ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Диффузионные процессы в полимерах из "Физико-химическая стойкость полимерных металлов в условиях эксплуатации " Исследование диффузионных процессов переноса низкомолекулярных веществ в полимерных материалах особенно интенсивно стало развиваться в последние два десятилетия (см., например, [2—5]). Наибольшее число работ посвящено исследованию газопроницаемости полимерных пленок, меньшее —диффузии и переносу жидкостей в полимерах. [c.11] В основе большинства работ по газопаропроницаемости полимерных материалов лежит феноменологический подход к рассмотрению диффузионных процессов. [c.11] При таком подходе (как и в термодинамике) не пытаются выяснить сущность молекулярных процессов, лежащих в основе диффузионных явлений. Поэтому обычно рассматривается поток низкомолекулярного компонента через определенные заданные сечения в полимерном теле и по экспериментальным данным зависимости потока J от времени и концентрации диффундирующего вещества в сечениях вычисляют характеристическую величину — коэффициент диффузии D. В этом случае при вычислении D по экспериментальным данным для различных форм потока используется математический аппарат, применяемый при решении дифференциальных уравнений диффузии, теплопередачи, химической кинетики [6, с. 11 и сл.]. [c.11] Феноменологический подход широко используется при исследовании и описании диффузионных процессов в твердых телах. Основные результаты этих исследований обобщены в монографиях [7-10]. [c.11] В общем случае движущей силой диффузии, как и большинства физико-химических процессов, является разность термодинамических или химических потенциалов. Путем перераспределения вещества система стремится к выравниванию локальных разностей потенциалов, приближаясь к термодинамическому равновесию. В более частном случае, когда внутренняя энергия диффузионной системы не подвергается существенным изменениям, движущей силой процесса можно считать разность концентраций диффундирующего вещества. [c.11] Уравнения Фика, лежащие в основе феноменологического рассмотрения диффузионных процессов, в полной мере справедливы при независимости D от концентрации и направления потока диффундирующего в теле вещества, а также при отсутствии химических реакций между веществом и телом. Постоянство D наблюдается при диффузии химически нейтральных низкомолекулярных веществ в недеформированных аморфных полимерах в области достаточно малых с. Однако при диффузии ряда органических растворителей в полимерных материалах коэс ициент диффузии не остается постоянным и экспериментально наблюдается зависимость D = / (с), особенно для полимеров в стеклообразном состоянии. [c.12] Таким образом, по экспериментальной зависимости Уб от с аналитически или графически легко определить зависимость D от с [111. [c.13] Имеются решения этого общего уравнения для ряда частных случаев бесконечного, полубесконечного и конечного тел [6, с. 18, 23, 24], что дает возможность на основе экспериментальных данных решать две группы задач, встречающихся в практике диффузионных исследований. [c.13] Одна группа задач имеет цель определить по заранее известному коэффициенту диффузии при заданных начальных и конечных граничных условиях опыта те или иные диффузионные характеристики процесса, например концентрацию диффундирующего вещества, поток вещества через какое-либо сечение, количество вещества, проникшего за определенное время в полимерное тело, и т. п. [c.13] В другой группе задач по известным характеристикам и геометрическим параметрам диффузионной системы, заданным в опыте, требуется рассчитать D. [c.13] При изучении диффузионных процессов в каждом отдельном случае целесообразно выбирать условия опыта, позволяющие пользоваться простым математическим аппаратом. Математическая трактовка задач с граничными условиями почти всегда упрощается, если границы системы могут быть перенесены в бесконечность. Это связано с тем, что многие функции, используемые при решении уравнений диффузии, стремятся при д оо к простым определенным значениям, таким, как у л-, 2я 1,0. [c.13] На практике системы для исследования диффузионных процессов имеют конечные размеры. Поэтому часто вводят понятие квазибесконечность , которое обозначает, что во время диффузионного процесса на достаточно далеком расстоянии от нулевого сечения не происходит никаких изменений системы в пределах чувствительности эксперимента [12, с. 260]. [c.14] например, при исследовании диффузионных процессов низкомолекулярных веществ в полимерных материалах методом сорбции (набухания) используют решение уравнения (1.4) для полубесконечного тела. В этом случае при диффузии вещества в направлении, перпендикулярном к телу, последнее простирается отх=Одох=оо, и поступление вещества извне в плоскость тела X = 0 идет с постоянной скоростью. [c.14] Для оценки квазибесконечности такой системы длиной I предположим, что концентрация диффундирующего вещества на границе в пределах ошибки опыта может меняться не более чем на 0,001с. Тогда из таблицы находим для Ф (//2 j/Dx) =0,999 значение //2 i/Dt = 2,33, откуда К = I//Dr = 4,66. [c.15] Соотношения (1.6) и (1.7) позволяют выбрать оптимальные условия эксперимента в зависимости от метода исследования. [c.15] Рассмотрим особенности расчета основных параметров диффузионного процесса низкомолекулярных веществ в полимерах по опытным данным, полученным с помощью этих методов. [c.15] Метод стационарного потока. В этом методе экспериментально определяют количество вещества Q, продиффун-дировавшего через полимерную мембрану известной площади А и толщиной S за определенное время т. [c.15] Коэффициент диффузии по Дейнесу—Барреру функционально связан с величиной индукционного периода т , равной отрезку, отсекаемому на оси времени продолжением стационарного участка зависимости Q (т). [c.15] При диффузии газов, насыщенных паров и жидкостей можно предположить почти мгновенное насыщение начального слоя полимерной мембраны при первичном контакте ее с диффундирующим веществом. В этом случае влиянием временных эффектов насыщения, связанных с релаксационными процессами набухания, пренебрегают [16]. [c.16] Вернуться к основной статье