Термомеханические свойства полимеров. Краснов М.В. 02171 Термомеханические свойсвта аморфных полимеров. Протокол Термомеханические свойства пмма с добавкой дибутилфталата h глубина погружения стержня, 1 деление 0,01 мм
 Скачать 339.41 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Н.И.ЛОБАЧЕСВКОГО» Химический факультет кафедра высокомолекулярных соединений и коллоидной химии Отчет о лабораторной работе «Термомеханические свойства аморфных полимеров» Преподаватель: к.х.н., доцент Копылова Нина Афанасьевна Студент: Краснов М.В., 02171 гр. Нижний Новгород 2020 Протокол Термомеханические свойства ПММА с добавкой дибутилфталата H- глубина погружения стержня, 1 деление = 0,01 мм. ДБФ15% ДБФ25% T, ͦС H, делений T, ͦС H, делений 25 0 25 0 30 0 30 0 35 1 35 0 40 2 40 1 45 4 45 6 50 7 50 23 55 14 55 70 60 23 60 118 65 35 65 175 68 55 70 210 70 63 75 113 Цель работы: получить термомеханическую кривую полимера, состоящего из ПММА (85%) с добавкой ДБФ (15%) и ПММА (75%) с добавкой ДБФ (25%). Теоретическая часть К теплофизическим свойствам полимерных материалов или композитов относятся теплопроводность, термический коэффициент расширения, тепло- и термостойкость, удельная теплоемкость, огнестойкость, морозостойкость. Теплофизические свойства полимеров определяются их химическим составом, строением и взаимным расположением макромолекул (надмолекулярной структурой). Полимеры, как и низкомолекулярные соединения, могут находиться в двух фазовых состояниях: кристаллическом при соблюдении дальнего порядка расположения звеньев макромолекул, а при отсутствии дальнего порядка – в аморфном. Для полимеров, находящихся в аморфном состоянии, как и для низкомолекулярных соединений характерны твердое стеклообразное и жидкое (вязкотекучее) агрегатные состояния. В отличие от низкомолекулярных соединений в полимерах проявляется еще одно состояние – высокоэластическое, для которого характерны большие (до 800%) обратимые деформации. Температурные области существования различных физических состояний полимеров определяются по зависимости какого-либо свойства от температуры: теплоемкости, плотности, скорости релаксационных процессов. Наиболее простыми в экспериментальном отношении являются дилатометрический и термомеханический методы. В первом случае изучается изменение объема в зависимости от температуры, во втором – деформации. Температуры переходов полимера из одного состояния в другое не являются строго постоянными. в силу релаксационного характера процессов они зависят от скорости деформации – чем выше скорость деформации, тем выше эти температуры. Однако эти различия обычно не превышают 3-5°С даже при изменении скорости охлаждения в 10 раз. Зависимость деформации от температуры, выраженная в графической форме, называется термомеханической кривой. На рис. 1 представлена термомеханическая кривая наиболее распространенного случая – линейного аморфного полимера при проведении измерений в статическом режиме. Рис. 1. Термомеханическая кривая линейного аморфного полимера. T ст – температура стеклования, T хр – температура хрупкости, T т – температура текучести, Т разл – температура разложения (деструкции). В температурном интервале T хр – T cт (область I) полимер находится в стеклообразном состоянии. Он ведет себя как упругое твердое тело (как стекло), его деформация при приложении напряжения подчиняется закону Гука. Процесс перехода полимера в стеклообразное состояние при понижении температуры имеет релаксационный характер (то есть развивается постепенно в некоторой температурной области – рис. 1, область II). Таким образом, стеклообразное состояние вследствие цепного строения макромолекул является неравновесным, метастабильным, но сохраняется сколь угодно долго. В стеклообразном состоянии «заморожено» движение молекул и сегментов полимеров, но сохраняется тепловое движение атомов (валентные и деформационные), звеньев и боковых заместителей. С повышением температуры T cт < T < T т полимер переходит в высокоэластическое физическое состояние (интервал III). При этом между стеклообразным и высокоэластическим состоянием полимера существует переходная область, в которой полимер ведет себя ни как стекло, ни