3.3 Температуропроводность

Это скорость изменения температуры в материале под действием теплового потока. Она определяется коэффициентом (м²/с):

,

где - коэффициент теплопроводности;- плотность полимера; С_Р – теплоемкость при Р = const.

Зависимость коэффициента теплопроводности от температуры и фазового состояния

Температуропроводность аморфного полимера в области стеклообразного состояния снижается с ростом температуры и наблюдается скачкообразное уменьшение при переходе из стеклообразного состояния в высокоэластическое (при температуре стеклования), далее в области высокоэластического состояния или вязкотекучего состояния мало изменяется. Резкий скачок в области температуры стеклования объясняется резким возрастанием теплоемкости в этойобласти, а теплопроводность меняется мало. Этот скачок наблюдается только при низких степенях кристалличности.

Темеартуропроводность кристаллических полимеров заметно уменьшается с увеличением температуры, резко уменьшается при температуре плавления кристаллов, а после плавления снова возрастает до значений, предшествующих плавлению. Это объясняется резким уменьшением теплопроводности и увеличением теплоемкости при плавлении (т.к. ).

Температуропроводность (), как и теплоемкость и теплопроводность () зависит от структуры полимера, молекулярной массы, конфигурации, химическим строением звена, наполнителя:

1. В области малых и средних молекулярных масс, температуропроводность растет с увеличением молекулярной массы, а при больших молекулярных массах практически не меняется (аналогично зависит );

2. Увеличение разветвленности и объема боковых заместителей уменьшает аморфных полимеров в результате уменьшенияи увеличение С_Р. Переход линейных полимеров в сшитые способствует увеличению и;

3. Наполнитель, способствующий образованию сшивок увеличивает .

3.4 Тепловое расширение полимеров

В равновесном состоянии твердые тела занимают объем, соответствующий минимуму свободной энергии. При повышении температуры объем тела увеличивается. Количественной характеристикой теплового расширения полимеров являются коэффициенты объемного (α) и линейного () расширения при постоянном давлении:

размерность 1/К

Для изотропных тел тепловое расширение по всем осям одинакова:

.

С теплоемкостью термический коэффициент связан уравнением:

,

С_V – удельная теплоемкость при V=const;

- константа;

- изотермическая сжимаемость;

V – объем.

α и зависят от температуры, физического и фазового состояния и структуры полимера.

Температурная зависимость коэффициентов α и близка к температурной зависимости теплоемкости.

Для аморфных полимеров являющихся изотропными в области низких температур значения α невелики и при . До температуры стеклованиянесколько повышается с ростом температуры. При температуре стеклования имеет место скачокив узком интервале температур (2– 5К)

Например:

Полимер
	Ниже ТС	Выше ТС
цис-полибутадиен-1,4	0,5	2,4
цис-полиизопрен-1,4	0,7	2,3
транс-полихлопрен-1,4	0,6	1,7

В высокоэластическом состоянии (при Т>Т_С) , практически не зависят от температуры и определяются в основном химическим строением элементарного звена.

Тепловое расширение кристаллических полимеров анизотропно и характеризуется суммарными линейными коэффициентами в трех направлениях а, в, с:

Для многих полимеров установлено существование отрицательного термического коэффициента линейного расширения вдоль оси совпадающей с направлением ориентации, то есть происходит усадка полимера в этом направлении. Причиной этому является усиление вращения звеньев вокруг связей С-С с повышением температуры. Так, полиэтилен сокращается, если дуговой угол вращениясоставляет 13⁰.

В высокоориентированных полимерах, где преобладает фибриллярная структура, отрицательные будут значительными. Как правило, при нагревании выше температуры стеклования ориентированные полимеры сокращаются, а при температурах ниже температуры стеклования расширяются. С ростом ориентации степень анизотропии повышается.