pobieranie: 02 Wyznaczanie temperatury topnienia tworzyw sztucznych
Pobierz dokument pdfPrzeglądaj wersję html pliku:
Instytut In1 ynierii Materiałowej – Zakład Tworzyw Polimerowych
Wyznaczanie temperatury topnienia tworzyw sztucznych
1. Cel wiczenia
Celem iw czenia jest zapoznanie si4 ze sposobem wyznaczania temperatury topnienia tworzyw termoplastycznych za pomoc5 aparatu Boetius’a.
2. Okre6 lenie podstawowych zagadnie7
Opisuj5 c wła8 ciwo8 ci cieplne polimerów stosuje si4 dwa podstawowe okre8 lenia: odporno8 cieplna termiczna mechaniczna, odporno8 cieplna termiczna chemiczna. Odporno@ cieplna termiczna mechaniczna, zwana równieC fizyczn5 lub odwracaln5 , okre8 la temperatur4 graniczn5 , przy której polimer w okre8 lonych warunkach, pod wpływem obci5 enia traci swoj5 wytrzymało8 mechaniczn5 . Oznacza si4 j5 na podstawie jednej z kilku temperaturowych charakterystyk takich jak : – temperatura topnienia cz4 ci krystalicznych, – temperatura mi4 knienia polimeru, – temperatura lepkoplastycznego płyni4 cia bez napr4 enia lub pod obci5 eniem, – temperatura zeszklenia, – temperatura krucho8 ci. Odporno@ cieplna termiczna chemiczna okre8 la graniczn5 temperatur4 , przy której zachodzi zmiana struktury chemicznej, np.: rozkład, co zmienia wła8 ciwo8 ci polimeru. Jest ona nazwana równieC nieodwracaln5 i okre8 la si4 j5 w próC ni, w gazie inertnym, w powietrzu, a takC e w aktywnym chemicznie otoczeniu. Do okre8 lenia tej odporno8 ci cieplnej stosowane s5 metody termicznej analizy róC nicowej DTA i termograwimetrii TG. Dla charakterystyki zmian stanu polimerów, które zachodz5 w czasie zmian temperatury stosowane s5 nast4 puj5 ce charakterystyczne wielko8 ci temperaturowe: – Tkr - temperatura krucho@ ci - jest to temperatura przej8 cia ze stanu szklistego kruchego w stan szklisty z wymuszon5 elastyczno8 ci5 , – Tg - temperatura zeszklenia - jest to temperatura przej8 cia ze stanu wysokoelastycznego w stan szklisty, obserwowana podczas chłodzenia, – Tp ,Tf - temperatura płyniE cia - jest temperatura przej8 cia ze stanu wysokoelastycznego w stan plastyczny, ciekły, – Tt - temperatura topnienia - temperatura zmiany stanu skupienia polimeru ze stanu stałego w stan ciekły , odnosi si4 do polimerów krystalicznych. Temperatura topnienia jest typow5 temperatur5 termodynamiczn5 i dotyczy ona polimerów krystalicznych i cz4 ciowo krystalicznych. Podczas ogrzewania zmniejsza si4 stopieF krystaliczno8 ci polimerów, gdyC cz4 fazy krystalicznej przemienia si4 w faz4 bezpostaciow5 . Ta przemiana fazowa zachodzi w szerokim zakresie temperatur (10-20 ˚C). Za temperatur4 topnienia przyjmuje si4 temperatur4 zaniku fazy krystalicznej w polimerze. Stopiony polimer zawiera wył5 cznie faz4 bezpostaciow5 [1-3]. Temperatura topnienia jest uzaleC niona od : – elastyczno8 ci łaF cucha- która zaleC y od budowy łaF cucha (budowy chemicznej, rodzaju podstawników, grup koF cowych, typu i ilo8 ci rozgał4 zieF , masy cz5 steczkowej ) – konfiguracji. Wbudowanie do łaF cucha głównego grup utrudniaj5 cych swobodn5 rotacj4 wpływa na wzrost temperatury topnienia. Grupami tymi s5 : – ugrupowania polarne, – grupy o duC ej obj4 to8 ci, Wyznaczanie temperatury topnienia tworzyw sztucznych
DC
¨ C
93
8¨
938¨ 8 ¨
CD AB
AB
39 93
– –
!0¢'(!%&%$" !¨¦¤¢ ) ¥©## ¥ © §¥£ ¡
3
2
1
Instytut Inb ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad – wic zania podwójne, – struktury cykliczne. Podobny wpł ma równied sieciowanie. yw
