- CÁC TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI CỦA VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN. - Điện dẫn suất và điện trở suất của vật liệu cách điện. - CẤU TẠO VÀ TÍNH CHẤT CÁCH ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE.. - 33 QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM PHÂN TÍCH SỰ KHUẾCH TÁN CỦA NƢỚC TRONG VẬT LIỆU COMPOSITE. - CƠ CHẾ QUÁ TRÌNH KHUẾCH TÁN NƢỚC VÀO TRONG VẬT LIỆU COMPOSITE. - Lớp vật liệu composite. - 19 Hình 1.3: Vật liệu Composite lớp. - 20 Hình 1.4: Mô hình Vật liệu Composite lớp. - 36 Hình 2.4.Cơ chế nhảy của phân tử nƣớc trong ma trận của vật liệu. - Vì vậy, trong quá trình vận hành, điều kiện làm việc các kết cấu thƣờng xuyên chịu tác động khắc nghiệt của nhiều tác nhân nhƣ: điện, cơ học, hóa học, nhiệt độ, độ ẩm, thời tiết và môi trƣờng thay đổi làm cho các thành phần của vật liệu bị già hoá, đặc biệt là khi chịu tác dụng của môi trƣờng nhƣ: nhiệt và nƣớc làm cho liên kết giữa các thành phần tại lớp tiếp giáp bị suy yếu.Khi hấp thụ một vài phần trăm khối lƣợng nƣớc, các đặc tính điện môi bị suy giảm mạnh :điện trở suất giảm, hằng số điện môi và tổn hao tăng và có thể dẫn tới hiện tƣợng phóng điện chọc thủng (breakdown) [2]. - Hiện nay hầu hết các thiết bị điện có cách điện bằng VLC đƣợc nhập từ nƣớc ngoài, tuy nhiên, việc sử dụng cách điện composite dƣới tác động của điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm của Việt Nam thì chƣa đƣợc quan tâm đúng mức.Các nghiên cứu về tuổi thọ, quá trình lão hoá và khả năng phục hồi của vật liệu cách điện 10 composite còn rất nhiều hạn chế hoặc chƣa đƣợc đề cập một cách chi tiết và cụ thể. - Mục đích nghiên cứu - Có cái nhìn tổng quát về vật liệu composite và ứng dụng trong hệ thống điện. - Đánh giá về ảnh hƣởng của môi trƣờng,tuổi thọ của vật liệu composite. - Đối tƣợng nghiên cứu Nội dung luận văn tập trung khảo sát khả năng phục hồi các tính chất cách điện của vật liệu composite ( cụ thể là các tấm chắn và thanh chèn của máy biến áp) qua một số nghiên cứu – thí nghiệm khi chịu các tác động phá hủy có khả năng xảy ra tại môi trƣờng vận hành Việt Nam nhƣ nhiệt độ, khí hậu, độ ẩm. - Chƣơng 2: Quá trình thực nghiệm và phân tích sự khuếch tán của nƣớc trong vật liệu composite. - 12 Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ COMPOSITE VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU COMPOSITE NỀN NHỰA EPOXY DÙNG TRONG CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN CAO ÁP Vật liệu composite là loại vật liệu đƣợc chế tạo tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khách nhau nhằm mục đích tạo ra một vật liệu mới có tính năng ƣu việt hơn hẳn vật liệu ban đầu. - Vật liệu composite so với các loại vật liệu truyền thống nó có nhiều ƣu điểm nổi bật nhƣ phát huy đƣợc ƣu điểm của vật liệu gốc, tính chất điện môi tốt (góc tổn hao nhỏ, điện trở suất lớn. - Do đó vật liệu composite ngày càng đƣợc ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kỹ thuật và công nghiệp hiện đại nhƣ: hàng không vũ trụ đóng tàu, kỹ thuật điện, ô tô cơ khí, dầu khí,xây dựng dân dụng và trong đời sống vv. - CÁC TÍNH CHẤT ĐIỆN MÔI CỦA VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN Khi đặt vào trong điện