Polimeri termoplastici

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Polimerii termoplastici sunt polimeri formați din lanțuri liniare sau ușor ramificate, care nu sunt legate între ele (adică nu sunt reticulate ); [1] este, prin urmare, suficient să creșteți temperatura pentru a le aduce la o stare vâscoasă și astfel să le puteți forma .

De fiecare dată când se repetă operația de încălzire și formare, materialul își pierde unele dintre caracteristicile sale.

Cristalinitatea

Polimerii termoplastici pot fi amorf sau semicristalin: primii sunt transparenți, ceilalți sunt opaci, cu excepția cazului în care indicii de refracție ai celor două faze (amorf și cristalin) sunt egali sau faza dispersată are dimensiuni mai mici decât lungimea de undă a incidentului vizibil radiații. Polimerii amorfi sub temperatura de topire au lanțuri împletite și răsucite (încurcătură statistică). Au o anumită rezistență și elasticitate și dacă nu sunt încărcate își păstrează forma.

Polimerii semicristalini, pe de altă parte, sunt compuși din zone cristaline (în care lanțurile polimerice sunt dispuse în mod ordonat, toate urmând aceeași orientare) intercalate cu zone amorfe. Pentru a fi semi-cristalini, polimerii trebuie să aibă două criterii de cristalizare: regularitatea constituției (de-a lungul lanțului polimeric, trebuie să existe o ordine în care atomii se repetă) și de configurație (monomerul trebuie să aibă aceiași atomi în același locul de-a lungul lanțului).

Comportamentul polimerilor amorf este puternic influențat de temperatură: la temperatura de tranziție a sticlei (T g ) mișcările lanțurilor sunt reduse într-o asemenea măsură încât materialul devine compact și rigid și există o variație de aproximativ trei ordine de mărime. a modulului elastic . Temperatura de tranziție a sticlei nu este constantă, dar depinde de greutatea medie și de rata de răcire a polimerului.

Diagrama stres-deformare

Diagrama tipică tensiune-deformare a unui material termoplastic

Polimerii termoplastici au un comportament elastic atunci când sunt supuși unor mici deformări (adică respectă legea lui Hooke ), deci dacă stresul încetează, dimensiunile pe care specimenul le avea înainte de aplicarea stresului sunt restabilite, astfel încât deformarea este reversibilă.

Dacă, pe de altă parte, sunt supuși unor deformări mai accentuate, au un comportament plastic , așa că, odată ce stresul a încetat, specimenul nu revine la dimensiunile sale inițiale, dar rămâne o anumită cantitate de deformare. Acest lucru se explică prin faptul că moleculele de polimer se pot mișca unele față de altele, iar legăturile dintre macromolecule sunt legături de atracție intermoleculare (de exemplu, forțele van der Waals sau legăturile de hidrogen ), mai slabe decât legăturile chimice care pot exista, de exemplu, în cazul polimerilor reticulați ( elastomeri ), care în schimb își reiau întotdeauna dimensiunile inițiale.

Mai mult, pe măsură ce temperatura crește și cu aceeași deformare obținută, este necesar să se depună mai puțin efort pentru deformarea unui polimer termoplastic (de unde și denumirea de „termoplastic”).

Un produs termoplastic, supus unui ciclu de modificare-transformare (fizic, mecanic), tinde să revină la forma sa inițială datorită ceea ce este definit ca „memoria sa plastică”. Memoria formei inițiale dobândite în procesul de producție a polimerului termoplastic începând de la rășină. Acest lucru se datorează componentei „elastice” a materialului și energiei acumulate în timpul procesului de transformare a rășinii într-un artefact. Exemplu: îndoirea unei țevi drepte cu solicitări mecanice: după îndoirea la care este supusă, va tinde să redobândească o formă mai rectilinie similară celei inițiale în timp. Acest comportament, relativ numai la materialele termoplastice, se numește „memorie plastică” în limba engleză [2] și se referă la această proprietate specială a acestor materiale specifice.

Procese de solidificare

Proprietățile unui material termoplastic depind de condițiile de solidificare, care sunt:

Există două proceduri:

În studiu, diagrama (analogă curbelor Bain pentru oțeluri) este utilă în care există curbele de transformare de sfârșit și de început (care reprezintă sfârșitul și începutul cristalizării), cu o scală de timp logaritmică.

La sfârșitul cristalizării, totuși, nu avem materialul 100% cristalin, dar am atins gradul maxim de cristalinitate al materialului. Apoi avem și curba de tranziție a sticlei, care afectează densificarea macromoleculelor și volumul liber al polimerului (adică spațiul care rămâne între macromolecule).

Posibilele tipuri de răcire sunt:

  • răcire rapidă: se obține un material vitrificat în aproximativ 10 secunde. Pentru alte materiale nu este posibil să se facă acest lucru, deoarece ar necesita o rată de răcire foarte mare (de exemplu polietilenă ).
  • solidificare izotermă: obținută la temperaturi ridicate; se obțin structuri cristaline; temperatura trebuie menținută mult timp.
  • răcire continuă: cu o viteză atât de mare încât să producă materialul într-un timp util; este cel mai frecvent.

Morfologie

Morfologia polimerilor termoplastici poate fi:

  • „cu micele franjurate”: materialul de bază este împărțit în două părți (zona cristalină și zona amorfă). Deoarece lungimea lanțurilor este de obicei mai mare decât lungimea zonelor cristaline, același lanț face parte din mai multe zone cristaline.
  • „cu lanțuri pliate”: din solidificarea unei soluții foarte diluate s-a descoperit că monocristalul avea forma unei lamele, care avea o înălțime de 100Å, mai mică decât grosimea lanțurilor.

În cazul polimerului obținut din topitură, se formează o „suprastructură”, în care lamela este elementul de bază, numit sferulit .

Exemple

Unii polimeri termoplastici sunt enumerați mai jos:

Notă

  1. ^ Gedde , p. 15 .
  2. ^ Berins .

Bibliografie

  • ( EN ) Ulf W. Gedde, Polymer physics , Springer, 1995, ISBN 0-412-62640-3 .
  • ( EN ) Berins, Plastics Engineering Handbook of the Society of the Plastics Industry Inc. , Reinhold Publishing Corporation 250 Park Avenue, New York 17, New York - Chapman & Hall London, p. 92 ediția a treia, 1960.

Elemente conexe

linkuri externe

Controlul autorității LCCN (EN) sh85134811 · GND (DE) 4059844-5