Fizyka 2 13 polimery


Ciała bezpostaciowe
Ciała bezpostaciowe
Substancje, które w stanie stałym nie mają budowy
krystalicznej.
Dwie duże grupy:
a) proste ciała bezpostaciowe
 schłodzone ciecze o niewielkich cząsteczkach,
szkła nieorganiczne
b) polimery
 kauczuki, gumy, szkła organiczne, żywice.
Ciała bezpostaciowe
Ciała bezpostaciowe
W określonych warunkach zewnętrznych ciała
bezpostaciowe będące w stanie ciekłym lub ulegają
zeszkleniu.
Przechodząc w stan szklisty zatracają cechy cieczy
a nabywają cech i podlegają prawom obowiązującym
dla ciał stałych.
Zeszklenie strukturalne jest przemianą ciała
bezpostaciowego ze stanu ciekłego w stan stały.
Zachodzą przy zmianie temperatury lub ciśnienia.
Podczas takiego przejścia zmienia się objętość,
współczynnik załamania, własności mechaniczne
i elektryczne substancji.
Zmiany struktury
Zmiany struktury
T1  dolna granica obszaru zeszklenia
T2  górna granica obszaru zeszklenia
TG  temp. zeszklenia (mięknięcia)
Zeszklenie i mięknienie zachodzi w przedziale kilkudziesięciu stopni
Ochładzanie ciał bezpostaciowych
Ochładzanie ciał bezpostaciowych
Podczas ochładzania
- właściwości ciała zależą od temperatury i szybkości
chłodzenia.
- zwiększa się znacznie moduł sprężystości i lepkość
- maleje zdolność do poddawania się deformacjom
- maleje stała dielektryczna.
Ogrzewanie ciał bezpostaciowych
Ogrzewanie ciał bezpostaciowych
Podczas ogrzewania
- charakter zmian właściwości w obszarze
mięknienia zależy od  historii cieplnej.
- właściwości próbki zależą nie tylko od
szybkości ogrzewania, ale także od struktury
 zamrożonej w próbce.
- jeżeli szybkość ogrzewania jest większa od
szybkości poprzedniego ochładzania to obszar
mięknienia leży powyżej obszaru zeszklenia.
Zmiany struktury
Zmiany struktury
Zależność gęstości upakowania cząsteczek ciała
bezpostaciowego od temperatury. Widoczny moment
relaksacji struktury w obszarze mięknienia.
Przemiany ciał bezpostaciowych
Przemiany ciał bezpostaciowych
- z przemianą cieczy w stan szklisty nie wiąże się
zmiana stopnia uporządkowania.
- podczas przemiany w stan szklisty struktura
odpowiadająca stanowi równowagi
termodynamicznej, czyli ciecz, przechodzi w
strukturę nie odpowiadającą stanowi
równowagi (szkło)
Polimery
Polimery
Polimerami nazywa się substancje, których cząsteczki
zbudowane są z dużej liczby powtarzających się grup 
merów.
Grupy końcowe  grupy znajdujące się na końcach
cząsteczki nieco różnią się pod względem budowy od
podstawowych jednostek  merów.
Liczbę powtarzających się jednostek w cząsteczce
nazywa się stopniem polimeryzacji.
Polimery
Polimery
Polimery liniowe
 w idealnym polimerze liniowym każda
powtarzająca się jednostka, za wyjątkiem grup
końcowych, ma dwóch sąsiadów
- w praktyce wszystkie cząstki polimerów są
rozgałęzione (łańcuch główny i gałęzie boczne)
Polimery liniowe są rozpuszczalne i mogą istnieć w
stanie ciekłym.
Polimery przestrzenne
są zbudowane z cząsteczek połączonych między sobą
poprzecznymi wiązaniami chemicznymi tak,
że tworzy się trójwymiarowa sieć przestrzenna.
Polimery przestrzenne są nietopliwe
i nierozpuszczalne - mogą jedynie pęcznieć.
Kopolimery
To polimery zbudowane z merów o różnej budowie
chemicznej (zwykle dwóch typów).
Kopolimery blokowe są to kopolimery, w których
długie odcinki (bloki) składające się z merów
jednego typu występujących na przemian z blokami
składającymi się z merów innego typu.
