Szerkezet és tulajdonságok Bevezetés Molekulaszerkezet és tulajdonságok Kristályos polimerek a kristályosodás feltétele, szabályos lánc kristályos szerkezet kristályosodás, gócképződés kristályosodás, olvadás, kinetika kristályos szerkezet és tulajdonságok Amorf polimerek szerkezete
Bevezetés Hajlékony polimer lánc Tipikus viselkedés Gyakorlati jelentőség Kölcsönhatás és szabályzása lágyítás Kristályos polimerek Heterogén szerkezetek amorf polimerekben
Molekulaszerkezet és tulajdonságok Jellemző hőmérsékletek: T g, T m Üvegesedési hőmérséklet: a lánc hajlékonysága Meghatározó tényezők a főláncban található kötések típusa a szubsztituensek mérete, sztérikus hatások intermolekuláris kölcsönhatások
Molekulaszerkezet és tulajdonságok A főlánc szerkezete Polimer Ismétlődő egység T g ( C) Poli(dimetil-sziloxán) CH 3 123 Si CH 3 Polietilén CH 2 CH 2 120 Polioximetilén CH 2 50 Poliamid-6 NH (CH 2 ) 5 C 50 Poli(etilén-tereftalát) CH 2 CH 2 C C 69 Polikarbonát CH 2 CH 2 C C 150
Molekulaszerkezet és tulajdonságok HDPE termomechanikai görbéje Rugalmassági modulus, G,G (Pa) Veszteségi tényező, tgδ Hőmérséklet ( C) A kristályos és s amorf fázis f kapcsolata.
Molekulaszerkezet és tulajdonságok A szubsztituensek mérete Polimer Ismétlődő egység T g ( C) Polietilén CH 2 CH 2 120 Polipropilén CH 2 CH CH 3 10 Polisztirol CH 2 CH 100 Poli(vinil-karbazol) CH 2 CH 208 N
Molekulaszerkezet és tulajdonságok Intermolekuláris kölcsönhatások Poliizobutilén Polimer Ismétlődő egység T g ( C) CH 2 CH 3 65 C CH 3 Polipropilén CH 2 CH CH 3 10 Poli(vinilidén-klorid) CH 2 Cl 17 C Cl Poli(vinil-klorid) CH 2 CH 80 Cl Poli(akril-nitril) CH 2 CH 130 CN
Molekulaszerkezet és tulajdonságok Intermolekuláris kölcsönhatás 40 500 20 400 víztartalmú Hidegállóság ( o C) 0-20 -40 Szakadási nyúlás (%) 300 200 100 száraz -60 20 40 60 80 100 Lágyítótartalom (sr) 0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 PA tartalom Lágyítás, másodlagos m kötések k - üvegesedés, s, hidegáll llóság.
Molekulaszerkezet és tulajdonságok Kristályos polimerek, T m 300 NH NH NH NH NH NH NH NH HN HN NH NH HN HN lvadási hőmérséklet ( o C) 275 250 225 200 175 szebacinsav adipinsav NH NH 6.4. ábra H-hidak poliamidokban 150 2 4 6 8 10 12 14 Amin CH 2 csoportok száma A szerkezet szabályoss lyossága - nem a H-hidak H erőss ssége.
Molekulaszerkezet és tulajdonságok Összefüggés a jellemző hőmérsékletek között 350 300 lvadáspont ( o C) 250 200 150 100 50 0-50 -100-150 -100-50 0 50 100 150 200 250 Üvegesedési hőmérséklet ( o C)
Feltétel 280 250 lvadási hőmérséklet ( o C) 260 240 220 200 180 Kristályosodási hő (J/g) 225 200 175 150 térhálós módosított 160 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 PA66 tartalom 125 0 100 200 300 400 500 600 Szilán tartalom (ppm) Szabályos láncl
Szerkezeti elemek elemi cella krisztallit lamella szferolit termék Elemi cella: a legkisebb szabályos egység. Lamella: jellemző a vastagsága. Szferolit: mérete változik a gócképzés hatására. Kristályosság: befolyásolja a merevséget. A polimer tulajdonságait a kristályszerkezet határozza meg.
Elemi cella PE, PVH, cellulóz PP, peptidek Síkban kiterített tett és hélikus szerkezetek; polimorfia.
Lamella Egykristály, rojtozott micella, hajtogatott lamella.
Szferolit Lamellák k gömb g alakú halmaza; PP α módosulata.
Szferolit Lamellák k a szferolitban,, orientáci ció,, vastagság, g, tulajdonságok.
Cilindritek Sorgócok és s transzkristályosod lyosodás, s, korlátozott növekedn vekedés; hedritek, siskebab szerkezet.
Gócképződés, gócképzők Homogén és s heterogén n góckg cképzés; topológia szerepe, anizometrikus góckg cképzők.
Kristályosodás, olvadás, kinetika 140 lvadási hőmérséklet ( o C) 130 120 110 100 15 20 25 30 Lamella vastagság (nm) Az olvadási hőmérsh rséklet a lamella vastagságt gtól l függ. f
Kristályosodás, olvadás, kinetika 0 16 Hőáram (mw) -2-4 -6 Heat flow (mw) 14 12 10 8 6 4 PP kompozit -8 2 0-10 40 80 120 160 200 240 Hőmérséklet ( o C) -2 90 100 110 120 130 140 150 Hőmérséklet ( o C) Széles olvadási tartomány, túlht lhűtés, góckg cképzés.
Kristályosodás, olvadás, kinetika Növekedési sebesség (µm/min) 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 120 140 160 180 200 220 Hőmérséklet ( o C) Szferolit növekedése: termodinamika és kinetika. Bruttó kristályosodási sebesség: α = 1 exp t ( n k t ) n a gócképződés típusától függ k sebességi állandó
Szerkezet és tulajdonságok 2.2 kristálymódosulat Modulus (GPa) - számolt 1.9 1.6 1.3 1.0 random homo blokk E kristályosság lamellavastagság = c 0.02 T cp + 0.025 H a szferolitok mérete 3.2 0.7 0.7 1.0 1.3 1.6 1.9 2.2 kötőmolekulák száma Modulus (GPa) - mért
Szerkezet és tulajdonságok 45 Szakítószilárdság (MPa) 40 35 30 25 20 15 10 0 3 6 9 12 15 Kötőmolekulák száma x 10-15 (C-C cm -2 ) Kötőmolekulák k száma arányos a lamellavastagsággal ggal.
rientáció 6 Rugalmassági modulus (GPa) 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Nyújtási arány Nagy szilárds rdság és s merevség g az orientáci ció irány nyában.
Amorf polimerek Rendezettség Heterogén n szerkezetek - PVC, blokk kopolimerek.