Главная --> Справочник терминов


Теплопроводности материала Среди всех этих методов нагрева передача тепла за счет теплопроводности является наиболее распространенным и наиболее важным способом повышения температуры и плавления твердого полимера. Факторами, регулирующими скорость плавления при подводе тепла, являются теплопроводность, достигнутый температурный градиент и действительная площадь контакта между тепловым источником и расплавляемым материалом, которые отражают соответственно свойства материала, условия теплопередачи и форму поверхности теплоотдачи. Низкая теплопроводность полимеров и их чувствительность к температуре (которая ограничивает достижимые на практике температурные градиенты) обусловливает использование других, более перспективных способов плавления. Однако до настоящего времени ни ультразвуковой нагрев, вызываемый высокочастотной циклической деформацией твердого материала, ни диэлектрический нагрев, связанный с диссипативным членом уравнения энергии, не нашли широкого применения.

Непосредственное использование некоторых методов плавления сталкивается с серьезными трудностями. Рассмотрим это на примере плавления с перемешиванием. Попытка расплавить в нагреваемом сосуде загруженные в него полимерные гранулы приведет, вероятно, к частичному разложению полимера и получению неоднородного расплава с многочисленными включениями газовых пузырьков, Кроме того, эта безуспешная попытка требует еще и много времени. Причины неудачи заключены в физических свойствах полимеров. Особенно большую роль играет низкая теплопроводность полимеров. Кроме того, термическая нестабильность, как видно из рис. 9.1, сильно снижает значения максимальных температур, при которых полимеры еще могут существовать, и допустимую продолжительность воздействия повышенных температур. Из рисунка следует, что

Создание давления и перекачивание расплава характеризуют переработку полимеров больше, чем любая другая элементарная стадия. Особенности перерабатывающего оборудования в значительной степени определяются реологическими свойствами расплавов полимеров, и в частности их высокой вязкостью. Наряду с высокой производительностью это является причиной, обусловливающей необходимость работы с относительно большими давлениями. Обычно применяют давления экструзии до 50 МПа и давления впрыска при литье под давлением — до 100 МПа. В гл. 9 было показано, что высокая вязкость полимеров неизбежно приводит к существенному диссипативному разогреву во время течения. Это обстоятельство в совокупности с низкой теплопроводностью полимеров заставляет использовать в конструкциях перерабатывающего оборудования мелкие каналы, позволяющие эффективно регулировать температуру расплава за счет теплообмена через наружные стенки. Кроме того, чувствительность полимеров к температурной и механической деструкции накладывает строгие ограничения на среднюю величину времени пребывания полимера в перерабатывающем оборудовании; этим объясняется преимущество машин с небольшой шириной функции распределения времен пребывания.

В шестнадцатой главе приведена методика расчета молярной теплоемкости по химическом}' строению полимеров. В основу методики положено предположение о том, что вклад каждого атома в теплоемкость пропорционален его Ван-дер-Ваальсовому объему. Отмечается, что теплоемкость, температуропроводность и теплопроводность полимеров зависит не только от их хими-

же стремится к нулю. Теплопроводность полимеров зависит от их химического строения в пределах одного и того же физического состояния. Для аморфных стеклообразных полимеров теплопроводность несколько ниже, чем для кристаллических. На температурную зависимость теплопроводности влияет химическое строение полимера. Для одного ряда полимеров наклон этой зависимости положительный, для другого - отрицательный. В области физического перехода из стеклообразного состояния в высокоэластическое наблюдается слабый максимум теплопроводности. В табл.53 приведены значения теплопроводности для ряда полимеров различного химического строения, из которой видно, каким образом химическое строение влияет на теплопроводность. Особое значение имеет такое свойство полимеров, как анизотропия теплопроводности. Это свойство характерно для ориентированных полимерных систем, в которых теплопроводность различна вдоль и поперек оси ори-ентации.Подробнее с теплофизическими свойствами полимеров можно познакомиться в работах [59, 61, 62].

34.16. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ПОЛИМЕРОВ

34.16. Теплопроводность полимеров . 200

В отличие от теплопроводности металлов, в которых перенос тепла осуществляется этектропамн, теплопроводность полимеров, относящихся к диэлектрикам, определяется решеточными колебаниями сетки полимера Для описания теплопроводности полимеров в твердом агрегатном состоянии (кристаъшческоч и стеклообразном) используют основные положения фононной теории, разработанной для твердых те т. (Фонон это квазичастнца, представляющая собой квант упругих колебаний среды.) Согласно этой теории теплопроводность л определяется взаимодействием (перебросом) фопонов и зависит от теплоемкости С„ средней скорости распространения фопонов уср и средней длины их пробега ТСр-

Теплопроводность полимеров с низкой степенью кристалличности (/С<0,4) определяется главным образом теплопроводностью аморфной фазы, т е величиной ?.»м, и для них характерно возрастание теплопроводности с температурой вплоть чо появ ления пологого максимума При высоких степенях криста :лнч ности {/С^0,7) температурная зависимость теплопроводности определяется кристаллической частью полимера н снижается с ростом температуры (сч рис 5.49).

