کتب و مقالات
فیلم های آموزشی
دوره های آموزشی

کد : ٣٢٨٨
تاریخ انتشار : ١٣٩۵/٠۶/٠٩
بازدید : ١١٢۵

اثر بلورینگی بر خواص فیزیکی و مکانیکی پلی اتیلن


پلیمر ها را از نظر شکل شناسی به دو دسته آمورف و کریستالی تقسیم می کنند. هر چه پلیمر به صورت منظم تر کنار هم قرار گرفته باشند مثل (ماکارونی درون بسته ) پلیمر بلوری و هرچه به صورت در هم پیچیده شده باشند پلیمر (مثل ماکارونی پخته شده) پلیمر بی نظم یا آمورف خوانده می شود


اثر بلورینگی بر خواص فیزیکی و مکانیکی پلی اتیلن
پلیمر ها را از نظر شکل شناسی به دو دسته آمورف و کریستالی تقسیم می کنند.هر چه پلیمر به صورت منظم تر کنار هم قرار گرفته باشند مثل ( ماکارونی درون بسته ) پلیمر بلوری و هرچه به صورت در هم پیچیده شده باشند پلیمر (مثل ماکارونی پخته شده) پلیمر بی نظم خوانده می شود باید توجه داشت در هر پلیمری این دو ناحیه وجود دارد و بسته به این که درصد بلورینگ (میزان منظم بودن رشته های پلیمری) چقدر باشد در دسته آمورف یا نیمه کریستالی قرار می گیرد، معمولا پلیمر های با بلورینگ 80-70 درصد را بلوری و کمتر از 15-10 درصد را آمورف در نظر می گیرند.
 
کوچکترین واحد بلوری که لایه نامیده می شود، مسطح است و شامل زنجیر هایی است که به شکل عمودی بوده و در هر 5-15nm   و گاهی اوقات کمتر به شکل تا خورده هستند. لایه ها به وسیله تعدادی از زنجیرها که ضمن عبور از ناحیه بی شکل از میان آنها عبور می کنند، به یکدیگر متصل می شوند.این لایه ها واحد های کره ای بزرگتری را تشکیل می دهند که گویچه نامیده می شوند و از راه نواحی بی شکل به یکدیگر متصل می شوند.نواحی بلوری حالت سفتی و سختی پلیمر و دمای نرمی را باعث می شوند.در حالی که فاز بی شکل در دمای سرویس دهی پلیمر نسبتا نرم است، انعطاف پذیری و استحکام ضربه زیادی را باعث می شود.اندازه گویچه ها به طور قابل ملاحضه ای بر روی خواص پلیمر موثر است.

اکثر  پلی اولفین ها از جمله پلی اتیلن، نیمه بلوری هستند و از این رو  که پلی اولفین ها نیمه بلوری می توانند به شکل کامپوزیتی از مناطق بلوری و غیر بلوری در نظر گرفته شوند دارای اهیمت هستند.به طور کلی، آرایش مناطق بلوری و غیر بلوری و همچنین ناحیه مرزی میان مناطق بلوری و غیربلوری، نسبت این مناطق و درجه ارتباط آنها خواص نمونه پلی اتیلن را معیین می کند .

شکل زیر آرایش این نواحی را نشان می دهد.
 


نواحی بلوری و غیر بلوری در پلیمر
 
پیوند لایه ها در همسایگی گویچه ها به دو صورت کوالانسی و یونی شکل می گیرد.
ارتباط کووالانسی به دو شکل زنجیره های کوتاه رابط و حلقه های شل گره خورده مربوط به لایه های مجاوری در همه نمونه های پلی اتیلن وجود دارد.
در حالی که پیوند یونی در موارد که کومنومر حاوی گروه های قطبی باشد ایجاد می شود.زنجیره های رابط به دلیل انتقال نیرو بین لایه ها تعیین کننده یا اثر گذار روی خواص مکانیکی مانند چقرمگی و مدول اند.بدون این رابط ها، جامد پلی اتیلن یک ماده ترد با خواص فیزیکی ضعیف است.
هر چه مناطق میان لایه ها پهن تر باشند، زنجیره های رابط که آن را پوشش می دهند، کمتر اند.همچنین هر چه شعاع چرخش مولکول در مذاب کوچکتر باشد، تعداد زنجیرهای رابط در جامد بلوری شده از مذاب کمتر می شود.

نمونه هایی که سریع سرد می شوند زنجیره های رابط بیشتری دارند، نسبت به آنهایی که به آهستگی سرد می شوند، و نمونه هایی که از محلول بلوری می شوند، زنجیره های رابط  کمتری دارند.به علاوه، تجمع زنجیره های رابط بین لایه ای در یک نمونه وابسته به وزن مولکولی است.

برای پلیمر با وزن مولکولی کم تعداد ارتباطات میان دو لایه بسیار اندک است، اما برای پلیمر های با وزن مولکولی بالا و همراه شاخه طول زیاد مولکول سبب می شود که بتواند از میان تعداد زیاد لایه بلوری و فضاهای بی شکل بین آنها گذر کند بدیهی است هر چه تعداد رابط ها بیشتر باشد، ارتباط میان لایه ها ی همسایه بیشتر خواهد شد که این باعث افزایش مقدار تحمل بار می شود.بر خلاف اکثر مواد بلوری، مولکول های پلی اتیلن، کاملا در بلورچه ها قرار نمی گیرند. وجود ساختارهای غیر قابل بلوری شدن مانند شاخه ها و گره ها، یک مولکول پلی اتیلن را به بخش های خطی تقسیم می کنند که برای بلوری شدن به اندازه کافی بزرگ نیستند.هر چه این بخش ها کوچکتر باشند، احتمال این که بلور های پایدار تشکل دهند، کمتر است.بلورچه های زخیم تر از از نظر ترمودینامیکی دارای پایداری بیشتری هستند. توالی های خطی بلندتر تمایل بیشتری به بلور شدن سریع ت هنگام سرد شدن نمونه دارند.

در حالی که توالی های کوتاه تر در دمای پایین تر و آهسته تر بلوری می شوند و بلور های نازک تر تشکیل می دهند.بنابراین، اجزای با وزن مولکولی بسیار کم در مرز گویچه ها قرار می گیرند و در نمونه هایی که بخش قابل توجهی جزء با وزن مولکولی بسیار کم دارند سبب ترد شدن آنها می شوند.

مقدار شاخه های جانبی و توزیع آنها بسیار مهم تر و اثر گذار تر از وزن مولکولی بر شکل شناسی کروی و لایه ای و در نتیجه رفتار بلورینگ و ذوب است.
برای پلی اتیلن های تولید شده با کاتالیزور زیگلر-ناتا توزیع شاخه های کوتاه به شکل ناهمگن و چند قله ای است که فرآیند بلورینگ را پیچیده و بلورهای با توزیع ضخامت ضخامت بلور ناهمگن به وجود می آورد.
در حالی که پلی اتیلن های متالوسنی توزیع شاخه های یکنواخت تر و بسیار باریک دارند.بنابراین ضخامت بلورها از توزیع بارکتری برخوردار است.
برای مقدار شاخه های کوتاه یا SCB  برابر پلی اتیلن متالوسنی نسبت به پلی اتیلن تهیه شده با کاتالیزور زیگلر ناتا حاوی توالی متیلنی طولانی و در نتیجه بلور های با دمای ذوب بالا نیست.
به طور کلی با افزایش تعداد شاخه ها کوتاه دمای ذوب کاهش می یاد اما در مورد پلی اتیلن متالوسنی این کاهش به آرامی صورت می گیرد در مورد پلی اتیلن زیگلر-ناتا با افزایش شاخه های SCB  دمای ذوب به شدت کاهش می یابد.
 

