1
Jsou polyuretanové materiály odolné vůči vysokým teplotám? Polyuretan obecně není odolný vůči vysokým teplotám, a to i u běžného systému PPDI může být jeho maximální teplotní limit pouze kolem 150 °C. Běžné polyesterové nebo polyetherové typy nemusí být schopny odolat teplotám nad 120 °C. Polyuretan je však vysoce polární polymer a ve srovnání s běžnými plasty je odolnější vůči teplu. Proto je definování teplotního rozsahu pro odolnost vůči vysokým teplotám nebo rozlišení různých použití velmi důležité.
2
Jak tedy lze zlepšit tepelnou stabilitu polyuretanových materiálů? Základní odpovědí je zvýšení krystalinity materiálu, jako je například vysoce regulární PPDI isokyanát zmíněný dříve. Proč zvýšení krystalinity polymeru zlepšuje jeho tepelnou stabilitu? Odpověď je v podstatě známá každému, a to znamená, že struktura určuje vlastnosti. Dnes bychom se rádi pokusili vysvětlit, proč zlepšení pravidelnosti molekulární struktury vede ke zlepšení tepelné stability. Základní myšlenka vychází z definice nebo vzorce Gibbsovy volné energie, tj. △G=H-ST. Levá strana G představuje volnou energii a pravá strana rovnice H je entalpie, S je entropie a T je teplota.
3
Gibbsova volná energie je energetický koncept v termodynamice a její velikost je často relativní hodnota, tj. rozdíl mezi počáteční a koncovou hodnotou, proto se před ní používá symbol △, protože absolutní hodnotu nelze přímo získat ani reprezentovat. Když △G klesá, tj. je-li záporné, znamená to, že chemická reakce může probíhat spontánně nebo je příznivá pro určitou očekávanou reakci. To lze také použít k určení, zda reakce existuje nebo je v termodynamice reverzibilní. Stupeň nebo rychlost redukce lze chápat jako kinetiku samotné reakce. H je v podstatě entalpie, kterou lze přibližně chápat jako vnitřní energii molekuly. Lze ji zhruba odhadnout z povrchního významu čínských znaků, protože oheň není...

4
S představuje entropii systému, která je obecně známá a její doslovný význam je zcela jasný. Vztahuje se k teplotě T nebo je vyjádřena pomocí teploty T a jejím základním významem je stupeň neuspořádanosti nebo volnosti mikroskopického malého systému. V tomto bodě si pozorný malý přítel možná všiml, že se konečně objevila teplota T související s tepelným odporem, o kterém dnes diskutujeme. Dovolte mi, abych se trochu rozpovídal o konceptu entropie. Entropii lze hloupě chápat jako opak krystalinity. Čím vyšší je hodnota entropie, tím je molekulární struktura neuspořádanější a chaotičtější. Čím vyšší je pravidelnost molekulární struktury, tím lepší je krystalinita molekuly. Nyní si z polyuretanové gumové rolky vystřihněme malý čtvereček a budeme jej považovat za kompletní systém. Jeho hmotnost je pevná, za předpokladu, že čtverec se skládá ze 100 molekul polyuretanu (ve skutečnosti jich je N mnoho), protože jeho hmotnost a objem se v podstatě nemění, můžeme aproximovat △G jako velmi malou číselnou hodnotu nebo nekonečně blízkou nule, pak lze Gibbsův vzorec pro volnou energii transformovat na ST=H, kde T je teplota a S je entropie. To znamená, že tepelný odpor malého polyuretanového čtverce je úměrný entalpii H a nepřímo úměrný entropii S. Samozřejmě se jedná o přibližnou metodu a je nejlepší před něj přidat △ (získané porovnáním).
5
Není těžké zjistit, že zlepšení krystalinity může nejen snížit hodnotu entropie, ale také zvýšit hodnotu entalpie, tj. zvětšit molekulu a zároveň snížit jmenovatel (T = H/S), což je zřejmé pro zvýšení teploty T, a je to jedna z nejúčinnějších a nejběžnějších metod, bez ohledu na to, zda je T teplota skelného přechodu nebo teplota tání. Je třeba zvážit, že pravidelnost a krystalinita molekulární struktury monomeru a celková pravidelnost a krystalinita vysokomolekulárního tuhnutí po agregaci jsou v podstatě lineární, což lze přibližně shodovat nebo chápat lineárně. Entalpie H je dána hlavně vnitřní energií molekuly a vnitřní energie molekuly je výsledkem různých molekulárních struktur s různou molekulární potenciální energií a molekulární potenciální energie je chemický potenciál, molekulární struktura je pravidelná a uspořádaná, což znamená, že molekulární potenciální energie je vyšší a je snazší vyvolat krystalizační jevy, jako je kondenzace vody na led. Kromě toho jsme předpokládali 100 molekul polyuretanu. Interakční síly mezi těmito 100 molekulami také ovlivní tepelný odpor tohoto malého válečku, například fyzické vodíkové vazby, které sice nejsou tak silné jako chemické vazby, ale počet N je velký. Zjevné chování relativně molekulárnější vodíkové vazby může snížit stupeň neuspořádanosti nebo omezit rozsah pohybu každé molekuly polyuretanu, takže vodíková vazba je prospěšná pro zlepšení tepelného odporu.