72148

Ad 3. Budowa przestrzenna - stopień rozgałęzienia lub usieciowania

Dla tworzyw polimerowych wytrzymałość mechaniczna jest ściśle związana długością łańcuchów, stopniem rozgałęzienia makrocząsteczek oraz stopniem ich usieciowania (duroplasty). Polimery liniowe nierozgałęzione, jak np. poliamid (PA) (nylon) są mało wytrzymałe i giętkie. Długie, silnie rozgałęzione łańcuchy podnoszą wytrzymałość na rozciąganie R_m. moduł E (sztywność), twardość polimeru, ale obniżają wielkość odkształcenia. Przykładem silnie rozgałęzionego polimeru może być polistyren (PS). Połączenie łańcuchów miedzy sobą silnymi wiązaniami kowalencyjnymi (sieciowanie) (duroplasty) podnosi wytrzymałość mechaniczną polimerów. Im wyższy stopień usieciowania tym lepsza wytrzymałość i mniejsza plastyczność. Zwiększenie liczby wiązań sieciujących uzyskuje się przez obróbkę cieplną tzw. dotwardzanie w podwyższonej temperaturze. Przykładem silnie usieciowanego polimeru jest utwardzona żywica epoksydowa (EP) (np. klej epoksydowy). Na rysunku 2 przedstawiono schematy struktury polimerów.

Rys 2. Widok struktury makrocząsteczek: a) liniowe łańcuchy makrocząsteczek (polimery termoplastyczne), b) trójwymiarowa makrocząsteczka duroplastu. Wiązania sieciujące pomiędzy łańcuchami przedstawione są jako czarne węzły.

Ad 4. Morfologia i udział fazy krystalicznej

W polimerach liniowych bez rozgałęzień np. polietylen (PE). polipropylen (PP). poliamid (PA) można otrzymać częściowe uporządkowanie przestrzenne łańcuchów (krystaliczność). Ma to korzystny wpływ na wytrzymałość polimeru, gdyż umożliwia lepsze upakowanie łańcuchów w przestrzeni i silne zbliżenie makrocząsteczek, co wywołuje powstanie silniejszych wiązań pomiędzy łańcuchami (rys. 3). Skutkiem jest lepsza wytrzymałość, sztywność, i wyższa temperatura mięknięcia (odporność cieplna - patrz: Instrukcja do ćw. nr 2 z Materiałoznawstwa III).

Rys. 3. Dwufazowy układ polimeru o strukturze częściowo krystalicznej (linie proste symbolizują obszary krystaliczne).

Im wyższy stopień kry stal icznośd, tym wyższy moduł E i moduł G, twardość, wytrzymałość zmęczeniowa, odporność na ścieranie, natomiast zmniejsza się wytrzymałość zmęczeniowa, udamość, zdolność do odkształcenia. Polimery zawierające 90% fazy krystalicznej, pod wpływem obciążenia zachowują się podobnie jak metale, co przejawia się w podobnym kształtem zależności naprężenie - odkształcenie: o = f(e).

Oprócz czynników związanych z budową polimeru ogromny wpływ na własności mają czynniki zewnętrzne takie jak temperatura i środowisko. Szczególnie istotny jest wpływ temperatury.

Wpływ temperatury na własności mechaniczne

W odróżnieniu od ceramiki i metali właściwości tworzyw polimerowych w dużym stopniu uzależnione są nawet od niewielkich zmian temperatury. Zakres użytkowania większości tworzyw nie przekracza 150'C.a tylko nieliczne z nich mogą być użytkowane do 300 °C.