trƣờng, các hiện tƣợng vật lý cơ bản xảy ra trong điện môi là dẫn điện(đặc trƣng bởi điện dẫn suất. - Các tính chất điện môi (tính chất cách điện) của vật liệu đều phụ thuộc vào điều kiện môi trƣờng làm việc: nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, điện trƣờng, tia sóng ngắn, tần số của điện trƣờng, dao động cơ học…[3]. - Bản chất vật liệu cách điện. - Bề mặt vật liệu cách điện. - Ở điều kiện nhiệt độ (t0) áp suất (p), tần số (f) nhất định, điện môi của vật liệu cách điện có một điện áp giới hạn, nếu ta đặt vào vật liệu cách điện đó một điện áp vƣợt quá mức chịu đựng thì sẽ xảy ra hiện tƣợng đánh thủng điện môi.Khi đó vật liệu mất tính cách điện, trở thành dẫn điện bởi một hồ quang điện nối liền hai điện cực. - Vật liệu cách điện thể khí có khả năng phục hồi tính chất cách điện sau khi phóng điện, nhƣng đối với vật liệu cách điện thể rắn, sau khi đã phóng điện.Điện áp ngƣỡng chịu đựng bị giảm hẳn.Nếu tiếp tục cung cấp điện áp thì vật liệu cách điện sẽ bị phóng thủng tại vị trí cũ với điện áp thấp hơn rất nhiều. - Tại vị trí phóng điện ta có thể quan sát đƣợc thấy tia lửa điện hồ quang có thể gây ra nóng chảy, làm rạn nứt vật liệu cách điện hay điện cực. - Dựa vào điện áp đánh thủng (Udt) ta xác định đƣợc độ bền của điện môi Ebđ, Ebđ là khả năng chịu đựng của vật liệu cách điện khi điện áp đặt vào mà không bị phá hủy nó đặc trƣng bằng cƣờng độ điện trƣờng tại điểm chọc thủng. - hUEEdtdtbd(kv/mm) (1.9) Trong đó: h: bề dày vật liệu cách điện tại điểm đánh thủng (mm). - Phụ thuộc vào bản chất của vật liệu cách điện. - Phụ thuộc theo bề dày vật liệu cách điện. - ĐIỆN MÔI HỮU CƠ Số lƣợng lớn nhất của vật liệu cách điện hữu cơ thuộc về các hợp chất cao phân tử. - 16 Dựa theo nguồn gốc của các vật liệu cao phân tử ngƣời ta có thể phân chúng thành hai loại lớn: loại thứ nhất, đó là vật liệu nhân tạo đƣợc sản xuất ra bằng cách chế biến hóa học những chất cao phân tử có sẵn trong thiên nhiên (ví dụ :xenlulôza chế biến thành estexenlulôza). - loại thứ hai có tầm quan trọng lớn hơn đối với kĩ thuật cách điện và nhiều nghành kỹ thuật khác, đó là vật liệu cao phân tử tổng hợp đƣợc sản xuất ra bằng cách tổng hợp từ các chất thấp phân tử. - Đa số những vật liệu đó có thể điều chế ra bằng nguyên liệu rẻ tiền, dễ tìm kiếm trong thiên nhiên nhƣ dầu mỏ than đá. - Vì vậy ngày nay ngƣời ta chú ý nhiều đến việc nghiên cứu, hoàn thiện và ứng dụng các vật liệu đó với nhiều mục đích khác nhau, trong đó có vật liệu cách điện và trong công nghiệp đã xuất hiện các dây chuyền sản xuất tự động đem lại hiệu quả kinh tế cao. - ĐIỆN MÔI VÔ CƠ Điện môi vô cơ là một loại vật liệu quan trọng trong kỹ thuật điện và vô tuyến điện. - Đa số các điện môi vô cơ có những tính chất tốt nhƣ: tính chịu nhiệt cao, không hút ẩm, độ bền cơ cao và ổn định, chịu đƣợc bức xạ của năng lƣợng và là vật liệu rẻ tiền. - Vật liệu vô cơ đƣợc chia thành các nhóm sau. - Thủy tinh tụ điện - Thủy tinh định vị - Thủy tinh bóng đèn - Men thủy tinh - Thủy tinh có chất độn - Xơ thuy tinh + Vật liệu cách điện bằng gốm sứ + Mica và các vật liệu trên cơ sở của mica + Amian và vật liệu chứa amian + Vật liệu xét –nhét điện,áp điện và êlectret + Cách điện oxit và cách điện florua 17 1.4. - Trong kỹ thuật