3. Metody
3.1. Metoda wyznaczania temperatury topnienia za pomoce aparatu Boetius’a
3.1.1. Zakres stosowania metody Metoda pomiaru temperatury topnienia za pomocc aparatu Boetius’a mod e byf stosowana w dla wszystkich tworzyw termoplastycznych krystalicznych i semikrystalicznych 3.1.2. Opis metody Metoda wyznaczania temperatury topnienia okreg lonego tworzywa polega na obserwacji zmian struktury badanej próbki polimeru wraz ze wzrostem temperatury i zaobserwowaniu momentu kowity zanik fazy krystalicznej. (temperatury), w który nastc pi cał 3.1.3. Przyrzh d pomiarowy Aparat Boetius’a skł sii z nasti pujc cych urzc dzep : ada • mikroskopu optycznego posiadajc cego wbudowany stolik grzejny zaopatrzony w termometr, • opornika, za pomocc którego odbywa sii sterowanie temperaturc stolika grzejnego, zapewniajc cy przyrost temperatury z szybkog cic 40 / min., • oprzyrzc dowania pomocniczego do przygotowania próbki do badania, • pokrywy szklanej. 3.1.4. Wykonanie pomiaru Przed przystc pienie do pomiaru naled y wł c zyf lampki wbudowanc w mikroskop, tak aby próbka badanego materiał był dobrze widoczna w okularze. Na skali opornika ustawiamy maksymalnc u a temperaturi grzania zblid onc do zakł adanej temperatury topnienia badanego polimeru. Próbki tworzywa w postaci mał ego c inka umieszczamy na szkieł podstawowym i nakrywamy szkieł ku kiem nakrywkowym, po czym próbki umieszczamy na stoliku grzejnym mikroskopu, w taki sposób, aby krawi dq próbki był widoczna w polu widzenia okularu. Cał ukł przykrywamy pokrywc szklanc , aby a y ad wyeliminowaf wpł powietrza i regulujemy ostrog widzenia. Nasti pnie wł c zamy ogrzewanie i yw obserwujemy próbki przez mikroskop. Poczc tek topnienia okreg la sii na podstawie rozmycia ostrog ci brzegów próbki, natomiast koniec procesu topnienia na podstawie zlania sii próbki w kropli . Pomiary przeprowadzamy trzykrotnie dla kad dej próbki polimeru, przy czym za wł ciwe naled y przyjc wyniki o ag wartog ciach nie ród nic cych sii mii dzy sobc o wii cej nid 2%.
4. Opracowanie wyników
Za temperaturi topnienia badanego tworzywa przyjmujemy zakres temperatur: od moment dostrzed enia pierwszych oznak topnienia fazy krystalicznej (rozmycie sii konturów) do momentu uzyskania jednolitej kropli. Sprawozdanie z przebiegu zaji laboratoryjnych z ww tematu powinno zawieraf : – opis metody, – wyniki obserwacji, rysunki odzwierciedlajc ce wyglc d próbki przed i po procesie topnienia, – wnioski.
Wyznaczanie temperatury topnienia tworzyw sztucznych
Df
c
WVa PSRYSY !0¢`(!%&%$X W!S¨¦¤¢G VP U T R QPI H 9f c f ¨ g
2
Instytut In ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad
5. Literatura
Wyznaczanie temperatury topnienia tworzyw sztucznych
1. 2. 3. 4.
A. Bł d zki - Laboratorium z fizykochemii polimerów , PS Szczecin 1981 T. D. uchowska - Polimery konstrukcyjne , WNT, Warszawa 1995 J.J. Pielichowski , A.A. Pruszy ski - Technologia tworzyw sztucznych , WNT, Warszawa 1994 Broniewski , A .Iwasiewicz -Metody bada i ocena wł asno ci tworzyw sztucznych, WNT, Warszawa 2000
uxwx !0¢ (!%&%$ !x¨¦¤¢r u y w vut s
3
02 Wyznaczanie temperatury topnienia tworzyw sztucznych
Instytut In1 ynierii Materiałowej – Zakład Tworzyw Polimerowych
Wyznaczanie temperatury topnienia tworzyw sztucznych
1. Cel wiczenia
Celem iw czenia jest zapoznanie si4 ze sposobem wyznaczania temperatury topnienia tworzyw termoplastycznych za pomoc5 aparatu Boetius’a.
