RU2653153C1 - Method of polymers thermal analysis - Google Patents
Method of polymers thermal analysis Download PDFInfo
- Publication number
- RU2653153C1 RU2653153C1 RU2017100158A RU2017100158A RU2653153C1 RU 2653153 C1 RU2653153 C1 RU 2653153C1 RU 2017100158 A RU2017100158 A RU 2017100158A RU 2017100158 A RU2017100158 A RU 2017100158A RU 2653153 C1 RU2653153 C1 RU 2653153C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- polymer
- heat treatment
- sample
- electrical conductivity
- Prior art date
Links
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 110
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000002076 thermal analysis method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 69
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 claims abstract 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 10
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 abstract description 14
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 36
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 9
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 7
- 238000004455 differential thermal analysis Methods 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000013074 reference sample Substances 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/02—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating changes of state or changes of phase; by investigating sintering
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/56—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating moisture content
- G01N25/58—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating moisture content by measuring changes of properties of the material due to heat, cold or expansion
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/14—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/44—Resins; Plastics; Rubber; Leather
- G01N33/442—Resins; Plastics
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области термических методов анализа полимеров и может быть использовано для анализа электропроводности полимеров от условий его нагрева.The present invention relates to the field of thermal methods for the analysis of polymers and can be used to analyze the electrical conductivity of polymers from the conditions of its heating.
Из уровня техники известен способ термического анализа - способ испытания на электропроводность полимерных композиций [Авторское свидетельство SU 1150528 A, G01N 27/02. Способ испытания на электропроводность полимерных композиций, 11.07.1983].The prior art method of thermal analysis is known - the method of testing the electrical conductivity of polymer compositions [Copyright certificate SU 1150528 A, G01N 27/02. The method of testing the electrical conductivity of polymer compositions, 07/11/1983].
Согласно данному способу исследуемый образец полимера помещают между двумя электродами, предназначенными для измерения удельного объемного электрического сопротивления. В ходе анализа полимер расплавляют, подвергают сдвиговому напряжению и измеряют удельное объемное электрическое сопротивление.According to this method, the studied polymer sample is placed between two electrodes intended for measuring the specific volume electrical resistivity. During the analysis, the polymer is melted, subjected to shear stress, and the volume resistivity is measured.
Недостатком данного способа является перевод исследуемой полимерной композиции в плавкое состояние в диапазоне температур выше точки плавления, но ниже температуры разложения полимера. Способ применяется только к полимерам в расплавленном состоянии.The disadvantage of this method is the transfer of the investigated polymer composition to a fusible state in the temperature range above the melting point, but below the decomposition temperature of the polymer. The method applies only to polymers in the molten state.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ термического анализа - дифференциально-термический анализ (ДТА) [Альмяшев В.И., Гусаров В.В. Термические методы анализа: Учеб. пособие / А 57. СПбГЭТУ (ЛЭТИ). - СПб., 1999. - 40 с.], который основан на регистрации разности температур исследуемого вещества и инертного образца сравнения при их одновременном нагревании.Closest to the technical nature of the present invention is a method of thermal analysis - differential thermal analysis (DTA) [Almyashev V.I., Gusarov V.V. Thermal methods of analysis: Textbook. allowance / A 57. SPbGETU (LETI). - SPb., 1999. - 40 p.], Which is based on recording the temperature difference of the test substance and an inert reference sample when they are simultaneously heated.
Согласно данному способу предварительно взвешенный образец исследуемого вещества и инертный образец сравнения помещают в отдельные платиновые тигли в электропечи. Печь заполняют инертным газом для предотвращения окисления или иных нежелательных реакций. Печь разогревают до 900°C. Во время нагрева в образце могут протекать процессы, сопровождающиеся поглощением или выделением тепла, благодаря чему температуры образца и эталона начинают различаться. К таким процессам относятся перестройка кристаллической структуры в результате плавления, испарение, реакции дегидратации, диссоциации, окисление или восстановление. Результатом анализа являются так называемые ДТА-кривые - зависимости разности температур исследуемого вещества и образца сравнения от времени. При постоянном нагревании превращение в исследуемом веществе сопровождается появлением пика или впадины на кривой ДТА. Если в веществе не происходит никаких структурных изменений, то кривая нагревания имеет вид прямой. В случае протекания структурных изменений ход кривой нагревания отклоняется от прямолинейного направления вверх или вниз. Отклонение носит временный характер и прекращается по окончании процессов нагрева. Данный способ позволяет определять структурные изменения в полимере в зависимости от воздействующей температуры, которые проявляются в виде экстремумов на кривой ДТА.According to this method, a pre-weighed sample of the test substance and an inert reference sample are placed in separate platinum crucibles in an electric furnace. The furnace is filled with an inert gas to prevent oxidation or other undesirable reactions. The oven is heated to 900 ° C. During heating, processes may occur in the sample that are accompanied by absorption or evolution of heat, so that the temperatures of the sample and the reference begin to differ. Such processes include rearrangement of the crystal structure as a result of melting, evaporation, dehydration, dissociation, oxidation or reduction reactions. The result of the analysis is the so-called DTA curves - the time dependence of the temperature difference of the test substance and the reference sample. With constant heating, the transformation in the test substance is accompanied by the appearance of a peak or a depression in the DTA curve. If no structural changes occur in a substance, then the heating curve has the form of a straight line. In the case of structural changes, the course of the heating curve deviates from a straight line up or down. The deviation is temporary and stops at the end of the heating process. This method allows you to determine structural changes in the polymer depending on the temperature, which are manifested in the form of extrema on the DTA curve.
