52. Теплофизические свойства полимеров

Тепловые явления сопровождают фазовые переходы, деформирование и разрушение полимеров. Теплофизические свойства полимеров, возникающее в полимере, специфичны из-за особенностей строения макромолекул: большая длина, гибкость, локальная анизотропия силового поля, обусловленная резким различием сил, действующих внутри макромолекулы (химические связи) и между молекулами (физические связи). К теплофизическ свойствам относят:

- теплоемкость,- тепло- и температуропроводность,

- изменение размеров при изменении температуры.

Теплоемкость — это количество тепла, необходимое для нагревания тела на 1 К. Различают удельную и мольную теплоемкости. Удельная теплоемкость — количество тепла, необх для нагревания на 1 К единицы массы [Дж/(кг*К)], мольная — количество тепла, необх для нагревания на 1 К одного моля вещества.

Теплопроводностью называют процесс переноса тепла от более нагретых частей тела к менее нагретым, приводящий к выравниванию температур. Теплопроводность зависит от температуры, физического и фазового состояния и структуры полимера. В отличие от теплопроводности металлов, в которых перенос тепла осуществляется электронами, теплопроводность полимеров, определяется решеточными колебаниями сетки полимера.

Температуропроводность характеризует скорость изменения температуры в материале под действием теплового потока в нестационарных температурных условиях. Поскольку теплоемкость и теплопроводность зависят от структуры полимера, то и температуропроводность также зависит от молекулярной массы, конфигурации, химнческого строения звена полимера, наличия наполнителя.

Тепловое расширение. При повышении температуры увеличивается амплитуда колебаний атомов, их среднее смещение от положения равновесия. Вследствие этого твердое тело будет изменять свои размеры до тех пор, пока его объем не станет таким, что ему будет соответствовать минимум потенциальной энергии. Количественной характеристикой теплового расширения полимеров служат термические коэффициенты объемного и линейного расширения.

53. Электрические свойства

По электрическим свойствам полимеры можно разделить на диэлектрики, полупроводники и электропроводящие материалы. К диэлектрикам относится большинство как полярных, так и неполярных полимеров. Полярные диэлектрики содержат электрические диполи, способные к переориентации во внешнем электрическом поле. К полупроводникам относятся полимеры с системой сопряженных связей и полимерные комплексы с переносом заряда. Электропроводящие материалы представляют собой диэлектрики с введенными в них тонкодисперсными электропроводящими наполнителями.

Поведение полимеров в электрическом поле определяется такими характеристиками, как диэлектрическая проницаемость и диэлектрические потери, электропроводнь, электрическая прочность.

Диэлектрическая проницаемость - физ величина, показывающая во сколько раз напряженность электрического поля внутри однородного диэлектрика меньше напряженности поля в вакууме.

В отсутствие внешнего электрического поля дипольные моменты молекул диэлектрика равны нулю (неполярный диэлектрик) или распределены в пространстве хаотически (полярный диэлектрик).

При наложении внешнего электрического поля происходит поляризация диэлектрика. При этом у неполярного диэлектрика происходит смещение электронов (электронная поляризация) и атомных ядер (атомная поляризация), а у полярного диэлектрика возникает дополнительная поляризация, вызванная ориентацией постоянных диполей по направлению электрического поля.

Диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз сила электрических взаимодействий двух зарядов в диэлектрике меньше, чем в вакууме.

Если снять внешнее электрическое поле, приложенное к полимерному диэлектрику, то вследствие теплового движения через некоторое время поляризация полимерного образца исчезает и он возвращается в прежнее равновесное состояние. Такой процесс перехода системы в равновесное состояние называется диэлектрической релаксацией и характеризуется временем релаксации