Polimer szczepiony jest to polimer rozgałęziony,
którego długie łańcuchy boczne składają się z
merów innego typu niż łańcuch główny.
Klasyfikacja polimerów
według rozmieszczenia grup bocznych
- polimery izotaktyczne
(grupy boczne łańcucha są po jednej stronie łańcucha)
- polimery syndiotaktyczne
(grupy boczne regularnie zmieniają położenie)
- polimery ataktyczne
(grupy boczne zmieniają położenie w sposób
nieuporządkowany)
Klasyfikacja polimerów
Krystaliczność polimerów
Aatwo krystalizują polimery, których grupy boczne mają jednakową
budowę chemiczną lub przynajmniej jednakowe wymiary.
Polimery o sztywnych łańcuchach krystalizują łatwiej niż
polimery o łańcuchach giętkich.
Typy polimerów krystalicznych
- polikryształy (w których występuje uporządkowanie dalekiego
zasięgu w rozłożeniu ogniw, polikryształy są mniejsze niż
wymiary łańcuchów).
- kryształy globularne (których uporządkowanie dalekiego
zasięgu dotyczy rozłożenia cząsteczek mających postać gęstego
kłębka - globuły, w której ogniwa rozłożone są w sposób
nieuporządkowany).
- monokryształy ( o uporządkowaniu dalekiego zasięgu
w rozłożeniu łańcuchów).
Właściwości mechaniczne polimerów
1. deformacje sprężyste (zmiany odległości
międzyatomowych i międzycząsteczkowych
2. deformacje wysokoelastyczne (zmiana kształtu
makrocząsteczek - np. rozciąganie bez wzajemnego
przemieszczenia)
* deformacja zależy od długości cząsteczek
* odkształcenia do setek procent
* deformacje są odwracalne
3. deformacje plastyczne - płynięcie
(przemieszczenie całych makrocząsteczek)
Zastosowanie polimerów
Zastosowanie polimerów
Polimery służą do
wytwarzania
" opakowań
" nośników klejów
" mikrokapsułek
(mikrosfery polimerowe).
Odkrycie polimerów
Odkrycie polimerów
Jednymi z pierwszych zbadanych materiałów
polimerowych były jedwab i pajęczyna.
Dzięki obserwacjom pracy zwierząt opracowano
pierwsze przemysłowe procesy przędzenia włókien.
Kompozyty
Podpatrywanie natury doprowadziło do opracowania innych
nowych grup materiałów. Jedną z nich są materiały
kompozytowe. W przyrodzie spotykamy wiele materiałów
kompozytowych przenoszących obciążenia - np. kości czy
drewno.
" Kompozyt to materiał utworzony z dwóch komponentów
(dwóch faz) o różnych właściwościach w taki sposób,
że ma nowe właściwości w stosunku do materiałów
wyjściowych.
" Kompozyt jest zewnętrznie monolityczny ale z widocznymi
granicami między komponentami
materiał kompozytowy
" Tkanina z włókna węglowego, często stosowanego jako
komponent konstrukcyjny kompozytów
" Porównanie włosa ludzkiego (jasny) i pojedynczej nici
włókna węglowego
Plaster miodu
Plaster miodu
Podstawą do opracowania jednego z typów konstrukcji
kompozytowych były komórki plastra miodu wytwarzane
przez pszczoły.
Wiele rodzajów komórek typu plastra miodu wytwarzanych
jest z polimerów.
Z komórek o budowie plastra miodu wytwarzane są
nowoczesne konstrukcje kompozytowe stosowane
np. w lotnictwie, czy przy budowie statków kosmicznych.
Konstrukcje z zastosowaniem "plastra miodu mają dużą
wytrzymałość a są przy tym lekkie.
Zastosowania kompozytów polimerowych
Zastosowania kompozytów polimerowych
Kompozyty polimerowe to nie tylko konstrukcje
kompozytowe ale np. polimery wypełniane
różnego rodzaju wypełniaczami:
- proszkami, włóknami, kulkami
Wzmacniane w ten sposób polimery służą do
wytwarzania różnych elementów konstrukcyjnych
o wysokiej wytrzymałości.


Wyszukiwarka