Техническим результатом изобретения является получение заданной удельной электропроводности за счет выявления структурных изменений в полимере в процессе нагрева в низкотемпературном интервале.The technical result of the invention is to obtain a given electrical conductivity by detecting structural changes in the polymer during heating in the low temperature range.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе термического анализа полимеров, включающем нагрев исходного образца полимера в инертной среде, определение и анализ его свойства за счет структурных изменений в полимере, проводят предварительную термическую обработку исходного образца полимера при температуре, лежащей в низкотемпературном интервале: начиная от 25°C до температуры термодеструкции образца полимера, и выдерживают образец полимера до 30 минут при этой температуре, переводят предварительно термически обработанный образец полимера в электропроводящее состояние путем его карбонизации до 900°C, охлаждают до 25°C, определяют удельную электропроводность карбонизованного образца полимера, проводят аналогичные действия над следующим образцом исходного полимера для других температур предварительной термической обработки из низкотемпературного интервала с шагом 5°C, строят график зависимости удельной электропроводности карбонизованных образцов полимера от температуры предварительной термической обработки из низкотемпературного интервала и по характеру зависимости удельной электропроводности карбонизованных образцов полимера от температуры предварительной термической обработки в низкотемпературном интервале судят о заданной удельной электропроводности карбонизованного полимера.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of thermal analysis of polymers, which includes heating the initial polymer sample in an inert medium, determining and analyzing its properties due to structural changes in the polymer, preliminary heat treatment of the initial polymer sample is carried out at a temperature lying in the low temperature range: starting from 25 ° C to the temperature of thermal degradation of the polymer sample, and the polymer sample is kept for up to 30 minutes at this temperature; This polymer sample is electrically conductive by carbonization to 900 ° C, cooled to 25 ° C, the specific conductivity of the carbonized polymer sample is determined, similar operations are performed on the next polymer sample for other temperatures of preliminary heat treatment from the low temperature interval with a step of 5 ° C, build a graph of the conductivity of carbonized polymer samples on the temperature of the preliminary heat treatment from the low-temperature interval and the nature of the dependence of the electrical conductivity of the carbonized polymer samples on the temperature of the preliminary heat treatment in the low temperature range is judged on the specified electrical conductivity of the carbonized polymer.