اثر بلورینگی بر خواص فیزیکی و مکانیکی:
به طور کلی ویژگی های زیر ناشی از آثار بلورینگی است:
-سختی و چقرمگی:
1-پلیمر های بلوری بین دمای Tg (دمای انتقال شیشه ای ) و Tm  (دمای ذوب)چقرمه و زیر Tg خود ترد هستند.-
پلیمر های بیشکل در دمای کمتر از Tg  شکننده و در دمای بیشتر از آن لاستیکی هستند.
پلیمر های با تبلور زیاد (بیش از 70 درصد) در دمای کمتر از Tm همراه محکم و سخت هستند.

2-با افزایش بلورینگی در پلی اتیلن چگالی، مقاومت گرمایی و شیمیایی، گرمای ویژه و رسانایی گرمایی، سفتی و سختی، استحکام کششی، مقاومت در برابر خزش، مقاومت در برابر مولکول های کوچک و جمع شدگی افزایش می یابد.
استحکام ضربه، شفافیت، مقاومت در برابر ترک زایی تنش محیطی و اتلاف دی الکتریک کاهش می یابد.

3-شاخه دار شدن و کو پلیمر شدن مقدار بلورینگی را کاهش و کشش سرد زیاد (جهت دار کردن زنجیر) بلورینگی را افزایش می دهد.
مدول یانگ ارتباط مستقیمی با مقدار بلورینگی و جهت یافتگی دارد. هر چه مقدار بلورینگی و جهت یافتگی بیشتر باشد، مدول بیشتر است.
با آرایش یافتگی مولکولی، استحکام کششی و سختی افزایش و نفوذ پذیری و افزایش طول تا نقطه پارگی کاهش می یابد.

4-در پلیمر های بلوری، تخریب گرمایی-اکسایشی در نواحی بلوری رخ نمی دهد، چون اکسیژن به آسانی به داخل بلورچه ها نمی تواند نفوذ کند.
لایه های بلوری بخش بزرگی از ریز ساختار را تشکیل می دهند که به وسیله ارتباط بین لایه ای به هم متصل می شوند و بخش صلب زمینه را تشکیل می دهد.

5- مقدار بالای Tg، کسر حجمی بلورچه ها بیشترین اثر را روی تنش تسلیم دارد. به طوریکه ارتباط خطی میان مقدار تبلور و تنش تسلیم وجود دارد.
در جدول زیر خواص پلیمر های بلوری و آمورف بررسی شده:
 










مقایه خواص پلیمر های آبلوری و بی شکل
خواص  پلیمر بلوری پلیمر های بی شکل 
وزن مخصوص           بیش تر            کم تر
حد گسیتگی بیش تر  کم تر 
مدول کششی بیشتر کم تر 
شکل پذیری، انبساط طولی کمتر بیش تر 
مقاومت در برابر خزش بیش تر  کم تر 
حداکثر دمای مصرف بیش تر  کم تر 
انقباض و تمایل به تابیدگی بیش تر کم تر
سیالیت بیش تر کم تر
مقاومت در برابر مواد شیمیایی بیش تر  کم تر 


طبقه بندی پلیمر های آمورف و کریستالی
طبقه بندی پلیمر های آمورف و نیمه کریستالی
 
برگرفته از کتاب: وابستگی های پارامترهای ساختاری، فرآیندی و خواص پلی اتیلن

نویسنده:
مهندس لیلا مبلغ

دکتر جلیل مرشدیان
برچسب: شکل شناسی پلیمر, بلورینگ پلیمر, پلیمر بلوری, پلیمر آمورف , پلیمر نیمه کریستالی , خواص پلیمر بلوری, خواص پلیمر آمورف, ,

فرم ارسال نظر

ارسال نظر

نام:
 
آدرس ایمیل:
پیام:
 
    
عبارت امنیتی:
 

نظرات

موردی یافت نشد !
تصویر موجود نمیباشد