pobieranie: 02 Wyznaczanie temperatury topnienia tworzyw sztucznych
Pobierz dokument pdfPrzeglądaj wersję html pliku:
Instytut In ynierii Materiałowej – Zakład Tworzyw Polimerowych
Wyznaczanie temperatury topnienia tworzyw sztucznych
1. Cel wiczenia
Celem wiczenia jest zapoznanie si ze sposobem wyznaczania temperatury topnienia tworzyw termoplastycznych za pomoc aparatu Boetius’a.
Opisuj c wła ciwo ci cieplne polimerów stosuje si dwa podstawowe okre lenia: odporno cieplna termiczna mechaniczna, odporno cieplna termiczna chemiczna. Odporno cieplna termiczna mechaniczna, zwana równie fizyczn lub odwracaln , okre la temperatur graniczn , przy której polimer w okre lonych warunkach, pod wpływem obci enia traci swoj wytrzymało mechaniczn . Oznacza si j na podstawie jednej z kilku temperaturowych charakterystyk takich jak : – temperatura topnienia cz ci krystalicznych, – temperatura mi knienia polimeru, – temperatura lepkoplastycznego płyni cia bez napr enia lub pod obci eniem, – temperatura zeszklenia, – temperatura krucho ci. Odporno cieplna termiczna chemiczna okre la graniczn temperatur , przy której zachodzi zmiana struktury chemicznej, np.: rozkład, co zmienia wła ciwo ci polimeru. Jest ona nazwana równie nieodwracaln i okre la si j w pró ni, w gazie inertnym, w powietrzu, a tak e w aktywnym chemicznie otoczeniu. Do okre lenia tej odporno ci cieplnej stosowane s metody termicznej analizy ró nicowej DTA i termograwimetrii TG. Dla charakterystyki zmian stanu polimerów, które zachodz w czasie zmian temperatury stosowane s nast puj ce charakterystyczne wielko ci temperaturowe: – Tkr - temperatura krucho ci - jest to temperatura przej cia ze stanu szklistego kruchego w stan szklisty z wymuszon elastyczno ci , – Tg - temperatura zeszklenia - jest to temperatura przej cia ze stanu wysokoelastycznego w stan szklisty, obserwowana podczas chłodzenia, – Tp ,Tf - temperatura płyni cia - jest temperatura przej cia ze stanu wysokoelastycznego w stan plastyczny, ciekły, – Tt - temperatura topnienia - temperatura zmiany stanu skupienia polimeru ze stanu stałego w stan ciekły , odnosi si do polimerów krystalicznych. Temperatura topnienia jest typow temperatur termodynamiczn i dotyczy ona polimerów krystalicznych i cz ciowo krystalicznych. Podczas ogrzewania zmniejsza si stopie krystaliczno ci polimerów, gdy cz fazy krystalicznej przemienia si w faz bezpostaciow . Ta przemiana fazowa zachodzi w szerokim zakresie temperatur (10-20 ˚C). Za temperatur topnienia przyjmuje si temperatur zaniku fazy krystalicznej w polimerze. Stopiony polimer zawiera wył cznie faz bezpostaciow [1-3]. Temperatura topnienia jest uzale niona od : – elastyczno ci ła cucha- która zale y od budowy ła cucha (budowy chemicznej, rodzaju podstawników, grup ko cowych, typu i ilo ci rozgał zie , masy cz steczkowej ) – konfiguracji. Wbudowanie do ła cucha głównego grup utrudniaj cych swobodn rotacj wpływa na wzrost temperatury topnienia. Grupami tymi s : – ugrupowania polarne, – grupy o du ej obj to ci, Wyznaczanie temperatury topnienia tworzyw sztucznych 1
C
4
4
8
C
5
F
4
4
5
4
8
C
4
5 4
DC5
5
5
5
5
5
5
C
5 8 8
4
F
8
8
8
5 F 4
5
4
¨4 C
5
8
