Устройство для определения паропроницаемости и водопроницаемости материала
Полезная модель направлена на разработку универсального устройства для проведения измерений паропроницаемости и водопроницаемости на одном образце и снижение трудоемкости испытаний при повышении точности определения физических свойств испытуемого материала. Устройство для определения паропроницаемости и водопроницаемости материала состоит из наполненного водой стакана с бортиком по периметру для крепления образца. Устройство выполнено с возможностью герметичного крепления образца к наполненному водой стакану и опрокидывания его на 180°, днище стакана имеет отверстие диаметром 3-4 мм со съемной пробкой, а в стенке стакана выполнено отверстие для заполнения стакана водой с возможностью герметизации отверстия в период проведения измерений паропроницаемости и водопроницаемости образца материала. 1 з.п.ф., 2 илл.
Полезная модель относится к области исследования химических и физических свойств материалов и предназначено для измерения паропроницаемости и водопроницаемости материалов, таких как древесина, древесно-плитные материалы, бетон и другие, и нанесенных на них защитных покрытий.
Известно устройство для измерения паропроницаемости лакокрасочных покрытий, представляющее собой сосуд, заполненный влагопоглощающим веществом, и закрепленный на нем с помощью герметизирующей пасты образец с покрытием/ГОСТ 28575-90. Защита от коррозии в строительстве. Конструкции бетонные и железобетонные. Испытание паропроницаемости защитных покрытий/.
Подготовленный к испытанию сосуд с образцом взвешивают и выдерживают в шкафу для кондиционирования при температуре (20±0,5)°С и относительной влажности воздуха (80±2)%. Сосуд с образцом взвешивают каждые 24 ч и определяют количество водяного пара, прошедшего через образец. Взвешивания повторяют до тех пор, пока изменение массы за единицу времени не будет постоянным.
По данным отдельных взвешиваний строят график зависимости изменения массы влагопоглощающего вещества от времени. Для определения коэффициента паропроницаемости используют данные взвешиваний после появления постоянного диффузионного потока.
Недостатком этого устройства является то, что оно не позволяет определять водопроницаемость защитного покрытия на том же образце без демонтажа устройства.
Известно устройство для определения паропроницаемости защитных покрытий «мокрым методом» /ГОСТ 28575-90. Защита от коррозии в строительстве. Конструкции бетонные и железобетонные. Испытание паропроницаемости защитных покрытий/. Устройство включает обойму, испытательный стакан с водой, образец с испытуемым покрытием, резиновый коврик и резиновое кольцо.
Образец вставляют в расширенную часть обоймы и герметизирующей пастой заделывают зазоры между образцом и краями обоймы. Подготовленная обойма с образцом и испытательный стакан с водой устанавливают на резиновой подкладке в шкафу для кондиционирования при температуре (20±0,5)°С и относительной влажности воздуха 65±5%.
Испытательные стаканы с водой взвешивают с закрытой крышкой. Взвешивание повторяется каждые 24 ч до тех пор, пока масса не станет постоянной.
Через 10 дней доливают воду в испытательные стаканы и поддерживают уровень в (20±5) мм от нижней поверхности образца.
Для определения сопротивления паропроницаемости используют данные взвешивания, полученные после установившегося постоянного диффузионного потока водяного пара.
Недостатками этого устройства являются трудоемкость процесса измерения, вероятность внесения погрешности из-за прерывания процесса испытаний при изъятии стакана с водой для очередного взвешивания, а также невозможность определения водопроницаемости защитного покрытия на том же образце без снятия с сосуда.
Известно устройство для измерения водопроницаемости защитных полимерных и лакокрасочных покрытий, нанесенных на древесную подложку (Ломакин А.Д. Измерение водо- паропроницаемости лакокрасочных покрытий //Деревообрабатывающая промышленность. 1988. 
10. с.14-16).
Образец выполнен, в виде полого цилиндра, на внутреннюю поверхность которого нанесено защитное покрытие. Оба отверстия образца закрыты крышками, заполненными герметизирующим составом, при этом верхняя крышка снабжена прозрачной трубкой для подачи воды в полость образца.
Водопроницаемость покрытия оценивают по скорости проникновения через него влаги. Испытания проводят на образцах с покрытием и без покрытия (контрольных). В процессе испытаний образцы периодически взвешивают на аналитических весах. По мере прохождения влаги через покрытие уровень воды в трубке понижается, поэтому ее периодически доливают до прежнего уровня. Испытания заканчивают при достижении постоянной скорости прохождения влаги через покрытие, о чем свидетельствует установившаяся скорость потери массы образца с водой.
Известно устройство для измерения водопроницаемости лакокрасочных покрытий, нанесенных на древесную подложку, включающее основание, на которое устанавливается испытуемый образец, фиксируемый рамкой с винтовыми зажимами, с образованием кюветы для воды /Манулов А.И., В.Б.Шубин, В.Н.Смоляков, «О выборе окрасочных составов для атмосферостойкой отделки элементов стандартных деревянных домов» журнал Деревообрабатывающая промышленность, 1973, 5. с.8-10/.
