V.Švorčík,
[email protected]
Struktura polymerů Základní představy: přírodní vs. syntetické celulóza
přírodní kaučuk
Příprava (výroba)……….struktura………vlastnosti ⇓ Materiálové inženýrství (Nauka o materiálu)
V.Švorčík,
[email protected]
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)
V.Švorčík,
[email protected]
Termoplasty
-
teplo- plastický stav
Elastomery (kaučuky)(po vulkanizaci -
rozpustné nebo botnají
pryž, guma)
Termosety, reaktoplasty, pryskyřice –
tvrdé, křehké, teplem nemění tvar nerozp.
⇓ Rozdílné mechanické a fyz. chemické vlastnosti (lin. makromolekuly-mezimolek. síly, síťování-chemické vazby)
V.Švorčík,
[email protected]
V.Švorčík,
[email protected]
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%)
V.Švorčík,
[email protected]
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
V.Švorčík,
[email protected]
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 – relativní posunutí (smyková deformace)
V.Švorčík,
[email protected]
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
V.Švorčík,
[email protected]
Vložená práce U ideálně elastického tělesa – uloží se jako potenciální energie po oddálení se uvolní
U kapaliny – práce na deformaci kapaliny, tok kapaliny, díky disipaci energie se uvolní ve formě tepla
V.Švorčík,
[email protected]
Deformační chování polymerů 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
V.Švorčík,
[email protected]
Amorfní polymery 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
V.Švorčík,
[email protected]
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 polymer
←
sklo
→│← kaučuk →│← viskózní → kapalina
Tg
Tf
V.Švorčík,
[email protected]
termomechanická křivka udává teplotní závislost a) napětí způsobující konstantní deformaci (s vs. T) b) deformace vznikající působením konstantní vnější síly (γ vs. T)
V.Švorčík,
[email protected]
Semikrystalické polymery vlastnosti závisí na stupni krystalinity a ta na M a struktuře polymeru, např. takticitě, Tm – teplota tání krystalického podílu může být polymer 100% krystalický?
V.Švorčík,
[email protected]
Krystalické–semikrystalické-amorfní polymery teplota T ―――――――→
Tg
Tm
Tf
Krystalický polymer
←―― → │← kryst.→│← →│← viskózní → kaučuk kapalina
Amorfní polymer
← sklo →│←― kaučuk ―→ │← viskózní → kapalina
Tg
Tf
Vzorek amorfní PET
V.Švorčík,
[email protected]
Krystalické polymery
V.Švorčík,
[email protected]
V.Švorčík,
[email protected]
V.Švorčík a kol., Polym. Degr. Stab. 91, 1219 (2006)