C
8
8
398 5
C
5
4
5 8
5
8
C
4
E
@
5
8¨4
5 4 8
F
5
8 4
8
5 4 5
938¨4 C 8 ¨4
F
F
4
8
4
8
CD5 5 AB@
AB@
8
C
5
398 938
– –
8
7
2. Okre lenie podstawowych zagadnie
1 !0¢'(!%&%$" !¨¦¤¢ ) ¥ © # # ¥ © §¥£ ¡ 4 4 5
8 8
3
5
4
5
6
2
Instytut In ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad – wi zania podwójne, – struktury cykliczne. Podobny wpł ma równie sieciowanie. yw
3. Metody
3.1. Metoda wyznaczania temperatury topnienia za pomoc aparatu Boetius’a
3.1.1. Zakres stosowania metody Metoda pomiaru temperatury topnienia za pomoc aparatu Boetius’a mo e by stosowana w dla wszystkich tworzyw termoplastycznych krystalicznych i semikrystalicznych 3.1.2. Opis metody Metoda wyznaczania temperatury topnienia okre lonego tworzywa polega na obserwacji zmian struktury badanej próbki polimeru wraz ze wzrostem temperatury i zaobserwowaniu momentu kowity zanik fazy krystalicznej. (temperatury), w który nast pi cał 3.1.3. Przyrz d pomiarowy Aparat Boetius’a skł si z nast puj cych urz dze : ada • mikroskopu optycznego posiadaj cego wbudowany stolik grzejny zaopatrzony w termometr, • opornika, za pomoc którego odbywa si sterowanie temperatur stolika grzejnego, zapewniaj cy przyrost temperatury z szybko ci 40 / min., • oprzyrz dowania pomocniczego do przygotowania próbki do badania, • pokrywy szklanej. 3.1.4. Wykonanie pomiaru Przed przyst pienie do pomiaru nale y wł czy lampk wbudowan w mikroskop, tak aby próbka badanego materiał był dobrze widoczna w okularze. Na skali opornika ustawiamy maksymaln u a temperatur grzania zbli on do zakł adanej temperatury topnienia badanego polimeru. Próbk tworzywa w postaci mał ego cinka umieszczamy na szkieł podstawowym i nakrywamy szkieł ku kiem nakrywkowym, po czym próbk umieszczamy na stoliku grzejnym mikroskopu, w taki sposób, aby kraw d próbki był widoczna w polu widzenia okularu. Cał ukł przykrywamy pokryw szklan , aby a y ad wyeliminowa wpł powietrza i regulujemy ostro widzenia. Nast pnie wł czamy ogrzewanie i yw obserwujemy próbk przez mikroskop. Pocz tek topnienia okre la si na podstawie rozmycia ostro ci brzegów próbki, natomiast koniec procesu topnienia na podstawie zlania si próbki w kropl . Pomiary przeprowadzamy trzykrotnie dla ka dej próbki polimeru, przy czym za wł ciwe nale y przyj wyniki o a warto ciach nie ró ni cych si mi dzy sob o wi cej ni 2%.
4. Opracowanie wyników
Za temperatur topnienia badanego tworzywa przyjmujemy zakres temperatur: od moment dostrze enia pierwszych oznak topnienia fazy krystalicznej (rozmycie si konturów) do momentu uzyskania jednolitej kropli. Sprawozdanie z przebiegu zaj laboratoryjnych z ww tematu powinno zawiera : – opis metody, – wyniki obserwacji, rysunki odzwierciedlaj ce wygl d próbki przed i po procesie topnienia, – wnioski.
Wyznaczanie temperatury topnienia tworzyw sztucznych
2
c
i
g
c
Dfc i
c
f
f d
d
c
c
b W V a P S R Y S Y !0¢`(!%&%$X W!S¨¦¤¢G VP U T R QPI H i i g e i c i g p c i c g c g d i 9fg c f c d i c c i c c c f ¨i d i i i i c g c d c d i c d i c
c
c
h
f
i
d
q i
c
g
Instytut In ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad
5. Literatura
Wyznaczanie temperatury topnienia tworzyw sztucznych
1. 2. 3. 4.
