Основні уявлення про полімери

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

   (6)

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

Визначення lгш дозволяє 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<jкр наповнену 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 ., де L – відстань між двома частинками наповнювача.

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)      (7)

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:

,   (8)

Із рівняння (7) маємо:

     (9)

Коефіцієнт a визначимо, як міру активності наповнювача, на основі стрибка теплоємності для наповненого і ненаповненого полімера:

      (10)

При jкр £ jн трикомпонентна система виродиться в двохкомпонентну типу наповнювач-ГШ. Коли буде виконуватись умова jкр = jн, а це можливо для рівномірно диспергованих частинок в полімері, отримаємо залежність:

      (11)

де rп – густина полімерної матриці.

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 lгш можна зробити наступні висновки.

Композиція	jоб, %	lгш, Вт/м×К	Композиція	jоб, %	lгш, Вт/м×К
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 lгш зростає в усьому діапазоні концентрацій наповнювача. При цьому  lгш залишається більшим l ПВХ. Крім того, lгш близький до l   ПВХ-систем У випадку ІІВБ-композицій при вмісті наповнювача меншому за критичний має місце екстремальне значення  lгш . Найбільш суттєві зміни lгш спостерігаються при вмісті W чи Сu  до 6 об. %. Саме для цієї області вмісту низькомолекулярних наповнювачів відмічається найбільш інтенсивна зміна ряду інших властивостей композицій. При подальшому збільшенні вмісту W і Сu в системі  lгш після досягнення екстремального значення має тенденцію до зменшення до області 15 у 20 об. % наповнювача. Наступне збільшення вмісту високодисперсного W чи Сu 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.

Висновки

Введення наповнювача в полімер призводить до утворення речовин, властивості яких значно відрізняються від ненаповненого полімера. Наповнення полімера високодисперсними матеріалами характеризується виникненням фазового шару.

Граничний шар – це прошарок полімера, властивості якого змінюються під дією поверхні в порівнянні з властивостями полімера або наповнювача в об’ємі. Цей міжфазний шар характеризується деякими досить умовними параметрами: товщина граничного шару, коефіцієнт теплопровідності. Визначити ці параметри безпосередньо дуже складно, тому їх визначають на основі інших характеристик.

Встановлено, що існування межі поділу призводить до суттєвих змін релаксаційної поведінки полімера в міжфазному прошарку, зміні температур склування полімера і також інших властивостей полімерної системи. Все це зв’язано з зміною густини молекулярної упаковки, а також з зменшенням рухливості сегментів полімерних ланцюгів і більших кінетичних елементів внаслідок їх взаємодії з твердою поверхнею.

Властивості гетерогенних полімерних систем визначаються кількістю полімера, який знаходиться в міжфазному прошарку. Кількісний зв’язок між властивостями міжфазного шару, об’ємним вмістом наповнювача і комплексом властивостей полімерних композицій потребує подальшого вивчення.

 

 

 

 

 

 

 

Використана література

1. Колупаєв Б.С., Ліпатов Ю.С., Бордюк М.А., Дем’янюк Б.П. Вивчення полімерних матеріалів в загальноосвітній школі: навчальний посібник. – Рівне, 1993 р., 92 с.
2. Колупаев Б.С. Релаксационные и термические свойства наполненных полимерных систем. - Львов: Вища школа, 1980
3. Липатов Ю.С. Физико-химические основы наполнения полимеров. - М.: Химия, 1991
4. Дулънев Γ.H„ Новиков В.В. Процессы переноса в неоднородных средах .- Л.: Энергоатомиздат, 1991
5. Бордюк М.А. Волошин О.М., Колупаев Б.С., Липатов Ю.С.//УФЖ.- 1996- 41, № 4 -c.438-441
6. Годовский Ю.К. Теплофизика полимеров,- М.: Химия, 1982
7. Колупаев Б.С. Физико-химия полимеров,- Львов: Вища школа, 1976
8. Колупаев Б.С; Демьянюк Б.П., Муха Б.И. Бордюк Н.А. //Композиц. полимер. материалы- 1984 - Вып. 23 - с.20-23
9. Бордюк Н.А., Колупаее Б.С., Волошин О.М. // Физика и техника высоких давлений.-1995-№3-с.49-58.
10. Колупаєв Б.С., Бордюк М.А., Ліпатов Ю.С. //Доп. НАН України - 1995 - № 8 -с. 112-114.
11. Кравченко С. Мониторы завтрашнего дня.//Chip. №11 – 1999 р., ст.24-26