Теплофизические свойства отражают поведение полимеров при воздействии температуры Основными теплофизическими характе­ристиками полимеров являются теплопроводность, температуро­проводность, теплоемкость, тепловое расширение, теплостойкость, термостойкость, температуры хрупкости, стеклования плавления и работой пособности

Под теплопроводностью полмиров понимают способность пере­носить те] [ло от более нагретых элементов тела к менее нагретым. Ко — личеггвенной характерно икойтсплоггров< >д] юсти является коэффици­ент теплопроводности А. Он служит коэффициентом пропорциональ­ности между плотностью потока тепла Ои градиентом температуры

Q = -XgradT. (2:1)

Коэффициент теплопроводное! и А, характеризует количество теп­лоты, которое проходит в 1 с через поверхность площадью 1 см при разност и температур 1°С. Соотношение единиц теплопроводности в различных системах следующее:

Х = 1__к^_,418,6 S-?-T = 418,68^- (22)

См-с град м К м с К

Методы определения теплопроводности основаны на решении дифференциального уравнения, связывающего временные и про­Странственные изменения температ уры, обусловленные тепловым потоком В оГ)щем случае при отсутствии внутренних источников теп­ла уравнение теплопроводности имеет вид

ДТ — — а К

(2.3)

(DiT д?Т д2т> +

Дх’ Dyz dzЈ) I де а — температу]юпроводность; T — время

Температуропроводность охарактеризует скорость распростра­нения температуры под действием теплового потока в нестационар — н ых температурных условиях Коэффициент температуропроводно­сти а определяется от ношением коэффициента те] uvoi гроводности А, к произведению удельной теплоемкости при постоянном давлении

С и плотности тела р’ Р г

М~ с

(2 4)

А =

Сгр

Температуропроводность полимеров возрастает с повышением их молекулярн ой массы, степени кристалличности и давления

Теплоемкость полимеров С— количество теплоты, затрачивае­мое для изменения температуры тела на 1 °С:

^ dQ

В СИ размерност ь С |Дж/(кг-К)] или [Дж/(моль-К)] В нервом слу­чае выражена удельная те] 1л< >емкость — отношение теплоемкости к единице количества вещества, а во втором случае — молярная теп­лоемкость, когда количество вещества выражено в молях. Часто удельную и молярную теплоемкость выражают соответственно в |кал/(г-°С)] и [кал/(моль — С)|.

Теплоемкость при постоянном давления С называют изобарной, а при постоянном объеме Су — изохорной ■

М

(2.6)

Лая Ж):

(2-7)

/V

D(J

DT

Где Ни U— энтальпия и внутренняя энергия соответственно.

Значения С и С„связаны соотношением

Р V

%VT

(2.8)

Сп -Cw =

Где р з —- температурный коэффициент объемного расширения, V— объем; х~ коэффициент изотермического сжатия.

Учитывая что энтропия системы DS = DO/T, выражения (2.6) и (2 7) можно представить в виде

(2 9)

С =т 1

ДТ OS дТ

(2 10)

С./ =т

Jv

Теплоемкость полимеров зависит от морфологии, физического состояния, давления и температуры. Установлен линейный характер зависимости С от температуры. Для твердых полимеров температур­

-3

Ный коэффициент DCp/DT = 3-10 3, для расплавов DCpfdT = 1,2-10

Зная С при температуре, например, 298 К, можно оценить Ср при других температурах

Тепловое расширение пилимеров xaparcrej >изуется температ урным коэффициентом линейного а и объемного Рс расширения:

А-Л

(211)

ДП

ДТ

Где I — линейный размер тела в заданном направлении,

(2.12)

VydT

Температурный коэффициент р связан с другими характерис­тиками полимеров соотношением

(2.13)

СуХТ

Po=Y-

V

Где у — константа полимера.

Температ>*рные коэффициенты а и Ро зависят от морфологии, физического сост< >яния и ориент ации полимероЕ Для твердых изот­ропных полимеров р = За. Эти коэффицие! гты являются важными характеристиками при изготовлении высокоточной и армированной тары из полимеров

По

Под теплостойкостью полимеров понимают способность не из­менят ь свою форму и геометрические размеры изготовленных из н их изделий Характеристикой теплостойкости является температу­ра, при которой в условиях воздействия п< >стоянной на1рузки дефор­мация образца достигает заданной величины. Для стек ообразных аморфных и аморфно-кристаллических полимеров теплостойкость не может превышать температуру стеклования Г а для кристалли­зующихся полимеров — тем пературу плавления Т..

Существую г следующие пути повышения теплостойкости поли­меров

• увеличение содержания в макромолекулах полярных групп и ароматических соединении;

• упорядочение надмолекулярной структур] >i путем ориентации макромолекул;

• повышение степени кристалличности;

• увел иче ние степени сшивания.

• введение термостойких наполнителей [ 10,34].

Термостойкостью полимеров называют способность сохранять

Неизменным химическое строение при повышении температуры Изменение химического строения полимеров при нагревании мо­жет быть связано с процессами деструкции и структ урирования.

Деструкция полимеров — это процесс разрушения макромолекул, их химических связей, под действием тепла, света, кислорода, прони­кающей радиации, механических напряжений и других факторов.

