Техника безопасности при работах в лаборатории

Лабораторные установки для выполнения работ являются действующими установками, отдельные элементы которых находятся под напряжением, а в емкостях находятся огнеопасные и агрессивные жидкости. Поэтому при определенных условиях, возникающих из-за нарушения установленных правил, лабораторные установки могут стать источником поражения человека электрическим током, парами ядовитых веществ, получения термических и химических ожогов. При выполнении лабораторных работ обязательно соблюдение мер техники безопасности, о которых преподаватель предупреждает студентов при проведении инструктажа. Студенты, не прошедшие инструктаж по технике безопасности, к работе в лаборатории не допускаются.

Раздел I. Фазовые и физические состояния полимеров

Деформационные свойства полимеров определяются гибкостью макромолекул, надмолекулярной структурой полимера, фазовым и физическим состоянием полимера. Зависимость деформации от температуры называется термомеханической кривой. На рис.1.1 приведена термомеханическая кривая, типичная для аморфного полимера.

Рис. 1.1. Зависимость e = f(T) для аморфного полимера

 

Аморфные полимеры могут находиться в трех физических состояниях: стеклообразном (аb), высокоэластичном (bсd) и вязкотекучем (de). Переход из одного состояния в другое осуществляется при повышении температуры. Эти переходы хорошо заметны на термомеханической кривой: Т_с – температура стеклования, Т_т – температура текучести.

В общем случае полная деформация полимера складывается из трех видов деформации: _у – упругой, _вэ – высокоэластичной и _п –пластической. Ниже температуры стеклования проявляется в основном только упругая составляющая. Она соответствует гуковской деформации твердых тел и обусловлена обратимым изменением валентных углов и межатомных расстояний:

s = Е e,

где s - приложенное напряжение,

e - относительная деформация,

Е – коэффициент пропорциональности.

Всякая деформация вызывает напряжения в структуре полимера. Для релаксации (рассасывания) напряжений необходима перестройка в структуре вещества. Если температура опыта мала или скорость деформации велика, то за время действия нагрузки перестройка ближнего порядка не успевает осуществляться. Этим определяется обратимость упругой деформации. Увеличение деформации при повышении температуры в области Т_с (участок bc) означает, что время релаксации ближнего порядка становится соизмеримым с временем деформации. При этих условиях в полимерных телах, построенных из длинных молекулярных цепей, упругость сохраняется, но теперь она приобретает иной характер. Выше Т_с отдельные участки (сегменты) макромолекул получают возможность перемещаться друг относительно друга, реагируя на внешнее воздействие. Это сопровождается изменением состояния конформации цепных молекул, уменьшением энтропии и отклонением системы от термодинамического равновесия. При этом энтропийные силы действуя против внешних сил стремятся вернуть систему в состояние равновесия. Этим обусловлено сохранение упругости в полимерных телах выше температуры стеклования. Возникающие при этом обратимые деформации называются высокоэластичными _вэ .

Энергии активации, необходимые для перемещения участков сегментов макромолекул, могут быть различными, ибо размеры перемещающихся участков различны. Так как время релаксации определяется энергией активации, то в реальных полимерах существует целый набор времен релаксации. О ширине этого набора можно судить по величине температурного интервала, в котором происходит увеличение высокоэластической деформации.

Горизонтальный участок кривой e = f(Т), начинающийся после подъема и продолжающийся вплоть до Т_т ( участок cd), соответствует высокоэластическому состоянию полимера. Несмотря на повышение температуры деформация остается постоянной, так как весь релаксационный набор, связанный с перемещением отдельных участков цепей, успевает реализоваться за время деформации.

Температура стеклования перестает зависеть от длины цепи, как только эта длина в среднем станет равной величине кинетического сегмента молекулы полимера. Пластическая деформация (вязкое течение) возникает тем раньше (при тем низшей температуре Т_т ), чем меньше длина цепей полимера. Следовательно, разность Т_т – Т_с может характеризовать молекулярную массу полимера: чем больше молекулярная масса, тем больше величина этой разности и тем длиннее горизонтальный участок термомеханической кривой.

Установлено соотношение

где М – молекулярная масса полимера;

М_СГ – масса сегмента макромолекулы;

А и В – постоянные, зависящие от структуры макромолекулы;

Т_Т – температура текучести;

Т_С – температура стеклования.

Существуют дифференциальные и интегральные методы термомеханических исследований. Дифференциальные методы регистрируют изотермические деформации, развивающиеся под действием постоянного напряжения в течение стандартного времени при различных температурах, заполняющих достаточно плотно весь доступный их интервал. Интегральные методы регистрируют деформации, развивающиеся при постоянном напряжении, действующие в течение всего процесса измерения, длительность которого определяется заданной скоростью нагревания образца. В этом случае деформация развивается непрерывно, а ее изменения характеризуют суммарный (интегральный) результат действия механических сил, начиная с момента их приложения.

 

 

Лабораторная работа № 1.1

123456Следующая ⇒

Поделиться: