Document
Transcription
Document
Mekaniske egenskaper • spenning-tøyning av polymerer brittle polymer FS of polymer ca. 10% that of metals plastic elastomer elastic modulus – less than metal Tøyning – deformation > 1000% (for metaller, maksimum ca. 10%) Adapted from Fig. 15.1, Callister 7e. Egenskaper sterkt temperaturberoende Partielt krystallin polymer – ulike stadier av deformasjon Strekkegenskaper: sprøtt eller plastiskt Near Failure (MPa) fibrillar structure x brittle failure onset of necking near failure plastic failure x Initial unload/reload e aligned, networked crosscase linked case crystalline regions slide semicrystalline case amorphous regions elongate crystalline regions align Stress-strain curves adapted from Fig. 15.1, Callister 7e. Inset figures along plastic response curve adapted from Figs. 15.12 & 15.13, Callister 7e. (Figs. 15.12 & 15.13 are from J.M. Schultz, Polymer Materials Science, PrenticeHall, Inc., 1974, pp. 500-501.) 4 Viskoelastisk deformasjon Last - tid Helt elastisk Viskoelastisk Viskøs Smeltning vs. Glassomvandlingstemperatur. Tm and Tg • • Både Tm ogTg øker med kjedenes stivhet Kjedenes stivhet øker med 1. Store sidegrupper 2. Polære grupper 3. Dobbeltbindinger og aromatiske grupper Tm og Tg øker med økende molekylvekt Adapted from Fig. 15.18, Callister 7e. 6 Tidsberoende Deformasjon • Spenningsrelaksajonon -- tøy til eo og hold. -- mål minking i spenning over tid. 5 10 rigid solid (small relax) Er (10s) 3 in MPa 10 transition region 10 strain 10-1 (t) 10-3 (large relax) time • Relaksasjonsmodul: s(t ) E r (t ) = eo for T > Tg. 1 tensile test eo Data: Large drop in Er viscous liquid (amorphous polystyrene) Adapted from Fig. 15.7, Callister 7e. (Fig. 15.7 is from A.V. Tobolsky, Properties and Structures of Polymers, John Wiley and Sons, Inc., 1960.) 60 100 140 180 T(°C) Tg • Sample Tg(C) values: PE (low density) PE (high density) PVC PS PC - 110 - 90 + 87 +100 +150 Selected values from Table 15.2, Callister 7e. 7 Relaksasjonsmodul Krystallin Tverrbundet Amorf Brudd i polymerer Crazing, rissdannelse – sfærulitter deformeres plastisk til fibrøs struktur – mikroporer og fibrøse broer alligned chains fibrillar bridges microvoids crack Adapted from Fig. 15.9, Callister 7e. 9 Fordeformasjon gjennom strekking • Strekking…(ex: fiskesnøre) -- strekker polymeren før bruk -- retter inn kjedene • Resultat av strekking: -- økning av E-modulus i strekrettningen -- økning av bruddspenningen i strekktrettningen – minker duktiliten • Varmebehandling etter strekking ... -- minker rettning av kjeder -- reverserer effekt av strekking. Adapted from Fig. 15.13, Callister 7e. (Fig. 15.13 is from J.M. Schultz, Polymer Materials Science, Prentice-Hall, Inc., 1974, pp. 500-501.) 10 Strekk: Elastomerer (MPa) x brittle failure x plastic failure x elastomer e initial: amorphous chains are kinked, cross-linked. : final: chains are straight, still cross-linked Stress-strain curves adapted from Fig. 15.1, Callister 7e. Inset figures along elastomer curve (green) adapted from Fig. 15.15, Callister 7e. (Fig. 15.15 is from Z.D. Jastrzebski, The Nature and Properties of Engineering Materials, 3rd ed., John Wiley and Sons, 1987.) Deformation is reversible! -- sprøtt brudd (retter kjeder, kryssbundet & netverkspolymerer) -- plastisk oppførsel (delvis krystalline polymerer) 11 Vulkanisering av gummi Tilsetning av Sholdig