Об одном методе исследования коэффициента температурного расширения полимеров

Бесплатный доступ

Рассмотрена проблема исследования деформационного отклика пленочных образцов из УФ-отверждаемых полимеров на изменение температуры, получение массивных образцов из которых затруднительно ввиду особенности их полимеризации. В работе предложена методика натурных испытаний, позволяющая определять температурную зависимость коэффициента линейного температурного расширения (КЛТР) в широком диапазоне, включающем релаксационный переход. В качестве измерительной аппаратуры использован динамический механический анализатор TA Instruments Q800 DMA с системой охлаждения жидким азотом GCA, который позволяет в широких диапазонах варьировать температуру и скорость ее изменения, с высокой точностью контролировать и измерять усилия и перемещения. Предложенные подходы применимы для любых пленочных образцов, предоставляют возможность устанавливать функциональные зависимости КЛТР не только от температуры, но и от скорости ее изменения. При этом, в отличие от традиционных методов, описанные процедуры позволяют получать корректные данные в условиях протекания релаксационных переходов с учетом влияния на эти процессы скорости изменения температуры. Значительное внимание в работе уделено калибровке измерительной аппаратуры, в частности измерению и компенсации температурной деформации оснастки. Результаты измерений сопоставлены с известными литературными источниками, данными производителей, с результатами измерений образцов с известными характеристиками и с результатами, полученными на горизонтальном дилатометре. Показано, что предложенная методика измерений корректна и обладает рядом преимуществ над традиционными методами исследования при работе с пленочными образцами или в случаях, когда необходимо учитывать влияние на КЛТР скорости изменения температуры.

Еще

Полимеры, измерение клтр, натурный эксперимент, термическая деформация, релаксационный переход, пленки

Короткий адрес: https://sciup.org/146282915

IDR: 146282915   |   DOI: 10.15593/perm.mech/2024.2.01

Список литературы Об одном методе исследования коэффициента температурного расширения полимеров