Существенным отличием заявляемого способа термического анализа полимеров является то, что проводят предварительную термическую обработку исходного образца полимера при температуре, лежащей в низкотемпературном интервале, начиная от 25°C до температуры термодеструкции образца полимера, и выдерживают образец полимера до 30 минут при этой температуре, переводят предварительно термически обработанный образец полимера в электропроводящее состояние путем его карбонизации до 900°C, охлаждают до 25°C, определяют удельную электропроводность карбонизованного образца полимера, проводят аналогичные действия над следующим образцом исходного полимера для других температур предварительной термической обработки из низкотемпературного интервала с шагом 5°C, строят график зависимости удельной электропроводности карбонизованных образцов полимера от температуры предварительной термической обработки из низкотемпературного интервала, и по характеру зависимости удельной электропроводности карбонизованных образцов полимера от температуры предварительной термической обработки в низкотемпературном интервале судят о заданной удельной электропроводности карбонизованного полимераA significant difference of the proposed method for the thermal analysis of polymers is that they carry out preliminary heat treatment of the initial polymer sample at a temperature lying in the low temperature range, ranging from 25 ° C to the temperature of thermal degradation of the polymer sample, and hold the polymer sample for up to 30 minutes at this temperature, preliminarily transfer a heat-treated polymer sample into an electrically conductive state by carbonizing it to 900 ° C; cool to 25 ° C; determine the electrical conductivity of the rbonized polymer sample, carry out similar actions on the next sample of the starting polymer for other temperatures of preliminary heat treatment from the low temperature interval with a step of 5 ° C, plot the conductivity of carbonized polymer samples on the temperature of preliminary heat treatment from the low temperature interval, and according to the nature of the dependence of the specific conductivity carbonized polymer samples from the temperature of the preliminary heat treatment in the low temperature range is judged on a given conductivity of the carbonized polymer
В результате предварительной термической обработки полимера в низкотемпературном интервале, начиная от 25°C до температуры термодеструкции, в среде азота при выдержке полимера до 30 мин происходят структурные изменения в полимере, характерные для заданной температуры предварительной термической обработки, которые затем проявляются после перевода полимера в электропроводящее состояние путем его карбонизации в виде появления электропроводности. Причем значение удельной электропроводности зависит от температуры предварительной термической обработки. Заявленных признаков с получением указанного выше результата в известном уровне техники не обнаружено, поэтому заявляемый способ термического анализа полимеров обладает существенным отличием.As a result of the preliminary heat treatment of the polymer in the low temperature range, from 25 ° C to the temperature of thermal degradation, structural changes in the polymer occur in a nitrogen medium during the exposure of the polymer for up to 30 min, which are characteristic of the given temperature of the preliminary heat treatment, which then appear after the polymer is converted to electrically state by its carbonization in the form of the appearance of electrical conductivity. Moreover, the value of electrical conductivity depends on the temperature of the preliminary heat treatment. The claimed features with obtaining the above result in the prior art were not found, therefore, the inventive method of thermal analysis of polymers has a significant difference.
Ниже представлено описание чертежей, поясняющее сущность изобретения.The following is a description of the drawings, explaining the invention.
На фиг. 1 представлен график зависимости удельной электропроводности карбонизованного полимера из полиоксадиазола (ПОД) от температуры предварительной термической обработки при времени выдержки 30 мин.In FIG. Figure 1 shows a graph of the electrical conductivity of a carbonized polymer of polyoxadiazole (POD) versus the temperature of preliminary heat treatment at a holding time of 30 minutes.
На фиг. 2 представлен график зависимости удельной электропроводности карбонизованного полимера из полиоксадиазола от температуры предварительной термической обработки при времени выдержки 10 мин.In FIG. Figure 2 shows a graph of the electrical conductivity of the carbonized polymer of polyoxadiazole versus the temperature of the preliminary heat treatment at a holding time of 10 min.
На фиг. 3 представлен график зависимости удельной электропроводности карбонизованного полимера из полиакрилонитрила (ПАН) от температуры предварительной термической обработки при времени выдержки 30 мин.In FIG. Figure 3 shows a graph of the electrical conductivity of a carbonized polyacrylonitrile polymer (PAN) versus the temperature of preliminary heat treatment at a holding time of 30 minutes.
На фиг. 4 представлен график зависимости удельной электропроводности карбонизованного полимера из полиамидобензимидазола (ПАБИ) от температуры предварительной термической обработки при времени выдержки 30 мин.In FIG. 4 is a graph of the electrical conductivity of a carbonized polymer of polyamidobenzimidazole (PABI) versus the temperature of the preliminary heat treatment at a holding time of 30 minutes.
