Дослідження об'ємного вмісту граничного шару в композиції - Загальна характеристика полімерних матеріалів та їх використання

Теплофізичні властивості полімерів залежать від їх будови і особливостей протікання молекулярно-кінетичних процесів на молекулярному і надмолекулярному рівнях.

При розгляді процесу теплопровідності в полімерах використовують уявлення про теплоперенос в діелектриках. В полімерах розглядають два механізми теплопереносу:

    1. Дифузійний перенос, згідно якого отримуються низькі значення l. 2. Зумовлений вібрацією енергетичних структур, при яких термозбудження виникає в у вигляді фононів, що призводить до більш ефективної передачі тепла.

Для чистого ПВХ температурна залежність lдобре описується емпіричним рівнянням:

L=l0=1,36Ч104Т -0,2Ч10-6Т2 (9.1)

Де l0- коефіцієнт теплопровідності ПВХ, рівний 0,148 Вт/мЧК при Т = 290К.

Для розрахунку lкомпозицій використовують принцип узагальненої теплопровідності, враховуючи, що характерною особливістю структури таких систем являється неперервність полімерної матриці в довільному напрямку і дискретне розміщення частинок наповнювача, а також існування граничного шару на межі поділу фаз.

Під час визначення ефективного коефіцієнта теплопровідності випливає, що його значення залежить від коефіцієнта теплопровідності граничного шару, а саме lдля елементарної комірки рівний.

У формулі (6) фігурує ефективна товщина ГШ -, яка являється однією з кількісних мір взаємодії полімера з наповнювачем.

Визначення LГшДозволяє розрахувати об'ємний вміст граничного шару у гетерогенній полімерній системі. Розглянемо метод її визначення запропонований у

В наповнених полімерних системах дисперсна частинка наповнювача оточена ГШ, що являє собою третю компоненту. В області вмісту наповнювача менш критичного (jН<jКр) Високодисперсний наповнювач не знаходиться в вузлах регулярної структури, займає випадкові положення в просторі. Хаотичне розміщення частинок наповнювача, в цьому випадку, важко визначити математично, як це можна зробити в кристалічній решітці. Однак, при jн<jкрнаповнену систему можна як і раніше моделювати вигляді сукупності частинок наповнювача, розділених полімерним прошарком Lп, на яких адсорбований ГШ товщиною Lгш. Таким чином:

L= Lп+2lгш. (9.2)

Де L - відстань між двома частинками наповнювача. </j</j

В міру зростання вмісту наповнювача в системі все більша кількість полімерної матриці переходить в стан ГШ. Із рівняння адсорбційної ізотерми слідує, що маса ГШ M1 в розрахунку на полімер рівна:

M1= М(1 - е-aN) (9.3)

Де a - коефіцієнт пропорційності, N - Число частинок наповнювача, М - маса полімерної матриці.

Розглянувши ГШ, як сферичний прошарок товщини Lгш Отримаємо, що ефективний об'єм ГШ полімерної системи, що містить N Частинок наповнювача, буде рівним.

Підсумовуючи необхідно відмітити, що об'ємний вміст граничного шару на межі розподілу фаз полімера і наповнювача впливає на такі теплофізичні характеристики полімерної композиції, як ефективний коефіцієнт теплопровідності та інші.

Аналізуючи результати оцінки, отримані у під час вимірювання lГшМожна зробити наступні висновки.

Таблиця 2

Композиція

JОб, %

Lгш, Вт/мЧК

Композиція

JОб, %

Lгш, Вт/мЧК

ПВХ+W

0,07

0,18

ПВХ+Cu

0,12

0,26

0,22

0,23

0,38

0,29

0,37

0,24

0,64

0,32

2,90

0,34

1,40

0,37

6,60

0,39

5,00

0,47

9,50

0,42

11,00

0,52

14,10

0,45

16,60

0,57

21,90

0,47

22,30

0,61

38,70

0,50

33,10

0,64

50,10

0,55

50,30

0,70

60,30

0,62

60,10

0,81

Отримані результати по визначення ефективного коефіцієнта теплопровідності граничних шарів ПВХ і ПВБ систем представлені в табл.2.3-1. Із аналізу якої слідує, що з підвищенням концентрації наповнювача в композиції спостерігається зміна LГш. Так, для систем ПВХ по мірі збільшення вмісту W або Cu в композиції LГшЗростає в усьому діапазоні концентрацій наповнювача. При цьому LГшЗалишається більшим lПВХ. Крім того, LГшБлизький до l ПВХ-систем У випадку ІІВБ-композицій при вмісті наповнювача меншому за критичний має місце екстремальне значення LГш. Найбільш суттєві зміни LГшСпостерігаються при вмісті W ЧиСu до 6 об. %. Саме для цієї області вмісту низькомолекулярних наповнювачів відмічається найбільш інтенсивна зміна ряду інших властивостей композицій. При подальшому збільшенні ВмістуW іСu в системі LГшПісля досягнення екстремального значення має тенденцію до зменшення до області 15 у 20 об. % наповнювача. Наступне збільшення вмісту високодисперсного W чиСu знову приводить до росту LГш.Таку залежність можна пояснити "конкуруючими" ефектами, зв'язаними з зміцненням і розрихлюючою дією поверхні наповнювача на полімерну матрицю. Значить, чим більш активний наповнювач у відношенні до ПВХ чи ПВБ, тим більш інтенсивно, в області незначного вмісту (до 6 об. %), проявляється роль ГШ в формуванні теплофізичних властивостей композицій.

Похожие статьи




Дослідження об'ємного вмісту граничного шару в композиції - Загальна характеристика полімерних матеріалів та їх використання

Предыдущая | Следующая