Polimerler, modern hayatta en çok kullanılan malzemeler arasında, yüksek performanslı havacılık bileşenleri için her şeyden elde edilen tek kullanımlık malzemelerdir.Bu tür yüzeylerin özellikle de kristal alanların ortak noktası ile polimerleri tasarlayabilir ve bu iki farklı aşama ve kristal alan, polimer performansı, termal stabilite ve kimyasal direniş.Bu alanlar arasındaki dengeyi anlamak ve manipüle ederek, bilim adamları ve mühendisler, özellikle de belirli uygulamalar için uygun olarak tasarlanmış polimerleri tasarlayabilirler.Bu makale, bir polimerlerin doğasına dönüşür.

Polimer Yapısının Temelleri

Polimerler, moleküler birimleri tekrarlamak veya monomerler. Bu zincirler kimyasal yapısına, zincir uzunluğuna ve işleme koşullarına bağlı olarak farklı şekillerde birlikte toplanabilirler. İki temel katı-devlet organizasyonu vardır:

  • [FONT:0] Amorphous Domainler:[Döneticileri: [Döneticileri rastgele entangaç ve düzensizdir. zincirler uzun menzilli bir düzenden yoksundur, bir camdaki moleküllerin düzenlenmesi gibi.Bu alanlar esnekliği, etki direnci ve şeffaflığa katkıda bulunur.
  • [FONT:0]Crystalline Domainler:[Döneticileri katlayıp düzenli olarak hizaya giren Bölgeler, tekrar lattice. Zincirler sıkı bir şekilde paketlenmiş, malzeme yüksek yoğunluk, güç ve termal istikrar sağlamak. Kristalin bölgeleri mükemmel bir şekilde sipariş edilmez, ancak küçük bölgelerin bir morföz bölgeler tarafından ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı değildir.

Çoğu polimer tamamen kristal veya tamamen morföz değildir, ancak polistyrene gibi% 90'dan fazla kristalinlik içeren (HDPE) Bu oran malzemenin makrooskopik davranışını derinden etkiler.

Amorphous ve Kristalline Fazlar arasındaki Anahtar Farklar

Her aşamadaki farklı özelliklerini anlamak, polimer zincirlerinin düzenlenmesinden ve intermolecular kuvvetlerin gücünden kaynaklanmaktadır.

  • [FONT:0)Molecular Order:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:0)[Dönetici:[Dönetici:0) Kristallinen alanlar, bir süre içinde dolu zincirlerle uzun menzilli bir düzen sergilemektedir.
  • [FONT:0]Density:[DFLT:1] Çünkü kristal paketleme daha verimli, kristal bölgeler morfözlerden daha yüksek yoğunluklara sahiptir. Örneğin, polietilenin kristal aşamasının yoğunluğu 1.0 g/cm3 ile ilgilidir, amorf bir faz yaklaşık 0.86 g/cm3 civarında.
  • [FONT:0)Melting Davranışı:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:0)[Dönetici: 2) Bir cam geçişe sahipken, [Düzg[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜye Olmayanlar) sert, sert, sert bir ısı seviyesine kadar sert bir devletten bir sıcaklık aralığına kadar.
  • [FONTcal Properties:[Döneticiler: 0,0) Amorphous domains küçük ışık saçıyor çünkü onların yoğunlukları görünür dalgalar ölçeğinde üniforma yapıyor, polimerler şeffaf hale getiriyor. Kristal alanlar, ışık saçlarını ve tahıl sınırları içeriyor, opaklığı veya translucency.
  • [FONT:0)Mechanical Response:[Dönetici:[Döneticileri, güç ve ürpertici direnişe katkıda bulunur. Amorphous bölgeler, hız, sertlik ve esneklik sağlar.

Bu farklılıklar, aynı polimerin işlem tarihine bağlı olarak çok farklı davranabileceğini ve kristaliteye yol açabileceğini ifade eder. Örneğin, poli(zenfeksiyon) (PET) Yavaş yavaş yavaş soğutulduğunda (amorous) veya opak ve güçlü olabilir.