Исходный полимер нагревают в среде азота от 25°C до первой температуры предварительной термической обработки (T1) из низкотемпературного интервала, начиная от 25°C до температуры термодеструкции образца полимера, и выдерживают до 30 мин. Верхняя граница низкотемпературного интервала соответствует температуре термодеструкции как составной части процесса карбонизации и перевода полимера в электропроводящее состояние. Экспериментально обнаружено, что 30 мин выдержки достаточно, чтобы закончились структурные изменения, которые проявляются в виде заданного значения удельной электропроводности после перевода полимера в электропроводящее состояние. При этом выдержка более 30 мин технологически не целесообразна, т.к. структурные изменения закончились при времени выдержки до 30 мин. Затем продолжают нагрев до температуры карбонизации, равной 900°C, с целью перевода образца полимера в электропроводящее состояние, естественным образом охлаждают образец полимера до 25°C. Из практики известно, что при температуре, равной 900°C и выше, заканчивается формирование углеродной турбостратной структуры при карбонизации и карбонизованный полимер (например, полиоксадиазол, полиакрилонитрил и другие) заведомо переходит в электропроводящее состояние. Нагрев свыше 900°C технологически не целесообразен в данном случае (для организации анализа), так как полимер уже находится в электропроводящем состоянии, достаточном для проведения термического анализа. После этого определяют удельную электропроводность карбонизованного образца полимера, которая по определению является величиной, обратной к электрическому сопротивлению, которое измеряют омметром модели GOM-802 фирмы GW INSTEK. При этом под удельной электропроводностью понимают электропроводность единицы объема образца полимера. Таким образом получают значение удельной электропроводности карбонизованного образца полимера при температуре предварительной термической обработки, равной T1. Затем проводят аналогичные действия над следующим образцом исходного полимера для других температур предварительной термической обработки из низкотемпературного интервала с шагом 5°C. Экспериментально обнаружено, что выбор шага в 5°C технологически достаточен для получения заданного технического результата, так как из практики известно, что структура полимера является суперпозицией аморфных и кристаллических фаз, а для аморфной фазы нет определенной температуры плавления и кристаллизации и в целом для всего полимера наблюдаются плавные изменения структуры при плавном изменении фазовых состояний и, соответственно, плавное изменение удельной электропроводности.The starting polymer is heated in a nitrogen medium from 25 ° C to the first preliminary heat treatment temperature (T 1 ) from the low temperature range, starting from 25 ° C to the temperature of thermal degradation of the polymer sample, and held for 30 minutes. The upper boundary of the low temperature interval corresponds to the temperature of thermal degradation as an integral part of the carbonization process and the transfer of the polymer into an electrically conductive state. It was experimentally found that 30 minutes of exposure is enough to complete structural changes, which manifest themselves in the form of a given value of specific conductivity after the polymer is transferred into an electrically conductive state. Moreover, exposure for more than 30 minutes is not technologically feasible, because structural changes ended with exposure time up to 30 min. Then, heating is continued to a carbonization temperature of 900 ° C, in order to transfer the polymer sample to the electrically conductive state, the polymer sample is naturally cooled to 25 ° C. It is known from practice that at a temperature of 900 ° C and above, the formation of a carbon turbostratic structure during carbonization ends and the carbonized polymer (for example, polyoxadiazole, polyacrylonitrile and others) deliberately goes into an electrically conductive state. Heating above 900 ° C is not technologically feasible in this case (for organizing the analysis), since the polymer is already in an electrically conductive state, sufficient for thermal analysis. After that, the specific conductivity of the carbonized polymer sample is determined, which by definition is the reciprocal of the electrical resistance, which is measured with a GW INSTEK model GOM-802 ohmmeter. In this case, the electrical conductivity is understood as the electrical conductivity of a unit volume of a polymer sample. Thus, the value of the electrical conductivity of the carbonized polymer sample is obtained at a temperature of preliminary heat treatment equal to T 1 . Then, similar actions are carried out on the next sample of the starting polymer for other temperatures of preliminary heat treatment from the low temperature interval with a step of 5 ° C. It was experimentally found that the choice of a step of 5 ° C is technologically sufficient to obtain a given technical result, since it is known from practice that the polymer structure is a superposition of amorphous and crystalline phases, and for the amorphous phase there is no specific melting and crystallization temperature and in general for the whole polymer smooth changes in the structure are observed with a smooth change in phase states and, accordingly, a smooth change in electrical conductivity.
После этого проводят построение зависимости удельной электропроводности карбонизованных образцов полимера от температуры предварительной термической обработки.After this, the dependence of the electrical conductivity of carbonized polymer samples on the temperature of the preliminary heat treatment is carried out.
Затем, исходя из характера зависимости удельной электропроводности карбонизованных образцов полимера от температуры предварительной термической обработки в низкотемпературном интервале, судят о заданной удельной электропроводности карбонизованного полимера.Then, based on the nature of the dependence of the electrical conductivity of the carbonized polymer samples on the temperature of the preliminary heat treatment in the low-temperature interval, a given specific electrical conductivity of the carbonized polymer is judged.
