Polimerler modern üretimdeki en yaygın kullanılan malzemeler arasında, işleme sırasındaki moleküler zincirler arasında ortaya çıkan ürünlerde, kimyasal kompozisyon ve moleküler ağırlıkları kritik olsa da, mekanik özelliklerdeki etkileri -ve ileri uygulamalar için kullanılan yöntemler.

Polimerlerde Moleküler Orientasyon Nedir?

Moleküler yönelim, polimer zincirlerinin tercih edilen bir yöne doğru hizalandığını açıklar. Tamamen izotropik bir materyalde zincirler rastgele düzenlenir, tüm yönlerde üniformalı özelliklere yol açar. aksine, bir bazlı polimer sergileri anisotropy: mekanik, optik ve termal özellikleri ölçüm yönünden farklı olabilir.

Yönelme gücü işlem sırasında dış alanlardan gelir - daha uzun bir uyum sağlar, bir yönelim parametresi ile yapılır veya film üretimindeki artış. Polimer zincirleri uzun ve somut olduğunda, uyum sağlarlar; ancak yeterli deformasyonla, onlar bir hız ve daha uzun bir uyum sağlarlar.

Oryantasyon, morföz polimerlerle sınırlı değildir. yarı kristal polimerlerde polietilen (PE) ve polipropilen (PP) gibi polimerler, kristal lamellae kendileri yönlendirilebilir, daha fazla ampliotropik bir zincirleme ve morfiyonel zincirleme arasındaki etkileşim genel mekanik yanıta katkıda bulunur.

Emlak Mekanizmaları Zincir Uyumu ile Geliştirilmiş

Yük Transfer ve Stres Dağıtımı

Bir polimer strese maruz kaldığı zaman, yük, zincirler arasındaki polimer geri kemiği ile aktarılır ve erkenden gelen polimerler stres yönünde obliquedir, bu nedenle uygulanan yüklerin sadece bir kısmı tutarlı bağlarla taşınır.Bu mekanizma doğrudan güç ve modları yükseltir.

Kristallik ve Oryantasyon Synergy

Yarı kristal polimerlerde, yönelim genellikle kristalliği kolaylaştırıcı zincir paketleme ile artırır. Ortak zincir kristal büyüme için nükleiktir ve ortaya çıkan lamellae hareketi kataraktlı elemanlarla yeniden şekillendirilir. Örneğin, yüksek çözünürlükte polipi (HDPE), çizim, polimer için sözde "shish-kebab" morfoloji üretebilir.

Mechanisms

Genellikle güç artırırken, sertliği üzerindeki etkisi daha fazla nuanced. Birçok sistemde, odaklı polimerler daha yüksek kırık enerji sergileyebilir, çünkü paralel zincirler başarısızlıktan önce kapsamlı plastik deformasyona girebilir.

Anahtar Mekanik Özellikler Üzerine Etkisi

Mekanik Güç ve Modulus

Moleküler yönelimin en dramatik etkisi, çekme özelliklerinde görülür. Uni aksiyel olarak merkezli fiberler 2-4 GPa'nin bir çekme gücüne sahip olabilir - aynı zamanda, prematüre filmlerin 1 GPa'den 10 GPa'ya kadar bir mod artışı sergilemektedir.

[0]Table 1: Tipik mülkiyet geliştirme yönelimi (notatif veriler))[değiştir | kaynağı değiştir], veri metinde özetlenir: izotropik bir polipropilenin, 30 MPa'nın eğimli bir gücü vardır, oysa modları 600 MPa'dan 10 GPa'ya kadar yükselir.

Etki Direnişi ve Zorluk

Oriented polimerler genellikle fibril çekme yoluyla enerji dağılımı nedeniyle üstün etki direnci gösterir.Depresif p Polikarbonat (PC) çarşaflar, örneğin, etki gücü izotropik çarşaflarla iki katına çıkabilir. Ancak, bir yönde aşırı hizalama dikkatlice kontrol edilmelidir: bir yönde aşırı hizalama tercih edilebilir.

Creep ve Dimensional Stability

Sürekli yük altında, odaklı polimerler ürpertici oranları azaltmaktadır, çünkü paralel zincirler vikoz akışına karşı direnir.Bu, uzun vadeli boyutsal istikrarın kritik olduğu yapısal uygulamalar için uygun hale getirir, otomotiv bileşenleri ve endüstriyel kemerler gibi. Bi aksi takdirde odaklı filmler de makine ve transverse yönlerde boyutsal stabiliteyi gösterir.

Kontrol için teknikler Moleküler Ortasyon Teknikleri

ve Die Drawing

Ek olarak, polimer erimesi bir ölü ile zorlanır ve yüksek çekme oranlarına sahip olur, örneğin, polipropilen (PP) fiberler genellikle 5:1 ila 10:1 arasında oranlara kadar yüksek onasite sağlar.

