1
วัสดุโพลียูรีเทนทนต่ออุณหภูมิสูงหรือไม่? โดยทั่วไปแล้วโพลียูรีเทนไม่ทนต่ออุณหภูมิสูง แม้แต่ในระบบ PPDI ทั่วไป ขีดจำกัดอุณหภูมิสูงสุดจะอยู่ที่ประมาณ 150° เท่านั้น โพลีเอสเตอร์หรือโพลีเอเธอร์ทั่วไปอาจไม่สามารถทนต่ออุณหภูมิที่สูงกว่า 120° ได้ อย่างไรก็ตาม โพลียูรีเทนเป็นโพลิเมอร์ที่มีขั้วสูง และเมื่อเทียบกับพลาสติกทั่วไปแล้ว โพลียูรีเทนจะทนความร้อนได้ดีกว่า ดังนั้น การกำหนดช่วงอุณหภูมิสำหรับการทนต่ออุณหภูมิสูงหรือการแยกความแตกต่างการใช้งานจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง
2
แล้วเราจะปรับปรุงเสถียรภาพทางความร้อนของวัสดุโพลียูรีเทนได้อย่างไร คำตอบพื้นฐานคือการเพิ่มความเป็นผลึกของวัสดุ เช่น ไอโซไซยาเนต PPDI ที่มีความสม่ำเสมอสูงที่กล่าวไปก่อนหน้านี้ เหตุใดการเพิ่มความเป็นผลึกของพอลิเมอร์จึงปรับปรุงเสถียรภาพทางความร้อนได้ คำตอบที่ทุกคนทราบกันดีอยู่แล้วก็คือ โครงสร้างกำหนดคุณสมบัติ วันนี้เราอยากจะอธิบายว่าทำไมการปรับปรุงความสม่ำเสมอของโครงสร้างโมเลกุลจึงทำให้เสถียรภาพทางความร้อนดีขึ้น แนวคิดพื้นฐานมาจากคำจำกัดความหรือสูตรของพลังงานอิสระของกิ๊บส์ นั่นคือ △G=H-ST ด้านซ้ายของ G แทนพลังงานอิสระ และด้านขวาของสมการ H คือเอนทัลปี S คือเอนโทรปี และ T คืออุณหภูมิ
3
พลังงานอิสระของกิ๊บส์เป็นแนวคิดด้านพลังงานในเทอร์โมไดนามิกส์ และขนาดของพลังงานดังกล่าวมักจะเป็นค่าสัมพัทธ์ นั่นคือ ความแตกต่างระหว่างค่าเริ่มต้นและค่าสิ้นสุด ดังนั้น จึงใช้สัญลักษณ์ △ ไว้ข้างหน้า เนื่องจากไม่สามารถหาค่าสัมบูรณ์หรือแสดงค่าได้โดยตรง เมื่อ △G ลดลง กล่าวคือ เมื่อเป็นค่าลบ แสดงว่าปฏิกิริยาเคมีสามารถเกิดขึ้นเองได้ หรือเป็นผลดีต่อปฏิกิริยาที่คาดหวังไว้ นอกจากนี้ยังใช้สัญลักษณ์นี้เพื่อพิจารณาว่าปฏิกิริยานั้นมีอยู่จริงหรือกลับคืนสู่สภาวะปกติได้หรือไม่ในเทอร์โมไดนามิกส์ ระดับหรืออัตราการลดลงสามารถเข้าใจได้ว่าเป็นจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยานั้นเอง โดยพื้นฐานแล้ว H คือเอนทัลปี ซึ่งสามารถเข้าใจได้คร่าวๆ ว่าเป็นพลังงานภายในของโมเลกุล สามารถเดาได้คร่าวๆ จากความหมายผิวเผินของอักษรจีน เนื่องจากไฟไม่ใช่

4
S แทนเอนโทรปีของระบบ ซึ่งเป็นที่รู้จักกันทั่วไป และความหมายตามตัวอักษรก็ค่อนข้างชัดเจน มีความเกี่ยวข้องหรือแสดงออกมาในรูปของอุณหภูมิ T และความหมายพื้นฐานคือระดับของความไม่เป็นระเบียบหรืออิสระของระบบขนาดเล็กในระดับจุลภาค ณ จุดนี้ เพื่อนตัวน้อยที่ช่างสังเกตอาจสังเกตเห็นแล้วว่าอุณหภูมิ T ที่เกี่ยวข้องกับความต้านทานความร้อนที่เรากำลังพูดถึงในวันนี้ในที่สุดก็ปรากฏขึ้น ขอพูดนอกเรื่องเล็กน้อยเกี่ยวกับแนวคิดเอนโทรปี