Kristallik Polimer Özellikleri Nasıl Etkiler

Kristallik derecesi, bir polimer materyalinin performansını tahmin eden en önemli parametrelerden biridir. İşte anahtar mülk domainlerini kırıyoruz.

Mekanik Özellikler Mekanik Özellikleri

Yüksek kristallik genellikle modları (stiffness), çekme gücü ve sertleştirici. kristal bölgeler fiziksel bağlantı olarak hareket eder ve materyali güçlendirir. Ancak, kristallik genellikle kırışıklık ve sertliği azaltmak için. yüksek yük taşıma kapasitesi gerektiren uygulamalar için, yapısal bileşenler veya paketleme filmler gibi, yüksek çözünürlük arzu edilir.

  • [FONT:0]Stiffness:[Dönetici:[Dönetici: 0,4] Gençlerin modulusu, kristal formlardan 2-10 kat artabilir.
  • [FONT:0]Yield Strength:[[Dönetici: [Döneticileri daha yüksek verim puana sahipler ancak etkisi altında kırılabilir.
  • [FONT:0)Fatigue Direnişi:[Dönetici:[Dönetici:0) Kristallik uzun vadeli döngü yükleme direncini geliştirir, ancak kristal-morf arayüzlerin varlığı aynı zamanda çatlakları da hareket ettirebilir.

Termal Özellikler

Kristal alanlar, erime noktası ve ısı direncini arttırırlar. cam geçiş sıcaklığı (T)) ile ilişkilidir; T) altında, yüksek sıcaklıklarda boyutsal stabilite sağlar. Örneğin, polieplet (EK) 2 °C'nin üzerinde yüksek düzeydeki yüksek çözünürlükte yüksek düzeydeki yüksek çözünürlükte, kristalize yüzeylerde yüksek çözünürlükte yüksek düzeydedir.

Optik Özellikler

Transparency büyük ölçüde kristal yapılar miktarı ve büyüklüğü tarafından kontrol edilir. Kristaller görünür ışık dalgalarından daha büyükse (yaklaşık 400-700 nm), ışıklarını dağıtabilir, PET verim veya translucent malzemelerini yapar. Amorphous polimerler genellikle açık bir şişe oluştururlar (örneğin, poli(geçmiş) – PMMA, p Polikarbonat kinetiği kontrol ederek).

Kimyasal Direniş ve Engel Özellikleri

Kristal bölgeler gaz ve sıvılara daha sıkı bir şekilde dolu ve daha az değer veriyor. Yüksek kristallik, sıvılara, yağlara ve kimyasallara karşı direnç geliştirir, çünkü sipariş edilen yapı, gıda ambalajı için mevcut olan ücretsiz hacmi azaltır. Bu yüzden Atari, aşındırıcı kimyasal konteynerler için kullanılırken, hidrokarbonlar tarafından kolayca saldırıya uğrar.

  • Örnek: Polyamid (nylon)% 50 kristallik ile, morföz bir meslektaşından daha fazla su absorpsiyonunu önemli ölçüde daha düşüktü.
  • Gaz geçirgenliği üzerindeki kristalin etkisi: PET'de kristallikte %30 artış oksijeni %50 azaltabilir.

İşleme sırasında Kristalizasyon

Üreticiler, kristal alanların miktarını, boyutunu ve dağıtımını kontrol etmek için çeşitli teknikler kullanırlar. Hedef, amaçlanan uygulama için istenen mülk dengesine ulaşmaktır.

Soğutma Oranı

Yavaş soğutma, polimer zincirlerinin kristalize çeperticilere katılma süresini sağlar, daha hızlı soğutma (kırık) kilitler zincirleri bir bozukluk haline getirir, morf bir durum. Enjeksiyon kalıbı genellikle belirli kristallik profilleri elde etmek için kontrollü soğutma kullanır. Örneğin, polipropilen (PP) parçaları hızlı soğutma ile daha sertleştirilebilir.

