Szerkezet és tulajdonságok
z Bevezetés
z Molekulaszerkezet és tulajdonságok
z Kristályos polimerek
– a kristályosodás feltétele, szabályos lánc – kristályos szerkezet
– kristályosodás, gócképződés
– kristályosodás, olvadás, kinetika
– kristályos szerkezet és tulajdonságok
z Amorf polimerek szerkezete
Bevezetés
z Hajlékony polimer lánc
z Tipikus viselkedés
z Gyakorlati jelentőség
z Kölcsönhatás és szabályzása – lágyítás
z Kristályos polimerek
z Heterogén szerkezetek amorf polimerekben
Molekulaszerkezet és tulajdonságok
z Jellemző hőmérsékletek: Tg, Tm
z Üvegesedési hőmérséklet: a lánc hajlékonysága
z Meghatározó tényezők
– a főláncban található kötések típusa
– a szubsztituensek mérete, sztérikus hatások – intermolekuláris kölcsönhatások
Molekulaszerkezet és tulajdonságok
A főlánc szerkezete
Polimer Ismétlődő egység Tg
(°C) Poli(dimetil-sziloxán)
Si O CH3
CH3 –123
Polietilén CH2 CH2 –120
Polioximetilén CH2 O –50
Poliamid-6 NH (CH2)5 CO 50
Poli(etilén-tereftalát)
OCH2CH2OOC CO
69
Polikarbonát
OCH2CH2OOC CO
150
Molekulaszerkezet és tulajdonságok
HDPE termomechanikai görbéje
Hőmérséklet (°C)
Rugalmassági modulus, G’,G”(Pa) Veszteségi tényező, tgδ
A krist
A kristáályos lyos éés amorf fs amorf fáázis kapcsolata.zis kapcsolata.
Molekulaszerkezet és tulajdonságok
A szubsztituensek mérete
Polimer Ismétlődő egység Tg
(°C)
Polietilén CH2 CH2 –120
Polipropilén CH2 CH
CH3
–10
Polisztirol CH2 CH 100
Poli(vinil-karbazol) CH2 CH N
208
Molekulaszerkezet és tulajdonságok
Intermolekuláris kölcsönhatások
Polimer Ismétlődő egység Tg
(°C) Poliizobutilén
CH2 C CH3
CH3 –65
Polipropilén CH2 CH
CH3
–10
Poli(vinilidén-klorid)
CH2 C Cl
Cl –17
Poli(vinil-klorid) CH2 CH
Cl
80
Poli(akril-nitril) CH2 CH
CN
130
Molekulaszerkezet és tulajdonságok
Intermolekuláris kölcsönhatás
20 40 60 80 100
-60 -40 -20 0 20 40
Hidegállóság (o C)
Lágyítótartalom (sr)
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0 100 200 300 400 500
száraz víztartalmú
Szakadási nyúlás (%)
PA tartalom
LLáágygyííttáás, ms, máásodlagos ksodlagos kööttéések sek -- üüvegesedvegesedéés, hidegs, hidegáállllóóssáág.g.
Molekulaszerkezet és tulajdonságok
Kristályos polimerek, T
m2 4 6 8 10 12 14
150 175 200 225 250 275 300
szebacinsav
adipinsav
Olvadási hőmérséklet (o C)
Amin CH2 csoportok száma
A szerkezet szab
A szerkezet szabáályosslyossáága ga -- nem a Hnem a H--hidak erhidak erőősssséége.ge.
NH O
NH
HN
HN O
O
O
NH O
NH
HN
HN O
O
O NH
O
NH O
NH O
NH
NH O
NH O
NH O
NH O
6.4. ábra H-hidak poliamidokban
Molekulaszerkezet és tulajdonságok
Összefüggés a jellemző hőmérsékletek között
-150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 -100
-50 0 50 100 150 200 250 300 350
Olvadáspont (o C)
Üvegesedési hőmérséklet (oC)
Kristályos polimerek
Feltétel
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
160 180 200 220 240 260 280
Olvadási hőmérséklet (o C)
PA66 tartalom
0 100 200 300 400 500 600
125 150 175 200 225 250
térhálós
módosított
Kristályosodási hő (J/g)
Szilán tartalom (ppm)
SzabSzabáályos llyos lááncnc
Kristályos polimerek
Szerkezeti elemek
z Elemi cella: a legkisebb szabá- lyos egység.
z Lamella: jellemző a vastagsága.
z Szferolit: mérete változik a góc- képzés hatására.
z Kristályosság: befolyásolja a merevséget.