Минимальная температура, при которой наблюдается процесс термического разрушения химических связей, называется темпера­турой начала термодеструкции полимера 11ри этой температуре нельзя перерабатывать полимеры в изделия. Тем более что на мате­риал одновременно воздействуют тепло, кислород и большие меха­нические напряжения Процесс деструкции полимеров сопровож­дается структурной неоднородностью, возни кновением остаточных внутренних напряжений, снижением механических и эксплуатаци­онных свойств, например долговечности.

Плавлением, полимеров называют процесс перехода из твердого агрегатного состояния в текучее без изменения химического соста­ва и строения Процесс плавления кристаллизующихся полимеров протекает в диапазоне между температурами плавления 7 . и теку­чести Т.

Т

У полимеров различают две температуры плавления — равно­весную Т и эксперимента-vbnyio ГПа, которую обычно называют про­сто температурой плавления

Равновесная температура плавления соответствует точке фазо­вого равновесия монокристаллов полимера и определяется термо­динамическим соотношением

Тпл^К (2-14)

Где А// и AS — теплота и энтропия плавления соответственно

Кристаллизация полимеров, в отличие о г низкомолекулярных ве­ществ, проходит обычно не полностью. Кристаллические образова­ния различаются по форме, размерам и другим параметрам IТоэто — му при нагревании полимеры плавятся в некотором интервале тем­ператур, иногда до десятков градусов. На практике верхнюю грани­цу этого интервала принимают за экспериментальную температуру плавления Т, которая обычно ниже 7° примерно на 5 — 20 °С

Зависимость f от размеров криста ллов определяют соотноше­нием

(

Т — Т^ -1Л — пл

{2 15)

1

11Л ТфИф у

2аг

^пАрРм

Где ат — поверхностная энергия кристаллов, Л<р и ркр — толщина и плотность кристаллов соответственно

Температура плавления существенно зависит от степени поли­меризации полимера:

1 1 2 R

——- (Г = — -——, (2 16)

Тпл А^пл

Где R — универсальная газовая постоянная, X — среднечисловая степень полимеризаиии

Для аморфно-крист аллических полимеров при увеличении дав­ления уменьшается свободный объем, увеличи вается межм< пекуляр­ное взаимодействие и возрастает Т л:

Г .^iAH,2,7,

ПЛ ПЛ Д 1_г ‘

Где V и VKp — удельные объемы аморфной и кристал лическо й фаз, р — гидростатическое давление.

Формование тары и упаковки обычно осуществляют в диапазоне между Г и температурой начала деструкции Гд Чем шире интервал между этими температурами, тем больше выбор способов и условий формования [57] Выбор тем перату] )ных условии формования в этом интервале производится в каждом конкретном случае эксперимен­тально с учетом особенностей материала, оборудования, технологи­ческой оснастки, конфигурации и других требовании к таре. Темпе­ратурные интервалы переработки основных термопласт ичных по­лимеров приведены в табл 2 1

Таблица 2.1 Температурные интервалы переработки основных термопластичных полимеров при производстве тары и упаковки Группа Полимер Минимальная температу] >а формования [тг), •С Температура Начала деструкции Пу. Интервал формования, Т — Т П. с Полистирол 90-110 310 220 — 200 Полимети лмета — крилат 100-115 280 180 -165 I Поливинилхлорид 70-90 170 100-80 Полифенилено — ксид 267 320 53 Полисульфон 100 420 230 Поликарбонат 275 330 55 II Поликапроаимд 225 360 135 11олиэтклен 120-130 320 200-190 III Полипропилен 170 300 130 11олнтетрафтор — этилен 327 400 73

Производство тары из полимерных пленок и листов

Особенности механических свойсть полимеров в высокоэластическом состоянии

Интервал температур, в котором можно наблюдать высокоэлас­тические свойства полимеров, равен разности температур (Т — Т) Для сетчатых полимеров верхним пределом эластических свойств является температура начала термического разложения Т, так как из-за межцепных химических связей полимер течь не может и при высоких температурах начинает разлагаться, деструктироваться, не переходя в текучее состояние Эластические свойства целесообразно рассмотреть на […]

Производство мягкой потребительской тары на фасовочно-упаковочных автоматах термоформовочного типа

Термоформовочные автоматы позволяют упаковывать любые виды продукции с использованием всех возможных методов ее по­дачи в отформованную часть тары. 11ижняятермоформованная часть из однослойного или многослойного полимерного материала являет­ся жесткой или полужесткой. Верхняя крышка отличается гибкос­тью, минимальной жесткостью. Она выполнена, как правило, из мно­гослойного материала, поэтому обладает хорошими барьерными свойствами, способностью к сварке ил и склеиванию, пригодна […]

Контакт но-тепловая сварка

Контактно-тепловую сварку нагретым ин< трументом осуществ­ляют с односторонним или л, вусторонним нагревом (рис. 4.41). Рис. 4.41. Схема контактно-тепловой сварки с од] юсторонним (а) и двусторонним (6) нагревом: 1 — нагретый инструмент; 2 — прокладки; 3 — свариваемые материалы; 4—холодный инструмент, мгн — температура нагретого инструмента; t2 — температура внешней поверхности изделия; Т —температура свариваемых поверхностей; […]