cách điện chúng đƣợc dùng làm thành phần cấu tạo quan trọng nhất của nhiều loại sơn, các hỗn hợp, các chất dẻo, phim ảnh, các vật liệu xơ Tên nhựa Tỷ trọng Giới hạn bền kéo KG/cm2 Độ giãn dài tƣơng đối khi keo đứt% Độ chịu nóng 0C Nhiệt dẫn suất cmđôw. - CẤU TẠO VÀ TÍNH CHẤT CÁCH ĐIỆN CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE a. - Dƣới góc độ kỹ thuật: VLC là tổ hợp của 2 hoặc nhiều vật liệu thành phần có bản chất hoàn toàn khác nhau. - Một trong các vật liệu thành phần làm nhiệm vụ liên kết đƣợc gọi là chất liên kết hay nền(matrix). - Còn vật liệu thành phần chính thứ 2 có chức năng chính là truyền tải và chịu tải (điện áp, nhiệt độ) đƣợc gọi là cốt hay chất tăng cƣờng. - Các tính chất tổ hợp và trội của VLC hoàn toàn khác với tính chất của vật liệu thành phần khi để riêng rẽ tuy rằng trong VLC các tính chất riêng của từng vật liệu thành phần không hoàn bị thay đổi [3]. - Ngày nay vật liệu cốt(chất tăng cƣờng) thƣờng là vật liệu sợi thủy tinh, kim loại polime và gốm sứ. - Đối với các chi tiết và kết cấu làm việc trong môi trƣờng điện áp và nhiệt độ cao, việc chọn vật liệu cốt (chất tăng cƣờng) là sợi thủy tinh, polymer, mica, gốm sứ. - Thông thƣờng vật liệu tăng cƣờng là pha gián đoạn và nền là pha liên tục. - Dạng đơn giản nhất của VLC chỉ bao gồm từ hai vật liệu thành phần. - Vật liệu cốt (chất tăng cƣờng ) có 3 nhiệm vụ sau. - Mặc dù hầu nhƣ toàn bộ độ bền và độ cứng do chất tăng cƣờng quyết định nhƣng vật liệu nền cũng có thể gây nên phá hủy VLC nếu ứng suất quá lớn xuất hiện ở các hƣớng không đƣợc tăng cƣờng bằng vật liệu cốt. - Vật liệu composite cốt sợi/nhựa hữu cơ (sợi thƣờng dùng là sợi thủy tinh, cacbon, kevlar....nhựa thƣờng dùng là nhựa epoxy, polyeste...)có rất nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp hiện đại và đời sống . - Tùy thuộc vào sự phân bố của sợi trong nhựa ngƣời ta phân biệt vật liệu composite ra. - Lớp vật liệu composite b. - Dƣới góc độ cơ học : Vật liệu composite đƣợc xếp làm 3 nhóm chính. - Hình 1.3: Vật liệu Composite lớp Trong thực tế ta thƣờng gặp VLC lớp dƣới dạng tấm hoặc vỏ,chẳng hạn tấm có thể gồm nhiều lớp đồng phƣơng,nhiều lớp vải,nhiều lớp “Mat” hoặc là tổ hợp của các đồng phƣơng,vải và “Mat‟vật liệu trong mỗi lớp có thể khác nhau,phƣơng của cốt trong các lớp cũng khác nhau vv.. - Hình 1.4: Mô hình Vật liệu Composite lớp Vật liệu composite nền nhựa cốt sợi còn có ƣu điểm là khả năng dập tắt dao động của cấu trúc tốt hơn,tính dãn nở nhiệt thấp,tính dẫn nhiệt nhỏ,khả năng chống ăn mòn cao.Một số vấn đề cần lƣu ý trong kết cấu bằng VLC: tuy VLC nền nhựa có nhiều ƣu điểm nhƣng VLC nền nhựa có độ bền nhiệt tƣơng đối thấp rất nhạy cảm với ảnh hƣởng của độ ẩm,của môi trƣờng nƣớc và chất lỏng cũng nhƣ áng sáng. - Do cấu trúc của vật liệu composite hoàn toàn khác so với cấu trúc của các loại vật liệu truyền thống cho nên ứng suất phá hủy của cấu trúc vật liệu composite cũng khác so với ứng suất phá hủy của các cấu trúc kim loại. - Ở kim loại, sự phá hủy thƣờng đƣợc mở đầu bằng việc hình thành các vết nứt và sau đó là sự phát triển của các vết nứt, còn ở vật liệu composite có thể có rất nhiều cơ chế phá hủy. - Việc phân bố ngẫu nhiên các cơ chế phá hủy dẫn đến việc xác định các hằng số