5555241056

MATERIAŁY POMOCNICZE DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH Materiałoznawstwo III

Właściwości mechaniczne tworzyw polimerowych

Właściwości mechaniczne to zespół cech fizycznych opisujących wytrzymałość materiału na obciążenia takie jak rozciąganie, ściskanie, zginanie, ścinanie, uderzenie itp. Decydują one w dużej mierze o zastosowaniach technicznych danego tworzywa.

Właściwości mechaniczne tworzyw polimerowych zależą od:

•    czynników strukturalnych polimeru (budowa, cząsteczkowa i nadcząsteczkowa),

•    dodatków: napełniaczy, modyfikatorów własności (np. plastyfikatorów)

•    czynników zewnętrznych (temperatura, szybkość odkształceń, środowisko)

Wpływ czynników strukturalnych (morfologii polimerów) na właściwości mechaniczne

Najważniejsze czynniki strukturalne, które decydują o właściwościach mechanicznych to:

1.    masa cząsteczkowa, stopień polimeryzacji,

2.    budowa chemiczna makrocząsteczki i oddziaływania międzycząsteczkowe,

3.    budowa fizyczna (stopień rozgałęzienia makrocząsteczek lub ich usieciowania),

4.    morfologia i udział fazy krystalicznej,

5.    orientacja makrocząsteczek,

6.    wady i niedoskonałości struktury wewnętrznej.

Ad 1. Masa cząsteczkowa

Wraz ze zwiększaniem się masy cząsteczkowej M polimeru rośnie jego wytrzymałość na rozciąganie, twardość, odporność na uderzenie. Po przekroczeniu wartości granicznej M_gr dalszy wzrost masy cząsteczkowej nie powoduje wzrostu właściwości mechanicznych (rys. 1). W polimerach liniowych (np. polietylen) wzrost masy cząsteczkowej związany jest z długością łańcucha (stopniem polimeryzacji - liczby monomerów w jednostce polimeru).

R_m [MPa]

Rys. 1. Wpływ masy cząsteczkowej M na wytrzymałość na rozciąganie R_m na przykładzie kopolimeru chlorek winylu/octan winylu.

Ad 2. Oddziaływania międzycząsteczkowe

Siły międzycząsteczkowe wiążą makrocząsteczki w agregaty, kompleksy i kryształy. Im większe upakowanie makrocząsteczek w przestrzeni tym oddziaływania międzycząsteczkowe są silniejsze a to powoduje wzrost siły potrzebnej do ich rozdzielenia, czyli wzrost wytrzymałości materiału. Z kolei słabsze siły międzycząsteczkowe sprzyjają dobrej odkształcalności (plastyczności) materiału. Wartość oddziaływań międzycząsteczkowych maleje wraz ze wzrostem temperatury, gdyż następuje wzrost ruchliwości makrocząsteczek, a zatem trzeba przyłożyć mniejsze obciążenie żeby je trwale względem siebie przemieścić. Dla przypomnienia, progowym naprężeniem początku trwałego odkształcenia materiału - jest granica plastyczności R_e, zatem wzrost temperatury obniża granice plastyczności polimeru.