زنجیره های پلیمری و گرما
پلیمر ها را به طور کلی از نظر حرارت پذیری به دوگروه گرمانرم (thermoplast) و گرماسخت (thermoset) تقسیم میکنیم. ترموپلاست ها پلیمرهایی هستندکه از نظر گرما پذیری در اثر گرما نرم شده و دربالاتر از یک دمای خاص جریان مییابند. به عبارت دیگر با گرم کردن این مواد امکان لغزش زنجیر های پلیمری بر روی یکدیگر فراهم میشود. این مواد را میتوان در اثر گرم کردن چندین بار تغییر شکل داد و همچنین این مواد قابلیت حلالیت در حلال ها را دارا هستند. ترموپلاستیک ها دارای ساختار مولکولی خطی یا شاخه ای هستند.
ترموست ها مواد پلیمری هستند که برای استفاده به روش گرما دادن یا با تابیده شدن اشعه و رطوبت به آنها شبکهای میشوند ( پخت میشوند) و به همین دلیل به محصولاتی غیر قابل ذوب و انحلال تبدیل می شوند. ترموپلاستیک ها با کوچک مولکول ها در اثر گرما دیدن رفتار متفاوتی از خود نشان میدهند. و باید به این نکته توجه نمود که پلیمرها به طور معمول نقطه ذوب مشخصی ندارند و ذوب شدن آنها معمولا در محدوده ای از دما اتفاق میافتد.
رفتار نواحی آمورف و بلورین یک ماده ترموپلاستیک در برابر گرما یکسان نیست. اگر یه ماده با خصوصیت آمورف را گرم کنیم به تدریج شاهد آن هستیم که بخش هایی از زنجیرها توانایی حرکت را پیدا کرده اند و اصطلاحا پلیمر نرم شده است. این دما را دمای انتقال شیشه ای مینامند و با Tg آنرا نمایش میدهند. و یکی از ویژگی های مهم ترموپلاستیک ها خوانده میشود. اگر به عمل گرما دهی به پلیمر نرم شده (نیمه بلورین، پلیمر و گرما ) ادامه دهیم به تدریج نواحی بلورین پلیمر نیز از حال تبلورینگی خارج شده و شروع به حرکت میکنند. به این دما دمای ذوب میگوییم و آنرا با Tm نمایش میدهیم .
پلیمر و گرما
افزایش وزن مولکولی باعث بهبود مقاومت شیمیایی و خواص مکانیکی ماده ( استحکام ، چقرمگی ، خزش ، مقاومت در برابر ترک ) میشود. ولی همین زیاد شدن جرم مولکولی باعث افزایش ویسکوزیته مذاب پلیمر ی میشود و همین امر باعث کاهش امکان فرآیند پذیری میشود.
در صنعت از شاخص جریان مذاب (M.F.I) برای تخمین وزن مولکول استفاده میشود. که این شاخص تعیین کننده مقدار پلیمر مذاب خارج شده در شرایط دمایی و فشاری مشخص و در مدت 10 دقیقه است . عدد M.F.I و وزن مولکول رابطه عکس با یکدیگر دارند. برای تخمین دقیق وزن مولکولی یک پلیمر از روش های اندازه گیری ویسکوزیته محلول و کروماتو گرافی ژل تراوایی (GPC) استفاده میکنیم.
از عوامل موثر بر وزن مولکول پلیمر در واکنش پلیمریزاسیون، شرایط واکنش ، نوع فرآیند و نوع کاتالیزور هستند. در فرآیند پلیمریزاسیون همه مولکول ها شرایط یکسانی ندارند و همین باعث میشود که همه آنها به یک اندازه رشد نکنند و همین امر معرف این است که یک پلیمر شامل مخلوطی از چند جرم مولکولی مختلف است. هنگامی که از وزن مولکولی صحبت میکنیم در اصل از میانگین وزن های مولکول های آن پلیمر صحبت میکنیم و میانگین آن وزن های مولکولی مورد نظر ماست.
از عوامل تعیین کننده ویژگی های یک پلیمر علاوه بر وزن مولکولی، میانگین وزن مولکولی نیز موثر است . وزن مولکولی پلیمرها معمولا با وزن مولکولی میانگین عددی (Mn) و وزن مولکولی میانگین وزنی (Mw) تعیین و گزارش میشوند.
پلیمر و گرما
پلیمر و گرما
پلیمر و گرما
پلیمر و گرما
درمورد اکثر اجسام و مواد موجود این وضعیت را دارا هستیم که با اعمال نیرو به نقطه ای از جسم ، شاهد تغییر شکل آن ماده هستیم و هرچه مساحتی که نیرو به آن وارد میشود را گسترده تر کنیم شاهد آن هستیم که تغییر شکل آن ماده کمتر خواهد بود .
پلیمر و گرما
بنابر همین امر میتوانیم بیان کنیم که عامل تغییر شکل اجسام میگردد، میزان نیرو بر واحد سطح وارد شده یا به عبارتی تنش میباشد .همانطور که میدانیم نیرو کمیتی برداری است، باتوجه به جهت وارد شدن نیرو به جسم میتوانیم دو نوع تنش را برای یک جسم بیان کنیم تنش نرمال و تنش برشی درصورتی که نیروی وارد شده بر سطح جسم با سطح جسم ، با یکدیگر موازی باشند تنش را تنش نرمال σ مینامیم، مانند شکل زیر ( a ) .
درصورتی که نیروی وارد شده بر سطح جسم بر سطح جسم عمود باشد، تنش را تنش برشی τ میگوییم مانند شکل زیر ( b ) .
پلیمر و گرما
پلیمر و گرما
پلیمر و گرما
درمواقعی که شرایط و مشخصات اعمال تنش را به طور واضح در اختیار نداریم ، باید حالت فضایی اعمال تنش را به جای حالت صفحه بررسی کنیم . و به همین صورت برای نمایش تنش ها ، تنش ها به 9 مولفه بر روی یک مکعب بسیار کوچک تجزیه میشوند.
پلیمر و گرما
همچنین مولفه های تنش را به صورت ماتریس نیز میتوانیم نمایش بدهیم. به خاطر وجود خاصیت تقارن تنسورها تعداد مولفه های مستقل تنش را به 6 عدد کاهش میدهیم.
پلیمر و گرما
تغییر شکلی که در اثر اعمال تنش ایجاد میشود (شکل a )را کرنش مینامیم. بیان به صورت ساده ، کرنش نرمال به صورت زیر بیان و محاسبه میگردد:
پلیمر و گرما
در برخی موارد برای نمایش و واکاوی شکل های بزرگ از کشش (Draw ratio)که با λ نمایش داده میشود و کرنش واقعی (True strain) که با نماد زیر نمایش داده میشود استفاده میگردد:
پلیمر و گرما
پلیمر و گرما
زمانی که شرایط و مشخصات تنش اعمالی برای ما واضح و مشخص نیستند لازم است که طریقه تغییر شکل برای ما به طور کامل بیان و مشخص گردد. بر اساس همین تغییر مشخصات به دست آمده تغییرات شکل و تغییرات ایجاد شده درجسم با عبارت تنسور کرنش به صورت یک ماتریس متقارن بیان میگردد.
پلیمر و گرما