как эластомер (интервал II). Высокоэластическое состояние является отличительной особенностью полимеров. В этой области тепловое движение наряду с колебанием звеньев и заместителей цепи характеризуется и самопроизвольной (а при действии силы – направленной) подвижностью больших участков макромолекул – сегментов. В результате под действием внешней нагрузки начинают расправляться клубки макромолекул, и развиваются высокоэластические деформации. Признаками высокоэластической деформации являются высокие значения деформации, обратимость, низкие значения модуля упругости и его зависимость от температуры. Деформация носит ярко выраженный релаксационный характер. При дальнейшем повышении температуры выше Т т (интервал III) становится возможным перемещение макромолекул целиком, которое реализуется через перемещение сегментов. В этой температурной области термопластичный полимер течет как вязкая жидкость. Зацепления между макромолекулами обусловливает повышенную вязкость расплава. Поэтому третье физическое состояние полимеров называется вязкотекучим. Вблизи температуры текучести нагревание полимера приводит к резкому увеличению деформации, которая в данном случае уже необратима. Необратимые деформации называются пластическими. При дальнейшем повышении температуры макромолекулы полимера начинают разлагаться, происходит деструкция цепей при температуре деструкции T разл. Температура деструкции определяет термостойкость полимера. Практическая часть Настоящая лабораторная работа выполняется с помощью консистометра Гепплера (рис. 2). Рис. 2. Схема консистометра Гепплера. Консистометр Гепплера представляет собой термостат 1 с набором стаканов 2, в которые помещаются испытуемые образцы. В центральный измерительный стакан 2 проходит стержень 3, передающий нагрузку от груза 4 на образец 5 Нагрузка перераспределяется через головку 6, держатель 7 и стержень 8, привинчивающийся винтом. К консистометру Гепплера прилагается набор стержней, оканчивающихся как плоскими площадками разной величины, так и шарами разного диаметра. Для поддержания постоянства температуры в термостате 1 имеется нагреватель (циркуляционный термостата 9 – LOIP LT-100) и штуцера для регулирования термостатирующей жидкости. Температура жидкости-теплоностителя в термостате 1 контролируется с помощью термометра, а в термостате 9 – при помощи встроенного контроллера с интеллектуальной системой управления (температура отображается на дисплее). Глубину погружения стержня 8 в испытуемый образец полимера 5 регистрируют с помощью индикатора 10. Образец испытуемого полимера имеет форму цилиндра диаметром 11-12 мм и толщиной 5 мм. По индикатору определяют нулевую точку. Для этого убирают планку 11, открывают арретир 12 и стержень опускают на образец. Измерив нулевую точку, стержень поднимают. Затем медленно повышают температуру, через определенный интервал производят измерение глубины погружения стержня, нагруженного грузом, за определенный промежуток времени. Данные заносят в таблицу (табл.1). Таблица 1 Результаты опыта ДБФ15% ДБФ25% T, ͦС H, делений T, ͦС H, делений 25 0 25 0 30 0 30 0 35 1 35 0 40 2 40 1 45 4 45 6 50 7 50 23 55 14 55 70 60 23 60 118 65 35 65 175 68 55 70 210 70 63 75 113 По полученным данным построили термомеханические кривые и определили температуры стеклования полимера. Рис. 3. Термомеханическая кривая для ПММА с добавкой ДБФ 15% Для ПММА с добавкой ДБФ 15% температура стеклования составила T ст = 64,36°С. Для ПММА с добавкой ДБФ 25% температура стеклования составила T ст = 49,7°С. Рис. 4. Термомеханическая кривая для ПММА с добавкой ДБФ 25% Вывод: в ходе лабораторной работы получили данные для построения термомеханических кривых и графическим методом определили температуры стеклования ПММА с добавкой ДБФ 15 и 25 %, они составили T ст 1 = 64,36°С и Т ст 2 = 49,7°С соответственно. Исходя из этого можно сделать вывод, что введение большего количества привело к уменьшению температуры стеклования полимера. Список литературы: 1. Термомеханические свойства аморфных полимеров: Составители: Смирнова Л.А., Саломатина Е.В.: Учебно-методическое пособие. – Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2018. – 18 с. |