2. Okre6 lenie podstawowych zagadnie7
Opisuj5 c wła8 ciwo8 ci cieplne polimerów stosuje si4 dwa podstawowe okre8 lenia: odporno8 cieplna termiczna mechaniczna, odporno8 cieplna termiczna chemiczna. Odporno@ cieplna termiczna mechaniczna, zwana równieC fizyczn5 lub odwracaln5 , okre8 la temperatur4 graniczn5 , przy której polimer w okre8 lonych warunkach, pod wpływem obci5 enia traci swoj5 wytrzymało8 mechaniczn5 . Oznacza si4 j5 na podstawie jednej z kilku temperaturowych charakterystyk takich jak : – temperatura topnienia cz4 ci krystalicznych, – temperatura mi4 knienia polimeru, – temperatura lepkoplastycznego płyni4 cia bez napr4 enia lub pod obci5 eniem, – temperatura zeszklenia, – temperatura krucho8 ci. Odporno@ cieplna termiczna chemiczna okre8 la graniczn5 temperatur4 , przy której zachodzi zmiana struktury chemicznej, np.: rozkład, co zmienia wła8 ciwo8 ci polimeru. Jest ona nazwana równieC nieodwracaln5 i okre8 la si4 j5 w próC ni, w gazie inertnym, w powietrzu, a takC e w aktywnym chemicznie otoczeniu. Do okre8 lenia tej odporno8 ci cieplnej stosowane s5 metody termicznej analizy róC nicowej DTA i termograwimetrii TG. Dla charakterystyki zmian stanu polimerów, które zachodz5 w czasie zmian temperatury stosowane s5 nast4 puj5 ce charakterystyczne wielko8 ci temperaturowe: – Tkr - temperatura krucho@ ci - jest to temperatura przej8 cia ze stanu szklistego kruchego w stan szklisty z wymuszon5 elastyczno8 ci5 , – Tg - temperatura zeszklenia - jest to temperatura przej8 cia ze stanu wysokoelastycznego w stan szklisty, obserwowana podczas chłodzenia, – Tp ,Tf - temperatura płyniE cia - jest temperatura przej8 cia ze stanu wysokoelastycznego w stan plastyczny, ciekły, – Tt - temperatura topnienia - temperatura zmiany stanu skupienia polimeru ze stanu stałego w stan ciekły , odnosi si4 do polimerów krystalicznych. Temperatura topnienia jest typow5 temperatur5 termodynamiczn5 i dotyczy ona polimerów krystalicznych i cz4 ciowo krystalicznych. Podczas ogrzewania zmniejsza si4 stopieF krystaliczno8 ci polimerów, gdyC cz4 fazy krystalicznej przemienia si4 w faz4 bezpostaciow5 . Ta przemiana fazowa zachodzi w szerokim zakresie temperatur (10-20 ˚C). Za temperatur4 topnienia przyjmuje si4 temperatur4 zaniku fazy krystalicznej w polimerze. Stopiony polimer zawiera wył5 cznie faz4 bezpostaciow5 [1-3]. Temperatura topnienia jest uzaleC niona od : – elastyczno8 ci łaF cucha- która zaleC y od budowy łaF cucha (budowy chemicznej, rodzaju podstawników, grup koF cowych, typu i ilo8 ci rozgał4 zieF , masy cz5 steczkowej ) – konfiguracji. Wbudowanie do łaF cucha głównego grup utrudniaj5 cych swobodn5 rotacj4 wpływa na wzrost temperatury topnienia. Grupami tymi s5 : – ugrupowania polarne, – grupy o duC ej obj4 to8 ci, Wyznaczanie temperatury topnienia tworzyw sztucznych
DC
¨ C
93
8¨
938¨ 8 ¨
CD AB
AB
39 93
– –
!0¢'(!%&%$" !¨¦¤¢ ) ¥©## ¥ © §¥£ ¡
3
2
1
Instytut Inb ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad – wic zania podwójne, – struktury cykliczne. Podobny wpł ma równied sieciowanie. yw
3. Metody