A. Bł dzki - 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
u x w x !0¢ (!%&%$ !x¨¦¤¢r u y w vut s
3
02 Wyznaczanie temperatury topnienia tworzyw sztucznych
Instytut In ynierii Materiałowej – Zakład Tworzyw Polimerowych
Wyznaczanie temperatury topnienia tworzyw sztucznych
1. Cel wiczenia
Celem wiczenia jest zapoznanie si ze sposobem wyznaczania temperatury topnienia tworzyw termoplastycznych za pomoc aparatu Boetius’a.
Opisuj c wła ciwo ci cieplne polimerów stosuje si dwa podstawowe okre lenia: odporno cieplna termiczna mechaniczna, odporno cieplna termiczna chemiczna. Odporno cieplna termiczna mechaniczna, zwana równie fizyczn lub odwracaln , okre la temperatur graniczn , przy której polimer w okre lonych warunkach, pod wpływem obci enia traci swoj wytrzymało mechaniczn . Oznacza si j na podstawie jednej z kilku temperaturowych charakterystyk takich jak : – temperatura topnienia cz ci krystalicznych, – temperatura mi knienia polimeru, – temperatura lepkoplastycznego płyni cia bez napr enia lub pod obci eniem, – temperatura zeszklenia, – temperatura krucho ci. Odporno cieplna termiczna chemiczna okre la graniczn temperatur , przy której zachodzi zmiana struktury chemicznej, np.: rozkład, co zmienia wła ciwo ci polimeru. Jest ona nazwana równie nieodwracaln i okre la si j w pró ni, w gazie inertnym, w powietrzu, a tak e w aktywnym chemicznie otoczeniu. Do okre lenia tej odporno ci cieplnej stosowane s metody termicznej analizy ró nicowej DTA i termograwimetrii TG. Dla charakterystyki zmian stanu polimerów, które zachodz w czasie zmian temperatury stosowane s nast puj ce charakterystyczne wielko ci temperaturowe: – Tkr - temperatura krucho ci - jest to temperatura przej cia ze stanu szklistego kruchego w stan szklisty z wymuszon elastyczno ci , – Tg - temperatura zeszklenia - jest to temperatura przej cia ze stanu wysokoelastycznego w stan szklisty, obserwowana podczas chłodzenia, – Tp ,Tf - temperatura płyni cia - jest temperatura przej cia ze stanu wysokoelastycznego w stan plastyczny, ciekły, – Tt - temperatura topnienia - temperatura zmiany stanu skupienia polimeru ze stanu stałego w stan ciekły , odnosi si do polimerów krystalicznych. Temperatura topnienia jest typow temperatur termodynamiczn i dotyczy ona polimerów krystalicznych i cz ciowo krystalicznych. Podczas ogrzewania zmniejsza si stopie krystaliczno ci polimerów, gdy cz fazy krystalicznej przemienia si w faz bezpostaciow . Ta przemiana fazowa zachodzi w szerokim zakresie temperatur (10-20 ˚C). Za temperatur topnienia przyjmuje si temperatur zaniku fazy krystalicznej w polimerze. Stopiony polimer zawiera wył cznie faz bezpostaciow [1-3]. Temperatura topnienia jest uzale niona od : – elastyczno ci ła cucha- która zale y od budowy ła cucha (budowy chemicznej, rodzaju podstawników, grup ko cowych, typu i ilo ci rozgał zie , masy cz steczkowej ) – konfiguracji. Wbudowanie do ła cucha głównego grup utrudniaj cych swobodn rotacj wpływa na wzrost temperatury topnienia. Grupami tymi s : – ugrupowania polarne, – grupy o du ej obj to ci, Wyznaczanie temperatury topnienia tworzyw sztucznych 1
C
4
4
8
C
5
F
4
4
5
4
8
C
4
5 4
DC5
5
5
5
5
5
5
C
5 8 8
4
F
8
8
8
5 F 4
5
4
¨4 C
5
8
C
8
8
398 5
C
5
4
5 8
5
8
C
4
