Дипломна робота

Хімія і властивості термотривких полімерів

ЗМІСТ

Перелік умовних позначень…………………………………………………....5

Вступ …………………………………………………………….………….…..7

Розділ 1. Властивости термотривких полімерів………………………….….…..12

1.1. Класифікація термотривких полімерів…………………………………....12

1.2. Теплофізичні характеристики полімерів………………………………….14

1.2.1. Теплоємність……..………………………………………………..….14

1.2.2. Теплопровідність…………………………………………………......16

1.2.3. Теплостійкість і термостійкість полімерів………………………....19

1.2.4. Температурні характеристики теплостійкости і термостійкости полімерів………………………………………………………………….....29

1.3. Вплив наповнювачів на теплоємність, теплопровідність та температуропровідність полімерів…………………………………………......33

1.4. Термодинамічні характеристики теплостійких полімерів……………….35

1.5. Міцність полімерів…………………………………………………..……...37

1.6. Розчинність термостійких полімерів……………………………………....39

Розділ 2. Окремі класи термотривких полімерів……………………………...….49

2.1 Поліфенілени і поліарилени…………………………………………….…49

2.2 Поліфеніленоксиди…………………………………………………...……53

2.3. Поліфеніленсульфіди…………………………………………………...…56

2.4. Поліфеніленсульфони……………………………………………..…….59

2.5. Ароматичні поліестери……………………………………………………63

2.6. Ароматичні гетероциклічні полімери…………………………………….66

2.6.1. Полібензімідазоли……………………………………………………….67

2.6.2.Поліімідаміди……………………………………………………………..68

2.6.3.Поліоксадіазоли………………………………………………………..…69

4.6.4. Поліхіноксаліни……………………………………………………….....69

2.7. Полімери зі структурою типу графіту……………………………………70

Розділ 3. Ароматичні поліаміди та полііміди ……………………….………...71

3.1. Основи одержання високомолекулярних ароматичних поліамідів……71

3.1.1. Вихідні сполуки (мономери)………………………………………….71

3.1.2. Способи синтезу поліамідів………………………………………..…72

3.2. Будова, структура і властивости ароматичних поліамідів……………..84

3.2.1. Класифікація ароматичних поліамідів……………………….............86

3.2.2. Основні типи місткових груп в ароматичних поліамідах……….….87

3.2.3. Особливости електронної будови макромолекул…………………...90

3.2.4. Визначення молекулярної маси……………………………………....91

3.2.5. Розчинність ароматичних поліамідів………………………………...92

3.2.6. Кристалізація і впорядкованість……………………………………...94

3.2.7. Хемічні властивости поліамідів……………………………………....96

3.2.8. Термічна і термоокиснювальна деструкція………………….............98

3.3. Способи переробки ароматичного поліаміду…………………...............99

3.4. Властивости волокон на основі АПА…………………………………..102

3.4.1. Експлуатаційні властивості………………………………………….102

3.4.2. Пластичні маси……………………………………………….………103

3.4.3. Волокна……………………………………………………………….107

3.4.4. Покриття, плівки…………………………………………………..…111

3.4.5. Мембрани………………………………………………………….….112

3.4.6. Інші матеріали……………………………………………………......112

3.5. Синтез поліімідів та їх хемічна будова…………………………………113

3.5.1. Класифікація ароматичних поліімідів……………………...…….…113

3.5.2. Синтез ароматичних поліімідів …………………………….….……115

3.5.3. Хемічна будова ароматичних поліамідів……………………...........119

3.5.4. Синтез і властивости ароматичних поліамідокислот………...........121

3.5.5. Перетворення ПАК в полііміди в твердій фазі при нагрівані……..125

3.5.6. Перетворення ПАК в ПІ під впливом хемічних речовин………….127

3.6. Термічна і хемічна стійкість поліімідів………………………………...128

3.6.1. Влив хемічної будови поліімідів на їх термічну стабільність…….128

3.6.2. Теплове старіння поліімідів……………………………….……...…130

3.6.3. Стабілізація поліімідів…………………………………………….....132

3.6.4. Стійкість поліімідів до радіації, гідролізу і агресивних

cередовищ………………………………………..……………………….…133

3.7. Властивости поліімідів………………………………………………..…136

3.7.1. Поліімідні макромолекули…………………………….………….....136

3.7.2. Оптичні та електричні властивости…………………………………137

3.7.3. Температури головних переходів і хемічна будова поліамідів…...138

3.7.4. Надмолекулярна структура…………………………………….……140

3.7.5. Механічні властивости поліімідів, пружність, міцність, пластичність………………………………………………………………...143

3.7.6. Фізичні властивости………………………………………………….148

3.7.7. Фізико-механічні властивости………………………….…..……….149

3.7.8. Релаксаційні властивости …………………………………………...149

3.3.9. Теплофізичні властивости …………………………………………..151

3.8. Поліімідні матеріали і їх використання ………………….…………….151

3.8.1. Поліімідні плівки …………………………………………………….151

3.8.2 Поліімідні пластмаси, зв’язуючі і прес-порошки…………………...153

3.8.3. Поліімідні лаки і клеї………………………………………………...155

3.8.4. Поліімідні волокна…………………………………………………...157

Розділ 4. Експериментальна частина………………………………………….158

4.1. Об'єкт дослідження…………………………………………….……....158

4.2.Методи дослідження ………………………………………...…………159

4.2.1. Теплопровідність………………………………………………….….159

4.2.2. Теплоємність………………………………………………………….162

Розділ 5. Результати і обговорення …………………………………………...166

5.1. Залежність теплофізичних властивостей композиційних полімерних матерівлів від температури та вмісту дисперсного наповнювача……….166

Висновки………………………………………………………………………..176

Список використаних джерел…………………………………………………178

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ

ПКМ – полімерний композиційний матеріал;

ПІ – поліімід;

АПА – ароматичний поліамід;

ПА – поліамід;

ПАК – поліамідокислота;

ТФФ – трифенілфосфат;

ПМ – поліпіромелітімід;

ДМФ – N,N – диметилформамід;

ПМДА – діангідрид піромелітової кислоти;

БЗФДА – діангідрид 3,3?4,4?–бензофенонтетракарбонової кислоти;

МАП – моноацильні похідні діамінів;

ММР – молекулярно-масовий розподіл;

Т – температура, К;

Тс – температура склування, K;

Ттопл – температура топлення, K;

Тд – температура деструкції, К;

Тр – температура розм’якшення, K;

Ті – температурний індекс, К;

ДQ – кількість енергії у формі тепла, кДж;

Езв – енергія зв’язку, кДж/моль;

ДН – ентальпія, кДж/моль;

ДS – ентропія, кДж/моль•К;

ер – розривне відносне видовження, МПа;

е – модуль Юнга, МПа;

ур – міцність під час розриву, МПа;

евідн. – відносне видовження під час розтягу, %;

GЕ – вільна енергія системи;

л – коефіцієнт теплопровідности, Вт/м·К;

з – питома ударна в’язкість, кДж/м2;

зlg – логарифмічна в’язкість;

tg д – тангенс кута діелектричних втрат;

м – коефіцієнт тертя;

Еміцн. – електрична міцність, кВ/мм.

ВСТУП

Робота виконана в Прикарпатському національному університеті імені Василя Стефаника та Хмельницькому національному університеті.

Актуальність теми. В наш час потреба у новій техніці висуває проблему створення таких полімерів, які б володіли не тільки високою теплостійкістю, а й відповідно високою термостійкістю. Тільки з інтенсивним розвитком науки синтез термотривких полімерів став більш вдосконалений і на сьогоднішній день маємо полімери, які можуть працювати на повітрі за температури 573 К і навіть 723–773 К протягом тривалого часу. Вивчаючи хемічну будову, хемічні, фізичні та механічні властивости термотривких полімерів, чітко встановлено межі їх експлуатації. Так, полімери і конструкційні матеріали на їх основі використовуються в якости конструкційних, теплоізоляційних, герметичних і матеріалів інших призначень. Вироби на основі термотривких полімерів володіють високою міцністю, тепло- і температуропровідністю та експлуатуються у широкому інтервалі температур. Тому теплопровідність і теплоємність являються одними з найважливіших експлуатаційних характеристик полімерних матеріалів. Теплопровідність відіграє важливу роль у встановленні експлуатаційних характеристик антифрикційних полімерних матеріалів, які працюють в умовах зношування і деформації. Низька теплопровідність полімерів часто приводить до значного зростання температури у зоні тертя і виходу з ладу елементів суміжної пари. Введення в полімери наповнювачів приводить до зростання теплопровідности і, відповідно, зносостійкости матеріалу на основі термотривких полімерів.

Необхідно відмітити значення ароматичних ПІ і ПА, які завдяки своїй будові і властивостям використовуються набагато ширше, ніж, наприклад, аліфатичні. Завдяки дослідженням, аналізу цих полімерів, встановлення зв’язку між хемічною будовою і фізичними властивостями знайдено основні характеристики, які відокремлюють їх від інших полімерів і надають їм великого практичного значення.

Для вдосконалення властивостей композиційних матеріалів, задоволення вимог народного господарства і промисловости, для виготовлення нових матеріалів і покращення їх якостей залишається важливим продовжувати вивчати і досліджувати цей клас полімерів.

Окрім того, відсутність на сьогодні теорії теплопровідности полімерів і композиційних матеріалів на їх основі та існування кількох розрахункових формул теплопровідности композиційних полімерних матеріалів ставить за завдання порівняти результати експериментального і емпіричного визначення теплопровідности цих матеріалів.

Важливим залишається дослідження впливу температури та вмісту наповнювача на теплофізичні властивости композиційних матеріалів, а також визначення з емпіричних формул залежности теплопровідности композиційних матеріалів на основі ароматичного полііміду від концентрації наповнювачів.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами, наказами, рішеннями. Тема даної роботи затверджена на засіданні катедри теоретичної і прикладної хемії від 7 вересня 2009 р. (протокол №2) та на засіданні Вченої ради Інституту природничих наук від 1 грудня 2009 р. (протокол № 3).

Мета та завдання дослідження.

Предметом дослідження є властивости, структура термотривких полімерів, їх експлуатаційні властивости та теплофізичні характеристики.

Об’єктом дослідження є термотривкі полімери та композиційні матеріали на їх