stoff. Øker kryssbinding Øker stivhet og styrke Thermoplaster vs. Herdplaster • Termoplaster -- lite kryssbinding -- duktile -- myker opp v/oppvarming -- polyethylen polypropylen polykarbonat polystyren • Herdplaser: -- mye cryssbinding (10 to 50% of monomerer) -- hard og sprø -- myker ikke opp v/oppvarming -- vulkanisert gummi, epoxy, polyester, phenolharpix 13 T : Termoplaster • Senking av T... -- øker E -- øker TS -- minker %EL (MPa) 80 4°C Data for the semicrystalline polymer: PMMA 20°C (Plexiglas) 60 • Økning av tøynings- 40 hasighet... -- densamme effekten 20 40°C som minking av T. 0 60°C 0 0.1 0.2 e to 1.3 0.3 Adapted from Fig. 15.3, Callister 7e. (Fig. 15.3 is from T.S. Carswell and J.K. Nason, 'Effect of Environmental Conditions on the Mechanical Properties of Organic Plastics", Symposium on Plastics, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, PA, 1944.) 14 Polymertyper: Elastomerer Elastomerer – gummi – normalt kryssbundet – Naturgummi, kryssbundet – Syntetgummi & termoplastiske elastomerer styrene butadiene – Silicongummi 15 Polymertyper: fibrer Fibrer - lengde/diameter >100 • Bruk f eks i tekstil – Høy strekkholdfasthet – Normalt høy krystallinitet & polaitet • Lages vha spinning – ex: presse polymer gjennom dyse – Trekking gir rettet kjeder /fibrøs struktur – høy styrke 16 Polymertyper • • Belegg – tynne overflatefilmer – i.e. maling, lakk – Beskyttelse – Forbedre utseende – Elektrisk isolasjon Lim • Film/folie • Skum – gassbobbler I plast 17 Avanserte polymerer • Ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) – Molekylvekt ca. 4 x 106 g/mol – Gode egenskaper • • • • Høy seighet Slitagemotstand Lav friksjon Kjemisk resistent UHMWPE Adapted from chapteropening photograph, Chapter 22, Callister 7e. 18 Addisjon- (kjede) polymerisering – Initiering – Propagering –Avsluttning 19 Kondensasjonpolymerisering Polyetylentereftalat, PET 20 Tilsetningsstoffer Forbedre mekaniske egenskaper, processerbarhet, holdbarhet, etc. • Fyllstoff – Øker styrke, slitbarhet, seighet & minker kostnad – ex: carbon black, silica gel, wood, glass, kalk, talk, etc. • Plastifiseringsmiddler – Reduserer glassomvandlingstemperaturen, Tg – normalt tilsatt PVC – forbedrer duktilitet 21 Tilsetningsstoffer • Stabiliserere, Antioksidanter – Beskyttere mot UV • Smøremidler – lettere prosessering – Na stearat • Farvestoffer – Farge eller pigment • Flammestoppere – Cl/F & B 22 Processering av Plaster • Termoplast – – Kan kjøles og varmes reversibelt & resirkuleres – Varm til myk – forme –kjøl – ex: polyethylen, polypropylen, polystyren, etc. • Herdplast – Daner nettverk ved oppvarming – Ødelegges ved oppvarming – må formes før polymerisering – ex: uretan, epoxy 23 Procesering Plast - Støping • Transferpresstøping – Thermoplast eller herdplast Adapted from Fig. 15.23, Callister 7e. (Fig. 15.23 is from F.W. Billmeyer, Jr., Textbook of Polymer Science, 3rd ed., John Wiley & Sons, 1984. ) 24 Prosessering Plast - Støping • Sprøytestøping – termoplast & noen herdplast Adapted from Fig. 15.24, Callister 7e. (Fig. 15.24 is from F.W. Billmeyer, Jr., Textbook of Polymer Science, 2nd edition, John Wiley & Sons, 1971. ) 25 Prosessering – Ekstrusjon Adapted from Fig. 15.25, Callister 7e. (Fig. 15.25 is from Encyclopædia Britannica, 1997.) 26 Plastfilm/folie Adapted from Fig. 15.26, Callister 7e. (Fig. 15.26 is from Encyclopædia Britannica, 1997.) 27