  • Бартенев, Г.М. Физика и механика полимеров: учебное пособие для втузов / Г.М. Бартенев, Ю.В. Зеленев. - М.: Высшая школа, 1983. - 391 с.
  • Wong, D. Effect of fiber coating on temperature sensitivity in polarimetric sensors / D. Wong // J. Light. Technol. - 1992. -Vol. 10, no. 6. - P. 842-846. DOI: 10.1109/50.143085
  • Polarimetric strain and pressure sensors using temperature-independent polarization maintaining optical fiber / Y. Kikuchi [et al.] // 2nd Intl Conf on Optical Fiber Sensors: OFS'84 / ed. R.T. Kersten, R. Kist. - 1984. - Vol. 0514. - P. 395. DOI: 10.1117/12.945120
  • Chang, K.S. Pressure-induced birefringence in a coated highly birefringent optical fiber / K.S. Chang // J. Light. Technol. -1990. - Vol. 8, no. 12. - P. 1850-1855. DOI: 10.1109/50.62882
  • Окоси, Т. Волоконно-оптические датчики / Т. Окоси. -Л.: Энергоатомиздат, 1990. - 256 с.
  • Suhir, E. Spring constant in the buckling of dual-coated optical fibers / E. Suhir // J. Light. Technol. - 1988. - Vol. 6, no. 7. - P. 1240-1244. DOI: 10.1109/50.4121
  • Vangheluwe, D.C.L. Exact calculation of the spring constant in the buckling of optical fibers / D.C.L. Vangheluwe // Appl. Opt. - 1984. - Vol. 23, no. 13. - P. 2045-2046. DOI: 10.1364/AO.23.002045
  • Ruffin, P.B. Sensitivity of polarization-maintaining fibers to temperature variations / P.B. Ruffin, C.C. Sung; ed. J.F. Wade, A. Tuchman. - 1991. - P. 160-167. DOI: 10.1117/12.45632
  • Low temperature characteristics of UV-curable resin coated optical fiber / N. Yoshizawa [et al.] // J. Light. Technol. - 1985. -Vol. 3, no. 4. - P. 779-784. DOI: 10.1109/JLT.1985.1074255
  • Термическое расширение полимеров при циклически изменяющейся температуре / А.И. Слуцкер [и др.] // Журнал технической физики. - 2003. - Т. 73, № 7. - С. 75-81.
  • Хувинк, Р. Химия и технология полимеров: пер. с нем. Т. 2: Промышленное получение и свойства полимеров / Р. Хувинк, А. Ставерман. - Л.: Химия, 1965. - Ч. 1. - 512 с.
  • Spencer, R.S. Volume-temperature-time relationships for polystyrene / R.S. Spencer // J. Colloid Sci. - 1949. - Vol. 4, no. 3. - P. 229-240. DOI: 10.1016/0095-8522(49)90006-9
  • Hutchinson, J.M. A simple phenomenological approach to the thermal behavior of glasses during uniform heating or cooling / J.M. Hutchinson, A.J. Kovacs // J. Polym. Sci. Polym. Phys. Ed. Wiley Online Library. - 1976. - Vol. 14, no. 9. - P. 1575-1590. DOI: 10.1002/pol.1976.180140905
  • Hutchinson, J.M. Effects of thermal history on structural recovery of glasses during isobaric heating / J.M. Hutchinson, A.J. Kovacs // Polym. Eng. Sci. Wiley Online Library. - 1984. -Vol. 24, no. 14. - P. 1087-1103. DOI: 10.1002/pen.760241404
  • Shardakov, I.N. Identification of the temperature dependence of the thermal expansion coefficient of polymers / I.N. Shardakov, A.N. Trufanov // Polymers (Basel). - 2021. -Vol. 13, no. 18. - P. 3035. DOI: 10.3390/polym13183035
  • Korolev, A. Non-Linearity of Thermosetting Polymers' and GRPs' Thermal Expanding: Experimental Study and Modeling / A. Korolev, M. Mishnev, D.V. Ulrikh // Polymers (Basel). - 2022. -Vol. 14, no. 20. - P. 4281. DOI: 10.3390/polym14204281
  • Relaxation Model of the Relations between the Elastic Modulus and Thermal Expansivity of Thermosetting Polymers and FRPs / A. Korolev [et al.] // Polymers (Basel). - 2023. - Vol. 15, no. 3. - P. 699. DOI: 10.3390/polym15030699
  • Новикова, С.И. Тепловое расширение твердых тел / С.И. Новикова. - М.: Наука, 1974. - 292 с.
  • Product Data. DeSolite DS-2015. DSM Desotech Inc. [Электронный ресурс]. - URL: https://focenter.com/wp-con-tent/uploads/documents/AngstromBond---Fiber-Optic-Center-An-gstromBond-DSM-DS-2015-UV-Cure-Secondary-Coating-(1Kg)-Fiber-Optic-Center.pdf (дата обращения: 31.03.2020).
  • Product Data. DeSolite 3471-1-152A. DSM Desotech Inc. USA, Illinois, 2015.
  • Kamasa, P. Thermal expansivity of polystyrene determined by multi-frequency dilatometry / P. Kamasa, P. Myslinski, M. Pyda // Thermochim. Acta. Elsevier. - 2005. - Vol. 433, no. 1-2. - P. 93-97. DOI: 10.1016/j.tca.2004.11.014
  • Thickness-direction coefficient of thermal expansion measurement of thin polymer films / H.M. Tong [et al.] // Rev. Sci. Instrum. -1991. - Vol. 62, no. 2. - P. 422-430. DOI: 10.1063/1.1142137
  • Thermal expansion and glass transition behaviour of thin polymer films with and without a free surface via neutron reflectometry / D.J. Pochan [et al.] // MRS Proc. Materials Research Society. - 1998. - Vol. 543. - P. 163. DOI: 10.1557/PROC-543-163
  • Kremer, F. Broadband dielectric spectroscopy on the molecular dynamics in thin polymer layers / F. Kremer, A. Serghei // Abstracts of papers of the American Chemical Society. 234th ACS National Meeting, Boston, MA, August 19-23. - 2007. - Vol. 234.
  • Beaucage, G. Ellipsometric study of the glass transition and thermal expansion coefficients of thin polymer films / G. Beau-cage, R. Composto, R.S. Stein // J. Polym. Sci. Part B Polym. Phys. -1993. - Vol. 31, no. 3. DOI: 10.1002/polb.1993.090310310
  • Capacitive scanning dilatometry and frequency-dependent thermal expansion of polymer films / C. Bauer [et al.] // Phys. Rev. E. APS. - 2000. - Vol. 61, no. 2. - P. 1755. DOI: 10.1103/PhysRevE.61.1755
  • Мазурин, О.В. Тепловое расширение стекла / О.В. Мазурин. - Л.: Наука, 1969. - 216 с.
  • Леко, В.К. Свойства кварцевого стекла / В.К. Леко, О.В. Мазурин. - Л.: Наука, 1985. - 166 с.
  • Новицкий, Л.А. Теплофизические свойства материалов при низких температурах: справочник / Л.А. Новицкий, И.Г. Кожевников. - М.: Машиностроение, 1975. - 216 с.
  • Кикоин, И.К. Таблицы физических величин: справочник / И.К. Кикоин. - М.: Атомиздат, 1976. - 1008 с.
  • ГОСТ Р 56753-2015. Пластмассы. Определение механических свойств при динамическом нагружении. Часть 11. Температура стеклования. - М., 2015.
  • International Standard ISO 6721-11:2019(E). Plastics-determination of dynamic mechanical properties-part 11: Glass transition temperature; International organization for standardization. - Geneva, Switzerland, 2019.
Еще
Статья научная