Фізичні методи дослідження полімерів, їх електричні випробування

Вступ

Одним з найважливіших напрямків науково-технічного прогресу є створення полімерних матеріалів з особливими властивостями, зокрема з особливими електричними характеристиками: антистатичних, електропровідних, електретних, п’єзо- і піроелектричних. У цей час до 1/3 полімерів витрачається на задоволення запитів промисловості, що використовує їх для електричної ізоляції, тому працівникам фізичної й інших галузей промисловості, що споживають полімерні матеріали, необхідні відомості про методи електричних досліджень полімерів. За допомогою цих методів визначають електричні характеристики полімерів і полімерних матеріалів, а також проводять контроль їх якості. Електричні методи досить широко використовуються для дослідження полімерів: їх хімічної будови, структури, молекулярної рухливості

Серед методів дослідження полімерів, важливе місце належить теплофізичним методам, які дозволять вивчати особливості теплового руху в полімерах, термічні характеристики переходів, релаксаційних процесів, теплові процеси, які проходять при прикладанні механічних навантажень до полімерів, і інші властивості і процеси. Серед теплових методів дослідження полімерів поширені методи дослідження теплового розширення. Сукупність методів реєстрації зміни розмірів і обсягу тіл під впливом температури або в результаті, протікаючих в них фізичних або хімічних процесів поєднується терміном «дилатометрія». Вимір теплового розширення полімерів використовується для виявлення й ідентифікації температурних переходів, для вивчення динаміки таких процесів у полімерах, як плавлення, кристалізація, склування, полімеризація, а також для встановлення рівнянь стану. Надзвичайно важливим є й технічний додаток таких вимірів, оскільки полімери мають більші коефіцієнти теплового розширення в порівнянні з іншими твердими тілами.

1 . Теплофізичні методи дослідження полімерів

1.1 Калориметрія

1.1.1 Адіабатична калориметрія

Прецизійні виміри теплоємності як зазвичай проводять в адіабатичному калориметрі. Зразку надається певна порція тепла й реєструється відповідна зміна температури. Основні труднощі полягають в адіабатизації самого калориметра. За умови, що все підведене тепло витрачається на нагрівання зразка масою m, питома теплоємність може бути визначена на підставі співвідношення

де – теплоємність, середня для даного температурного інтервалу; – підведене до зразка тепло; – підвищення температури зразка.

Залежно від робочої температури адіабатичні калориметри можуть бути умовно розділені на дві категорії; низькотемпературні (Т < 300К) і високотемпературні (250–600 К). Вимір теплоємності полімерів за допомогою калориметрів обох типів пов'язаний з рядом експериментальних труднощів, обумовлених головним чином низькою теплопровідністю полімерів, їх низкою щільністю, внаслідок чого відношення теплового значення полімерного зразка до теплового значення калориметра мале, і наявністю дрейфу температури, викликаного протіканням уповільнених релаксаційних процесів у полімерах. При використанні високотемпературних калориметрів велике значення має здатність полімерів до окиснення й розкладання, а також можливість прилипания їх до металу після плавлення.

Зазвичай при вимірах теплоємності зразок нагрівають сходами по 1–20 °С, причому тепло підводиться таким чином, щоб швидкість нагрівання була невелика (<1 °С/хв). Після кожного нагрівання слідує тривала витримка для досягнення теплової рівноваги. Точність визначення теплоємності досягає 0,1%. Для вимірів використовуються зазвичай навішення полімерів в 20–80 г.

Характерна для полімерів наявність метастабільних станів і протікання в них уповільнених релаксаційних процесів часто змушує відмовлятися від вимірів із тривалими перервами між окремими стадіями нагрівання зразків, оскільки в ці періоди в них відбуваються істотні необоротні зміни й, таким чином, кожний новий вимір проводиться фактично на зразку, відмінному від вихідного. Ця обставина особливо суттєва при вимірах в області переходів і структурних перетворень. Тому в багатьох випадках лише виміри в умовах досить швидкого безперервного нагрівання дозволяють уникнути необоротних змін у зразках.

Оригінальний малоінерційний адіабатичний калориметр, придатний для вимірів теплоємності полімерів в умовах безупинно мінливої температури, був розроблений Журковим і Левіним. Той же принцип з деякими змінами згодом був використаний Волькенштейном і Шароновим. Мала інерційність, необхідна для вимірів при безупинно мінливій температурі, досягалася спеціальним розташуванням зразка, нагрівача й термометра опору. На відміну від застосовуваних зазвичай блокових зразків полімер наносився з розчину тонким шаром на три ізольовані дроти, один з яких служив нагрівачем, а два інших – для виміру температури й створення адіабатичних умов. У результаті багаторазового нанесення розчину на дротах осідав шар полімеру товщиною 0,15–0,20 мм. Теплова рівновага в приготовленому таким способом зразку досягалося за долі секунди при швидкості нагрівання 0,5 °С/хв. Ця методика дозволяла проводити виміри зі швидкостями нагрівання до 2–3 °С/хв. Навішення полімера були знижені в порівнянні із застосовуваними, при використанні звичайних адіабатичних калориметрів, приблизно до 8г.

1.1.2 Диференціальний термічний аналіз

B останні роки диференціальний термічний аналіз [ДТА] одержав широке розповсюдження у фізико-хімічних дослідженнях полімерів. Принцип цього ме

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать