純水(超純水)處理設(shè)備,是指水中的導(dǎo)電介質(zhì)幾乎完全去除,同時(shí)不離解的氣體、膠體以及有機(jī)物(包括細(xì)菌)也去除*很低程度的水。其電導(dǎo)率*般為0.1~0.055uS/cm,電阻率(25℃)>10×10 10^6Ω·cm ,含鹽量<0.1㎎/L.理想純水(理論上)電導(dǎo)率為0.055 uS/cm,電阻率(25℃)為18.3×10^6Ω·cm。
高聚物在高彈態(tài)(橡膠態(tài))時(shí)具有的高彈性,又稱橡膠彈性。它是相對(duì)于普彈性而言的,是高聚物區(qū)別于其他材料的*個(gè)重要.性。
高聚物在高彈態(tài)(橡膠態(tài))時(shí)具有的高彈性,又稱橡膠彈性。它是相對(duì)于普彈性而言的,是高聚物區(qū)別于其他材料的*個(gè)重要.性。所謂普彈性就是金屬或其他無(wú)機(jī)材料的屬性,即在力場(chǎng)作用下,材料產(chǎn)生瞬時(shí)的可逆形變,應(yīng)力與應(yīng)變成正比,服從胡克定律,且形變量甚小,僅為千分之幾或更小。高彈態(tài)高聚物的彈性形變則數(shù)值很大,可達(dá)百分之幾或更大。在*熱拉伸或壓縮過程中,處于高彈態(tài)的高聚物(如橡膠)的溫度能上升,金屬的溫度則下降。橡膠的彈性模量較小,約105~106牛/米2(1牛/米2=1帕),金屬模量甚高,可達(dá)1010~1011牛/米2。在平衡狀態(tài)時(shí),橡膠的彈性模量與溫度成正比,而金屬的模量則與溫度成反比。高聚物的高彈性可用熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)的觀點(diǎn)來加以闡明。
高彈性的熱力學(xué)解釋
根據(jù)熱力學(xué)定律,在外力作用下,熵、內(nèi)能和應(yīng)力、應(yīng)變有下列關(guān)系:
式中σ為應(yīng)力,T為*對(duì)溫度,L為伸長(zhǎng),S為熵,E為內(nèi)能??梢钥闯?,在恒溫拉伸下,熵隨形變的增加而減小時(shí),其減小值等于定伸長(zhǎng)下應(yīng)力隨溫度的增加而增加的量,即拉伸力正比于*對(duì)溫度,這*點(diǎn)為K.H.邁爾等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(見圖)所證實(shí)。
在215~340K的溫度范圍內(nèi),應(yīng)力隨溫度呈線性增加,而且應(yīng)力基本上正比于*對(duì)溫度,即或,因此熵的變化對(duì)橡膠的高彈性的貢獻(xiàn)是主要的。在玻璃化溫度(213K)時(shí),應(yīng)力與溫度的關(guān)系有*反轉(zhuǎn)點(diǎn),在此溫度以下或拉伸形變小于10%時(shí),應(yīng)力隨溫度的升高而下降,從而出現(xiàn)熱彈性反轉(zhuǎn)點(diǎn),這主要是固體的熱膨脹性所致,因而與內(nèi)能有關(guān)。
從橡膠*熱形變時(shí)橡膠本身的溫度上升也能看出高彈性與熵有關(guān)。橡膠*熱形變時(shí)的熱效應(yīng)ΔT可用下式計(jì)算:
(1)
式中CL為定伸下樣品的比熱容;L0和L分別為樣品的原始長(zhǎng)度和拉伸長(zhǎng)度。ΔT可由實(shí)驗(yàn)直接測(cè)定,也可由代入式(1)計(jì)算而得。試驗(yàn)值與計(jì)算值*致,證明高彈性的熱效應(yīng)是熵變所引起的。通過橡膠的熱效應(yīng)還可證明,在.初的形變階段(約10%拉伸),樣品溫度略有下降,這與橡膠在小形變時(shí)以內(nèi)能變化為主,大形變時(shí)以熵的變化為主的結(jié)論相*致。
高彈性的統(tǒng)計(jì)力學(xué)解釋
長(zhǎng)鏈分子的彈性高分子鏈的構(gòu)象統(tǒng)計(jì)理論指出,*個(gè)高分子鏈的均方末端距為,其中n為鏈的鏈節(jié)數(shù),l為每個(gè)鏈節(jié)的有效長(zhǎng)度。假定鏈?zhǔn)菬o(wú)規(guī)連接的,則當(dāng)*個(gè)高分子鏈的*端固定在坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí),另*端在r處的體積單元dτ內(nèi)出現(xiàn)的概率為:,其中。符合這種統(tǒng)計(jì)分布的高分子鏈稱為高斯鏈。
長(zhǎng)鏈分子的熵為:
S=kln【W(wǎng)(r)dτ】=C-kb2r2式中k為玻耳茲曼常數(shù);C為另*常數(shù);長(zhǎng)鏈分子拉伸時(shí)的力為:
即力與*對(duì)溫度T和鏈的末端距r成正比。
分子網(wǎng)絡(luò)的彈性
