3236691027

5.2.3. Kształtowanie struktury i właściwości polimerów termoplastycznych

Polimery termoplastyczne charakteryzuje wysoka plastyczność, ale niska wytrzymałość na rozciąganie (tab. 5-3).

Tablica 5-3. Właściwości polimerów

Polimery	Rm	Moduł	Wydłużenie	Odporność	Gęstość
	[MPa]	Younga	całkowite	na pękanie	P
		E [GPa]	£[%]	Kk [MPa m^l/2l	[Mg/m^3]
Termoplasty addycyjne, liniowe	21-83	0,28-4,1	5-800	1,0-5,0	0,90-2,17
Termoplasty kondensacyjne, liniowe	55-117	1,7 -4,1	10-300	3,0-5,0	1,25-1,75
Duroplasty	35-85	1,3-8	0-6	0,5-1,0	1,25-1,55
Elastomery	2,4-28	0,002-0,1	350 - 2000	-	0,92-1,5

Metody umacniania polimerów termoplastycznych polegają na ograniczaniu poślizgu łańcuchów (podobnie jak w metalach - na ograniczaniu ruchu dyslokacji) oraz usztywnianiu łańcuchów. Metody te można podzielić na trzy kategorie:

1.    Sterowania stopniem polimeryzacji (długością poszczególnych łańcuchów). W miarę wzrostu długości łańcuchów rośnie temperatura topnienia polimeru i wzrastają jego właściwości mechaniczne włącznie z odpornością na pełzanie. Na przykład typowy polietylen o małej gęstości (PE-LD) zbudowany jest z łańcuchów utworzonych z mniej niż 7000 merów, zaś wysoko przetworzony polietylen o wysokiej gęstości (PE-HD) -zawiera do 18 000 merów. Najwyższą udarność i wytrzymałość, porównywalną z innymi polimerami, osiąga polietylen o ultrawysokiej masie cząsteczkowej (PE-UHMW) - o stopniu polimeryzacji powyżej 300 000 (rys. 5-13).

2.    Sterowania wytrzymałością wiązań wewnątrz łańcuchów. Wzrost sztywności poszczególnych łańcuchów można uzyskać przez odpowiedni dobór monomerów o złożonej budowie, uniemożliwiającej skręcanie i obrót utworzonych z nich łańcuchów. W takich termoplastach niektóre atomy węgla w łańcuchach są zastępowane przez atomy tlenu, siarki, czy azotu lub przez pierścienie benzenowe (rys. 5-3, 5-5). Prostym przykładem takiego polimeru jest polioksymetylen (acetal) POM, którego rdzenie łańcuchów złożone są z naprzemiennie ułożonych atomów węgla i tlenu oraz poliamid aramidowy produkowany w postaci włókien Kevlar zawierający atomy węgla, azotu i pierścienie benzenowe w łańcuchach.

3.    Sterowania wytrzymałością wiązań między łańcuchami. Wzrost siły wiązań między łańcuchami uzyskuje się przez zastąpienie w łańcuchu polietylenu niektórych lub wszystkich atomów wodoru atomami innego pierwiastka lub grupami atomów. Na przykład - zastępując atom wodoru większym atomem chloru (otrzymuje się w ten sposób polichlorek winylu) lub grupą atomów, taką jak metyl CH3 (otrzymuje się w ten sposób polipropylen), uzyskuje się tworzywa o wyższej w porównaniu z polietylenem sztywności, wytrzymałości i temperaturze topnienia. Innym sposobem jest łączenie kilku rodzajów monomerów w wyniku polimeryzacji addycyjnej (wspomnianej wcześniej kopolimeryzacji), która pozwala uzyskać szeroki zakres właściwości mechanicznych dla różnych kombinacji monomerów, czego przykładem jest kopolimer ABS (rozdz. 5.1 i 5.4) odznaczający się bardzo dobrą kombinacją wytrzymałości, sztywności i ciągliwości (patrz rys. 5-13).

Wzrost sił oddziaływania między łańcuchami uzyskuje się również poprzez krystalizację i odkształcenie plastyczne polimeru. Krystalizacja powoduje wzrost gęstości polimeru,