Ajansları Nucleating Agents

Küçük parçacıkları (talc, silik, büyücüler) eklemek, polimer zincirlerinin kristalize başlayabilir olmasıdır. Bu ajanlar nükleasyon sitelerinin sayısını arttırır, daha küçük kristalleri elde etmek için yaygın olarak kullanılır.

Oryantasyon (Stretching)

Mekanik işleme sırasında (örneğin, film germe, fiber iplik) beton şişeler ve el eksenel olarak yönlendirilme (BOPP) filmlerini hizalama yönünde teşvik eder. Bu yönlendirme, bu yönde güç ve sertlik geliştirir. Bi aksiyel yönelim (iki yönde çalışır) PET şişeler ve iki eksenel olarak yönlendirilir (BOPP) filmleri için kullanılır.

Annealinging

T[DDDDDD) ile CFONT:2) arasında bir sıcaklık ısıtın ve bir süre boyunca kristallerin büyüme ve yeniden düzenlenmesine izin verir.

Katkılar ve Copolimers

Bazı plastikleştiriciler veya dilbilimler kristalleşmeyi engelleyebilir, polimeri daha morför haline getirir - farklı monomerizasyonlar - zincir normalliği bozabilir ve kristalize etme yeteneği azaltır.

Amorphous ve Kristalline Domainlerin Karakterizasyonu

Polimer performansını anlamak ve kontrol etmek için, bilim adamları kristalliği ve domain boyutunu ölçmek için analitik yöntemler kullanırlar. Anahtar teknikleri şunları içerir:

  • [FONT:0)Differential Scanning Calorimetri (DSC): [Dönetici: [Dönetici:0) Katı kristalliği hesaplamak için% 100 oranında ısı akışı sağlar.
  • [X-Ray Diffraction (XRD): ) Wide-kahka X-ray Saçma (WAXS) kristal uçaklar için keskin zirveler ve büyük bir yarılma oranı.
  • [FONT:0]Density Ölçümleri: [DFLT:1] Kristal ve morför fazların farklı hallere sahip olması, kristalinliği basit bir karışım kuralı kullanarak hesaplamasına olanak sağlar.
  • [FONT:0)Infrared Spectroskopi (FTIR): ) Özel absorpsiyon grupları zincir uyumlaştırma ve paketlemeye karşı hassastır. kristalin morföz gruplara oranı tahmin etmek için kullanılabilir.
  • [FONT=0) Mikroscopy: [Dönetici: [Dönetici: [D) Polarize optik mikroscopy (POM) spherulitler. Atom kuvvet mikroscopy (AFM) ve iletim elektron mikroskobu (TEM) nanometre ölçeğinde doğrudan lameller kristalleri ve morföz bölgeleri sunar.

Analitik yöntemler hakkında daha fazla bilgi için, ESRAT:0) FenDirect polimer kristalite karakterizasyonuna genel bakış[[Dönetici 1) Bu alanları moleküler düzeyde anlamak ileri materyal tasarımı için önemlidir.

Gerçek Dünya Örnekleri ve Uygulamaları

Farklı uygulamalar, amorous ve kristal alanların eşsiz dengesini kullanır. Aşağıda birkaç belirgin polimer vardır ve domain yapı onların kullanımını nasıl yönetir.

Terephthalate (PET)

PET, yarı kristalize polyesterin klasik bir örneğidir. şişe üretiminde, polimer preform (amorf ve net) ve sonra sert kalıplaşmıştır. bi aksiyel yönelim, kristalleşmeye, şişeye dayanıklı, netliğe ve bariyer özelliklerine ulaşır.The British Plastiks Federation hasırda% 30–40'a ulaşır.[TFL:1)

Yüksek-Density Poli (HDPE)

Atari'nin minimum şube ile lineer bir zincir yapısı vardır,% 60-80'e kadar kristalize edilmesine izin verir.Bu yüksek kristallik, Atari mükemmel sertlik, kimyasal direnç ve düşük geçirgenlik sağlar.Bu, süt jugs, deterjan şişeleri ve korozyon-to boruları için seçim malzemesidir.