Пример 1. Исходный полимер из полиоксадиазола нагревают от 20-22°C до первой температуры предварительной термической обработки (T1=25°C) из низкотемпературного интервала, начиная от 25°C до 475°C, выдерживают 30 мин. Температура термодеструкции полиоксадиазола равна 477°C, а анализ проводится от 25°C с шагом 5°C, поэтому верхняя граница низкотемпературного интервала ограничивается температурой в 475°C. Затем продолжают нагрев до температуры карбонизации, равной 900°C, с целью перевода материала в электропроводящее состояние и естественным образом охлаждают до 25°C. После этого определяют удельную электропроводность карбонизованного образца полимера. Таким образом получают значение удельной электропроводности карбонизованного образца полимера при температуре предварительной термической обработки, равной T1. Затем проводят аналогичные действия над следующим образцом исходного полимера для других температур предварительной термической обработки из низкотемпературного интервала с шагом 5°C. После этого проводят построение зависимости удельной электропроводности карбонизованных образцов полимера от температур предварительной термической обработки (фиг. 1).Example 1. The initial polymer of polyoxadiazole is heated from 20-22 ° C to the first temperature of the preliminary heat treatment (T 1 = 25 ° C) from the low temperature interval, starting from 25 ° C to 475 ° C, incubated for 30 minutes The temperature of thermal degradation of polyoxadiazole is 477 ° C, and the analysis is carried out from 25 ° C in increments of 5 ° C, so the upper limit of the low-temperature interval is limited to a temperature of 475 ° C. Then, heating is continued to a carbonization temperature of 900 ° C in order to transfer the material to an electrically conductive state and is naturally cooled to 25 ° C. After that, the specific conductivity of the carbonized polymer sample is determined. Thus, the value of the electrical conductivity of the carbonized polymer sample is obtained at a temperature of preliminary heat treatment equal to T 1 . Then, similar actions are carried out on the next sample of the starting polymer for other temperatures of preliminary heat treatment from the low temperature interval with a step of 5 ° C. After this, the dependence of the electrical conductivity of carbonized polymer samples on the temperatures of the preliminary heat treatment is carried out (Fig. 1).
На фиг. 1 показана зависимость удельной электропроводности карбонизованного полимера из полиоксадиазола от температуры предварительной термической обработки при времени выдержки 30 мин.In FIG. Figure 1 shows the dependence of the electrical conductivity of the carbonized polymer of polyoxadiazole on the temperature of the preliminary heat treatment at a holding time of 30 minutes.
Анализ фиг. 1 показывает, что в интервалах температур предварительной термической обработки от 265 до 275°C и от 425 до 435°C наблюдаются максимальные значения удельной электропроводности. В интервалах температур от 240 до 250°C и от 300 до 320°C наблюдаются минимальные значения удельной электропроводности.The analysis of FIG. 1 shows that in the temperature ranges of preliminary heat treatment from 265 to 275 ° C and from 425 to 435 ° C, the maximum values of electrical conductivity are observed. In the temperature ranges from 240 to 250 ° C and from 300 to 320 ° C, the minimum values of electrical conductivity are observed.
Пример 2. Исходный полимер из полиоксадиазола нагревают от 20 -22°C до первой температуры предварительной термической обработки (T1=25°C) из низкотемпературного интервала, начиная от 25°C до 475°C, выдерживают 10 мин. Температура термодеструкции полиоксадиазола равна 477°C, а анализ проводится от 25°C с шагом 5°C, поэтому верхняя граница низкотемпературного интервала ограничивается температурой в 475°C. Затем продолжают нагрев до температуры карбонизации, равной 900°C, с целью перевода материала в электропроводящее состояние и естественным образом охлаждают до 25°C. После этого определяют удельную электропроводность карбонизованного образца полимера. Таким образом получают значение удельной электропроводности карбонизованного образца полимера при температуре предварительной термической обработки, равной T1. Затем проводят аналогичные действия над следующим образцом исходного полимера для других температур предварительной термической обработки из низкотемпературного интервала с шагом 5°C. После этого проводят построение зависимости удельной электропроводности карбонизованных образцов полимера от температур предварительной термической обработки (фиг. 2).Example 2. The initial polymer from polyoxadiazole is heated from 20 -22 ° C to the first temperature of the preliminary heat treatment (T 1 = 25 ° C) from the low-temperature interval, from 25 ° C to 475 ° C, incubated for 10 minutes The temperature of thermal degradation of polyoxadiazole is 477 ° C, and the analysis is carried out from 25 ° C in increments of 5 ° C, so the upper limit of the low-temperature interval is limited to a temperature of 475 ° C. Then, heating is continued to a carbonization temperature of 900 ° C in order to transfer the material to an electrically conductive state and is naturally cooled to 25 ° C. After that, the specific conductivity of the carbonized polymer sample is determined. Thus, the value of the electrical conductivity of the carbonized polymer sample is obtained at a temperature of preliminary heat treatment equal to T 1 . Then, similar actions are carried out on the next sample of the starting polymer for other temperatures of preliminary heat treatment from the low temperature interval with a step of 5 ° C. After this, the dependence of the electrical conductivity of carbonized polymer samples on the temperatures of the preliminary heat treatment is carried out (Fig. 2).
