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.