Тема: Механические свойства полимеров

  • Вид работы:
    Практическое задание
  • Предмет:
    Химия
  • Язык:
    Русский
  • Формат файла:
    MS Word
  • Размер файла:
    10,35 Кб
Механические свойства полимеров
Механические свойства полимеров
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Химический факультет

Кафедра высокомолекулярных соединений и коллоидной химии











Отчёт

о выполнении лабораторной работы

«Механические свойства полимеров»


Выполнила:

студентка гр. 231(2)

Шилягина Ольга




Нижний Новгород 2011 год

Цель работы:

Изучить прочность полиэтиленовой плёнки при деформации растяжения и процесс релаксации напряжения. Построение деформационной и релаксационной кривой

Реактивы и оборудование:

Разрывная машина

Вырубной нож

Механический лабораторный пресс

Микрометр

Секундомер

Теоретическая часть:

Важнейшей характеристикой полимера является его молекулярная масса (ММ). От этой величины зависят размеры макромолекул, а также многие свойства полимеров (прочность, растворимость, вязкость растворов и т. д.). Строго определенную и одинаковую ММ для каждого конкретного полимера имеют только макромолекулы природных высокомолекулярных соединений, таких, например, как белки и нуклеиновые кислоты. Синтетические полимеры состоят из макромолекул разной длины, что обусловлено цепным характером процесса их синтеза. Это специфическое свойство полимеров называется полидисперсностью, а макромолекулы одного химического состава, но с разной ММ, называются полимергомологами. В связи с этим ММ полимерного образца является усредненной величиной (). Распределение макромолекул по ММ обычно представляют в виде кривых молекулярно-массового распределения (ММР). Величина средней ММ зависит от способа усреднения, определяемого выбранной методикой определения ММ.

Среднечисловая ММ полимера n равна отношению суммарной массы макромолекул к их общему числу:


где qn(i) - числовая доля молекул с ММ Mi.

Среднемассовая ММ полимера w выражается соотношением:

w = qw(i)Mi,

где qw(i) - массовая доля молекул с ММ Mi.

Среднемассовую ММ определяют методами светорассеяния, ультрацентрифугирования, гель-проникающей хроматографии. Также для определения ММ широко используют вискозиметрический метод, который прост и не требует сложного оборудования. Он основан на зависимости относительной вязкости растворов полимеров от ММ. Среднезязкостная ММ (Mз) равна:

,

где а - эмпирическая постоянная для данной системы полимер - растворитель при определенной температуре.

Вязкость - свойство жидкости оказывать сопротивление течению, т. е. внутреннее трение. Рассмотрим жидкость, текущую ламинарно по цилиндрической трубке. У стенок трубки возникает трение. Скорость перемещения слоев жидкости максимальна вдоль оси трубки и минимальна вдоль ее стенок. Измерение вязкости основано на истечении жидкости или жидкого раствора через узкие капилляры и наблюдении за временем истечения. При условии ламинарности потока справедливо уравнение Пуазейля:

,

где r и l - радиус или длина капилляра, V - объем жидкости, протекающей через капилляр (объем шарика вискозиметра) за время t, Дp - разность давлений на концах капилляра.

Для разбавленных растворов полимеров обычно определяют относительную вязкость (зотн). Приняв равными плотности растворителя и раствора полимера в том же растворителе, рассчитывают зотн через время истечения растворителя t0 и раствора t:

зотн = t/t0

Через зотн рассчитывают удельную (зуд) и приведенную (зпр) вязкости:

зуд = зотн - 1, зпр = зуд/с,

где с - концентрация раствора полимера, выраженная в граммах на 100 мл.

Зависимость приведенной вязкости от концентрации для разбавленных растворов полимеров (зотн = 1.1 - 1.5) имеет прямолинейный характер. Экстраполируя эту зависимость к нулевой концентрации, получаем предельное значение вязкости, которое называют характеристической вязкостью. [з]:

[з] = .

Зависимость между величиной характеристической вязкости и ММ выражается формулой Хаггинса:

зпр = [з] + К[з]2с,

где K - вискозиметрическая константа Хаггинса, определяемая эмпирически.



