Теплофизические свойства полимеров

Теплофизические свойства полимеров
Теплофизические свойства - это тепловые явления, которые возникают в полимерах в ответ на изменение внешних температурных условий.
В дополнение к термомеханическим характеристикам: Тпл, Тс, Тхр, Тт и Тдестр.
к теплофизическим свойствам относятся:
Теплоемкость
Теплопроводность
Тепловое (термическое) расширение
Теплостойкость.
Температуропроводность и др.
Теплоемкость
Удельная теплоёмкость - это количество тепла, необходимое для нагрева единицы массы полимера на 1 градус, кДж/(кг*К). .
На молекулярном уровне теплоемкость отражает способность полимеров поглощать ту энергию, которая вносится в него и расходуется на тепловое движение всех структурных единиц.

Влияние температуры на теплоемкость кристаллических (1) и аморфных (2) полимеров
С∑= Среш + Сбокгр+ Сконф

Теплоемкость наполненных полимеров выше и меняется по правилу аддитивности
Теплоемкость кристаллических
полимеров выше, чем аморфных
Теплоемкость полимеров
выше теплоемкости металлов

Теплопроводность
Теплопроводность – это процесс переноса тепла от более нагретых частей тела к менее нагретым, приводящий к выравниванию температур.
Количество тепла ϑ, протекающего в единицу времени через единицу площади поверхности, перпендикулярной направлению потока тепла, при перепаде температур в 1 градус (Кельвин) на единицу
длины в этом направлении (Вт/м⋅К).

Влияние температуры на теплопроводность кристаллических (1) и аморфных (2) полимеров

Разветвления и боковые заместители в полимерах мешают передаче тепла между макромолекулами- теплопроводность снижается
Теплопроводность у сетчатых полимеров выше по сравнению с линейными

Теплопроводность наполненных полимеров выше, чем у ненаполненных
Теплопроводность кристаллических
полимеров выше, чем аморфных
Теплопроводность ориентированных полимеров анизотропна

Тепловое расширение
При нагревании увеличивается амплитуда колебаний атомов, растет их смещение от равновесного положения. В итоге твердое тело расширяется, увеличиваются его размеры и объем .
Количественные характеристики теплового расширения:
Коэффициент теплового расширения (линейного, объемного) отражает изменение длины (объема) на единицу длины (объема) образца при изменении температуры на 1 градус и постоянном давлении

Влияние температуры на тепловое расширение аморфных полимеров: отсутствует перестройка структуры (1); наблюдается перестройка надмолекулярной структуры (2)

Тепловое расширение наполненных полимеров НИЖЕ, чем у ненаполненных
Наполнители: мел, каолин, технический углерод (сажа), аэросил
Тепловое расширение и усадка
кристаллических полимеров
выше, чем аморфных.
Объемное тепловое расширение
чаще всего анизотропно и равно
α= βа+βб+βс.
У изотропных тел α = 3β >0.
У кристаллических полимеров выше температуры кристаллизации Ткр так же происходит скачок коэф-фициентов теплового расширения

У полимеров, предварительно подвергнутых сильной ориентационной вытяжке, при повторном нагревании в направлении вытяжки может проявляться отрицательное значение линейного коэффициента теплового расширения. В этом направлении образец полимера даст усадку. На этом явлении основано действие упаковочных термоусадочных пленок.

Тепловое расширение сетчатых полимеров НИЖЕ по сравнению с линейными.
Чем больше густота сшивки и меньше Мс , тем меньше гибкость и тепловое расширение
Мс – молекулярная масса отрезков макромолекул между узлами сшивки
МС1 >МС2>МС3
Тепловое расширение сетчатых полимеров с разной густотой сшивки и Мс

Барьерные, оптические и др. свойства полимерных материалов
Воздействие окружающей среды на упакованный товар :
солнечный свет инициирует нежелательные реакции в продуктах;
влага ускоряет развитие микроорганизмов, бактерий, грибков, разрушение продуктов (размокание, раскисание, растворение и т.д.);
потеря влаги вызывает усыхание, уменьшение массы, изменение консистенции;
кислород приводит к окислению (прогорклости) жиров, разрушению витаминов, активных веществ и т.п.;
потеря кислорода изменяет цвет красного мяса, меняет процесс созревания сыра, ведет к развитию бактерий, гниению и др.;
ароматические вещества из внешней среды приводят к приобретению продуктом стороннего запаха.
Способы устранения негативных явлений :
упаковка с модифицированной газовой атмосферой;
вакуумированная упаковка;
газонаполненная упаковка;
упаковка с контролируемой газовой атмосферой и др.