Filmler için Bi aksiyel

Bi aksiyel yönelim, makine ve transistöryel olarak yönlendirilen film (BOPP) ve iki yöndeki standart polietilen polindili terephthalate (BOPET) filme uygun veya aynı anda baskılı olarak yön veren film, aynı zamanda hem de transistöryel olarak, yüksek netlik, hem de mükemmel bariyer özellikleriyle hitap etmektedir.

Biyel yönelim aynı zamanda akansızca çekilmişken, [Dönderlik] bir tubular filminin genişletildiği yerde, bu işlem polietilen (PE) filmlerin yaygınlaşması için de kullanılabilir.

Nanofiberler için elektrospinning

Elektrospinning, bir polimer çözümü veya ultrafine fiberleri çekmesi için bir elektrik alanı kullanır. Hızlı jeting ve viski hareketi, fiber eksen boyunca yüksek moleküler yönelimi teşvik eder, nanofiberler için olağanüstü mekanik özelliklerle üretir. Elektrospun poliacrilonitrile (PAN) fiberler, örneğin, fiberler için öncülere hizmet eder ve stabilizasyon sağlar.

Enjeksiyon ve Yönelme

Enjeksiyon kalıplamada, molten polimerin bir kalıp boşluğuna akışı, kalıplanmış parçaların mekanik performansını artırmak için kullanılabilir, ancak tasarımda dikkate alınması gereken deri katmanı deneyimleri yüksek hear ve soğutma oranları, önemli moleküler yönelime yol açarken, temelin nispeten izotropik olduğu görülür.Bu yönelim, kalıplanmış parçaların mekanik performansını artırmak için de kullanılabilir.

Demiryolu ve Calendering

Mekanik yuvarlanma, genellikle ısıtma ile birlikte kullanılır, polimer çarşaflarında yönlendirmeye teşvik edebilir.İzmir ve kauçuk için kullanılan Calendering, malzemeyi bir dizi silindirle geçer, yuvarlanma yönünde zincirler hizalanır.Bu yöntem çizimden daha yavaş ve daha az kesindir, ancak kalın çarşaflar için maliyetle etkisiz olabilir.

Oryantasyon ve Karakterizasyonu

Moleküler yönelimin hesaplanması ve kalite kontrolü için gereklidir. Çeşitli teknikler kullanılır:

  • [FONT=0)Wide-kahka X-ray diffraction (WAXD)): Diffraction toplarının birzimuthal yoğunluk dağılımını analiz ederek kristal aşamaların yönlendirmesini ölçül. Herman'ın yönelim fonksiyonu genellikle WAXD verilerinden türlenmektedir.
  • [FONT:0]Birefringence[[[Dönetici: Optik anisotropy, kutuplu paralel ve perpendicular için fark edilen farkı ölçerek, hem de morfolojik bölgeler için ortalama bir yönelim değeri elde edilebilir.
  • [FONT=0)Infrared (IR) dichroism[Dönetici: Polimer arka kemiği boyunca belirli fonksiyonel grupların yönlendirmesini sağlamak için kutuplaşmış IR radyasyonunu kullanın.
  • [FONT=0]Raman spektroskopi[Dönetici: IR dichroism'e benzer şekilde, Raman, uygun değişikliklere karşı hassasiyet sunar ve temellere yönelik örnekler için kullanılabilir.
  • [FONT:0)Nuclear manyetik rezonans (NMR))[FONT)[FONT=0))

Endüstriyel kalite kontrolü için, kuşluk ve şişirme ölçümleri ( ısıtmadaki küçük sözleşme) genellikle hızlı bir yönelim göstergeleri olarak kullanılır. Yüksek derecede bir yönelim, cam geçiş veya erime noktası üzerinde ısındığında yüksek ısınmasına yol açar.

Oriented Polimerlerin Gelişmiş Uygulamaları

Yüksek performanslı Fibers

En ikonik uygulama ultra güçlü fiberlerdedir. Aramid fibers (e.g., Kevlar, Nomex) doğal olarak oar altında olan sıvı kristal çözümlerden işlenir, verimsiz zincirler neredeyse mükemmel bir şekilde hizalanır. UHMWPE fiberler, jel iplik ve ultra-drawing aracılığıyla aşırı güç elde eder.

Ambalaj Filmleri

Biyel odaklı filmler esnek paketleme endüstrisine hükmedmektedir. BOPP açık, güç ve nem bariyer sağlar; BOPET, kaybedici ve fırın için üst boyutlu stabilite ve termal direniş sunar.

Biyomedikal Cihazlar

Orientasyon cerrahi sutures'te kritik bir rol oynar, yüksek çekme gücü ve kontrollü bozulmalar gereklidir. Polylactic asit (PLA) sutures genellikle düğüm gücünü geliştirmek için tasarlanmıştır. Elektrospun scaffolds for doku mühendisliği kullanımı odaklı nanofiberler hücre büyümesini yönlendirmek ve tendonlar ve bağlar gibi doğal dokular hakkında bilgi sahibi olmak için.