К недостатку известных устройств следует отнести то, что они предназначены только для измерения водопроницаемости покрытия.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для измерения паропроницаемости лакокрасочных покрытий «методом стаканчика» /ГОСТ 25898-83. Материалы и изделия строительные. Методы определения сопротивления паропроницанию/.
Устройство представляет собой стеклянную чашку с наружным диаметром 100 мм и высотой 30 мм, частично заполненную дистиллированной водой, и образец, закрепленный на ней при помощи пластилина или герметизирующей мастики. Устройство используется для создания стационарного потока паров воды через исследуемый образец и определения величины этого потока. Испытания проводят на 6 образцах, выполненных в виде диска диаметром 10 см и толщиной не более 10 мм,
Первые три из них представляют собой образцы материала, на которые в реальном изделии наносится лакокрасочное покрытие. Вторые три - образца этого материала с нанесенным в соответствии с технологическими нормами лакокрасочным покрытием.
Образцы с покрытием помещают на чашку покрытием вниз. Испытания проводят в шкафу со стенками и дверцами из паронепроницаемого материала, в котором поддерживается постоянно относительная влажность воздуха (54,5±1)% и температура (20±2) град. С. Чашки с укрепленными на них образцами взвешивают и помещают на перфорированную полку шкафа. Периодически (через каждые 7 суток) чашки с образцами взвешивают. Испытание считают законченным, если значения плотности потока водяного пара через образец, вычисленные по результатам трех последовательных взвешиваний, остаются без изменения или начинают увеличиваться. За плотность потока принимают наименьшее значение из результатов трех последовательных взвешиваний.
Недостатком этого устройства является то, что оно предназначено только для измерения паропроницаемости покрытия.
Технической задачей является разработка универсального устройства для проведения измерений паропроницаемости и водопроницаемости на одном образце и снижение трудоемкости испытаний при повышении точности определения физических свойств испытуемого материала.
Поставленная задача решается таким образом, что устройство для определения паропроницаемости и водопроницаемости материала, включающее наполненный водой стакан с бортиком по периметру для крепления образца, согласно полезной модели, выполнено с возможностью герметичного крепления образца к наполненному водой стакану и опрокидывания его на 180°, днище стакана имеет отверстие диаметром 3-4 мм со съемной пробкой, а в стенке стакана выполнено отверстие для заполнения стакана водой с возможностью герметизации отверстия в период проведения измерений паропроницаемости и водопроницаемости образца материала. Устройство может быть снабжено трубкой с возможностью размещения ее в отверстии днища стакана в процессе измерения водопроницаемости материала, таким образом, что один конец трубки погружен в воду, а другой расположен над днищем стакана для сообщения трубки с атмосферой, причем поверхность воды в трубке покрыта слоем масла для предотвращения испарения воды.
Устройство для определения паропроницаемости и водопроницаемости материала, отличается от известного тем, что выполнено с возможностью герметичного крепления образца к наполненному водой стакану и опрокидывания его на 180°, днище стакана имеет отверстие диаметром 3-4 мм со съемной пробкой, а в стенке стакана выполнено отверстие для заполнения стакана водой с возможностью герметизации отверстия в период проведения измерений паропроницаемости и водопроницаемости образца материала. Устройство может быть снабжено отверстием для установки трубки, предназначенной для выравнивания давления в полости стакана и вне его и исключения испарения влаги при испытании на водопроницаемость, а также отверстием для периодического долива воды до нужного уровня по мере проникновения ее через образец.
Технический результат позволяет использовать известный метод для определения сначала паропроницаемости, а затем водопроницаемости защитного покрытия на одном образце в одном устройстве, тем самым упрощает и сокращает процесс испытаний.
Устройство работает следующим образом.
Для испытаний используют образцы, представляющие собой пластины из древесины или древесно-плитного материала толщиной 8-10 мм и диаметром 80-100 мм.
На фиг.1 представлена схема устройства для определения паропроницаемости и водопроницаемости материала; фиг.2 - то же, что и на фиг.1, вариант измерения водопроницаемости материала.
Устройство состоит из стакана 1, в дне которого выполнено отверстие 2 со съемной пробкой 3. Стакан имеет бортики 4, на которых с помощью герметика 5 закреплен образец 6 с покрытием 7. Кромки образца и бортики стакана гидроизолированы мастикой 8. Полость стакана частично заполнена водой 9. Для поддержания постоянного уровня воды в стакане в процессе испытаний в стенке имеется отверстие 10 диаметром 1 мм, через которое производят долив воды с помощью шприца. Устройство снабжено стеклянной или пластиковой трубкой 11 с внутренним диаметром 2 мм, которая используется при испытании образцов на водопроницание. Место прохода трубки 11 через отверстие 6 изолируется мастикой 12. Нижний конец трубки размещен в воде, а верхний - над дном стакана. Поверхность воды в трубке 11 покрыта слоем масла 13 чтобы исключить испарение воды при испытаниях.
