CC BY
33ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ
ОСОБЕННОСТЬ ТЕПЛОВОГО ДВИЖЕНИЯ В ПОЛИВИНИЛИДЕНФТОРИДЕ Рахманкулов А.А.1, Хайдаров Т.З.2
1Рахманкулов Аликул Амирович - кандидат физико-математических наук, доцент;
2Хайдаров Туймурад Зоирович - преподаватель, кафедра общей физики, Каршинский инженерно-экономический институт, г. Карши, Республика Узбекистан
Аннотация: поливинилиденфторид можно использовать для получения покрытий, пропускающих солнечный свет, ПВДФ также обладает хорошей химической стойкостью; даже при высоких температурах (363 К) на ПВДФ не действуют неорганические кислоты, материалы, вызывающие коррозию (галогены, окислители), слабые основания и соли, алифатические, ароматические и хлорированные растворители.
Ключевые слова: фторсодержащие полимеры, ПВДФ, теплопроводность, полимерные композиционные материалы, модификация, наполнитель, динамическая механическая спектроскопия, термическая деструкция.
Одна из важнейших задач современной теплофизики и молекулярной физики состоит в установлении взаимосвязи теплофизических свойств (ТФС), в частности
теплопроводности Я, полимерных материалов с их структурой на различных уровнях ее организации и характером теплового движения. Знание такой взаимосвязи дает возможность глубже и всесторонне проанализировать механизм теплопереноса в полимерных композиционных материалах (ПК), что будет способствовать ускорению решения проблемы получения полимерных материалов с наперед заданными ТФС. Обеспечение полимерными материалами возрастающих потребностей различных отраслей промышленности и, в первую очередь, машиностроения, а также электротехнической промышленности, радиоэлектроники и других отраслей техники, осуществляется в нескольких направлениях:
- разрабатываются новые материалы и модифицируются многотоннажные полимерные материалы, выпускаемые серийно предприятиями химической промышленности.
Основные тенденции, существующие в настоящее время в полимерной материаловедении, как раз и заключаются в разработке технических приемов модификации выпускаемых промышленностью полимеров. Модификация может производиться на различных стадиях получения или переработки полимера химическими и физическими способами Широкое признание, в частности, получил, благодаря своей относительной технологической простоте, эффективности и экономичности, физический способ введения в полимер различных наполнителей.
Среди фторсодержащих полимеров поливинилиденфторид (ПВДФ) является одним из самых прочных Он имеет хорошую пластичность, ударную вязкость, гибкость. Свойства ПВДФ достаточно детально описаны в [2-4]. Строение цепей макромолекул ПВДФ было изучено многими исследователями, применявшими для этих целей различные методики [2-8].
При исследовании а — фазы ПВДФ на частотах 1Гц^МГц методом диэлектрической спектроскопии, установлено три релаксационных перехода при температурах 373 К, 233 К и 203 К, соответственно [2].
Четыре основных релаксационных перехода в а — фазе ПВДФ были определены методами динамической механической спектроскопии [2]. На рис.1 приведены
4
температурные зависимости динамического модуля Юнга (Е) определенного вдоль и перпендикулярно к направлению кристаллизации образца, полученного методом изотермической кристаллизации.
Начинающаяся в области низких температур у — релаксация соответствует аморфной фазе и ограниченному движению цепей, а конкретные - вращениям цепей в аморфной области релаксацию связывают со стеклованием, она соответствует микроброуновскому движению сегментов [2,3,6.] аморфной области. а- релаксация связана с движением молекул, изменяющим дипольное направление только вдоль оси цепи, а не перпендикулярно к ней [2]. Возможно, релаксационное поведение ПВДФ меняется не только при различных температурах, а и зависит от методов исследования этих свойств.
Рис. 1. Температурные зависимости динамических механических характеристик ПВДФ: модуля накопления (Е') имодуля потерь (Е") изотермически кристаллизованных и направлено закристаллизованных образцов а - фазы ПВДФ: 1 - паралель; 2 - перпендикуляр;
3 - изотермически закристаллизованный образец
К основным физико-химическим свойствам кристаллизующихся полимерных материалов, влияющих на формирование физических свойств ПКМ можно отнести следующие: особенности молекулярного строения, особенности кристаллического строения и фазового состава кристаллических областей, а также особенности характера теплого движения макромолекул и их кинетических единиц.