Otomotiv ve Havacılık Takımları

Fiber-reinforced termoplastikler dahil olmak üzere, matrix yöneliminden fiber yönelime ek olarak faydalanır. matrixin anisotropik özellikleri, kontrollü cilt-core yönlendirmeleriyle birlikte interlaminar gücü geliştirmeye katkıda bulunur. Enjeksiyon-sonsuz parçalar iç panellerde ve alt-lik bileşenlerinde kullanılır.

Optik ve Elektronik Filmler

Oriented polimerler kutupizerler, geri dönüşüm filmlerinde gereklidir ve düşük termal genişleme kataraktlarında bulunan yüzeyler için yüzeyler kullanılır. Polyvinyl alkol (PVA) filmler aksi halde genişletilir ve LCDler için kutuplama filmlerini oluşturmak için iyot ile yapılır.

Meydanlar ve Sınırlar

Avantajlarına rağmen, optimal yönelimin elde edilmesi ve sürdürülmesi zorluklara sahiptir:

  • [FONT=0)Relaxation[[Dönemli zincirler cam geçiş sıcaklığının üzerinde ısıtıldığında rastgele bir anahtarlama durumuna geri dönme eğilimindedir ().)
  • [FONT:0)Processing constraints[[Dönlendirmeler: Çok yüksek çizim oranları boyun eğmeye, boşluk oluşturmaya veya yüzey kusurlarına neden olabilir. En optimal çekme oranı polimer moleküler ağırlık, sıcaklık ve su basıncına bağlıdır.
  • [FONT:0]Anisotropy trade-offs[Dönetici: 0 ): Uni aksiyel yönelim, perpendicular yönünden bir yönde özellikleri geliştirir - kolay bölmeye yol açar (fibrillation).
  • [FONT:0]Residual stres[[Dönemli: 1) Akış yoluyla yapılan veya germe ile yapılantasyon, özellikle enjeksiyon sonrası ürünlerde çatlaklara neden olabilecek kalıcı streslerden ayrılır.
  • [FONT:0]Scaling[[Dönetici: Laboratuvar-öldürme teknikleri (örneğin, elektrospinning, sağlam devlet çizimi) mal üretimi için ekonomik olarak ölçeklendirmek zordur.

Gelecek Yollar Oryantasyon Biliminde

Araştırma, polimer yöneliminin sınırlarını zorlamaya devam ediyor. Anahtar eğilimleri şunları içerir:

  • [FONT:0]Nanocomposite yönelimi[[Dönetici: Eşleştirilmiş polimer matriksleri ile uyumlu nanoparçacıklar (karbon nanotüpler, grafikene, hücreli nanokristaller), benzeri olmayan özelliklerle hiyerarşik malzemeler oluşturabilir. nano dolum cihazları polimer yönelimleri için şablonlar olarak hizmet edebilir.
  • [FONT:0]Bioinspired Orient[[Dönemli: ipek ve kolajen gibi doğal malzemeler kesin hiyerarşik yönelimi sergileyebilir. Mimicking these structures through kontrollü işleme yoluyla bu yapıları sürdürülebilir yüksek performanslı biyopolimerlere verebilir.
  • [FONT:0)Eksivi üretim[[DDD baskı teknikleri, baskı yolu boyunca doğal olarak üretilen (FDM) modelleme modeli gibi, baskı yöntemleri ile ilgili olarak analiz edilir ve baskılı polimerlerdeki yönlendirmeler yapısal uygulamalar için önemlidir.
  • [FONT=0)In-line Orient control[[Dönetmelik veya IR dichroism kullanılarak yapılan gerçek zamanlı izleme, hedef yönelim profillerini elde etmek için geri bildirim kontrolüne izin verebilir.
  • [FONT:0) Katı olarak istikrarlı bir şekilde polimerler [DÜT:1]: Yüksek cam geçişli polimerler geliştirmek veya servis koşullarında yönlendirmeli sıcaklıklar, poliimides veya poliether ether ketone (PEEK), havacılık ve elektronik için bir hedeftir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Moleküler yönelim polimer bilim ve mühendislikte temel bir parametredir, mekanik özellikleri tertemizlemek için güçlü bir avantaj sağlar.Demiryolu ile kontrol edilen işlem yoluyla polimer zincirleri hizalamak - ölçüm teknikleri, elektrospinning veya bi aksiyel germe - motorcular, polimerlerin yüksek performanslarını, değiştiricileri, etkisi direncini ve boyutsal istikrarı arttırmak için vaat eder. Ancak, anisotropy, sağlık hizmetleri ve işleme karmaşıklığı ile daha dayanıklı ürünlerle gelir.

[FONT:0] Daha fazla okuma için dış kaynaklar:
) )