Struktura polymerů. Příprava (výroba).struktura vlastnosti. Materiálové inženýrství (Nauka o materiálu) Základní představy: přírodní vs.

Transkript

1 Struktura polymerů Základní představy: přírodní vs. syntetické V.Švorčík, celulóza přírodní kaučuk Příprava (výroba).struktura vlastnosti Materiálové inženýrství (Nauka o materiálu)

2 Molekula lineární (HDPE) ( xxµm 0.1nm) rozvětvená (LDPE) zesíťovaná (vícefunkční M) a) lineární b) rozvětvené c) ideální siť se čtyřvaznými uzly (A, B, C, D) d) reálná siť se čtyřvaznými uzly a fyzikálními zapleteninami (F)

3 Termoplasty - teplo- plastický stav Elastomery (kaučuky)- rozpustné nebo botnají (po vulkanizaci - pryž, guma) Termosety, reaktoplasty, pryskyřice tvrdé, křehké, teplem nemění tvar nerozp. Rozdílné mechanické a fyz. chemické vlastnosti (lin. makromolekuly-mezimolek. síly, síťování-chemické vazby)

4

5 Polymery s lineárními, rozvětvenými a slabě zesiťovanými molekulami Termoplasty, kaučuky a pryže (guma) velikost makromolekul - polymery jen v kondenzované fázi do plynné fáze energie - degradace nebo depolymerace Kondenzovaná fáze-amorfní nebo krystalická (anorg. materiály mají dokonalé krystaly, u polymerů nelze 100%)

6 AMORFNÍ FÁZE sklo (tuhý materiál) kaučuk (elastický materiál) plastická látka (plastický materiál) u polymerů mohou existovat vedle sebe - viz vzorek příčina: lin. řetězec lze deformovat, tím změní svůj tvar např. působením vnější síly díky sigma vazba π vazba ovliňuje chemické chování

7 Mechanické chování polymerů Deformační vlastnosti odolnost nebo odpor látek proti tvarovým nebo objemovým změnám např. reakce materiálu na smykové napětí Deformace ve smyku Ft smyková síla (síla vztažená na jedn. plochy s-napětí), u smykové posunutí, u/a = tg α = γ relativníposunutí(smyková deformace)

8 Poměr napětí vs. deformace s/γ míra odporu látky pro deformaci Ideální elasticita deformace je rovnovážná, vratná okamžitá, časově nezávislá, úměrná napětí platí pro ni Hookův zákon G = s/γ, kde G je modul pružnosti G je materiálová konstanta, nezávisí na rozměrech, době deformace u kovů ca 10E5 kp/cm2 Ideální viskózní chování s/γ je u kapalin závislý na t, deformace s časem roste, je fcí času u jednoduchých kapalin platí vztah mezi s a rychlostí deformace dγ/dt s = η dγ/dt, kde η je viskozita viskozita kapalin klesá s teplotou

9 Vložená práce U ideálně elastického tělesa uložíse jako potenciální energie po oddálení se uvolní U kapaliny práce na deformaci kapaliny, tok kapaliny, díky disipaci energie se uvolní ve formě tepla

10 Deformační chování polymerů V.Švorčík, pohybuje se mezi oběma extrémy, tj. ideální elasticitou a viskozitou nízká T elasticita (jako sklo) vysoká T tok (jako kapalina) toto deformační chování je viskoelastické: deformace je víceméně vratná práce se částečně ukládá jako potenciální energie a současně ztrácí ve formě tepla

11 Amorfní polymery V.Švorčík, neuspořádané makromolekuly, polosbalená klubka, pohyb segmentů a konformační změny závisí na T Teplota zeskelnění (skelného přechodu) Tg charakteristická veličina pro amorfní polymery pod Tg - polymery sklovité, tvrdé nad Tg polymery o vysoké M - elastické, kaučukovité o nízké M kapalné hodnotu Tg ovlivňuje ohebnost řetězců a jejich mezimol. soudržnost

12 např. PB Tg=-100 C (ohebný a malá soudržnost) PS Tg=+100 C (substituent snižuje ohebnost) PP Tg=-27 C (nepolární methyl) vs. PVC Tg=80 C (polární Cl) Dělení polymerů podle Tg Tg > 20 C tvrdá plastická hmota Tg < 20 C kaučuk, vratné deformace, tažnost Tg cca 20 C nátěrové hmoty, lepidla Teplota tečení (plastického toku) Tf teplota, kdy polymer přechází z kaučukovitého stavu (elastické deformace) do oblasti toku (viskózní kapalina) Amorfní sklo kaučuk viskózní polymer kapalina Tg Tf

13 termomechanická křivka V.Švorčík, udává teplotní závislost a) napětí způsobující konstantní deformaci (s vs. T) b) deformace vznikající působením konstantní vnější síly (γ vs. T)

14 Semikrystalické polymery V.Švorčík, vlastnosti závisí na stupni krystalinity a ta na M a struktuře polymeru, např. takticitě, Tm teplota tání krystalického podílu může být polymer 100% krystalický?

15 Krystalické semikrystalické-amorfní polymery teplota T Tg Tm Tf Krystalický kryst. viskózní polymer kaučuk kapalina Amorfní sklo kaučuk viskózní polymer kapalina Tg Tf Vzorek amorfní PET

16 Krystalické polymery V.Švorčík,

17

18 V.Švorčík, V.Švorčík a kol., Polym. Degr. Stab. 91, 1219 (2006)