АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ГАЗОПЕРЕНОСА В ОБЛУЧЕННОМ ПОЛИЭТИЛЕНЕ: ФРАКТАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ

Авторы
Файлы

Халиков Р.М. Козлов Г.В. Статья в формате PDF 157 KB

Ранее было исследовано влияние g-излучения на структуру и процессы газопереноса в полиэтилене низкой плотности (ПЭНП). Показано, что облучение изменяет не только морфологию, но и топологию и химическую структуру полиэтилена. Это, в свою очередь, влияет на процессы газопереноса: уменьшается коэффициент диффузии D и повышается коэффициент растворимости s. Предполагается, что в результате облучения в ПЭНП возникают поперечные сшивки, несколько изменяется степень кристалличности и появляются полярные кислородосодержащие группы. При облучении полиэтилена происходит прострaнcтвенно-неравномерное образование поперечных связей, приводящее к возникновению участков полимера с высокой плотностью сшивки. Это приводит к снижению D вследствие уменьшения числа путей в полимере, через которые осуществляется диффузия, и возрастания средней длины пути диффундирующих молекул. Поскольку такая тpaктовка дана на чисто качественном уровне, то цель настоящей работы - получить количественное описание влияния сшивания полиэтилена на трaнcпорт газа в нем в рамках фpaктальной модели процессов газопереноса.

Основными уравнениями фpaктальной модели процессов газопереноса в полимерах для определения их базовых параметров являются:

, (1)

, (2)

где и - универсальные константы, равные 4´10^-4 см³ газа/см³ полимера×см рт. ст. и 3,8´10^-7 см²/с, соответственно, S_М и d_M - площадь поперечного сечения и диаметр молекулы газа-диффузанта, соответственно, D_f - размерность областей локализации избыточной энергии, (e/k) - силовая постоянная потенциала Леннарда-Джонса для взаимодействий газ-газ, f_c - относительный свободный объем, d_h - диаметр микрополости свободного объема, D_n - размерность, контролирующая процессы газопереноса, d_s - спектральная размерность структуры.

Из уравнения (1) следует, что зависимость σ( ) в двойных логарифмических координатах должна быть линейной с наклоном, примерно равным D_f/ 2 (с поправкой на ln (e/k)). Такая зависимость для 4 газов (Не, N₂, СН₄ и С₃Н₈) в случае как необлученного, так и облученного ПЭНП, как и ожидалось, дала прямую линию с наклоном ~ 2,7, т.е., D_f= 5,4.

Далее, из уравнения (2) следует, что зависимость D(1/d_M) в двойных логарифмических координатах также должна дать прямую линию с наклоном, равным 2(D_n-d_s)/d_s.Это условие для указанных газов и двух типов ПЭНП выполняется и величина 2(D_n-d_s)/d_s=6,2. Как известно, в качестве D_n могут выступать либо фpaктальная (хаусдорфова) размерность структуры d_f, либо D_f. Поскольку d_f < 3, то из вышеприведенных данных следует, что D_n=D_f» 5,4 для обоих типов ПЭНП - и необлученного, и облученного. Также отметим, что соответствие показателей в уравнениях (1) и (2) возможно только при d_s=1,33. Как известно, диффузия газов в полимерах реализуется на молекулярном уровне и в качестве d_s принимается спектральная размерность макромолекулы, которая равна 1,0 для линейной цепи и 1,33 - для сильно разветвленных (сшитых) макромолекул. В данном контексте это означает, что для разветвленного ПЭНП (как исходного, так и сшитого) диффузия газов соответствует случаю сильно разветвленных макромолекул. Это предполагает, что сшивка ПЭНП не приводит к изменению размерностей D_f и d_s.

Ранее было показано, что величина s изменяется пропорционально изменению содержания аморфной фазы в полиэтиленах. Сравнение экспериментальных величин s для необлученного и облученного ПЭНП (табл. 1) показало, что приращение s для облученного полимера одинаково для всех газов и составляет ~ 40 %. Поскольку в уравнении (1) все параметры для обоих типов ПЭНП одинаковы, то рассчитанная теоретически величина s для необлученного полиэтилена умножалась на 1,40, чтобы получить теоретическое значение растворимости для облученного ПЭНП (табл. 1).

Рассмотрим причины снижения экспериментальных величин D для облученного ПЭНП по сравнению с исходным (табл. 1). Снижение степени кристалличности К для облученного полимера означает рост содержания аморфной фазы и увеличение f_c, который оценивается из уравнения:

, (3)

где для исходного ПЭНП К=0,48, для облученного - 0,35 и n - коэффициент Пуассона, который можно определить с помощью уравнения:

. (4)

Из уравнения (3) и (4) получим f_c=0,035 для исходного ПЭНП и f_c=0,048 - для облученного. Согласно кинетической концепции свободного объема увеличение f_c приводит к снижению d_h и оценки дали следующие значения: d_h=5,08 Å для исходного ПЭНП и d_h=4,35 Å - для облученного.

Результаты расчета D согласно уравнению (1) с указанными выше параметрами показали хорошее соответствие с экспериментом (табл. 1, среднее расхождение составляет ~ 15 %). Оценка коэффициента газопроницаемости Р(Р=sD) также согласуется с экспериментальными данными (табл. 1). Таким образом, снижение коэффициента диффузии для облученного ПЭНП обусловлено изменением параметров его свободного объема по сравнению с исходным полимером.