เอนโทรปีสามารถเข้าใจได้อย่างโง่เขลาว่าตรงกันข้ามกับความเป็นผลึก ยิ่งค่าเอนโทรปีสูงขึ้น โครงสร้างโมเลกุลก็จะยิ่งไม่เป็นระเบียบและสับสนวุ่นวายมากขึ้น ยิ่งโครงสร้างโมเลกุลมีความสม่ำเสมอมากขึ้น ความเป็นผลึกของโมเลกุลก็จะยิ่งดีขึ้น ตอนนี้ มาตัดสี่เหลี่ยมเล็กๆ ออกจากม้วนยางโพลียูรีเทน และถือว่าสี่เหลี่ยมเล็กๆ เป็นระบบที่สมบูรณ์ มวลของมันจะคงที่ โดยถือว่าสี่เหลี่ยมจัตุรัสประกอบด้วยโมเลกุลโพลียูรีเทน 100 โมเลกุล (ในความเป็นจริงมีอยู่ N โมเลกุล) เนื่องจากมวลและปริมาตรของมันแทบไม่เปลี่ยนแปลง เราสามารถประมาณ △G เป็นค่าตัวเลขที่เล็กมากหรือใกล้ศูนย์อย่างไม่มีที่สิ้นสุด จากนั้นสูตรพลังงานอิสระของกิ๊บส์สามารถแปลงเป็น ST=H โดยที่ T คืออุณหภูมิและ S คือเอนโทรปี นั่นคือ ความต้านทานความร้อนของสี่เหลี่ยมจัตุรัสเล็กโพลียูรีเทนจะแปรผันตามเอนทาลปี H และแปรผกผันกับเอนโทรปี S แน่นอนว่านี่เป็นวิธีการประมาณ และควรเพิ่ม △ ไว้ข้างหน้า (ได้จากการเปรียบเทียบ)
5
ไม่ใช่เรื่องยากที่จะพบว่าการปรับปรุงความเป็นผลึกไม่เพียงแต่จะลดค่าเอนโทรปีเท่านั้น แต่ยังเพิ่มค่าเอนทัลปีได้ด้วย นั่นคือ การเพิ่มโมเลกุลในขณะที่ลดตัวส่วน (T = H/S) ซึ่งเห็นได้ชัดจากการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ T และเป็นหนึ่งในวิธีที่มีประสิทธิภาพและเป็นที่นิยมมากที่สุดโดยไม่คำนึงว่า T จะเป็นอุณหภูมิเปลี่ยนผ่านของแก้วหรืออุณหภูมิการหลอมเหลว สิ่งที่ต้องเปลี่ยนแปลงคือความสม่ำเสมอและความเป็นผลึกของโครงสร้างโมเลกุลโมโนเมอร์และความสม่ำเสมอและความเป็นผลึกโดยรวมของการแข็งตัวของโมเลกุลสูงหลังจากการรวมตัวเป็นเส้นตรงโดยพื้นฐาน ซึ่งอาจเทียบเท่าหรือเข้าใจได้ในลักษณะเชิงเส้นโดยประมาณ เอนทัลปี H ส่วนใหญ่มาจากพลังงานภายในของโมเลกุล และพลังงานภายในของโมเลกุลเป็นผลมาจากโครงสร้างโมเลกุลที่แตกต่างกันของพลังงานศักย์โมเลกุลที่แตกต่างกัน และพลังงานศักย์โมเลกุลคือศักยภาพทางเคมี โครงสร้างโมเลกุลนั้นสม่ำเสมอและเป็นระเบียบ ซึ่งหมายความว่าพลังงานศักย์โมเลกุลจะสูงขึ้น และง่ายกว่าที่จะสร้างปรากฏการณ์การตกผลึก เช่น น้ำควบแน่นเป็นน้ำแข็ง นอกจากนี้ เราถือว่าโมเลกุลโพลียูรีเทนมี ​​100 โมเลกุล แรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล 100 โมเลกุลนี้จะส่งผลต่อความต้านทานความร้อนของลูกกลิ้งขนาดเล็กนี้ด้วย เช่น พันธะไฮโดรเจนทางกายภาพ แม้ว่าพันธะไฮโดรเจนจะไม่แข็งแรงเท่าพันธะเคมี แต่จำนวน N ก็มาก พฤติกรรมที่เห็นได้ชัดของพันธะไฮโดรเจนที่มีโมเลกุลมากกว่าโดยสัมพันธ์กันสามารถลดระดับของความไม่เป็นระเบียบหรือจำกัดช่วงการเคลื่อนไหวของโมเลกุลโพลียูรีเทนแต่ละโมเลกุลได้ ดังนั้น พันธะไฮโดรเจนจึงเป็นประโยชน์ในการปรับปรุงความต้านทานความร้อน