АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ГАЗОПЕРЕНОСА В ОБЛУЧЕННОМ ПОЛИЭТИЛЕНЕ: ФРАКТАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ
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)
и
, (2)
где и - универсальные константы, равные 4´10-4 см3 газа/см3 полимера×см рт. ст. и 3,8´10-7 см2/с, соответственно, SМ и dM - площадь поперечного сечения и диаметр молекулы газа-диффузанта, соответственно, Df - размерность областей локализации избыточной энергии, (e/k) - силовая постоянная потенциала Леннарда-Джонса для взаимодействий газ-газ, fc - относительный свободный объем, dh - диаметр микрополости свободного объема, Dn - размерность, контролирующая процессы газопереноса, ds - спектральная размерность структуры.
Из уравнения (1) следует, что зависимость σ( ) в двойных логарифмических координатах должна быть линейной с наклоном, примерно равным Df / 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., Df = 5,4.
Далее, из уравнения (2) следует, что зависимость D(1/dM) в двойных логарифмических координатах также должна дать прямую линию с наклоном, равным 2(Dn-ds)/ds.Это условие для указанных газов и двух типов ПЭНП выполняется и величина 2(Dn-ds)/ds=6,2. Как известно, в качестве Dn могут выступать либо фpaктальная (хаусдорфова) размерность структуры df, либо Df. Поскольку df < 3, то из вышеприведенных данных следует, что Dn=Df » 5,4 для обоих типов ПЭНП - и необлученного, и облученного. Также отметим, что соответствие показателей в уравнениях (1) и (2) возможно только при ds=1,33. Как известно, диффузия газов в полимерах реализуется на молекулярном уровне и в качестве ds 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 Df и ds.
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 fc, 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 fc=0,035 для исходного ПЭНП и fc=0,048 - для облученного. Согласно кинетической концепции свободного объема увеличение fc приводит к снижению dh и оценки дали следующие значения: dh=5,08 Å для исходного ПЭНП и dh=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. |
|
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 |
Статья в формате PDF
109 KB...
07 05 2026 13:20:23
Статья в формате PDF 112 KB...
06 05 2026 4:38:17
Статья в формате PDF
192 KB...
05 05 2026 16:14:51
Статья в формате PDF
115 KB...
04 05 2026 15:38:48
Статья в формате PDF
262 KB...
03 05 2026 12:35:29
Статья в формате PDF
113 KB...
02 05 2026 7:15:26
Статья в формате PDF
253 KB...
01 05 2026 16:35:24
Статья в формате PDF
268 KB...
30 04 2026 19:44:41
С помощью комплекса ядерно-физических методов, ЯМР-спектроскопии, выявлена неоднозначная степень насыщения связанной фазы воды молекулами воды и ряда химических элементов, где основу их специфической связи представляет многослойная поляризованная структура сыворотки крови и лимфы здоровых людей, пациентов с актуальными заболеваниями. Разработана иерархическая двухуровневая модель, согласно собственной концепции сопряженного действия и эффекта энергии, системного ЭМП, энергии биохимических цикловых процессов, объединенных потоком протонов, регулируемых буферной системой и гормонами стресса.
...
29 04 2026 21:20:18
Статья в формате PDF
181 KB...
27 04 2026 9:32:52
На основе введённых функций состояния для электромагнитного поля и зарядовой функции состояния для частиц выведена полная система уравнений Максвелла для электродинамики. Показано, что закон сохранения зарядов есть следствие существования этой функции. Показано также, что в вакууме электромагнитное поле отсутствует, что подтверждает справедливость теории дальнодействия.
...
25 04 2026 19:17:53
Статья в формате PDF
125 KB...
24 04 2026 19:57:36
Статья в формате PDF
133 KB...
23 04 2026 5:16:30
Статья в формате PDF
145 KB...
20 04 2026 0:36:44
Статья в формате PDF
150 KB...
19 04 2026 14:18:30
Статья в формате PDF
126 KB...
18 04 2026 12:29:36
Статья в формате PDF
112 KB...
16 04 2026 4:42:56
Статья в формате PDF
117 KB...
15 04 2026 15:38:59
Статья в формате PDF
132 KB...
14 04 2026 8:46:20
Статья в формате PDF
111 KB...
13 04 2026 2:49:33
В работе рассмотрены термодинамические аспекты люминесцентного газового анализа. Молекулы красителя, адсорбированные на поверхности пористого вещества или внедренные в полимерную пленку, рассматриваются как система невзаимодействующих частиц, погруженная в термостат. Для относительной интенсивности флюоресценции молекул красителя получена связь с основной термодинамической хаpaктеристикой термостата – энергией Гиббса. Определены термодинамические ограничения точности газового анализа. Показано, что оптимальной основой для люминесцентного анализатора является полимерная пленка с наименьшим значением поверхностного натяжения.
...
12 04 2026 12:46:17
Статья в формате PDF
146 KB...
11 04 2026 16:12:16
Статья в формате PDF
103 KB...
09 04 2026 23:20:12
Статья в формате PDF
106 KB...
08 04 2026 14:40:39
Статья в формате PDF
120 KB...
05 04 2026 1:21:10
Статья в формате PDF
100 KB...
04 04 2026 22:25:31
Статья в формате PDF
152 KB...
03 04 2026 18:43:49
Статья в формате PDF
94 KB...
02 04 2026 8:52:53
Статья в формате PDF
303 KB...
31 03 2026 22:55:51
Статья в формате PDF
103 KB...
30 03 2026 0:40:59
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::