Таблица 1. Сравнение экспериментальных и теоретических параметров процесса газопереноса для необлученного и облученного ПЭНП

Газ	Пленки из полиэтилена	D´10⁷, см²/с	s´10³, см³/см³× см рт. ст.	Р´10⁸, см³×см/см²×с×см рт. ст.	D´10⁷, см²/с	s´10³, см³/см³× см рт. ст.	Р´10⁸, см³×см/см²×с×см рт. ст.
Газ	Пленки из полиэтилена	Эксперимент			Расчет
Не	Необлученная	77	0,056	4,3	81	0,053	4,3
Не	Облученная	54	0,081	4,4	40	0,069	2,8
N₂	Необлученная	2,9	0,26	0,78	2,4	0,74	1,8
N₂	Облученная	1,9	0,35	0,70	1,14	0,96	1,1
СН₄	Необлученная	1,8	1,50	2,80	2,0	1,83	3,7
СН₄	Облученная	0,95	2,10	1,90	0,98	2,39	2,4
С₃Н₈	Необлученная	0,26	25	6,90	0,30	19,6	5,9
С₃Н₈	Облученная	0,12	34	3,90	0,14	25,5	3,6

МЕСТНЫЕ НЕТРАДИЦИОННЫЕ КОРМОВЫЕ ДОБАВКИ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ

Статья в формате PDF 139 KB...

06 10 2026 16:37:51

ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА – НОВАЯ ФОРМУЛИРОВКА И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ВЫРАЖЕНИЕ ЗАКОНА

В связи с разработкой автором «Колебательной модели нейтрального атома» с включением «мирового эфира», в которой понятия «постоянный положительный заряд атомного ядра» и «кулоновское поле» становятся излишними, встает вопрос о новой формулировке Периодического закона. Такая формулировка предлагается в данной статье, где рассматривается также проблема математического выражения Периодического закона. В статье автор использует собственный вариант «Симметричной квантовой Периодической системы нейтральных атомов (СК-ПСА)», адекватный Колебательной модели. ...

05 10 2026 13:28:20

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ПАССАЖИРСКОГО АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА В РОССИИ

Статья в формате PDF 94 KB...

04 10 2026 23:56:35

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АНАЛОГА ПЕПТИДА СЛИЯНИЯ ИЗ ГЕМАГГЛЮТИНИНА ВИРУСА ГРИППА С ФОСФОЛИПИДНЫМИ ЛИПОСОМАМИ: ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДОМ 31Р-ЯМР

Статья в формате PDF 112 KB...

03 10 2026 1:33:19

Профессиональная иноязычная коммуникация в технической сфере

Статья в формате PDF 256 KB...

02 10 2026 15:25:49

МЕТОД ПРОЕКТОВ КАК СПОСОБ РАЗВИТИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Статья в формате PDF 119 KB...

01 10 2026 4:50:54

QUANTITATIVE ESTIMATION OF EDUCATIONAL SYSTEMS QUALITY FROM POSITION OF CREATIVITY AND KNOWLEDGE VIRTUALIZATION PROCESSES

Статья в формате PDF 127 KB...

30 09 2026 7:56:34

ДИАГНОСТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ УРОВНЯ ОКСИДА АЗОТА В СЫВОРОТКЕ КРОВИ И МОЧЕ ПРИ ЛЕПТОСПИРОЗЕ

Статья в формате PDF 137 KB...

29 09 2026 13:59:21

АКТИВАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ЛИПОПЕРОКСИДАЦИИ – ЭФФЕРЕНТНОЕ ЗВЕНО ДЕЗИНТЕГРАЦИИ КЛЕТОЧНЫХ СТРУКТУР ПРИ ОСТРОЙ ГИПОКСИЧЕСКОЙ ГИПОКСИИ

Статья в формате PDF 130 KB...

28 09 2026 13:50:18

Локальная дисагрегационная тромбоцитопатия при травматических носовых кровотечениях на фоне гнойных синуитов

Статья в формате PDF 106 KB...

27 09 2026 23:46:57

РАЗВИТИЕ ТОНКОЙ МОТОРИКИ У ДЕТЕЙ С ПАТОЛОГИЕЙ ЗРЕНИЯ И РЕЧИ

Статья в формате PDF 125 KB...

26 09 2026 21:35:26

К ВОПРОСУ О ПРОБЛЕМАХ СОЦИАЛЬНО-ГИГИЕНИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ЗДОРОВЬЯ ИНТЕРНОВ

Статья в формате PDF 114 KB...

25 09 2026 5:35:20

ВОДА – НОСИТЕЛЬ ИНФОРМАЦИИ В ВОЛНОВОЙ ГЕНЕТИКЕ

Статья в формате PDF 101 KB...

24 09 2026 23:43:37

КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К ВОЗДЕЛЫВАНИЮ ГРЕЧИХИ НА ЧЕРНОЗЁМАХ ВЫЩЕЛОЧЕННЫХ

Статья в формате PDF 338 KB...

23 09 2026 13:22:59

УСЛОВИЯ КУЛЬТУРНОГО ВОЗРОЖДЕНИЯ РОССИИ: МИРОВОЙ ОПЫТ И НАЦИОНАЛЬНАЯ СПЕЦИФИКА

Статья в формате PDF 93 KB...

22 09 2026 20:20:38

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА ДИАГОНАЛЬНОЙ СЕГМЕНТАРНОЙ АМПЛИТУДОМЕТРИИ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ СПОРТСМЕНОВ

Методика диагональной сегментарной амплитудометрии, заключающаяся в регистрации амплитуды колебаний активного и реактивного сопротивления тканей человеческого организма, широко используемая в медицинской пpaктике, начинает применяться в спорте для контроля за функциональным состоянием спортсменов в различные периоды учебно-тренировочного процесса. Результаты, полученные данным методом, показывают, что различия в проводимости тканей определяются видом спорта, а также квалификацией спортсменов. Проводимость тканей более устойчива в подготовительный период по сравнению с соревновательным. Суммарная нестабильность проводимости тканей выше на соревнованиях более высокого уровня. ...