О характере теплового движения в ПВДФ можно судить также по изменению температуры переходов полимера и других термодинамических параметров [1]. Выращенная из расплава а- фаза плавится при более высоких температурах, а у — фаза, появляющаяся на переходе в твердой фазе а- ПВДФ, является самой высокоплавной. На процесс плавления ПВДФ, кроме возможного сосуществования в нем полиморфных модификаций, также значительно влияют как давление, так и другие факторы, в частности наличие дефектов h-h и - [2].
Термическая деструкция ПВДФ в твердой фазе протекает неодинаково в зависимости от полиморфной формы. Было обнаружено, что полярные в- и у- формы значительно легче подвергаются деструкции, чем неполярная а- фаза или расплав. При этих температурах у-фаза особенно быстро разрушается.
Физические свойства ПВДФ отражают то положение, которое занимают полимер в промежутке между полиэтиленом (ПЭ) и политетрафторэтиленом (ПТФЭ), исходя из количества атомов фтора на мономерное звено макромолекулы.
10т
а
ИЗ 153 193 233 273 313 353 393 Температур а, К
Для полимеров этого ряда плотность, точка плавления, стойкость к окислению и химическим воздействиям быстро увеличивается ростомсодержания фтора. По стойкости к ультрафиолетовым и у — лучами при 100 Мрад ПВДФ представляет собой исключение [2] ПВДФ обладает очень хорошей стойкостью к атмосферным воздействиям и высокой гибкостью.
У ПВДФ практически не наблюдается ухудщения механических свойств после многих лет эксплуатации на открытом воздухе, поэтому часто используют для покрытий внешних поверхностей зданий. ПВДФ выделяется также своими механическими свойствами среди обычных кристаллических полимеров: он занимает второе место после полиоксиметилена по приделу прочности при растяжении, по напряжению при изгибе и напряжению при сжатии, по жесткости и твердости, обладает наибольшей ударной вязкостью [4], высоким коэффициентом процуекания (80-90% цри толщине 100 мк.) в видимой области электромагнитного спектра.
Таким образом, его можно использовать для получения покрытий, пропускающих солнечный свет, ПВДФ также обладает хорошей химической стойкостью; даже при высоких температурах (363 К) на ПВДФ не действуют неорганические кислоты, материалы вызывающие коррозию (галогены, окислители), слабые основания и соли, алифатические, ароматические и хлорированные растворители.
В отличие от других полимеров фторзамещенных этилена, электрические свойства ПВДФ не позволяют использовать их в качестве высокочастотной изоляции, однако большие значения диэлектрической проницаемости, наличие сегнето- и пироэлектрических свойств [2] делают перспективным применение полимера и композиций на его основе в акусто- и пироэлектрических преобразователях [8].
Список литературы
1. Годовский Ю.К. Теплофизика полимеров. М.: Химия, 1982. 280 с.
2. Lovlnger Andrew J. Cristallization of the fi —p base of polivlmlidenftuoride from the melt // Polymer, 1981. 22.№ 3. С. 412-413.
3. Рахманкулов А.А. Влияние дисперсных наполнителей на структуру и теплопроводнсть немодифицированного и модифицированного поливинилиденфторида.: Дис. ...канд. физ.-мат. наук. Киев, 1986. 205 с.
4. Kakutani M. Dielectric absorption of oriented polivinildenftuoride // I. Polym. Sci., A-L, 1970. 8. Pp. 1177-1183.
5. Рахманкулов А.А. О механизме теплопереноса в композиционных материалах на основе поливинилиденфторида и электропрводящщих наполнителей. «Развитие науки и технологий». Между нар. научно-технический журнал, 2015. № 4.
6. Бюллер К.У. Тепло- и термостойкие полимеры: Пер. с нем. // Под ред. Я.С. Выгодского. М.: Химия, 1984 - 1056 с.
7. Рахманкулов А.А. Кристаллизация пентопластав в присутствии частиц минеральных наполнителей различного состава. Жур. «Композиционные материалы». № 1, 2003.
8. Рахманкулов А.А., Давлатов Ф.Ф. Исследования влияния дисперсного графита марки ГМЗ на теплофизичисские свойства и структуру поливинилиденфторида // Международный научно-технический журнал, 2019. № 3 (87). С. 11-15.