E
@
5
8¨4
5 4 8
F
5
8 4
8
5 4 5
938¨4 C 8 ¨4
F
F
4
8
4
8
CD5 5 AB@
AB@
8
C
5
398 938
– –
8
7
2. Okre lenie podstawowych zagadnie
1 !0¢'(!%&%$" !¨¦¤¢ ) ¥ © # # ¥ © §¥£ ¡ 4 4 5
8 8
3
5
4
5
6
2
Instytut In ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad – wi zania podwójne, – struktury cykliczne. Podobny wpł ma równie sieciowanie. yw
3. Metody
3.1. Metoda wyznaczania temperatury topnienia za pomoc aparatu Boetius’a
3.1.1. Zakres stosowania metody Metoda pomiaru temperatury topnienia za pomoc aparatu Boetius’a mo e by stosowana w dla wszystkich tworzyw termoplastycznych krystalicznych i semikrystalicznych 3.1.2. Opis metody Metoda wyznaczania temperatury topnienia okre lonego tworzywa polega na obserwacji zmian struktury badanej próbki polimeru wraz ze wzrostem temperatury i zaobserwowaniu momentu kowity zanik fazy krystalicznej. (temperatury), w który nast pi cał 3.1.3. Przyrz d pomiarowy Aparat Boetius’a skł si z nast puj cych urz dze : ada • mikroskopu optycznego posiadaj cego wbudowany stolik grzejny zaopatrzony w termometr, • opornika, za pomoc którego odbywa si sterowanie temperatur stolika grzejnego, zapewniaj cy przyrost temperatury z szybko ci 40 / min., • oprzyrz dowania pomocniczego do przygotowania próbki do badania, • pokrywy szklanej. 3.1.4. Wykonanie pomiaru Przed przyst pienie do pomiaru nale y wł czy lampk wbudowan w mikroskop, tak aby próbka badanego materiał był dobrze widoczna w okularze. Na skali opornika ustawiamy maksymaln u a temperatur grzania zbli on do zakł adanej temperatury topnienia badanego polimeru. Próbk tworzywa w postaci mał ego cinka umieszczamy na szkieł podstawowym i nakrywamy szkieł ku kiem nakrywkowym, po czym próbk umieszczamy na stoliku grzejnym mikroskopu, w taki sposób, aby kraw d próbki był widoczna w polu widzenia okularu. Cał ukł przykrywamy pokryw szklan , aby a y ad wyeliminowa wpł powietrza i regulujemy ostro widzenia. Nast pnie wł czamy ogrzewanie i yw obserwujemy próbk przez mikroskop. Pocz tek topnienia okre la si na podstawie rozmycia ostro ci brzegów próbki, natomiast koniec procesu topnienia na podstawie zlania si próbki w kropl . Pomiary przeprowadzamy trzykrotnie dla ka dej próbki polimeru, przy czym za wł ciwe nale y przyj wyniki o a warto ciach nie ró ni cych si mi dzy sob o wi cej ni 2%.
4. Opracowanie wyników
Za temperatur topnienia badanego tworzywa przyjmujemy zakres temperatur: od moment dostrze enia pierwszych oznak topnienia fazy krystalicznej (rozmycie si konturów) do momentu uzyskania jednolitej kropli. Sprawozdanie z przebiegu zaj laboratoryjnych z ww tematu powinno zawiera : – opis metody, – wyniki obserwacji, rysunki odzwierciedlaj ce wygl d próbki przed i po procesie topnienia, – wnioski.
Wyznaczanie temperatury topnienia tworzyw sztucznych
2
c
i
g
c
Dfc i
c
f
f d
d
c
c
b W V a P S R Y S Y !0¢`(!%&%$X W!S¨¦¤¢G VP U T R QPI H i i g e i c i g p c i c g c g d i 9fg c f c d i c c i c c c f ¨i d i i i i c g c d c d i c d i c
c
c
h
f
i
d
q i
c
g
Instytut In ynierii Materiał owej – Zakł Tworzyw Polimerowych ad
5. Literatura
Wyznaczanie temperatury topnienia tworzyw sztucznych
1. 2. 3. 4.
A. Bł dzki - 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
u x w x !0¢ (!%&%$ !x¨¦¤¢r u y w vut s
3