3.1. Metoda wyznaczania temperatury topnienia za pomoce aparatu Boetius’a
3.1.1. Zakres stosowania metody Metoda pomiaru temperatury topnienia za pomocc aparatu Boetius’a mod e byf stosowana w dla wszystkich tworzyw termoplastycznych krystalicznych i semikrystalicznych 3.1.2. Opis metody Metoda wyznaczania temperatury topnienia okreg lonego tworzywa polega na obserwacji zmian struktury badanej próbki polimeru wraz ze wzrostem temperatury i zaobserwowaniu momentu kowity zanik fazy krystalicznej. (temperatury), w który nastc pi cał 3.1.3. Przyrzh d pomiarowy Aparat Boetius’a skł sii z nasti pujc cych urzc dzep : ada • mikroskopu optycznego posiadajc cego wbudowany stolik grzejny zaopatrzony w termometr, • opornika, za pomocc którego odbywa sii sterowanie temperaturc stolika grzejnego, zapewniajc cy przyrost temperatury z szybkog cic 40 / min., • oprzyrzc dowania pomocniczego do przygotowania próbki do badania, • pokrywy szklanej. 3.1.4. Wykonanie pomiaru Przed przystc pienie do pomiaru naled y wł c zyf lampki wbudowanc w mikroskop, tak aby próbka badanego materiał był dobrze widoczna w okularze. Na skali opornika ustawiamy maksymalnc u a temperaturi grzania zblid onc do zakł adanej temperatury topnienia badanego polimeru. Próbki tworzywa w postaci mał ego c inka umieszczamy na szkieł podstawowym i nakrywamy szkieł ku kiem nakrywkowym, po czym próbki umieszczamy na stoliku grzejnym mikroskopu, w taki sposób, aby krawi dq próbki był widoczna w polu widzenia okularu. Cał ukł przykrywamy pokrywc szklanc , aby a y ad wyeliminowaf wpł powietrza i regulujemy ostrog widzenia. Nasti pnie wł c zamy ogrzewanie i yw obserwujemy próbki przez mikroskop. Poczc tek topnienia okreg la sii na podstawie rozmycia ostrog ci brzegów próbki, natomiast koniec procesu topnienia na podstawie zlania sii próbki w kropli . Pomiary przeprowadzamy trzykrotnie dla kad dej próbki polimeru, przy czym za wł ciwe naled y przyjc wyniki o ag wartog ciach nie ród nic cych sii mii dzy sobc o wii cej nid 2%.
4. Opracowanie wyników
Za temperaturi topnienia badanego tworzywa przyjmujemy zakres temperatur: od moment dostrzed enia pierwszych oznak topnienia fazy krystalicznej (rozmycie sii konturów) do momentu uzyskania jednolitej kropli. Sprawozdanie z przebiegu zaji laboratoryjnych z ww tematu powinno zawieraf : – opis metody, – wyniki obserwacji, rysunki odzwierciedlajc ce wyglc d próbki przed i po procesie topnienia, – wnioski.
Wyznaczanie temperatury topnienia tworzyw sztucznych
Df
c
WVa PSRYSY !0¢`(!%&%$X W!S¨¦¤¢G VP U T R QPI H 9f c f ¨ g
2
Instytut In ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad
5. Literatura
Wyznaczanie temperatury topnienia tworzyw sztucznych
1. 2. 3. 4.
A. Bł d zki - Laboratorium z fizykochemii polimerów , PS Szczecin 1981 T. D. uchowska - Polimery konstrukcyjne , WNT, Warszawa 1995 J.J. Pielichowski , A.A. Pruszy ski - Technologia tworzyw sztucznych , WNT, Warszawa 1994 Broniewski , A .Iwasiewicz -Metody bada i ocena wł asno ci tworzyw sztucznych, WNT, Warszawa 2000
uxwx !0¢ (!%&%$ !x¨¦¤¢r u y w vut s
3
