- •3 Теплофизические свойства полимеров
- •3.1 Теплоемкость
- •3.2 Теплопроводность
- •3.3 Температуропроводность
- •Зависимость коэффициента теплопроводности от температуры и фазового состояния
- •3.4 Тепловое расширение полимеров
- •Влияние наполнителей
- •Заключение
- •4 Электрические свойства полимеров
- •4.1 Электропроводимость
- •4.2 Поляризация диэлектриков
- •Зависимость от различных факторов
- •4.3 Электрическая прочность
- •Виды и механизмы пробоя диэлектрика
- •4.4 Статическая электризация
- •4.5 Свойства полимерных полупроводников и электропроводящих материалов
- •4.6.Полимерные электроты
- •6.3. Смеси полимеров с пластификаторами
- •Важнейшие пластификаторы
- •Способы введения пластификатора
- •Внутренняя пластификация
- •6.4 Смеси полимеров
- •Двухфазная система
- •6.5 Наполненные полимеры
3.2 Теплопроводность
Это процесс переноса тепла от более нагретых частей тела к менее нагретым, который приводит к выравниванию температур.
Теплопроводность характеризуется коэффициентом теплопроводности , равным количеству теплаQ, протекающего в единицу времени через еденицу площади поверхности перпендикулярной к направлению теплового потока при перепаде температур в 1 К на еденицу длины:
, Вт/(м*К) (Вт=кг*м2*с-3)
Коэффициент теплопроводности зависит от температуры, физического и фазового состояния и структуры полимера.
В металлах перенос тепла осуществляется электронами. В полимерах, являющихся диэлектриками, перенос тепла происходит за счет решеточных колебаний сетки полимера. Для описания теплопроводности в твердом агрегатном состоянии (аморфном и кристаллическом) используют положения фононной теории (фонон – это квазичастица, представляющая собой квант упругих колебаний среды). Согласно этой теории теплопроводность определяется взаимодействием (перебросом) фононов и зависит от теплоемкости, средней скорости распространения фононов () и средней длины их пробега (). Температурная зависимость идеальных кристаллических полимеров – кривая 1. При низких температурах (Т<30 К) теплопроводность определяется переносом фононов на границах кристалла и зависит только от теплоемкости. Так как в процессе переброса участвует мало фононов, то длина и скорость их пробега практически постоянны (=const, =const), (область I).
При увеличении температуры Т>30 К увеличивается число фононов и взаимодействие между ними, при этом длина пробега уменьшается и теплопроводность уменьшается в области II.
При температурах Т> 200 К возбуждено много фононов, величина среднего пробега мала и практически не зависит от температуры, сопротивление переносу фононов пропорционально температуре, а теплопроводность , при плавлении кристалловрезко уменьшается.
Итак, в идеальных кристаллах перенос тепла осуществляется за счет переброса фононов внутри и на границе кристаллов. В реальных кристаллах теплопроводность ниже вследствие рассеяния фононов на дефектах кристаллов.
Теплопроводность аморфных полимеров в области низких температур значительно ниже, чем у кристаллических за счет рассеяния фононов (они застревают в сетке аморфной, наиболее неупорядоченной области полимера).
При температуре стеклования наблюдается излом зависимости . Это объясняется изменением механизма переноса тепла при переходе полимера в высокоэластическое состояние (перенос тепла происходит не за счет упругих волн – переброс фононов, а за счет внутри- и межмолекулярных взаимодействий, т.е. как в жидкостях).
В целом теплопроводность много ниже, чем у металлов. Она определяется фазовым состоянием (аморфным или кристаллическим), строением полимера, надмолекулярной структурой, наполнителем:
1) Зависимость от фазового состояния рассмотрена выше (фазовые переходы при плавлении кристаллов приводят к резкому уменьшению, а при кристаллизации – резкое возрастание);
2) Строение: увеличение разветвленности и размеров боковых групп уменьшают , за счет увеличения сопротивления передачи тепла;
3) Наполнитель, как правило, снижает ;
4) ориентированные кристаллические и аморфные полимеры обнаруживают анизотропию .
Теплопроводность в направлении ориентации () выше, чем в направлении, перпендикулярном ориентации (). Коэффициент анизотропиив аморфных полимерах невысок и обычно не более 2, в кристаллических – существенно выше, может быть 50 и более.