На фиг. 2 показана зависимость удельной электропроводности карбонизованного полимера из полиоксадиазола от температуры предварительной термической обработки при времени выдержки 10 мин.In FIG. Figure 2 shows the dependence of the electrical conductivity of the carbonized polymer of polyoxadiazole on the temperature of the preliminary heat treatment at a holding time of 10 min.
Анализ фиг. 2 показывает, что в интервалах температур предварительной термической обработки от 260 до 270°C и от 425 до 435°C наблюдаются максимальные значения удельной электропроводности. В интервалах температур от 245 до 255°C и от 295 до 305°C наблюдаются минимальные значения удельной электропроводности. При этом все максимумы и минимумы менее выражены, чем при выдержке 30 мин (фиг. 1). Исходя из экспериментов, было получено, что снижение времени выдержки ниже 30 мин приводит к уменьшению удельной электропроводности образцов. При этом ряд максимумов и минимумов исчезает. При выдержке 25 мин проявляются все максимумы и минимумы, но они неярко выражены. В то же время выдержка более 30 мин технологически не целесообразна, т.к. при повышении времени выдержки не происходит изменений в удельной электропроводности. Поэтому достаточным временем выдержки является 25-30 мин, но лучше использовать 30 мин. То же самое проявляется и для других полимеров (ПАН, ПАБИ).The analysis of FIG. 2 shows that in the temperature ranges of preliminary heat treatment from 260 to 270 ° C and from 425 to 435 ° C, the maximum values of electrical conductivity are observed. In the temperature ranges from 245 to 255 ° C and from 295 to 305 ° C, the minimum values of electrical conductivity are observed. Moreover, all maxima and minima are less pronounced than with a shutter speed of 30 minutes (Fig. 1). Based on the experiments, it was found that reducing the exposure time below 30 min leads to a decrease in the electrical conductivity of the samples. In this case, a number of highs and lows disappears. With a shutter speed of 25 minutes, all the highs and lows appear, but they are dimly expressed. At the same time, exposure for more than 30 minutes is not technologically feasible, because with increasing exposure time there is no change in conductivity. Therefore, a sufficient exposure time is 25-30 minutes, but it is better to use 30 minutes. The same is true for other polymers (PAN, PABI).
Пример 3. Исходный полимер из полиакрилонитрила нагревают от 20-22°C до первой температуры предварительной термической обработки (T1=25°C) из низкотемпературного интервала, начиная от 25°C до 280°C, выдерживают 30 мин. Температура термодеструкции полиакрилонитрила равна 282°C, а анализ проводится от 25°C с шагом 5°C, поэтому верхняя граница низкотемпературного интервала ограничивается температурой в 280°C. Затем продолжают нагрев до температуры карбонизации, равной 900°C, с целью перевода материала в электропроводящее состояние и естественным образом охлаждают до 25°C. После этого определяют удельную электропроводность карбонизованного образца полимера. Таким образом получается значение удельной электропроводности карбонизованного образца полимера при температуре предварительной термической обработки, равной T1. Затем проводят аналогичные действия над следующим образцом исходного полимера для других температур предварительной термической обработки из низкотемпературного интервала с шагом 5°C. После этого проводят построение зависимости удельной электропроводности карбонизованных образцов полимера от температур предварительной термической обработки (фиг. 3).Example 3. The initial polymer of polyacrylonitrile is heated from 20-22 ° C to the first temperature of the preliminary heat treatment (T 1 = 25 ° C) from the low temperature range, from 25 ° C to 280 ° C, incubated for 30 minutes The temperature of thermal degradation of polyacrylonitrile is 282 ° C, and the analysis is carried out from 25 ° C in increments of 5 ° C, so the upper limit of the low-temperature interval is limited to a temperature of 280 ° C. Then, heating is continued to a carbonization temperature of 900 ° C in order to transfer the material to an electrically conductive state and is naturally cooled to 25 ° C. After that, the specific conductivity of the carbonized polymer sample is determined. Thus, the value of the electrical conductivity of the carbonized polymer sample is obtained at a temperature of preliminary heat treatment equal to T 1 . Then, similar actions are carried out on the next sample of the starting polymer for other temperatures of preliminary heat treatment from the low temperature interval with a step of 5 ° C. After this, the dependence of the electrical conductivity of carbonized polymer samples on the temperatures of the preliminary heat treatment is carried out (Fig. 3).
На фиг. 3 показана зависимость удельной электропроводности карбонизованного полимера из полиакрилонитрила от температуры предварительной термической обработки при времени выдержки 30 мин.In FIG. Figure 3 shows the dependence of the electrical conductivity of the carbonized polyacrylonitrile polymer on the temperature of the preliminary heat treatment at a holding time of 30 minutes.
Анализ фиг. 3 показывает, что в интервале температур предварительной термической обработки от 255 до 260°C наблюдается максимальное значение удельной электропроводности. В интервале температур от 190 до 205°C наблюдается минимальное значение удельной электропроводности.The analysis of FIG. 3 shows that in the temperature range of the preliminary heat treatment from 255 to 260 ° C, the maximum value of conductivity is observed. In the temperature range from 190 to 205 ° C, the minimum value of electrical conductivity is observed.
Пример 4. Исходный полимер из полиамидобензимидазола нагревают от 20-22°C до первой температуры предварительной термической обработки (T1=25°C) из низкотемпературного интервала, начиная от 25°C до 450°C, выдерживают 30 мин. Температура термодеструкции полиамидобензимидазола равна 451°C, а анализ проводится от 25°C с шагом 5°C, поэтому верхняя граница низкотемпературного интервала ограничивается температурой в 450°C. Затем продолжают нагрев до температуры карбонизации, равной 900°C, с целью перевода материала в электропроводящее состояние и естественным образом охлаждают до 25°C. После этого определяют удельную электропроводность карбонизованного образца полимера. Таким образом получается значение удельной электропроводности карбонизованного образца полимера при температуре предварительной термической обработки, равной T1. Затем проводят аналогичные действия над следующим образцом исходного полимера для других температур предварительной термической обработки из низкотемпературного интервала с шагом 5°C. После этого проводят построение зависимости удельной электропроводности карбонизованных образцов полимера от температур предварительной термической обработки (фиг. 3).Example 4. The initial polymer from polyamidobenzimidazole is heated from 20-22 ° C to the first temperature of the preliminary heat treatment (T 1 = 25 ° C) from the low temperature range, from 25 ° C to 450 ° C, incubated for 30 minutes The temperature of thermal degradation of polyamidobenzimidazole is 451 ° C, and the analysis is carried out from 25 ° C in increments of 5 ° C; therefore, the upper boundary of the low-temperature interval is limited to a temperature of 450 ° C. Then, heating is continued to a carbonization temperature of 900 ° C in order to transfer the material to an electrically conductive state and is naturally cooled to 25 ° C. After that, the specific conductivity of the carbonized polymer sample is determined. Thus, the value of the electrical conductivity of the carbonized polymer sample is obtained at a temperature of preliminary heat treatment equal to T 1 . Then, similar actions are carried out on the next sample of the starting polymer for other temperatures of preliminary heat treatment from the low temperature interval with a step of 5 ° C. After this, the dependence of the electrical conductivity of carbonized polymer samples on the temperatures of the preliminary heat treatment is carried out (Fig. 3).
На фиг. 3 показана зависимость удельной электропроводности карбонизованного полимера из полиамидобензимидазола от температуры предварительной термической обработки при времени выдержки 30 мин.In FIG. Figure 3 shows the dependence of the electrical conductivity of the carbonized polymer of polyamidobenzimidazole on the temperature of the preliminary heat treatment at a holding time of 30 minutes.
Анализ фиг. 3 показывает, что в интервалах температур предварительной термической обработки от 260 до 265°C и от 420 до 430°C наблюдаются максимальные значения удельной электропроводности. В интервалах температур от 200 до 215°C и от 290 до 300°C наблюдаются минимальные значения удельной электропроводности.The analysis of FIG. 3 shows that in the temperature ranges of preliminary heat treatment from 260 to 265 ° C and from 420 to 430 ° C, the maximum values of specific conductivity are observed. In the temperature ranges from 200 to 215 ° C and from 290 to 300 ° C, the minimum conductivity values are observed.
Таким образом, в сравнении с прототипом заявляемый способ термического анализа полимеров обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в получении заданной удельной электропроводности за счет выявления структурных изменений в полимере в процессе нагрева в низкотемпературном интервале.Thus, in comparison with the prototype, the inventive method of thermal analysis of polymers ensures the achievement of a technical result, which consists in obtaining a given electrical conductivity by detecting structural changes in the polymer during heating in the low temperature range.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017100158A RU2653153C1 (en) | 2017-01-09 | 2017-01-09 | Method of polymers thermal analysis |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017100158A RU2653153C1 (en) | 2017-01-09 | 2017-01-09 | Method of polymers thermal analysis |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2653153C1 true RU2653153C1 (en) | 2018-05-07 |
Family
ID=62105708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017100158A RU2653153C1 (en) | 2017-01-09 | 2017-01-09 | Method of polymers thermal analysis |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2653153C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1048386A1 (en) * | 1981-11-06 | 1983-10-15 | Ленинградский технологический институт холодильной промышленности | Material heat capacity, temperature conductivity and electrical conductivity complex determination method |
| SU1150528A1 (en) * | 1983-07-11 | 1985-04-15 | Предприятие П/Я В-2913 | Method of testing polymeric compositions for electric conduction |
| SU1265142A1 (en) * | 1984-04-03 | 1986-10-23 | Предприятие П/Я М-5409 | Method of checking quality of sintering carbon materials |
| RU51229U1 (en) * | 2005-08-03 | 2006-01-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Федеральный научно-производственный центр Научно-исследовательский институт измерительных систем имени Ю.Е. Седакова" | DEVICE FOR CONTROL OF SPECIFIC VOLUME ELECTRIC RESISTANCE OF COMPOSITE ELECTRIC CONDUCTING MATERIALS |
| RU2531056C1 (en) * | 2013-06-25 | 2014-10-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Method and device for contactless measurement of specific electric resistance of metal alloy by method of rotary magnetic field |
-
2017
- 2017-01-09 RU RU2017100158A patent/RU2653153C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1048386A1 (en) * | 1981-11-06 | 1983-10-15 | Ленинградский технологический институт холодильной промышленности | Material heat capacity, temperature conductivity and electrical conductivity complex determination method |
| SU1150528A1 (en) * | 1983-07-11 | 1985-04-15 | Предприятие П/Я В-2913 | Method of testing polymeric compositions for electric conduction |
| SU1265142A1 (en) * | 1984-04-03 | 1986-10-23 | Предприятие П/Я М-5409 | Method of checking quality of sintering carbon materials |
| RU51229U1 (en) * | 2005-08-03 | 2006-01-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Федеральный научно-производственный центр Научно-исследовательский институт измерительных систем имени Ю.Е. Седакова" | DEVICE FOR CONTROL OF SPECIFIC VOLUME ELECTRIC RESISTANCE OF COMPOSITE ELECTRIC CONDUCTING MATERIALS |
| RU2531056C1 (en) * | 2013-06-25 | 2014-10-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Method and device for contactless measurement of specific electric resistance of metal alloy by method of rotary magnetic field |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | Thermally stimulated relaxation in Fe‐doped SrTiO3 systems: I. single crystals | |
| Johari et al. | Study of the low‐temperature’’transition’’in ice Ih by thermally stimulated depolarization measurements | |
| Rodriguez et al. | Full aging in spin glasses | |
| Malaspina et al. | Microcalorimetric determination of the enthalpy of sublimation of benzoic acid and anthracene | |
| DeSorbo | Calorimetric studies on annealing quenched-in defects in gold | |
| Cheng et al. | Steadily decreasing power loss of a double Schottky barrier originating from the dynamics of mobile ions with stable interface states | |
| RU2653153C1 (en) | Method of polymers thermal analysis | |
| Balanzat et al. | Resistometric detection of short-range ordering in the metallic glasses Cu50Ti50 and Ni35Ti65 | |
| CN111624128B (en) | Method for detecting residual quality of electrolyte | |
| Ocak et al. | Thermal and electrical conductivity of Sn–Ag–In alloys | |
| JP4528954B1 (en) | Method and apparatus for measuring specific heat capacity and hemispherical total emissivity of conductive samples | |
| Choudhary et al. | Dielectric relaxation in glassy Se 90 Ge x In 10-x | |
| CN105970134A (en) | Device and method using electric current high throughput to prepare metal solidification and heat treatment samples | |
| CN111595901A (en) | Device and method for measuring heat conductivity coefficient of refractory material | |
| RU2797154C1 (en) | Device for creating inhomogeneous temperature field and measuring polarization currents and temperature in it | |
| Sulejmanović et al. | Relaxation in Metallic Glass Ni_36.5Zr_63.5 | |
| Livovsky et al. | Monitoring of the temperature profile of vapour phase reflow soldering | |
| RU2563337C2 (en) | Method and device for electric furnace heater control | |
| JP3646125B2 (en) | High-temperature property testing equipment for electric furnace raw materials for alloy iron production | |
| JP2013129783A (en) | Method for estimating thermal history of dry distilled coal | |
| CN110873728A (en) | Method for testing glass transition temperature of organic electroluminescent material | |
| CN114371104B (en) | Method for quantifying crystallization temperature upper limit through basalt melt viscosity mutation | |
| SU1089048A1 (en) | Method for controlling thermal conditions of graphitization process | |
| Ogura et al. | Drift and inhomogeneity of Pt/Pd thermocouples exposed to around 1500° C | |
| CN108956663B (en) | Method for measuring carbon roasting temperature by using petroleum coke Lc value |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210110 |