Сборник задач и расчетно-графических работ по технологии переработки полимеров
Вычислить тепловой эффект отверждения при 100°С, если при 30°С он составляет -122 кДж/моль, по соотношению:
Q373=Q303+Δαo(373-303)+Δα1(3732-3032)+Δα2(3733-3033) (4)
Решение:
В данной задаче рассматриваются две модельные реакции
2 Ол.Прод 800 (I)
5 Ол.Прод2000 (II),
где Ол.- исходный олигомер со средней молекулярной массой 400.
В соответствии с правилами термодинамики величины Δαi рассчитываются по соотношениям:
Δαi=αi прод 800- 2αiдля реакции (I) и
Δαi=αi прод 2000- 2αiдля 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=-122000+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)=-122000-
-84723Дж/5моль=-122000 Дж-16945Дж ≈139 кДж/моль
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∙10=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= мкм2.Почему удельная (истинная) поверхность значительно больше кажущейся (расчётной) поверхности?
Решение:
Общее сечение нити F===1754 мкм2
Сечение элементарного волокна Fвол==35 мкм2
Условный радиус элементарного волокна r =3,34 мкм=
=3,34∙10-6 м.
Из сущности определения толщины в тексах: 2 г – 1000 м
1 г – 500 м =
Поверхность круглого элементарного волокна определяется в основном как поверхность круглого цилиндра: S==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=≈19
Большое отличие Sуд от Sрасч обусловлено тем, что при вычислении Sрасч не учитывали дефекты поверхности.
Ответ: ≈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=
Ответ: χ=
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==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= |
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 |