Также для расчета ММ применяется уравнение Марка - Куна - Хаувинка, которое было получено эмпирически.

,

где К - постоянная, зависящая от природы растворителя, полимера и температуры; а - постоянная, определяемая конформацией макромолекул в растворе. Величины К и а определены для многих полимеров в различных и приведены в справочной литературы.

Практическая часть:

Для определения средневязкостной ММ полимера (полиметилметакрилата) использовали вискозиметр. Исследуемую жидкость заливали в резервуар с помощью пипетки. Вискозиметр установили вертикально в стеклянном термостате, предварительно нагретом до необходимой температуры, при этом следили за тем, чтобы расширение стеклянной трубки находилось ниже уровня воды в термостате. Перед каждым измерением исследуемую жидкость термостатировали 5 - 10 минут и ею промывали капилляр и измерительный шарик 2 - 3 раза.

Произвели измерения для раствора в ацетоне и толуоле. Полученные данные занесли в Таблицы 1 и 2.

Таблица 1. Экспериментальные данные времени истечения раствора ППМА в ацетоне различной концентрации

Объём раствора, млВремя истечения раствора, сзотн=t/t0зудотн-1С (ПММА)зпруд/С1086,11,4570,4570,0152629,941279,21,3400,3400,012726,7814761,2860,2860,010926,2316731,2350,2350,009524,7620691,1680,1680,007622,04

Данные приведены для системы метилметакрилат-ацетон при температуре 25оС, К = 0, 75*10-4, б = 0,7, время истечения растворителя (t0) 59,1 сек, Снач = 0,01526 г/дл.

Таблица 2. Экспериментальные данные времени истечения раствора ППМА в толуоле различной концентрации

Объём раствора, млВремя истечения раствора, сзотн=t/t0зудотн-1С (ПММА)зпруд/С101121,4740,4740,0110342,95121081,4210,4210,0091945,8114104,61,3760,3760,0078847,76161001,3160,3160,0068945,8120961,2630,2630,0055247,72

Данные приведены для системы метилметакрилат-толуол при температуре 40оС, К = 11,02*10-4, б = 0,49, время истечения растворителя (t0) 76,0 сек, Снач = 0,01103 г/дл.

Приведенную вязкость рассчитали по формулам:

зотн = t/t0, зуд = зотн - 1, зпр = зотн

Характеристическую вязкость рассчитали с помощью экстраполяции к нулевой концентрации графика зависимости приведенной вязкости раствора полиметилметакрилата в воде от концентрации.

Она составила 15,15 дл/г для раствора ПММА в ацетоне (Рисунок 1) и 52,21 для раствора ПММА в толуоле (Рисунок 2)

Рисунок 1. Графическая зависимость приведённой вязкости от концентрации ПММА в ацетоне

Рисунок 2. Графическая зависимость приведённой вязкости от концентрации ПММА в толуоле

Средневязкостную ММ рассчитали по уравнению Марка - Куна - Хаувинка, среднеквадратичное расстояние между концами цепи рассчитали по формуле Флори - Фокса, также рассчитали среднеквадратичный радиус инерции.


~ 37 937 908 (г/моль)


Для раствора ПММА в толуоле:

~3 483 243817 (г/моль)


Вывод

Характеристическая вязкость раствора ПММА в ацетоне составила 15,15 дл/г, средневязкостная молекулярная масса составила 37937908 г/моль, среднеквадратичное расстояние между концами цепи составило 5,87*10-5 см, среднеквадратичный радиус инерции составил 2,34*10-5

Характеристическая вязкость раствора ПММА в толуоле составила 52,21 дл/г, средневязкостная молекулярная масса составила 3483243 817 г/моль, среднеквадратичное расстояние между концами цепи составило 4*10-4 см, среднеквадратичный радиус инерции составил 1,63*10-4

молекулярный полимер вязкость ацетон

Список литературы

1.Семчиков Ю.Д., Зайцев С.Д. Введение в химию и физику полимеров. - Изд-во ННГУ, Нижний Новгород, 2007.

2.Семчиков Ю.Д. Высокомолекулярные соединения. 2003. М.: Издательский центр «Академия».

Не нашел материала для курсовой или диплома?
Пишем качественные работы
Без плагиата!