50. Термостабільність та термостійкість полімерів
Тривалість термостійкості полімерів
Процеси формування виробів за звичай здійснюються при заданій температурі протягом визначеного часу. Отже, для повної характеристики термостійкості полімеру потрібно знати не тільки температуру термодеструкції, але і час, протягом якого полімер може піддаватися впливу цієї температури без помітної зміни властивостей, тобто. тривалість термостійкості.
Для визначення тривалості термостійкості звичайно використовують залежності від тривалості впливу температури зміни таких показників полімерів, як механічна міцність, твердість, електрична міцність, тангенс кута діелектричних втрат. Для лабораторних досліджень зручніше непрямі показники зміни властивостей полімерів - кількість летучих компонентів, що виділяються в часі при даній температурі, зміна маси полімеру або в'язкості його розплаву. Для обґрунтування максимально допустимої температури переробки звичайно застосовують залежність зміни часу, протягом якого полімер зберігає свої первісні властивості, від температури, тобто залежність тривалості термостійкості від температури.
Розглянемо спосіб визначення тривалості термостійкості по зміні маси зразка і теплових ефектів за допомогою спеціального приладу – дериватографа (рис. 8.8). Наважку полімеру поміщають в комірку 1, що встановлюється в нагрівальну піч 3 і спирається на одне з пліч коромисла ваг 7. Коромисло 7 при розміщенні наважки знаходиться в рівновазі, друге його плече з'єднане з дзеркалом 6 для передачі променя світла від освітлювача 5 на записуючий барабан 4.
Рис. 8.8. Схема приладу (дериватографа) для дослідження тривалості термостійкості полімерів:
1 – комірка для досліджуваної речовини; 2 – комірка для еталонної речовини; 3 – нагрівальна піч; 4 – записуючий барабан; 5 – освітлювач; 6 – дзеркало; 7 – коромисло; 8 – дзеркальний гальванометр.
В даному приладі одночасно з реєстрацією зміни маси (крива ∆G) фіксується швидкість зміни маси в часі (диференціальна крива зміни маси) dG/dt, для чого коромисло ваг з'єднане з датчиком швидкості. Одночасно реєструються теплові ефекти, що відбуваються в полімері, за допомогою термопар, встановлених в комірках 1 і 2 і з'єднаних, як у приладі ДТА. У випадку початку процесу термодеструкції чи термоокислення з'являється різниця е.р.с. термопар, що заміряється гальванометром 8 і записується також на барабані 4.
Система знаходиться в рівновазі доти, поки не почнеться зміна маси або температури зразка. Час, протягом якого в полімері при даній температурі майже не відбувається зміни властивостей, приймають за тривалість термостійкості. Це час вірніше було б назвати індукційним періодом термодеструкції Ти.
Проробивши досліди при різних температурах, одержуємо серію кривих (рис. 8.9), по точках перегину яких можна знайти значення індукційного періоду при різних температурах. Отримані дані у вигляді графіка (рис. 8.10) використовують для визначення максимально допустимої температури переробки полімеру. Для того щоб у процесі переробки властивості полімерів не погіршувалися, час перебування розплаву при даній температурі повинний бути завжди менше або дорівнювати індукційному періоду. Знаючи час перебування полімеру в переробній машині tц (час циклу), за рис. 8.10 знаходимо максимально допустиму температуру нагрівання полімеру Тр. Підвищувати температуру переробки більше Тр недоцільно, тому що можуть погіршуватися властивості виробів.
Слід зазначити, що при формуванні виробів на розплав діють також сдвигові зусилля, що можуть привести до механодеструкції. Досліди за описаним методом проводяться без сдвигових деформацій, тому знайдене значення тривалості термостійкості виходить завищеним у порівнянні з виробничими даними.
Більш точне значення можна одержати при визначенні тривалої термостійкості на ротаційних віскозиметрах. В цьому випадку, одержавши залежність зміни в'язкості від часу при різних температурах, будують графік і по точках перегину кривих знаходять тривалості термостійкості (індукційний період), а потім максимально допустиму температуру переробки (аналогічно рис. 8.9 і 8.10).
Рис. 8.9. Залежність зміни маси зразків полімеру ∆G від часу t перебування їх при різних температурах Т.
Рис. 8.10. Залежність індукційного періоду термодеструкції tи від температури Т.