1
هل مواد البولي يوريثان مقاومة لدرجات الحرارة العالية؟ بشكل عام، لا يقاوم البولي يوريثان درجات الحرارة العالية، حتى مع أنظمة PPDI التقليدية، حيث لا تتجاوز أقصى درجة حرارة له حوالي 150 درجة مئوية. قد لا تتحمل أنواع البوليستر أو البولي إيثر العادية درجات حرارة أعلى من 120 درجة مئوية. مع ذلك، يُعد البولي يوريثان بوليمرًا عالي الاستقطاب، ومقارنةً بالبلاستيك العادي، فهو أكثر مقاومة للحرارة. لذلك، يُعد تحديد نطاق درجة الحرارة لمقاومة درجات الحرارة العالية أو التمييز بين الاستخدامات المختلفة أمرًا بالغ الأهمية.
2
إذن، كيف يُمكن تحسين الاستقرار الحراري لمواد البولي يوريثان؟ الإجابة الأساسية هي زيادة تبلور المادة، مثل إيزوسيانات PPDI عالية الانتظام المذكورة سابقًا. لماذا تُحسّن زيادة تبلور البوليمر استقراره الحراري؟ الإجابة معروفة للجميع، وهي أن البنية تُحدد الخصائص. اليوم، نود أن نحاول شرح سبب تحسن الاستقرار الحراري نتيجةً لتحسين انتظام البنية الجزيئية. الفكرة الأساسية مستمدة من تعريف أو صيغة طاقة جيبس ​​الحرة، أي △G=H-ST. يُمثل الطرف الأيسر من G الطاقة الحرة، والطرف الأيمن من المعادلة H هو المحتوى الحراري، وS هي الإنتروبيا، وT هي درجة الحرارة.
3
طاقة جيبس ​​الحرة مفهوم طاقة في الديناميكا الحرارية، وغالبًا ما يكون حجمها قيمة نسبية، أي الفرق بين قيمتي البداية والنهاية، لذا يُستخدم الرمز △ أمامها، إذ لا يمكن الحصول على القيمة المطلقة أو تمثيلها مباشرةً. عندما تنخفض قيمة △G، أي عندما تكون سالبة، فهذا يعني أن التفاعل الكيميائي يمكن أن يحدث تلقائيًا أو يكون مناسبًا لتفاعل متوقع معين. ويمكن استخدام هذا أيضًا لتحديد ما إذا كان التفاعل موجودًا أو قابلًا للعكس في الديناميكا الحرارية. يمكن فهم درجة أو معدل الاختزال على أنه حركية التفاعل نفسه. H هو في الأساس المحتوى الحراري، والذي يمكن فهمه تقريبًا على أنه الطاقة الداخلية للجزيء. ويمكن تخمينه تقريبًا من المعنى السطحي للأحرف الصينية، حيث أن النار ليست...

4
S يمثل إنتروبيا النظام، وهي معروفة بشكل عام ومعناها الحرفي واضح تمامًا. ترتبط أو تُعبر عنها بدرجة الحرارة T، ومعناها الأساسي هو درجة الفوضى أو حرية النظام المجهري الصغير. عند هذه النقطة، ربما لاحظ الصديق الصغير المراقب أن درجة الحرارة T المرتبطة بالمقاومة الحرارية التي نناقشها اليوم قد ظهرت أخيرًا. دعوني أتحدث قليلاً عن مفهوم الإنتروبيا. يمكن فهم الإنتروبيا على أنها عكس التبلور. كلما زادت قيمة الإنتروبيا، زادت الفوضى وعدم التنظيم في البنية الجزيئية. كلما زاد انتظام البنية الجزيئية، كانت تبلور الجزيء أفضل. الآن، لنقطع مربعًا صغيرًا من لفافة مطاط البولي يوريثان ونعتبر المربع الصغير نظامًا كاملًا. كتلته ثابتة، بافتراض أن المربع يتكون من 100 جزيء بولي يوريثان (في الواقع، يوجد N منها)، ولأن كتلته وحجمه ثابتان تقريبًا، يمكننا تقريب △G كقيمة عددية صغيرة جدًا أو قريبة جدًا من الصفر، ثم يمكن تحويل صيغة جيبس ​​للطاقة الحرة إلى ST=H، حيث T هي درجة الحرارة، وS هي الإنتروبيا. أي أن المقاومة الحرارية لمربع البولي يوريثان الصغير تتناسب طرديًا مع المحتوى الحراري H وتتناسب عكسيًا مع الإنتروبيا S. هذه طريقة تقريبية، ومن الأفضل إضافة △ قبلها (يتم الحصول عليها من خلال المقارنة).
5
ليس من الصعب اكتشاف أن تحسين التبلور لا يقتصر على خفض قيمة الإنتروبيا فحسب، بل يزيد أيضًا من قيمة المحتوى الحراري، أي زيادة حجم الجزيء مع تقليل المقام (T = H/S)، وهو أمر واضح في زيادة درجة الحرارة T، وهي من أكثر الطرق فعاليةً وشيوعًا، سواءً كانت T هي درجة حرارة التحول الزجاجي أو درجة حرارة الانصهار. ما يجب تغييره هو أن يكون انتظام وتبلور البنية الجزيئية للمونومر، والانتظام والتبلور الكلي للتصلب الجزيئي العالي بعد التجميع، خطيين في الأساس، ويمكن أن يكونا مكافئين تقريبًا أو مفهومين خطيًا. يُساهم المحتوى الحراري H بشكل رئيسي في الطاقة الداخلية للجزيء، والطاقة الداخلية للجزيء هي نتيجة اختلاف الهياكل الجزيئية لطاقة الوضع الجزيئية المختلفة، وطاقة الوضع الجزيئي هي الجهد الكيميائي، والبنية الجزيئية منتظمة ومنتظمة، مما يعني أن طاقة الوضع الجزيئية أعلى، ويسهل حدوث ظاهرة التبلور، مثل تكثف الماء إلى جليد. بالإضافة إلى ذلك، افترضنا للتو 100 جزيء من البولي يوريثين، فإن قوى التفاعل بين هذه الجزيئات الـ 100 ستؤثر أيضًا على المقاومة الحرارية لهذه الأسطوانة الصغيرة، مثل الروابط الهيدروجينية الفيزيائية، على الرغم من أنها ليست قوية مثل الروابط الكيميائية، ولكن الرقم N كبير، والسلوك الواضح للرابطة الهيدروجينية الجزيئية نسبيًا يمكن أن يقلل من درجة الاضطراب أو يقيد نطاق حركة كل جزيء من البولي يوريثين، وبالتالي فإن الرابطة الهيدروجينية مفيدة لتحسين المقاومة الحرارية.