Thermo-volumetric properties of some rubbers and polymers : an experimental investigation

The present thesis work investigates the specific volume as a function of the temperature for two amorphous polymers and nine rubbers in a range of temperatures above the glass transition. In order to determine the specific volume of the rubbers as well as the polymers, dilatometric measurements are performed by means of a capillary dilatometer. After a careful calibration of the instrument, the level height variation a reference liquid (mercury) undergoes within the capillary, due to a temperature variation, is measured. This allows to determine the thermal expansion coefficient of the analyzed materials, and consequently the evaluation of their specific volume as a function of the temperature. Finally, fitting the specific volume data versus temperature to the Simha-Somcynsky equation of state, scaling parameters are obtained. These quantities are essential in order to obtain the theoretical free volume fraction, that allows a thermo-volumetric characterization of the materials under study.

Il lavoro di tesi qui presentato è il risultato di una ricerca relativa all’andamento del volume specifico in funzione della temperatura per due polimeri amorfi e nove elastomeri, in un campo di temperature al di sopra della transizione vetrosa. Al fine di determinare il volume specifico dei vari materiali sono state effettuate misure di dilatometria, impiegando un dilatometro a capillare. Dopo un’attenta calibrazione dello strumento si è misurata la variazione del livello raggiunto nel capillare di un liquido di riferimento (mercurio) a seguito delle variazioni di temperatura. Ciò ha consentito di determinare il coefficiente di espansione termica dei materiali analizzati e di conseguenza la valutazione del loro volume specifico alle varie temperature investigate. Infine, adattando i dati di volume specifico in funzione della temperatura all’equazione di stato di Simha e Somcynsky, sono stati ottenuti i parametri di scala, costanti essenziali per giungere alla valutazione della frazione di volume libero e di conseguenza a una più completa caratterizzazione termo volumetrica dei materiali investigati.