現(xiàn)從實(shí)際出發(fā)進(jìn)*步說明分子網(wǎng)絡(luò)的熵和高彈性的關(guān)系。把交聯(lián)點(diǎn)間的鏈段叫鏈,每個(gè)鏈都有兩個(gè)交聯(lián)點(diǎn),設(shè)交聯(lián)點(diǎn)間的距離(即末端距或矢量長(zhǎng)度)同樣服從高斯統(tǒng)計(jì)關(guān)系,同時(shí)假定在拉伸或未拉伸狀態(tài)的交聯(lián)點(diǎn)都固定在平衡位置,與拉伸狀態(tài)無(wú)關(guān),交聯(lián)點(diǎn)間拉伸時(shí)矢量長(zhǎng)度的分量的變化與相應(yīng)的橡膠本體尺寸大小的改變成比例(仿射形變)。如果交聯(lián)點(diǎn)的*端固定在坐標(biāo)原點(diǎn),它到另*端的矢量長(zhǎng)度為r,分量為x0、y0、z0。拉伸后的矢量為r′,坐標(biāo)為x、y、z。則x=λ1×0,y=λ2y0,z=λ3z0。式中λ1、λ2、λ3為相互垂直的三個(gè)軸向上的拉伸比,其值在拉伸方向上大于 1,在壓縮方向上小于1。假定形變時(shí)體積不變,即λ1λ2λ3=1,通過計(jì)算就可求得網(wǎng)狀分子的形變熵為:
(2)
式中N為單位體積中的鏈數(shù)。從式 (2)可求得貯能函數(shù)(形變功)為:式中,ρ為密度,Μc為交聯(lián)點(diǎn)間鏈段的分子量,R為氣體常數(shù)。另外還可求得應(yīng)力與應(yīng)變間的*般關(guān)系式為:
式中t1、t2、t3為真應(yīng)力,按拉伸時(shí)面積計(jì)算。真應(yīng)力與工程應(yīng)力f1、f2、f3(按原始截面積計(jì)算的應(yīng)力)之間的關(guān)系式為t1=λ1f1,t2=λ2f2,t3=λ3f3。式(3)、(4)、(5)、(6)均從統(tǒng)計(jì)力學(xué)導(dǎo)出,是簡(jiǎn)單而通用的公式。對(duì)于單向拉伸、雙向拉伸、簡(jiǎn)單剪切和純剪切試驗(yàn)都是合適的。在單軸拉伸或壓縮的情況下,得。
非高斯鏈的彈性 當(dāng)拉伸分?jǐn)?shù)時(shí),將引起鍵角分布的變化,使理論值與實(shí)驗(yàn)值偏離。這可以用無(wú)規(guī)連接鏈的非高斯統(tǒng)計(jì)進(jìn)行處理。當(dāng)很小時(shí),其所得結(jié)果與用長(zhǎng)鏈分子高斯統(tǒng)計(jì)所處理的結(jié)果是*致的;當(dāng)大時(shí),還應(yīng)考慮的高次項(xiàng)的影響。
橡膠的形變不純粹是上述的熵變過程,還伴隨著顯著的內(nèi)能變化,等容條件下內(nèi)能變化對(duì)應(yīng)力的貢獻(xiàn)σe可表示為:
式中為自由鏈的均方末端距。此部分貢獻(xiàn)來源于自由鏈均方末端距的溫度依賴性,只有網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)理論中所假設(shè)的條件下,即沒有這種依賴性時(shí),才沒有這部分內(nèi)能變化的貢獻(xiàn)。
實(shí)驗(yàn)表明,σe/σ或ln隨溫度增大還是減小以及變化值的大小都隨高聚物而異,有的高聚物(如天然橡膠)的鏈伸長(zhǎng)使能量提高,σe/σ 約為0.2左右;有的則相反。例如聚乙烯的伸張的反式鏈能量更低,σe/σ約為-0.4左右,而且對(duì)聚乙烯來說,在θ-溶劑的溶液中測(cè)得的和上述熱彈性效應(yīng)得到的數(shù)值是*致的。
高聚物高彈性的近期研究結(jié)果表明,高聚物高彈性理論式與實(shí)驗(yàn)偏差的分子解釋可能為非高斯效應(yīng)、內(nèi)能效應(yīng)、鍵的纏結(jié)、*逆效應(yīng)和非無(wú)規(guī)堆砌效應(yīng)。
橡膠這種材料對(duì)高分子學(xué)科的貢獻(xiàn)很大,像高聚物溶液理論,力學(xué)淞弛理論(包括化學(xué)淞弛),黏彈性理論大都是用橡膠作為研究對(duì)象的。正如上面已經(jīng)看到的,橡膠高彈性理論推導(dǎo)出的儲(chǔ)能函數(shù)W非常的簡(jiǎn)單,它只與形變參數(shù)λ和交聯(lián)結(jié)構(gòu)參數(shù)No(反映交聯(lián)度的大小)有關(guān),而與橡膠本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān),即可以不考慮組成橡膠的化學(xué)結(jié)構(gòu),只要這些高分子鏈足夠長(zhǎng)和具有足夠的柔性,能滿足前面理論提出的基本假定。
事實(shí)上,諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主Flory提出的非晶高聚物無(wú)規(guī)線團(tuán)模型(無(wú)論是在溶液中,還是在本體中,高分子鏈都采取無(wú)規(guī)線團(tuán)構(gòu)象,服從高斯分布,線團(tuán)分子之間是無(wú)規(guī)纏結(jié),任意貫穿)的重要依據(jù)之*就是橡膠高彈性的統(tǒng)計(jì)理論。橡膠高彈性理論以及由此推導(dǎo)出來的儲(chǔ)能函數(shù),應(yīng)力-應(yīng)變行為規(guī)律都是以高分子鏈為完全無(wú)規(guī)線團(tuán)為基礎(chǔ)推導(dǎo)出的。它們與橡膠的實(shí)驗(yàn)有較好的符合。并且如果在橡膠中加入*釋劑也不會(huì)改變以上關(guān)系,說明原來的非晶態(tài)高分子鏈并不存在能被進(jìn)*步溶解和拆散的局部有序結(jié)構(gòu)