Испытание образцов на паропроницание производят следующим образом.
Устройство взвешивают на весах с точностью 0,001 г и помещают в шкаф, на дне которого установлена емкость с насыщенным раствором бихромата натрия для создания в объеме относительной влажности воздуха 52%. Взвешивание устройства производят через каждые 7 суток после начала испытаний. По результатам взвешивания вычисляют величину плотности потока водяного пара через образец.
Испытания считают законченными, когда значения плотности потока водяного пара через образец, вычисленные по результатам трех последовательных взвешиваний, остаются без изменений или начинают увеличиваться. За плотность потока принимают наименьшее значение из результатов трех последовательных взвешиваний.
Плотность потока водяного пара через образец qПк+д определяют по формуле:
где: 
m - уменьшение массы стаканчика с образцом за время 
, мг;
- время между последовательными взвешиваниями, ч;
F - площадь образца, м2
Сопротивление паропроницанию защитного покрытия RПк в м2 чПа/мг определяют по формуле:
где: RПк+д - суммарное сопротивление паропроницанию образца и нанесенного на него слоя защитного покрытия;
Rд - сопротивление паропроницанию образца без защитного покрытия
Упругость водяного пара под образцом приравнивается к упругости насыщенного водяного пара непосредственно над водой (P1). Парциальное давление водяного пара на поверхности образца (P2) принимается равным парциальному давлению паров воды в воздухе окружающего помещения без учета влияния пограничного слоя.
В начальной стадии опыта почти вся испарившаяся вода расходуется на увеличение влажности образца материала, на его сорбционное увлажнение и лишь в какой-то незначительной части - на диффузию через образец. По мере увлажнения образца и приближения его влажности к сорбционной расход влаги на увлажнения образца снижается, а доля на диффузию повышается. В конечной стадии опыта процесс испарения принимает стационарный характер, т.е. убыль влаги из стаканчика за определенный промежуток времени (1ч или 1 сутки) становится приблизительно постоянной. В этот период времени вся испаряющаяся влага затрачивается только на диффузию
Оценка водопроницаемости покрытия производится с использованием того же устройства, на котором проводили оценку паропроницаемости покрытия (фиг.2).
После окончания испытаний по определению паропроницаемости покрытия устройство переворачивают, и в отверстие 6, которое теперь оказывается над водой, вынув пробку, вставляют трубку 11. Нижний конец трубки имеет скос и погружен в воду. После установки трубки в нее вводят 1-2 капли машинного масла 13, а место прохода через дно стакана герметизируют мастикой 12. Введение трубки позволяет исключить образование вакуума внутри стаканчика, а наличие масла в трубке - потери воды при испарении, которые могли бы исказить результаты испытаний.
Водопроницаемость защитного покрытия оценивают по скорости проникновения через него влаги путем периодического взвешивания стакана с образцом с точностью 0,01 г. Таким же образом испытывают образец без защитного покрытия. Испытания продолжают до достижения постоянной скорости проникновения влаги через образец, о чем свидетельствует установившаяся скорость потери массы стакана с образцом. По мере убыли воды из стакана в процессе испытаний с помощью шприца производят долив воды до прежнего уровня через отверстие 10, которое на время испытаний герметизируется (воском, пластилином и др.).
Таким образом, предлагаемое устройство кроме измерения паропроницаемости защитного покрытия позволяет проводить на нем измерение его водопроницаемости. При этом испытания проводят на одном и том же образце, что позволяет повысить точность измерений, так как испытания на водопроницаемость проводят на том же участке покрытия, на котором проводились испытания его паропроницаемости. Использование универсального устройства позволяет отказаться от дополнительного устройства для оценки водопроницаемости покрытий и сократить время испытаний.
1. Устройство для определения паропроницаемости и водопроницаемости материала, включающее наполненный водой стакан с бортиком по периметру для крепления образца, отличающееся тем, что устройство выполнено с возможностью герметичного крепления образца к наполненному водой стакану и опрокидывания его на 180°, днище стакана имеет отверстие диаметром 3-4 мм со съемной пробкой, а в стенке стакана выполнено отверстие для заполнения стакана водой с возможностью герметизации отверстия в период проведения измерений паропроницаемости и водопроницаемости образца материала.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено трубкой с возможностью размещения ее в отверстии днища стакана в процессе измерения водопроницаемости материала таким образом, что один конец трубки погружен в воду, а другой расположен над днищем стакана с возможностью сообщения его с атмосферой, причем поверхность воды в трубке покрыта слоем масла для предотвращения испарения воды.