đặc trƣng của vật liệu composite có các giá trị khá tản mạn [6]. - Cấu tạo và tính chất lý hóa của nhựa epoxy 1.5.1.1 Các tính chất lý học Trong các chất dẻo,một số các loại nhựa sau đây thƣờng đƣợc sử dụng làm vật liệu nền cho vật liệu composite. - Trong các loại nhựa thƣờng hay chọn làm vật liệu nền cho vật liệu nền cho vật liệu composite nhựa epoxy đƣợc dùng với phạm vi rộng nhất do có nhiều ƣu điểm nổi bật so với các loại nền nhựa khác. - Khi cần sử dụng loại vật liệu composite có các tính chất cách điện tốt, tính cơ học cao ngay cả ở nhiệt độ trên 1000C ngƣời ta chọn epoxy làm vật liệu nền. - Khả năng kết dính cao với nhiều loại vật liệu. - Đặc biệt epoxy có tính bám dính rất tốt đối với rất nhiều loại vật liệu. - So với nhựa polyester, epoxy có độ co ngót nhỏ độ bám dính tốt ,khả năng phủ màng tốt cho nên trong lòng VLC ít hình thành các mao mạch và lỗ hổng dọc sợi đây là nhƣng ƣu điểm đối với vật liệu cách điện chính vì vậy VLC đƣợc sử dụng rộng rãi trong ngày kỹ thuật điện [3]. - Khái niệm đóng rắn ở đây chính là sự tạo màng không gian 3 chiều (3D) của nhựa epoxy trong quá trình chế tạo vật liệu composite. - Điều này biểu hiện rõ qua vật liệu VLC bị mất đi các tính chất cơ học, lý học và hóa học của nó. - 26 Sợi thủy tinh vô cơ sử dụng trong vật liệu đƣợc nghiên cứu là thủy tinh loại E, cũng có tính chất điện tốt nhƣ: cƣờng độ điện trƣờng cánh điện(6†10)kV/mm và hệ số tổn hao điện môi trƣờng tƣơng đối thấp những hệ số này tăng nhanh khi nhiệt độ tăng do sự chuyển dẫn các ion [7]. - Sợi thủy tinh là khái niệm tổng quát cho tất cả các loại sợi đƣợc chế tạo từ vật liệu thủy tinh, đƣợc kéo thành sợi khi thủy inh nóng chảy. - Độ nhám của bề mặt sợi thủy tinh có liên quan tới việc hình thành bọt khí trong lòng vật liệu composite. - Ảnh hưởng của môi trường cơ học và lý học Lão hóa là sự thay đổi tính chất của vật liệu với nghĩa xấu đi theo thời gian. - Trong quá trình lão hóa vấn đền cần quan tâm là sự thay đổi của tính chất vật liệu diễn ra từ từ trong thời gian dài dƣới ảnh hƣởng của thời tiết, nhiệt độ, độ ẩm, các tính chất cơ học của vật liệu chất dẻo hay VLC nên chất dẻo phụ thuộc nhiều vào thời gian chịu tác dụng tải trọng, điện trƣờng, điện áp xoay chiều, thời tiết, môi trƣờng. - các biểu hiện bên ngoài của hiện tƣợng lão hóa chính là bản chất vật lý của hiện tƣợng, nó cũng đƣợc biểu lộ qua tác dụng cơ học, nhiệt độ và các ảnh hƣởng của thời tiết trong khi đó sự lão hóa bên trong vật liệu lại đƣợc biểu hiện thông qua các yếu tố hóa học và cấu trúc. - Nếu khảo sát vật liệu hiện 28 tại hai thời điểm trƣớc va sau quá trình lão hóa xảy ra ta thấy do có sự co ngót của vật liệu điện nên làm xuất hiện thêm ứng suất riêng trong lòng VLC. - Vết nứt thƣờng xuất hiện bắt đầu từ bề mặt vật liệu sau đó lan dần vào trong. - Nhìn chung VLC khi chế tạo đƣợc tiến hành ở nhiệt độ cao, do đó khi trở về nhiệt độ bình thƣờng sẽ xuất hiện biến dạng và dẫn đến sự thay đổi kích thƣớc của vật liệu và làm xuất hiện các ứng suất dƣ trong lòng vật liệu. - Khác với vật liệu nền kim loại nhƣng rất giống với một số vật liệu xốp khác, VLC nền nhựa rất nhạy cảm với chất lỏng, nhiệt độ và hơi ẩm, dễ hút ẩm và chất lỏng cho tới khi bão hòa gây nên sự giãn nở trong lòng vật