Xreferat.com » Рефераты по химии » Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров

Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров

Содержание


1. Формование изделий (1,2,3,4,5,6,7)

2. Характеристики волокнистых наполнителей (8,9,10)

3. Отверждение термореактивных связующих (11,12,13,14,15,16)

4. Физико-химическое взаимодействие между связующим и наполнителем в переходных слоях(17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30)

5. Диффузионные процессы в системе «связующее-наполнитель» (31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43)

6. Структура и свойства сетчатых полимеров (44,45)

7. Материальные расчеты (46,47)

8. Статистическая обработка результатов измерений (48)

1. Рассчитать массовую скорость m , г / мин истечения расплавленного поликапроамида при линейной скорости формования v=700 м/ мин капроновой нити метрического номера N=10,7 , если плотность капрона ρ=1,14 г/ см3. Рассчитав эффективное сечение нити S,мкм2 по соотношению

S=106 / Nρ , определите условный радиус нити r.


Решение:

Толщина нити в текстах Т=1000/N=93,4 г/1000м

S=Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров≈82000 мкм2=8,2·10-4см2.

Объёмная скорость V истечения расплава V=v·S=7·104cм/мин·8,2·104см2=57,4 см3/мин

Массовая скорость истечения расплава

m=V·ρ=57,4 cм3/мин·1,14 г/см3=65,4 г/мин=1,09·10-3 кг/с

S=πr2; r=√S/π=√82000/3,14=160 мкм

Ответ: m=65,4 г/мин; r=160 мкм


2. Пользуясь законом Пуазейля m=Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров, определить поправку q, характеризующую отклонение реального полимера от ньютоновской жидкости. Принять : m=65,4 г/мин =1,09·10-3кг/с. ∆P=10кгс/см2=1,02·106Па; r=160мкм; ρ=1,14 г/см3; ℓ=1см ; η=8 Па·с

Подсчитать, во сколько раз понизилась вязкость при течении? Какова причина этого явления?


Решение:

Для расчёта величины q из указанного соотношения все входящие в него величины необходимо выразить в единицах системы СИ:

∆P=10кгс/см2=10/9,8 МПа=1,02 МПа=1,02·106Па

r=160 мкм=160·10-6м=1,6·10-4м; ρ=1,14 г/см3=1,14·10-3кг/см3=1140 кг/м3; ℓ=1см=10-2м;

q=Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров;

В начальном состоянии : η1=ηн

В конечном состоянии : η2=ηк=0,0275ηн

Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров

Ответ: q=2,75·10-2; вязкость полимера понизилась в 36 раз.


3. Найти показатель степени m в обобщённом законе течения жидкостей σ=η·γm, если при увеличении напряжения σ в 2 раза скорость деформирования γ увеличилась в 12 раз, а вязкость η жидкого полимера понизилась в 5 раз. О каких структурных изменениях в полимере свидетельствует полученное значение m?


Решение

Записываем обобщённый закон течения в начальном и конечном состояниях рассматриваемой системы:

σ1=η1γ1m

2σ1=0,2η1·12mγ1m

Почленно логарифмируем эти соотношения:

ℓgσ1=ℓgη1+mℓgγ1

ℓg2+ℓgσ1=ℓg0,2+ℓgη1+mℓg12+mℓgγ1

и вычитаем одно из другого:

ℓgσ1-ℓg2-ℓgσ1=ℓgη1+mℓgγ1-ℓg0,2-ℓgη1-mℓg12-mℓgγ1

После взаимного уничтожения некоторых слагаемых получаем алгебраическое уравнение:

+ℓg2=+mℓg12+ℓg0,2;откуда m=Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров≈0,92

Ответ: m=0,92; значение m‹1 свидетельствует об уменьшении размера надмолекулярных структур в процессе переработки полимера.


4.Найти напряжение σ, при котором вязкость расплава поликапроамида составляет η=9 Па·с при скорости деформирования γ=0,3 мин-1, если показатель степени в обобщённом законе течения σ=ηγm m=0,92.


Решение:

γ=0,3 мин-1=Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеровс-1=0,005 с-1

Применяем обобщённый закон течения:

σ=9·0,0050,92;

ℓgσ=ℓg9+0,92ℓg(5·10-3)=ℓg9+0,92ℓg5-2,760=0,954+0,92·0,699- 2,76=0,954+0,643-2,760=-1,163. Следовательно σ=10-1,163≈0,07 Па

Ответ: σ=0,07 Па


5. Вычислить среднюю массу Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеровСборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеровмежузловых цепей в сетчатом полимере, если модуль упругости при растяжении Ер=109 Па. Расчёт проводить по соотношению Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров где Т=393 К, ρ=1200 кг/м3, R=8,31 Дж/моль·К. Каково соотношение между модулями упругости при растяжении и межслоевом сдвиге?


Решение

Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров=Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров

Полученное среднее значение массы межузловых цепей Мс=12 г/моль соответствует физическим узлам ветвления (перепутывания), поскольку физические сетки значительно более частые, чем химические сетки.

Ответ: Мс=0,012 кг/моль=12 г/моль

6. Вычислить среднюю толщину d прослойки связующего при равномерном распределении однонаправленных элементарных волоконец в материале. В качестве наполнителя используется техническая нить капрон с линейной плотностью Т=90.Масса прессованного образца 40 г при массовом соотношении связующего и наполнителя 1:1. Плотность эпоксидного связующего ρсв.=1,2 г/см3, плотность капрона ρкапр =1,14 г/см3.Для расчёта применить соотношение

Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеровСборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров

d = Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров


где mсв.и mнап.- масса связующего и наполнителя в образце, г, соответственно.

Указанное соотношение получено для модели равномерного распределения армирующих волоконец в поперечном сечении образца ПКМ. При этом суммарная площадь промежуточных слоёв определяется как разность общей площади поперечного сечения образца и суммарной площади поперечных сечений армирующих волоконец.


Решение

Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров

Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров

Ответ: d≈0,07 мм=0,007 см=70 мкм

7. Определить объём V, см3, децинормального (0,1 н) раствора соляной кислоты, пошедшего на нейтрализацию основных групп, содержащихся в 1 см3 смеси эпоксидная смола ЭД-20 -отвердитель полиэтиленполиамин (ПЭПА) по соотношению


V=NСборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров(1-xэп)vэп+(NСборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров-Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеровxэпNСборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров)vотв ,


где vСборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров =1,4∙10-20; vотв=3∙10-20 объём кислоты на нейтрализацию одной функциональной группы смолы и отвердителя, см3;

NСборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров=3,6∙1020 част/см3, NСборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров=1,8∙1020 част/см3 - начальные концентрации эпоксидных групп и аминогрупп отвердителя;

xэп=0,8 – степень превращения эпоксидных групп в процессе отверждения;

n≈2 – среднее количество эпоксидных групп, связываемых одной аминогруппой отвердителя.


Решение:

Расходующаяся при титровании хлористоводородная (соляная) кислота затрачивается главным образом на нейтрализацию эпоксидных групп смолы (первое слагаемое главного соотношения) и на нейтрализацию первичных аминогрупп отвердителя (второе слагаемое).Количество подлежащих нейтрализации кислотой основных групп определяется разностью начальных количеств и прореагировавших количеств указанных функциональных групп:

V=3,6∙1020Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров0,2∙1,4∙10-20Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров(1,8∙1020Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров- 0,4∙3,6∙1020Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров

Ч3∙10-20Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров=1,008Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров+1,08Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров=2,088Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров

Ответ: V=2,088Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров

8.Вычислить продолжительность Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров,с заполнения глухих пор наполнителя эпоксидным связующим вязкостью Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров=7 Па∙с. Средняя длина пор Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров=10 мкм, глубина заполнения Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров=7 мкм, внешнее давление P1=8 МПа=8∙106 Па, начальное давление внутри поры P2=105 Па (атмосферное давление), радиус пор R=1 нм. Расчёт провести по соотношению


Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров


Что является движущей силой процесса заполнения пор, закрытых с одного конца (глухих пор)? Сформулируйте закон, который выражается используемым соотношением.


Решение:

Относительное заполнение поры Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров< 1,поэтому Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеровnСборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров< 0 есть

величина отрицательная, поэтому Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров есть разность давлений внешнего и внутри поры, то есть движущая сила процесса заполнения поры. Таким образом, продолжительность заполнения поры пропорциональна вязкости жидкого полимера и обратно пропорциональна движущей силе процесса. Для заполнения поры на 7 мкм (70% полной глубины) потребуется


Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеровСборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров


Ответ: τ=43 с

9.Вычислить толщину переходного слоя δ в системе, содержащей mсв=13 г фенольного связующего при содержании наполнителя (лавсан) 60% масс., если массовая доля переходного слоя γ=0,34.Удельная поверхность наполнителя Sуд=6 м2/г, плотность связующего ρ=1,2 г/см3. Расчёт вести по соотношению


δ=Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров ,


где m- масса связующего на 1 г наполнителя.

Что такое переходный слой и где он локализуется?Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров


Решение:

Среднюю толщину переходного слоя δ определяют как отношение объёма V переходного слоя к его поверхности, принимаемой равной поверхности наполнителя S=Sуд∙mнап (1).

Масса наполнителя mнап=Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров(2)

Величина V=Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров(3). С учетом соотношений (1-3) получаем:

δ=Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров

Ответ: δ=0,03∙10-4 см=0,03 мкм


10. Методом обращенной газовой хроматографии (ОГХ) получено, что время удерживания τ паров этанола вискозной стренговой нитью (ВСН), помещенной в колонну хроматографа, составляет τ=50,5 с. Объемная скорость газа-носителя Vг=0,3 мл/с. Объем V сорбированного нитью пара этанола вычислить по соотношению V=Vг∙(τ-τо)=Vг∙Δτ (1), где τо=15 с – время удерживания несорбируемого компонента (“мёртвое” время колонки).

Считая пары этанола идеальным газом, следует найти количество молей и количество частиц в объёме V. При расчете суммарной поверхности S волокон принять, что сорбированный этанол покрыл поверхность мономолекулярным слоем, а площадь, занимаемая одной молекулой этанола, составляет δ=20∙10-20 м2. Найти удельную поверхность ВСН Sуд=Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров (2) при массе нити m=4,618 г.

Что называют молем? Что такое удельная поверхность твердого материала?

Назовите основные части и принцип работы газового хроматографа.


Решение:

Количество молей n сорбированных паров находим с использованием объема одного моля идеального газа 22400 мл/моль: n=Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров

Количество сорбированных молекул N определяем через число Авогадро А=6,02∙1023 частиц/моль:

N=n∙AСборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров

Поверхность сорбции S определяем как площадь мономолекулярного слоя:

S=δN=δnA.

Отсюда удельная поверхность Sуд:

Sуд=Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров=Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров=Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров=Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров=Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров≈12,13 м2/г

Ответ: S=56 м2; Sуд≈12 м2/г

11. Рассматривается процесс отверждения эпоксидной смолы ЭД-20.

Температурная зависимость изобарной мольной теплоёмкости этой смолы Сролиг, Дж/моль∙К, определяется соотношением

Сролиг=595+0,47Т+0,0002Т2 (1),

а температурная зависимость изобарной мольной теплоёмкости продукта с молекулярной массой 800 (димера) имеет вид

СрпродСборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров=7019-37,9Т+0,0607Т2 (2), то же для продукта с молекулярной массой 2000: Српрод 2000=17290-93,4Т+0,15Т2 (3).

Вычислить тепловой эффект отверждения при 100°С, если при 30°С он составляет -122 кДж/моль, по соотношению:

Q373=Q303+Δαo(373-303)+Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеровΔα1(3732-3032)+Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеровΔα2(3733-3033) (4)


Решение:

В данной задаче рассматриваются две модельные реакции

2 Ол.Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеровПрод 800 (I)

5 Ол.Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеровПрод2000 (II),

где Ол.- исходный олигомер со средней молекулярной массой 400.

В соответствии с правилами термодинамики величины Δαi рассчитываются по соотношениям:

Δαi=αi прод 800- 2αiСборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеровдля реакции (I) и

Δαi=αi прод 2000- 2αiСборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеровдля реакции (II)


1.Расчёт теплового эффекта реакции (I) при 373К:

Δαo=7019-2∙595=5829

Δα1=-37,9-2∙0,466=-38,832

Δα2=0,061- 0,00042=0,0605,

При этом обязателен учет знака коэффициентов αi:

Q373=-122000Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров+5829∙70-19,416∙47320+0,02∙24076990=- 122000Дж/моль-29195 Дж/2 моль = -122000 Дж/моль –14597 Дж/моль ≈-137 кДж/моль


2.Расчёт теплового эффекта реакции (II) при 373 К:

∆αo=17290-5∙595=17290-2975=14315

∆α1=-93,36-5∙0,466=-93,36-2,33=-95,69

∆α2=0,15- 0,00021∙5=0,15-0,00105=0,14895

Q373=-122000+(14317∙70-0,5∙95,69∙47320+0,33∙0,14895∙24076990)=-122000+(1002190-2264025+1177112)=-122000+(2179302-2264025)=-122000Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров-

-84723Дж/5моль=-122000 Дж-16945Дж ≈139 кДж/мольСборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров

Ответ: Q373=-122-15=-137 кДж/моль

Q373=-122-17=-139 кДж/моль


13. Найти поверхность S наполнителя в образце массой m=21,6 г при соотношении связующего и наполнителя 3:2 по массе, если в качестве наполнителя использована капроновая нить с удельной поверхностью Sуд=10 м2/г


Решение:

Материал содержит две массовые части из пяти, то есть 40% масс.

Следовательно , масса наполнителя mнап=21,6∙0,4=8,64 г.Суммарная поверхность S всех макрочастиц наполнителя

S=mнап∙Sуд=8,642∙10Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров=86,4 м2

Ответ: S=86,4 м2

14. Найти во сколько раз кажущаяся поверхность Sрасч капроновой нити толщиной Т=2 текс, состоящей из 50 элементарных волокон, отличается от удельной поверхности Sуд=10 м2/г, плотность капрона ρ=1,14 г/см3. Элементарные волокна считать круглыми цилиндрами с поперечным сечением F=Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров мкм2.Почему удельная (истинная) поверхность значительно больше кажущейся (расчётной) поверхности?


Решение:

Общее сечение нити F=Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров=Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров=1754 мкм2

Сечение элементарного волокна Fвол=Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров=35 мкм2

Условный радиус элементарного волокна r =Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров3,34 мкм=

=3,34∙10-6 м.

Из сущности определения толщины в тексах: 2 г – 1000 м

1 г – 500 м =Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров

Поверхность круглого элементарного волокна определяется в основном как поверхность круглого цилиндра: S=Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров=6,28∙3,34∙10-6 м∙500 м =

=21∙500∙10-6 м2=10488∙10-6 м2=0,0104876 м2≈0,0105 м2

Sрасч=nS=0,0104 м2∙50=0,52 м2/г

Искомое отношение Sуд/Sрасч=Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров≈19

Большое отличие Sуд от Sрасч обусловлено тем, что при вычислении Sрасч не учитывали дефекты поверхности.

Ответ: Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров≈19

15. Исходя из выражений для средней степени превращения связующего в композиции x=xсв(1-γ)+yγ (1) и степени превращения связующего в переходном слое y=xсв+χ (2), вывести соотношение для вычисления параметра влияния χ (xсв- степень превращения связующего в объёме, γ- массовая доля связующего,образовавшего переходный слой).


Решение:

Подставив соотношение (2) в соотношение (1), получаем:

X=xсв-γxсв+γxсв+χγ

Отсюда χ=Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров

Ответ: χ=Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров


17. Степень превращения связующего y в переходном слое больше степени превращения связующего в объёме xсв на 0,18: y-xсв=χ=0,18. Пользуясь соотношением χ=(x-xсв)/γ=∆x/γ, найти массовую долю γ связующего, образовавшего переходный слой, если из кинетических результатов получено ∆x=0,10 (x-средняя степень превращения связующего в материале).Каково в этом случае влияние наполнителя на кинетику отверждения?


Решение:

Из соотношения χ=(x-xсв)/γ получаем : γ=Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров=0,55.

Из соотношений y>xсв, χ=y-xсв>0 видно, что степень превращения в переходном слое выше, чем в объёме, то есть наполнитель ускоряет отверждение.

Ответ: γ=0,55. Наполнитель ускоряет отверждение.

16. Найти скорость диффузии U=Δx/τ олигомерных молекул фенолоформальдегидной смолы к поверхности наполнителя по кинетическим данным:


τ,мин

x,масс.

доли

xсв,масс.

доли

Δx=x-xсв

(U,с-1)∙

∙105

γ

χ=Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров

30 0,33 0,30



60 0,67 0,60



90 0,90 0,80



120 0,92 0,84



150 0,94 0,88



180 0,95 0,91



210 0,96 0,94



240 0,97 0,96




Принято, что отверждение протекает в диффузионной области.Построить на миллиметровой бумаге график зависимости U(τ).Путем графического интегрирования графика U(τ) найти значения γ:

γτ=Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров и вычислить значение параметра влияния χ.Заполните таблицу.


Решение:

Величина U=Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров есть по существу скорость физико-химического взаимодействия между наполнителем и связующим.Для вычисления U продолжительность отверждения τ следует выразить в секундах. Величины Δx и U проходят через максимум, поэтому график U(τ) имеет экстремальную форму. Для графического интегрирования графика U(τ) необходимо:

определить количество массовых долей, приходящихся на 1 см2 площади графика – найти “цену” С одного квадратного сантиметра площади, ограниченной данным графиком;

выразить в квадратных сантиметрах площади Si полос, соответствующих продолжительности процесса 30;60;90;120;150;180;210;240 минут;

величина γ1=СS1; γ2=C(S1+S2); γ3=C(S1+S2+S3)…. γ8=CСборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров

Значения параметра влияния χ >1 не имеет реального смысла и обусловлены погрешностью данного метода расчёта.

Ответ: γmax=0,14; χmax=0,70


17. Определить среднюю толщину δ переходного слоя, образованного фенолоформальдегидным связующим массой m=12,96 г на поверхности S=86,4 м2 при массовой доле γ связующего, образовавшего переходный слой, γ=0,56. Плотность фенолоформальдегидного связующего ρ=1,2 г/см3.


Решение:

Средняя толщина переходного слоя определяется отношением объёма υ переходного слоя к его площади S:

δ=Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров0,07∙10-4 см=0,07 мкм

Фенолформальдегидная смола образует на поверхности волокнистых наполнителей сравнительно тонкие переходные слои: 0,03 мкм – на поверхности лавсана (задача 9), 0,07 мкм – на поверхности капрона (задача 17).

Ответ: δ=0,07 мкм

18.Определить концентрации непрореагировавших олигомеров в объёме связующего С1 и

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: