рт. ст.  , моль/кг, вычисляют по формуле

, (3)

где   — изменение давления кислорода при испытании каждой из параллельных проб, мм рт. ст.;

 — объем реакционного сосуда, м ;

 — универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/моль·К (1,987 кал/моль·К);

 — масса пробы, кг;

 и   — температура испытаний и окружающей среды соответственно, К;

133,3 — нормирующий коэффициент.

7.2Вычисляют среднее арифметическое значение количества поглощенного кислорода   в параллельных пробах для каждой из концентраций антиоксиданта при каждой из температур испытаний, соответствующих уменьшению давления кислорода в системе на 2 мм рт. ст., по формуле

, (4)

где   — порядковый номер температур испытаний  ;

 — порядковый номер концентрации антиоксиданта в материале  ;

 — число параллельных проб  .

7.3Вычисляют средний арифметический интервал времени  , соответствующий поглощению количества кислорода   в параллельных пробах  для каждой из концентраций антиоксиданта в материале   при каждой из температур испытаний   по формуле

. (5)

7.4Вычисляют среднюю скорость поглощения кислорода   для каждой концентрации антиоксиданта   для каждой из температур   для каждого шага изменения давления   по формуле

. (6)

7.5По результатам испытаний, полученным по п.7.4, определяют период индукции   как среднее арифметическое времени испытаний всех параллельных проб при заданных температуре и концентрации антиоксиданта, при котором скорость процесса окисления при изменении давления кислорода в системе с шагом 2 мм рт. ст. в интервале от   до   увеличивается не менее чем в пять раз по сравнению со скоростью окисления в интервале от   до  .

Период индукции является характеристикой антиоксиданта.

7.6Если материал в присутствии антиоксиданта окисляется без периода индукции, эффективность антиоксиданта   оценивают как отношение начальной скорости поглощения кислорода в отсутствии антиоксиданта   к начальной скорости поглощения кислорода в присутствии антиоксиданта 

. (7)

Чем больше  , тем эффективнее антиоксидант.

; (8)

 , (9)

где  ;

 — общее количество поглощенного кислорода в отсутствии и присутствии антиоксиданта соответственно, которое должно превышать чувствительность метода измерения давления не менее чем в 20 раз;

 — общая продолжительность испытаний в отсутствии и присутствии антиоксиданта соответственно, которая должна быть не менее 12·10 с.

7.7Антиоксидант, который при равных концентрациях его в материале и одинаковых условиях окисления (температура и давление) приводит к большему снижению скорости окисления или обеспечивает увеличение периода индукции, считают более эффективным.

7.8Для дополнительной оценки эффективности выбранного по 7.7 антиоксиданта определяют изменения характерных показателей свойств стабилизированного материала по сравнению с нестабилизированным по соответствующей НТД. Если антиоксидант, введенный в материал, не снижает характерных показателей, его считают эффективным для стабилизации данного материала.

7.9Для определения аналитической зависимости скорости окисления материала от температуры для каждой из концентраций антиоксиданта с использованием уравнения Аррениуса в соответствии с ГОСТ 9.707 вычисляют зависимость между скоростями окисления при различных температурах и заданном уровне изменения давления кислорода в системе по формуле

, (10)

где   — скорость окисления материала при температуре   и концентрации антиоксиданта  , моль/кг·с;

 — скорость окисления материала при температуре   и концентрации антиоксиданта  , моль/кг·с;

 — коэффициент температурной зависимости процесса окисления материала для каждой из концентраций антиоксиданта  , кДж/моль (ккал/моль);

 — универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/моль·К (1,987 кал/моль·К).

Зависимость (10) используют раздельно для температур испытаний выше и ниже температуры стеклования полиме

ра.

7.10Для вычисления   по экспериментальным данным строят график зависимости логарифма скорости окисления   от температуры для каждой из концентраций антиоксиданта, в том числе и для нестабилизированного материала   (черт.2).

Черт.2

7.11Тангенс угла наклона зависимости   вычисляют с применением метода наименьших квадратов по формуле

, (11)

где   — скорость окисления материала при каждой температуре испытаний и концентрации антиоксиданта, моль/кг·с;

 — температура испытаний при каждой из концентраций антиоксиданта, К.

7.12Коэффициент температурной зависимости процесса окисления материала   для каждой концентрации   вычисляют по формуле

. (12)

Среднее значение   вычисляют по формуле

. (13)

7.13По вычисленному   и заданной температуре эксплуатации или хранения   вычисляют прогнозируемую скорость окисления материала   при заданной концентрации   по формуле

, (14)

где   — скорость окисления материала при каждой из температур испытаний   и концентрации антиоксиданта   при заданном уровне изменения давления кислорода в системе;

 — эквивалентная температура.

Для условий хранения эквивалентную температуру устанавливают в соответствии с ГОСТ 9.707, приложение 5.

 вычисляют для каждого из заданных концентраций антиоксиданта и заданного уровня изменения давления кислорода в системе.

7.14Строят график зависимости скорости окисления материала   от концентрации антиоксиданта   (кривую прогноза) при температуре эксплуатации или хранения. Если заданная температура эксплуатации или хранения изменяется, для каждой из   необходимо строить свою кривую прогноза.

7.15По полученным кривым прогноза определяют скорость окисления нестабилизированного и стабилизированного материала при заданной температуре.

7.16Строят кривые прогноза по 7.14 для материалов, стабилизированных различными антиоксидантами.

7.17Сопоставляют между собой кривые прогноза для материала, стабилизированного различными антиоксидантами (АО), для одной и той же заданной температуры   (черт.3). Наиболее эффективным для стабилизации данного материала является тот антиоксидант, для которого скорость окисления минимальна при равных концентрациях антиоксиданта.

Черт.3

8ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

8.1Требования безопасности — по ГОСТ 12.1.007, ГОСТ 12.1.019, ГОСТ 12.3.002 и ГОСТ 12.3.019.

8.2Требования пожарной безопасности — по ГОСТ 12.1.004.

8.3Метеорологические условия, уровень звукового давления, уровни звука и содержание вредных примесей в рабочей зоне помещений для испытаний не должны превышать норм, установленных СН-245 и утвержденных Госстроем СССР.

ПРИЛОЖЕНИЕ А Рекомендуемое. ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ АНТИОКСИДАНТОВ

1Наименование, марка антиоксиданта

2Завод-изготовитель антиоксиданта

3Нормативно-техническая документация, по которой выпускается антиоксидант

4Наименование полимерного материала, в который введен антиоксидант

5Завод-изготовитель полимерного материала

6Нормативно-техническая документация, по которой выпускают полимерный материал

7Условия испытаний

8Обозначение настоящего стандарта

Продолжительность окисления  , с, соответствующая изменению давления кислорода с градацией в 2 мм рт. ст. и количество поглощенного кислорода  , моль/кг
Концен- трация антиокси- данта, %Номер пробыТемпература испытаний, °С
2 мм рт. ст.4 мм рт. ст.. . .  мм рт. ст.  мм рт. ст.  мм рт. ст.
. . .

Примечание — Аналогичные таблицы составляются по результатам испытаний при всех температурах

Испытание провел (должность)Инициалы, фамилия
Руководитель лаборатории

_______________________________________

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Авторизация
*
*
Регистрация
*
*
Номер телефона без знака «+», например «79876543210». На указанный номер будет выслан код подтверждения.

*
Нажимая кнопку "Зарегистрироваться" Вы даете согласие на обработку персональных данных в соответствии с "Пользовательским соглашением".
Генерация пароля