A polimer tulajdons
A polimer tulajdonsáágait a gait a krist
kristáályszerkezet hatlyszerkezet hatáározza rozza meg.meg.
termék szferolit lamella krisztallit elemi cella
Kristályos polimerek
Elemi cella
SSííkban kiterkban kiteríített tett éés s hhéélikus likus szerkezetek; polimorfia.szerkezetek; polimorfia.
PE, PVOH, cellulóz PP, peptidek
Kristályos polimerek
Lamella
Egykrist
Egykristáály, rojtozott micella, hajtogatott lamella.ly, rojtozott micella, hajtogatott lamella.
Kristályos polimerek
Szferolit
Lamell
Lamelláák gk göömb alakmb alakúú halmaza; halmaza; PP αPP α mmóódosulata.dosulata.
Kristályos polimerek
Szferolit
Lamell
Lamelláák a k a szferolitbanszferolitban, orient, orientáácicióó, vastags, vastagsáág, g, tulajdons
tulajdonsáágok.gok.
Kristályos polimerek
Cilindritek
SorgSorgóócok cok éés transzkrists transzkristáályosodlyosodáás, korls, korláátozott ntozott nöövekedvekedéés; s;
hedritek
hedritek, , siskebab siskebab szerkezet.szerkezet.
Kristályos polimerek
Gócképződés, gócképzők
Homog
Homogéén n éés heterogs heterogéén gn góóckckéépzpzéés; topols; topolóógia szerepe, gia szerepe, anizometrikus g
anizometrikus góóckckéépzpzőők.k.
Kristályos polimerek
Kristályosodás, olvadás, kinetika
15 20 25 30
100 110 120 130 140
Olvadási hőmérséklet (o C)
Lamella vastagság (nm)
Az olvad
Az olvadáási hsi hőőmméérsrsééklet a lamella vastagsklet a lamella vastagsáágtgtóól fl füügg.gg.
Kristályos polimerek
Kristályosodás, olvadás, kinetika
40 80 120 160 200 240
-10 -8 -6 -4 -2 0
Hőáram (mW)
Hőmérséklet (oC)
90 100 110 120 130 140 150
-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16
kompozit PP
Heat flow (mW)
Hőmérséklet (oC)
SzSzééles olvadles olvadáási tartomsi tartomáány, tny, túúlhlhűűttéés, gs, góóckckéépzpzéés.s.
Kristályos polimerek
Kristályosodás, olvadás, kinetika
120 140 160 180 200 220
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4
Növekedési sebesség (µm/min)
Hőmérséklet (oC)
z Szferolit növekedése: ter- modinamika és kinetika.
z Bruttó kristályosodási sebesség:
z n a gócképződés típusától függ
z k sebességi állandó
(
n)
t =1− exp − k t α
Kristályos polimerek
Szerkezet és tulajdonságok
0.7 1.0 1.3 1.6 1.9 2.2
0.7 1.0 1.3 1.6 1.9 2.2
random
blokk homo
Modulus (GPa) - számolt
Modulus (GPa) - mért
z kristálymódosulat
z kristályosság
z lamellavastagság
z a szferolitok mérete
z kötőmolekulák száma 2 . 3 025
. 0 02
.
0 + ∆ −
= Tcp Hc E
Kristályos polimerek
Szerkezet és tulajdonságok
0 3 6 9 12 15
10 15 20 25 30 35 40 45
Szakítószilárdság (MPa)
Kötőmolekulák száma x 10-15 (C-C cm-2)
KKööttőőmolekulmolekuláák szk szááma arma aráányos a nyos a lamellavastagslamellavastagsáággalggal..
Kristályos polimerek
Orientáció
1 2 3 4 5 6 7 8
0 1 2 3 4 5 6
Rugalmassági modulus (GPa)
Nyújtási arány
Nagy szil
Nagy sziláárdsrdsáág g éés merevss merevséég az orientg az orientáácicióó iriráánynyáában.ban.
Amorf polimerek
Rendezettség
Heterog
Heterogéén szerkezetek n szerkezetek -- PVC, blokk PVC, blokk kopolimerekkopolimerek..
