МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М. В. Ломоносова
"Основы переработки пластмасс"
Отчёт по лабораторной работе
"ОIIPЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ОБЪЕМА И КОНСТАНТ
УРАВНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ РАСПЛАВА ПОЛИМЕРОВ
ДИЛАТОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ"
Приняла: Ушакова О.Б.
Студент: Крысанова В. В.
Группа ХТ -415.
Москва 2014 г.
Цель работы:
Изучение зависимости удельного объема термопластов от температуры, определение констант уравнения состояния.
Материалы и оборудование:
Промышленные образцы ПЭНП, ПЭВП, ПП, СФД, ПА-61О, ПА-6, ПС (в т.ч. и наполненные) в порошкообразном или гранулированном виде. Прибор ИИРТ модифицированной конструкции, индикатор часового типа, заглушка, секундомер, смазка для прибора.
Теоретические основы работы:
Для определения удельного объема полимеров при различных температурах используется метод дилатометрии.
Сущность метода дилатометрии состоит в определении изменения плотности (р) и удельного объема (Vуд) под влиянием изменения температуры и давления.
Плотность - масса единицы объема полимера, а удельный объем - объем единицы массы полимера.
Расширение полимера при нагревании (сжатие при охлаждении) происходит вследствие изменения расстояния между макромолекулами в результате повышения интенсивности их теплового колебательного движения и уменьшения межмолекулярного взаимодействия, а также в результате структурных изменений, кристаллизации
и других процессов. Аналогичный характер изменения плотности и удельного объема
с изменением температуры наблюдается и у низкомолекулярных веществ. Однако в области температуры плавления (Тпл) для низкомолекулярных веществ наблюдается резкий переход, а для полимеров, как в области стеклования, так и плавления, переход
имеет постепенный характер, что связано с наличием различной морфологии кристаллитов и ММР для полимерного образца.
На рисунке 1 представлены зависимости изменения удельного объема от температуры низкомолекулярных (а) и полимерных веществ (б): аморфного (1) и кристаллического (2).
Рисунок 1
На зависимости Vуд = f (Т) для аморфного полимерного образца можно выделить три участка АО, ОБ и БС, соответствующие стеклообразному, высокоэластическому и вязкотекучему состояниям.
Переход из одного состояния в другое происходит постепенно в не которой области температур. За температуру перехода (Тст, Ттек) принимают среднюю температуру этой области.
Для кристаллических полимеров переход в расправленное состояние сопровождается резким увеличением Vуд, величина изменения Vуд связана со степенью кристалличности полимера и его молекулярной структурой. В расплаве изменение Vуд происходит линейно.
Изменение скорости нагревания (охлаждения) приводит к смещению положения Тст и Тпл по оси температур, что связано с релаксационным характером процессов плавления и кристаллизации.
Введение наполнителей, пластификаторов, других компонентов, как правило, сказывается не только на скорости изменения Vуд при изменении температуры, но и на положении Тпл, Тст. Величина ΔVуд, для полимерного образца при переходе из расплава в кристаллическое состояние может количественно характеризовать упорядоченность и однородность структуры, а отношение dVуд/dТ на этом участке кривой - скорость процесса кристаллизации или плавления.
Для смесей полимеров на зависимости Vуд = f(T) обычно обнаруживаются две области переходов, характерные для каждого компонента.
Скорость изменения удельного объема образца характеризует коэффициент теплового расширения полимера в твердом состоянии и в расплаве, что позволяет рассчитать значение коэффициентов в любом температурном интервале.
Изменение давления приводит к изменению величины удельного объема и скорости его роста (или уменьшения) при изменении температуры.
Рисунок 2
Зависимость удельного объема термопластовот температуры при разных давлениях
Способность полимера изменять объем под действием давления называют сжимаемостью и характеризуют коэффициентом сжимаемости χ:
Сжимаемость полимеров определяется наличием свободного объема и уменьшается с ростом гидростатического давления.
В расчетах процессов формования для определения удельного объема расплава полимеров в зависимости от температуры (Т) и давления (Р) часто применяют видоизмененное уравнение состояния Ван-дер-Валъса, предложенное Спенсером и Джилмором:
(V - ω )( Р + π) = RT / μ
где: R = 8,29 Дж/(молъ. К) - универсальная газовая постоянная;
μ - масса структурной единицы, кг/моль;
Т - температура, К;
V - удельный объем полимера, м3/кг:
Р - внешнее давление на полимер, МПа;
ω - объем, занимаемый собственно молекулами полимера, м3/кг;
π - внутреннее давление, обусловленное межмолекулярным взаимодействием, МПа.
Для линейных полимеров μ можно рассчитать как массу структурного звена по сумме масс входящих в него атомов.