Наполнители изменяют теплопроводность полимеров. Степень влияния наполнителей на К зависит от размера и формы частиц наполнителя, их распределения в матрице полимера и взаимодействия наполнителя с полимером. Существуют уравнения, позволяющие рассчитать теплопроводность наполненных почи-черов. При регулярном расирелелсмши частиц наполнителя в среде по пшера и невысоком их содержании справедливо уравнение Гамильтона Гроссера:

34.16. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ПОЛИМЕРОВ

где а17 ос2 — коэффициент теплоотдачи соответственно на границе «стенка— поток» 1 и 2, ккал/(м2-ч-°С); 8г, S2 — поверхность стенки трубы, омываемая соответственно потоками 1 и 2, м2; Scp — средняя поверхность стенки трубы, м2; A
В обычных сушильных печах, например, поверхностному испарению препятствует относительно высокая влажность в горячей атмосфере, необходимая для обеспечения проникновения тепла в толщу материала. Этот процесс протекает медленно и неэкономично вследствие низкой теплопроводности материала и трудности регулировки. Это относится к таким материалам как древесина, пшеница, волокна и другие. Если материалы нагреваются неравномерно, то оптимальная максимальная скорость сушки может быть установлена для каждого частного случая путем подбора температуры воздуха и относительной влажности. Выход влаги зависит от градиента влагосодержания (от материала к воздуху) и коэффициента диффузии. Последний существенно растет с ростом температуры материала.

Та — температура окружающей среды, h — коэффициент теплоотдачи на поверхности образца; постоянные р, ср и Я, — плотность, теплоемкость и коэффициент теплопроводности материала соответственно; Я,/рср — температуропроводность. Предполагается, что для обычных полимерных материалов температуропроводность принимает значения от 10~7 м2/с (ПЭТФ) до -2,1 -Ю-7 м2/с (ПЭВП, ПОМ).

Кристаллиты политетрафторэтилена расплавляются около 327°, в результате полимер постепенно превращается в высокоупругое аморфное вещество. Пользуясь низкой скоростью кристаллизации политетрафторэтилена, можно быстрым охлаждением замедлить процесс кристаллизации и сохранить в охлажденном полимере преимущественно аморфную фазу. Этот метод носит название закалки. Для закалки спрессованный в таблетку порошкообразный полимер нагревают в шкафу при 360—380°. При этой температуре отдельные частицы полимера слипаются, на полное слипание указывает просвечиваемость образца. Сплавленный образец опускают в холодную воду. При таком интенсивном охлаждении затрудняется кристаллизация, происходящая только в интервале 250—310''. Вследствие плохой теплопроводности материала и трудности отвода тепла от внутренних его слоев в полимере успевает образоваться лишь 30—

При постоянной плотности и теплопроводности материала уравнение энергии для процесса заполнения формы имеет вид:

Параметры шлейфа: толщина стенки бм = 10 мм; внутренний диаметр йвн = = 305 мм; коэффициент теплопроводности материала шлейфа Хм = 50 Вт/(м-°С); коэффициент теплоотдачи от трубопровода в грунт сен=1,75 Вт/(м2-°С); шероховатость, А^ = 40 мкм; коэффициент теплообмена между газом и стенкой труб а„в = 600 Вт/(м2-°С).

Поэтому коэффициент теплопроводности материала, из которого изготов-

теплопередачи; at — коэффициент теплоотдачи от резиновой смеси к стенке камеры; б — толщина стенки камеры; К — коэффициент теплопроводности материала, из которого сделана стенка камеры; а2 — коэффициент теплоотдачи от стенки камеры к охлаждающей воде.

Одной из причин увеличения скорости разрушения полимеров может быть разогрев материала в местах перенапряжений и в вершинах микротрещин. При этом повышение температуры у вершин трещин может значительно превышать разогрев образца в целом. С повышением температуры в местах концентрации напряжений скорость образования и роста микротрещин возрастает, а долговечность уменьшается. При однократном растяжении механические потери малы и существенного эффекта не вызывают. При малом числе циклов локальное повышение температуры также незначительно и долговечность практически совпадает с расчетной. С увеличением числа циклов температура в местах концентраций напряжений заметно возрастает, стремясь к некоторому предельному значению, при котором устанавливается тепловой баланс: количество выделяющегося за цикл тепла равно количеству тепла, рассеивающегося за счет теплопроводности материала. Поэтому при большом числе циклов тепловые эффекты максимальны и долговечность снижается до значений, соответствующих долговечности при повышенных температурах. Чтобы объяснить наблюдаемое расхождение долговечности полиметилметакрилата с результатами расчета, достаточно предположить, что в местах концентрации напряжений происходит повышение температуры на 30—50 °С. Локальный разогрев происходит и в резинах при многократных деформациях.

Здесь ks и kb —• коэффициенты теплопроводности материала пробки и металла корпуса. Поскольку последний в 10—100 раз больше, чем первый, то можно принять, что распределение температур в стенке корпуса линейно, т. е. температура корпуса линейно изменяется от температуры поверхности контакта 7^(0) до температуры корпуса Ть(Ь) (или температуры охлаждающей жидкости) на расстоянии Ъ от внутренней поверхности корпуса.




Термодинамически устойчивый Термодинамически устойчивого Термометром холодильником Технических полимеров Термометр холодильник Термопластичные полиуретаны Термореактивных материалов Термостойкую круглодонную Тетраэдрическую конфигурацию

-
Яндекс.Метрика