Polyvinyl Alkol (PVA)

PVA genellikle şeffaflık ve esneklik elde etmek için yüksek amorf içerik ile üretilir.Sudan çözünen ambalaj, kağıt kaplamalar ve yapıştırıcılar. kristalliği ısı tedavisi veya mekanik özellikleri artırmak için yükseltilebilir, ancak tamamen kristal form, PVA yapısında daha fazla yaygındır, diyor.

Polytetrafluoroetilen (PTFE)

Filtre (Teflon) lineer, kimyasal olarak normal arka kemiği nedeniyle son derece kristaldir (yüzde 98'e kadar) çünkü bu düşük sürtünme, yüksek erime noktası ve olağanüstü kimyasal direnç verir. Ancak, yüksek kristallik geleneksel yöntemlerle süreci zorlaştırır, çünkü filtre kolayca akmıyor.

Polikarbonat (PC)

P Polikarbonat öncelikle olağanüstü şeffaflık ve etki direnci sağlamak. Göz giyim lenslerinde, kurşun geçirmez cam ve tıbbi cihazlarda kullanılır. kristallik eksikliği mükemmel boyutsal stabilite sağlar, ancak düşük kimyasal direnç ve yüksek ürperticiler termoplastiklere kıyasla daha yüksek ürpertici.

Malzeme bilimi ilerledikçe, morfolojik ve kristal alanları kontrol etmek için yeni stratejiler ortaya çıkıyor. Bu teknikler, özelliklerin eşsiz kombinasyonlarıyla polimerler oluşturmak için hedefler.

Nanokompositler ve Nanofillers

Nanopartiküller (karbon nanotüpler, grafikene, kil) kristalleşme ajanlar olarak hareket edebilir, kristal yapıları büyük ölçüde değiştirebilirler. Ayrıca, elektrik iletkenliği ve mekanik gücü geliştiren epit aksiyel kristalizasyona ve percolated ağlar oluşturabilirler. Araştırmacılar nanopartiküller kullanarak nanomalzeme yapılarına da olabilirler.

Block Copolimers ve Self-Assembly

Blok kopolimerleri kristal ve kristal olmayan nano-sonsuz bloklardan oluşur, nanoyapılar sipariş edilebilir. Blok uzunlukları ve işlemeyi kontrol ederek, bir tane, kristal ve moral nano alanların değiştiricisi ile malzeme oluşturabilir - termoplastik elastomerler için (örneğin nanogözler için) veya nanogözler için.

Akıllı Polimerler ve Sorumluluklu Domainler

Metalikleri stimuli (sıcak, pH, ışık) yanıt olarak değiştiren polimerler geliştirilmektedir. Örneğin, Örnek olarak, Örnek polimerler, form-memory polimerleri ile ilgili olarak, “remember” olarak son zamanlarda biyomedikal cihazlarda uygulamaları ele alır.

Gelişmiş İşleme Teknikleri

Katkı üretimi (3D baskı) gibi yöntemler, katmanın-katlı soğutma oranları ve yönelim kontrolünü sağlar, bir kısımdaki yüksek çözünürlükte kristalliği sağlar. Lazer destekli işleme ve yerelleştirilmiş ısıtma, mikro ölçekli kristal modelleri özel mekanik veya optik performans için oluşturabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Bir morf ve kristal alan arasındaki etkileşim, bir borunun dayanıklılığına nasıl yardımcı oluyor, etkileşim ve işleme koşullarına cevap vererek, mühendisler aynı anda güçlü, sert ve kimyasal olarak dirençli hale gelen malzemeler üretebilir - genellikle bir sudaki yüzeysel malzemelerin açılmasına yol açar.Bu temel kavramlardaki temel kavramlar, moleküler düzeydeki sipariş ve tedavi koşulları dengeleri gerçek dünya işlevselliğini dikteler.

Polimer kristalliği ve özellikleri üzerindeki etkisi hakkında daha fazla okuma için, Uluslararası Polimer Bilimi Dergisi'nde bu incelemeyi ifade eder ).