Теплофізичні властивості ППМ

До них відносяться:

- температуропроводність;

- теплоємність;

- теплове розширення;

- тепло-, термо- і морозостійкість;

- температури крихкості, силування, плавлення і експлуатації.

1. Під теплопровідністю полімеру розуміють здатність переносити тепло від більш нагрітих елементів тіла до менш нагрітих. Кількісно оцінюється коефіцієнтом теплопровідності λ.

λ характеризує кількість тепла, яке проходить за 1 с через поверхню площою1 см² при різниці температур 1^оС.

Одиниці вимірювання в системі СІ: λ = 418, 68 Дж/ м · с · К.

Метод визначення: розв’язанням диференційного рівняння, яке пов’я-зує часові і просторові зміни температури, обумов лені тепловим потоком.

2. Температуропровідність α – характеризує швидкість поширення температури під дією теплового потоку в нестаціонарних температурних умовах.

Коефіцієнт температуропровідності α (в м²/ с) визначають відно-шенням коефіцієнтту теплопровідності λ до добутку питомої теплоємності при постійному тиску С_р і густині матеріалу ρ:

α = λ / С_р · ρ.

Температуропроводність полімеру зростає з підвищенням їх молеку-лярної маси, ступеня кристалізації і тиску.

3. Теплоємність (С) – кількість тепла, яке необхідне для зміни температури тіла на 1 ^оС.

Розмірність в системі СІ:

- Дж/кг К – питома теплоємність (відношення теплоємності до одиниці кількості тепла);

- Дж/моль К – молярна теплоємність (кількість речовини, виражена в молях).

Інші одиниці: (кал/г с) або (кал/моль ^оС).

Теплоємність при постійному тиску називають ізобарною С_р, а при постійному об’ємі – ізохорною С_v (відповідно С_р = (∂Н/ ∂Т)_р і С_v = (∂U/ ∂T)_v, де Н і U – відповідно ентальпія і внутрішня енергія).

Теплоємність залежить від:

- природи полімеру;

- фізичного стану;

- тиску;

- температури.

Встановлено лінійний характер залежності С_р від температури. Для твердих полімерів температурний коефіцієнт ∂С/ ∂Т = 3 10^-3, а для розплавів – 1,2 10^-3.

Знаючи С_р при температурі, наприклад, 298 К, можна визначити цей показник для інших температур.

4. Теплове розширення – характеризують температурним коефіцієнтом лінійного α і об’ємного β_о розширення:

α = 1/l(∂l/ ∂Т)_р, де l – лінійний розмір тіла в заданому напрямі;

β_о = 1/V(∂V/ ∂Т)_р, де V – об’єм тіла.

Коефіцієнти залежать від морфології, фізичного стану, ступеня орієнтації тощо.

Для твердих ізотропних полімерів β_о = 3 α. Ці коефіцієнти є важливими характеристиками при виготовленні високоточної і армованої полімерної тари.

5. Теплостійкість – здатність полімеру не міняти свою форму і геометричні розміри при зростанні температури.

Оцінюють температурою, при якій деформація зразка досягає заданої величини при умові дії постійного навантаження (або це температура, яка відповідає максимально допустимій деформації зразка полімеру при Р = сonst).

Для склоподібних аморфних і аморфно-кристалічних полімерів теплостійкість не повинна бути вища Т_с, а для високо кристалічних полімерів – Т_пл.

Теплостійкість полімеру зростає при:

- введенні в структуру полярних груп і ароматичних сполук;

- впорядкуванні надмолекулярної структури орієнтацією макромолекул;

- підвищенні ступеня кристалізації;

- збільшенні ступеня зшивання структури;

- введенні термостійких наповнювачів.

Методи визначення теплостійкості:

- за Мартенсом Т_м – температура, при якій вільний кінець зразка полімеру довжиною 120 мм, шириною 15 мм і товщиною 10 мм переміститься на 6 мм в умовах консольного згину при напруженні 5 МПа.

Т_м – оцінюють найбільш тверді і теплостійкі полімери.

Приклади: ПС – 75-85^оС;

ПВХ – 80-90 ^оС;

ПК – 120-140 ^оС;

ПП – 85-100 ^оС.

- за методом Віка Т_в – температура, при якій циліндричний індентор перерізо 1 мм² або напівсферичний інденор з діаметром сферичного сегмента 1,13 мм під дією тиску 1 або 5 кг втискується в полімер на глибину 1 мм.

Оцінюють теплостійкість еластичних і мало наповнених полімерів.

Наприклад: ПС – 85-100 ^оС;

ПВХ – 70-90 ^оС;

ПЕНГ – 85-90 ^оС;

ПЕВГ – 125-130 ^оС;

ПП – 145-150 ^оС.

- за АSTM – температура, при якій зразок розміром 120х15х10 мм, розташований на двох опорах на віддалі 100 мм прогинається на 0,33 мм при швидкості нагрівання 2^оС/хв. і тиску 4,5, 18,6; 49 або 74 МПа (залежно від природи і структури полімеру).

ПС – 90-100 ^оС; ПВХ – 70-80 ^оС; ПК – 130-135 ^оС; ПЕНГ – 50-60 ^оС; ПЕВГ – 75-90 ^оС; ПП – 130-140 ^оС (при 4,6 МПа). При більшому тиску – менша теплостійкість.

6. Термостійкість – це здатність полімеру зберігати незмінною свою хімічну структуру при зростанні температури.

Зміна хімічної структури полімеру при зростанні температури може бути пов’язана з процесами деструкції і структуроутворення.

Инається процес термічного руйнування

Деструкція полімеру – це процес руйнування макромолекул, їх хімічних зв’язків під дією тепла, світла, кисню, механічних напружень та ін. факторів.

Мінімальна температура, при якій починається процес термічного руйнування хімічних зв’язків, називається температурою початку термодеструкції або температурою хімічного розкладу.

При цій температурі не можна переробляти полімери у вироби (одночасно діють тепло, кисень тощо).

Деструкція супроводжується:

- структурною неоднорідністю;

- виникненням залишкових внутрішніх напружень;

- зменшенням механічних і експлуатаційних властивостей, напр., довговічності.

Структурування полімеру – це підвищення твердості, крихкості тощо в результаті утворення нових хімічних зв’язків.

7. Морозостійкість – це мінімальна робоча температура експлуатації полімеру.

Оцінюють температурою крихкості Т_кр, яку визначають при консольному згині зразка після його охолодження, складеного петлею і затиснутого в затискачах.

Критерій оцінювання – температура, при якій зявляються тріщини в 5 зразках з 10 досліджуваних при їх згині після охолодження.

Т_{морозостійкості} = Т_кр + 1^оС.

Приклади:

ПЕ – -60^оС; ПП - -15 ^оС; ПВХ - -40 ^оС; ПЕТФ - -60 ^оС.

Т_кр – це температура, при якій полімер починає руйнуватися, не досягнув заданої деформації.

Поиск по сайту: