ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТА И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ТЕХНОЛОГИЮ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ КОНДЕНСАТОРНЫХ ПЛЕНОК

THERMODYNAMIC CHARACTERISTICS OF POLYETHYLENE TEREPHTHALATE AND THEIR IMPACT ON TECHNOLOGY IN THE PRODUCTION OF CAPACITOR FILMS

Tatiana Kodzasova

can. tech. Sci. associate Professor “Electronic devices” of North Caucasian of Mining and Metallurgy (State Technological University),

Russia, Republic of North Ossetia-Alania, Vladikavkaz

Vadim Kodzasov

student of electromechanicfl department of North Caucasian Institute of Mining and Metallurgy (State Technological University),

Russia, Republic of North Ossetia-Alania, Vladikavkaz

АННОТАЦИЯ

В работе показано, что создание высококачественных технологий переработки полимеров в изделия в принципе невозможно без тщательного изучения термодинамических свойств полимеров. Это показано на примере полиэтилентерефталата (лавсана) который применяется при изготовлении конденсаторных пленок.

ABSTRACT

It is shown in the article that the creation of high-quality technology of processing the polymers into products is principally impossible without a thorough study of the thermodynamic properties of polymers. It is illustrated by polyethylene terephthalate (Dacron) using in the manufacture of capacitor films.

Ключевые слова: термодинамика; лавсан; конденсаторные пленки.

Keywords: thermodynamics; polyester; capacitor film.

Пленочные электрические конденсаторы на базе лавсановых полиэтилентерефталатных (ПЭТФ) пленок широко применяются в изделиях электротехники и электроники благодаря высокой удельной емкости, хорошим электрическим свойствам и надежности. Поэтому темой данной статьи является описание термодинамических характеристик полиэтилентерефталата, без знания которых невозможна квалифицированная настройка и эксплуатация технологических линий по производству пленок.

Полиэтилентерефталат (лавсан) является сополимером диэтиленгликоля и терефталевой кислоты. Этот полимер обладает хорошими пленкообразующими свойствами. В пленочном состоянии он имеет хорошие электрические и механические свойства, что очень важно для последующих технологических переделов.

Изучение и анализ термодинамических характеристик полиэтилентерефталата (ПЭТФ) лучше всего производить на базе диаграмм дифференциального термического анализа (ДТА) [1–3]. Данные диаграммы получены на специализированном оборудовании для изучения термодинамических свойств полимеров. Полиэтилентерефталат может быть в аморфном и частично закристаллизованном состоянии, когда аморфная и кристаллические фазы сосуществуют (максимальная степень кристалличности для лавсана равна 80 %). Поэтому представлены две диаграммы дифференциального термического анализа (ДТА) для аморфного и кристаллического состояния лавсана. На рисунке 1 представлена диаграмма дифференциального термического анализа (ДТА) для аморфного лавсана.

Рисунок 1. Дифференциальный термический анализ (ДТА) аморфного полиэтилентерефталата (ПЭТФ)

Рисунок 2. Дифференциальный термический анализ (ДТА) кристаллического полиэтилентерефталата (ПЭТФ)

Рассмотрим диаграмму дифференциального термического анализа (ДТА) для аморфного полиэтилентерефталата (ПЭТФ). На данной диаграмме температура 80–90⁰С – температура стеклования Т_ст, названная так по аналогии с низкомолекулярными стеклами. Однако, данный материал не превращается в вязкотекучую жидкость, а переходит в особое, высокоэластическое состояние, характерное только для полимеров. Образец полиэтилентерефталата (ПЭТФ) в этом состоянии сохраняет и приобретает способность к очень большим обратимым деформациям (сотни процентов) при относительно небольших нагрузках. При этом при развитии больших деформаций образец полиэтилентерефталата (ПЭТФ) одновременно уменьшает свои поперечные размеры. Именно это лежит в основе формирования тонких пленок.

Важным структурным технологическим процессом является релаксация напряжений. В ходе любых упругих деформаций в образцах возникают и накапливаются внутренние механические напряжения, которые после снятия внутренних нагрузок возвращают образец в исходное состояние. Однако, при деформировании полимеров с большей степенью вероятности могут возникать ситуации, когда под воздействием теплового движения отдельные молекулы или их группы образуют локальные энергетически удобные, устойчивые структуры. Это единичные необратимые акты, автоматически приводящие к локальному снижению (релаксации) внутренних напряжений. Процесс релаксации может продолжаться в течение достаточно длительного времени, зависящем от температуры. Это время называется временем релаксации. Температура и время релаксации являются важнейшими параметрами.

Следующей важной технологической операцией является ориентация. При растяжении молекулы полимера частично распрямляются и ориентируются вдоль направления вытяжки. Чем больше вытяжка, тем больше степень ориентации. Ориентированное состояние, фиксированное путем кристаллизации, увеличивает механическую прочность результирующего продукта (пленки) во много раз.

Еще одной важной термодинамической температурой является температура кристаллизации Т_кр при 170–175⁰С. Следует напомнить, что температура кристаллизации и температура плавления никогда не совпадают. Ориентация ускоряет процесс кристаллизации и увеличивает предел степени кристаллизации до 80 %. Следующей является температура плавления. Следует обратить особое внимание на то, что температура плавления Т_пл (230⁰С) находится в непосредственной близости от температуры начала интенсивной термодеструкции Т_раз (температура разложения) (240–245⁰С) поскольку во время термодеструкции полиэтилентерефталат (ПЭТФ) полностью теряет свои технологические свойства.

Рассмотрим диаграмму кристаллического полиэтилентерефталата (ПЭТФ) (рисунок 2). На диаграмме видны только 2 термодинамические температуры, плавления (Т_пл) и термодеструкции (разложения) (Т_раз).

Кристаллизация жестко фиксирует и стабилизирует структуру пленки, подготовленную предыдущими технологическими операциями и превращает ее в надежное электротехническое (электронное) изделие – конденсаторную пленку.

Так же существует еще одно принципиально важное обстоятельство, которое должно обязательно учитываться при анализе, и состоит оно в том, что термодинамика лавсана зависит от молекулярной массы (ММ) и молекулярно-массового распределения (ММР). Для учета необходимо опытным путем определять оптимальный диапазон молекулярной массы и молекулярно-массового распределения, регламентировать его и включать в технологический паспорт входного контроля по этим параметрам.

Важность этого можно подтвердить тем, что абсолютно все перечисленные термодинамические состояния и переходы имеют место в технологическом процессе производства пленок.

Список литературы:

1. Привалко В.П. Молекулярное строение и свойства полимеров: Ленинград, Химия, 1986. – 240 с.
2. Серова В.Н. Оптические и другие материалы на основе прозрачных полимеров: монография. Казань, КГТУ, 2010. – 540 с.
3. Шепурев Э.И. Оптические свойства стеклообразных органических полимеров: ОМП. – 1986. – № 1. – С. 51–55.