liệu, làm xuất hiện thêm phần ứng suất và biến dạng. - VLC sẽ hƣ hại càng nhanh nếu vật liệu nền cũng dễ bám nƣớc và có khả năng ngậm khá nhiều nƣớc và dung dịch. - VLC làm cách điện trong máy biến áp Mẫu vật liệu nghiên cứu thuộc họ composite epoxy/glass (nền nhựa epoxy cốt sợi thủy tinh), các mẫu này đƣợc lấy tại công ty Cổ phân chế tạo thiết bị điện Đông Anh (với thành phần:60,25% sợi thủy tinh và 39.75% nhựa epoxy). - Các tấm chắn và thanh chèn trong MBA trong quá trình vận hành rất có thể bị nƣớc khuyếch tán vào bên trong ở mặt tiếp giáp, và gây nên sự suy giảm về tính chất cách điện của vật liệu và cuối cùng là phóng điện chọc thủng. - Nếu chúng ta cũng xem xét tới hậu quả kết hợp giữa điện trƣờng và sức nóng do dòng điện chạy trong dây quấn của máy biến áp gây ra, vật liệu nghiên cứu ở đây nhanh chóng bị già hóa trong quá trình vận hành và tính chất điện môi sẽ bị giảm mạnh. - Các phƣơng pháp kỹ thuật cơ bản chế tạo vật liệu composite với mục đích là nghiên cứu các quá trình và thiết bị dùng để tăng tính chất của vật liệu composite và để chế tạo chúng thành những sản phẩm sử dụng theo yêu cầu. - Trong quá trình chế tạo, trong nguyên liệu có thể xảy ra các phản ứng hóa học,các biến dạng và cuối cùng là sự thay đổi bất thuận nghịch các tính chất vật lý và cơ học của vật liệu. - Phƣơng pháp chế tạo có ảnh hƣởng rất lớn đến chất lƣợng sản phẩm,phƣơng pháp chế tạo bị chi phối bởi tính chất của vật liệu composite cũng nhƣ yêu cầu về hình dáng,tính chất của sản phẩm cuối cùng. - Việc lựa chọn phƣơng pháp chế tạo nói chung là rất phức tạp,phải chú ý đến nhiều khía cạnh nhƣ: tính chất vật liệu ban đầu,yêu cầu về chất lƣợng sản phẩm,yêu cầu về lợi ích kinh tế. - Dựa trên cơ sơ nguyên lý tạo ra sản phẩm ta có thể đƣa ra các loại công nghệ chế tạo vật liệu composite nhƣ sau. - KẾT LUẬN Composite là loại vật liệu mới có nhiều ƣu điểm ngày càng đƣợc sử dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực đặc biệt là trong ngành kỹ thuật điện cao áp.Trong các loại VLC, loại vật liệu composite cốt sợi thủy tinh nền nhựa epoxy chiếm ƣu thế về số lƣợng do các ƣu điểm nổi bật nhƣ: tính chất điện môi tốt (góc tổn hao nhỏ,điện trở suất lớn), tính chất cơ học rất tốt,khối lƣợng nhẹ chịu mài mòn,giá thành hạ, dễ thiết kế chế tạo,kích thƣớc và hình thức đa dạng…Tuy nhiên nó cũng có vấn đề khi phải làm việc trong môi trƣờng chất lỏng (dầu cách điện,nƣớc.) điện trƣờng tần số 50 Hz, môi trƣờng nhiệt đới (nhiệt độ và độ ẩm cao). - Việc nghiên cứu xác định sự khuếch tán của nƣớc vào VLC khi bị tác động bởi các yếu tố nhiệt độ - độ ẩm cao và hậu quả của nó lên tính chất điện môi của VLC nói chung và đặc biệt đến VLC nền nhựa epoxy cốt sợi thủy tinh nói riêng vẫn đang đƣợc các nhà khoa học trong nƣớc và trên thế giới tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện nhằm không ngừng nâng cao chất lƣợng kỹ thuật cũng nhƣ hạ giá thành của vật liệu mới này. - Trong chƣơng sau đề tài tập trung nghiên cứu quá trình khuếch tán của nƣớc vào VLC và những yếu tố ảnh hƣởng đến sự khuếch tán của nƣớc vào trong vật liệu nhƣ: nhiệt độ, độ ẩm, độ dày vật liệu. - 33 Chƣơng 2: QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM PHÂN TÍCH SỰ KHUẾCH TÁN CỦA NƢỚC TRONG VẬT