I. Полимерларнинг тузилиши ва хоссалари

IV.4. Оқимнинг структура ҳосил қилишида фазавий ўтишлар ва
ажралишлар, энергия ва масса алмашишлари

Оқимни қаттиқ полимер фазага, яъни материалга айлантириш фазавий мувозанатни силжитиш орқали амалга оширилади. Бунда материал ҳосил бўлиш зонасида (шахта, ванна, қувурчаларда) оқим билан уни ўраб турган муҳит ўртасида иссиқлик ёки масса алмашиш жараёнлари рўй беради. Умуман, барча полимер суюқликлардан қаттиқ фазали материаллар ҳосил бўлиши бўйлама ёки силижиш майдонлари тезлик градиентлари таъсирида амалга ошади. Бундай ҳолатларда материални ҳосил бўлиш зонасида оқим деформацияга учрайди ва молекулаларнинг ориентацион жипслашиши юз беради.

Материал ҳосил қилиш ва унга ишлов бериш, уни ўраб турган муҳит билан жадал равишда иссиқлик алмашишни талаб этади. Бу жараён уч механизм бўйича бориши мумкин: мажбурий конвекция (конвекция - бу иссиқликни оқим билан ўтказиш), эркин конвекция ва нур таратиш. Айрим ҳолларда иссиқлик алмашиш қиздирилаётган сирт билан туташувда бўлганда ёки иссиқлик ташувчидан буғ конденсацияси амалга ошганда ҳам руй беради.
Полимерларни атроф-муҳит билан иссиқлик алмашишида иссиқлик баланси тенгламаси умумий ҳолда қуйидаги кўринишда бўлади:


Q₁Q_фў = Q₂  Q_k  Q_n (IV.4.1)

бу ерда Q₁ - полимер суюқлик ёки қаттиқ фазали материалдан келадиган иссиқлик миқдори; Q_фў -фазавий ўтиш иссиқлиги ( полимер кристалланиш, эритувчини буғланиши); Q₂ -материал ютадиган иссиқлик миқдори; Q_k -конвекция туфайли бериладиган ёки олинадиган иссиқлик миқдори; Q_n - буғ таратишда бериладиган ва олинадиган иссиқлик миқдори.

Умумий ҳолда, фазавий ўтишлар кузатилмаётганда, полимер материал билан иссиқлик алмашишда ҳароратнинг тақсимланиши қуйидаги ифода билан аниқланади:

 = [T(r,) - T_м]/(T_o - Tм) қ f(B_i; F_o; r/r_a) (IV.4.2)

бу ерда  - ўлчамсиз ҳарорат; T(r,)- аниқ  вақт моментидаги маълум нуқтадаги ҳарорат; T_м - муҳит ҳарорати; T_o - жисмнинг бошланғич ҳарорати; B_i - Био мезони F_o - Фуре мезони; r/r_a -нисбий радиус.

Био мезони ташқи иссиқлик алмашишини ва иссиқлик ўтказувчанликга муносабатини ифодалайди ва материалнинг термик қаршилиги (r_b/_b) ни сиртдаги иссиқлик бериш термик қаршилигига нисбати билан аниқланади:

В_i = 2r_b/_b (IV.4.3)

бу ерда  - ташқи иссиқлик алмашишининг йиғинди коэффициенти: r_b-материалнинг ўлчами; _b- материалнинг иссиқлик ўтказувчанлик коэффициенти.

Фуре мезони, ўлчамсиз катталик бўлиб, иссиқлик алмашиш жараёнини вақт бўйича ўзгаришини тавсифлайди:


F_o =_b*  / C_b_br²_b (IV.4.4)

бу ерда C_b -материални иссиқлик алмашиш коэффициенти; _b -материал зичлиги;  - вақт.

Полимер материални структура ҳосил қилишида ва унга ишлов беришда масса алмашиш жараёни молекуляр диффузия (материал ичида) ва конвекция (мажбурий ёки эркин ҳолда ва муҳит ўртасида) орқали амалга ошади. Муҳит билан материал ўртасида масса алмашишда материалнинг баланс тенгламаси қуйидагича бўлади:


G₁ = G₂  G_k (IV.4.5)

бу ерда G₁- материалнинг шакллантириш эритмаси миқдори; G₂ - материал берадиган ташкил этувчилар миқдори; G_k-атроф муҳит билан конвекция ҳисобига олинадиган ёки бериладиган ташкил этувчилар миқдори. Умумий ҳолда полимер материалдаги эритувчи миқдорининг нисбий тақсимланиши қуйидагича топилади:

_m = [C(r,) - C_м]/(C_o - C_м) = f(B_im; F_om; r/r_a) (IV.4.6)

бу ерда _m - ўлчамсиз ҳарорат; C(r,)- аниқ  вақт моментидаги маълум нуқтадаги концентрация; С_м -муҳитда ташкил этувчининг келтирилган концентрацияси; С_o - жисмда ташкил этувчининг бошланғич концентрацияси; B_im - Био мезони; F_om - Фуре критерияси; k - ташкил этувчиларнинг фазалараро тақсимланиш коэффициенти.

Масса алмашиш ва иссиқлик алмашиш сунъий материалларни олишда кузатилади. Сунъий материалларни ҳосил қилиш жараёни кўп жиҳатдан полимер тизимларда фазавий ўтиш жараёнларини қандай ташкил этилишига боғлиқдир. Янги фазанинг ажралиб чиқиши икки босқични ўз ичига олади: куртакнинг пайдо бўлиши ва янги фазанинг ўсиши.

Устмолекуляр структура ҳосил қилувчи оқимдан эритувчининг ажралиб чиқиши умумий ҳолда IV.4.2-расмдаги фазавий диаграмма орқали тушунтирилади. Агар бу жараёнда молекуляр ориентация устувор бўлса, яъни кристалланиш ориентация туфайли жадаллашса, унда фазавий диаграммани бинодали юқори ҳарорат томонга, ҳамда ё кичик, ё катта концентрация томон силжийди.

IV.4.2-расм. Полимер-эритма учун фазавий диаграмма: 1-ноориентацион, нуклеация механизми; 2- ориентацион кристалланиш-спинодал механизми.

Фазавий ўтишларни ўз-ўзидан бориши изобар-изотермик потенциалнинг (G) ўзгаришига боғлиқдир, яъни чекланган ўлчамли янги фаза учун

G = S -  _i (IV.4.7)

бу ерда  - фазалар ажралиш чегарасидаги сиртий таранглик; S - фазавий ажралиш сирти;  - кимёвий потенциал; i - янги фазадаги моддаларнинг моляр сони.

Бу диаграммалардан кўриниб турибдики, ориентация туфайли юқори тартибланишга эга полимер материаллар олинади ва бу фазавий диаграммани силжитади.
IV.5. Синов саволлари
1. Уст молекуляр кристалл структура ҳосил қилувчи полимерларнинг асосий турларини айтиб беринг?
2. Уст молекуляр структура ҳосил қилувчи полимер тизимлар қандай физик ва механик талабларни бажариши лозим?
3. Полимер эритмаларини ҳосил қилишда термодинамик ва амалий мезонлар нималардан иборат?
4. Полимер тизимларда фазавий ўтиш ва ажралишлар принципларини тушунтиринг?
5. Полимерлар оқиши ва реологик хоссаларини тушунтиринг?
6. Уст молекуляр структура ҳосил қилувчи оқимда энергия ва масса алмашиши нимага асосланган?