LIỆU COMPOSITE 2.1. - ĐẶT VẤN ĐỀ Nội dung chƣơng này sẽ nghiên cứu sự lão hoá trên vật liệu composite dƣới tác động của nhiệt độ - độ ẩm (do nƣớc), hậu quả do nƣớc ngấm vào trong các tấm chắn và thanh chèn cách điện dùng trong máy biến áp.Trong quá trình vận hành máy biến áp mặc dù các tấm chắn và thanh chèn này đƣợc ngâm trong dầu cách điện nhƣng dƣới tác động của các yếu tố điện, cơ, hóa học và sự thẩm thấu từ bên ngoài trong dầu luôn tồn tại một hàm lƣợng nƣớc rất nhỏ.Theo thời gian các tấm chắn và thanh chèn này sẽ bị một lƣợng nƣớc khuếch tán vào trong làm cho đặc tính điện môi của nó bị suy giảm mạnh. - Nhiệt độ của điện môi giấy-dầu-tấm chắn, thanh chèn là tham số già hóa chính cho những thay đổi tính chất điện, hóa, cơ của vật liệu. - 35 Hình 2.1.Lƣợng nƣớc hoà tan cực đại trong dầu theo nhiệt độ Nhiều tham số ảnh hƣởng đến sự khuếch tán nƣớc của vật liệu sẽ đƣợc xem xét: nhiệt độ, độ ẩm, độ dày và tính bất đẳng hƣớng.Các kết quả thu đƣợc sẽ sử dụng để nhận biết cơ chế khuếch tán (di chuyển) nƣớc trong vật liệu, chúng cũng cần thiết để kiểm định lƣợng nƣớc trong vật liệu trong thời gian thấm vào để chuẩn bị cho các nghiên cứu về điện và điện môi về sau. - Có hai phƣơng pháp tiếp cận khác nhau liên quan đến sự khuếch tán nƣớc trong vật liệu composite. - Đầu tiên là mô tả lý thuyết về dung tích trống, theo đó, các phân tử nƣớc xâm nhập vào các vị trí trống (lỗ hổng).Các không gian rỗng này bao gồm các không gian giữa các đại phân tử trộn lẫn của polime và các không gian trong vùng bề mặt giữa các chất cấu tạo nên vật liệu. - 36 Cuối cùng chúng đƣợc nung ở nhiệt độ thích hợp với các chất làm rắn tƣơng ứng đƣợc nhúng trong nhựa.Trong quá trình nhúng, nhựa lấp đầy hoàn toàn các khoảng trống giữa các sợi thuỷ tinh nhƣng khi polime hoá, nó co rút lại và tạo ra các lỗ hổng.Khi vật liệu nghiên cứu của chúng ta đƣợc tiếp xúc với nƣớc, sự khuyếch tán (di chuyển) của nƣớc sẽ phụ thuộc vào số lƣợng lỗ hổng cũng nhƣ kích thƣớc của chúng. - Hình 2.2.Mô tả lý thuyết về dung tích trống + Cách tiếp cận thứ hai là về mặt phân tử, sự khuếch tán (di chuyển) của nƣớc sẽ gắn với việc xuất hiện các điểm cực trong chuỗi polime.Theo lý thuyết này, vật liệu có nhiều điểm hút nƣớc sẽ gắn kết gấp đôi (và đôi khi gấp ba) với mỗi phân tử nƣớc thông qua các liên kết hidro. - Nó có thể đƣợc trình bày ngắn gọn nhƣ sau: nếu chúng ta công nhận rằng các phân tử nƣớc xâm nhập trong vật liệu có khả năng khuếch tán từ nơi tập trung cao tới nơi tập trung ít, dòng nƣớc trong vật liệu sẽ đƣợc miêu tả qua phƣơng trình: (2.1) Trong đó: J: dòng khuyếch tán theo đơn vị bề mặt. - Hệ số khuếch tán theo định luật Arrhenius : (2.2) Năng lƣợng hoạt hoá Ea là năng lƣợng ngăn cản mà các phân tử nƣớc phải vƣợt qua để nhảy từ điểm này sang điểm khác trong ma trận của vật liệu. - Hình 2.4.Cơ chế nhảy của phân tử nƣớc trong ma trận của vật liệu Định luật Fick đầu tiên biến đổi khi xem xét có sự bảo tồn tổng thể số lƣợng phân tử nƣớc, nói cách khác khi sự khác nhau giữa các dòng vào, ra trong một dung lƣợng nhất định nhân lên theo thời gian là tƣơng tự với sự chênh lệch số lƣợng các phân tử trong dung lƣợng này trong cùng một quãng thời gian
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt