Polimer anyagszerkezettan

Tartalom

BEVEZETÉS 1
1. ATOMOK FELÉPÍTÉSE, A PERIÓDUSOS RENDSZER NÉHÁNY SAJÁTSÁGA 5
1.1. Szén 6
1.2. A szén kristályos formái: gyémánt és grafit 7
2. ATOMOK KÖZÖTTI KÖTÉSTÍPUSOK 9
2.1. Kovalens kötés 9
2.2. Ionos kötés 10
2.3. Fémes kötés 10
2.4. Másodlagos kötések 10
2.4.1. van der Waals kötések 10
2.4.2. hidrogén kötés 11
2.4.3. dipólusmomentumok 11
3. A POLIMER MOLEKULÁK KONFIGURÁCIÓS VAGY KÉMIAI SZERKEZETI FELÉPÍTÉSE 12
3.1. Konfiguráció és konformáció 12
3.2. Konfigurációs szerkezeti felépítés 13
3.2.1. Fej-láb, ill. fej-fej kapcsolódás 13
3.2.2. Sztereoregularitás 14
3.2.3. Cisz-transz izoméria 15
3.2.4. Elágazási izoméria 15
3.2.5. A kopolimerizáció hatása a polimer molekulák felépítésére 15
4. POLIMEREK MOLEKULA TÖMEG ELOSZLÁSA 17
4.1. A moltömeg és a polimerizációs fok 17
4.2. A molekulatömeg eloszlás és jellemzői 18
4.3. Súlyozott átlagértékek és eloszlások 19
4.4. A molekulatömeg átlagértékének és eloszlásának mérési módszerei 21
4.5. A polimolekularitás befolyása a polimer tulajdonságaira 22
5. POLIMEREK OLDHATÓSÁGA 24
5.1. Kohéziós energia 25
5.2. Polimerek oldhatósága 25
5.3. A polimerek oldhatóságának kritériuma, oldhatósági paraméter 25
5.3.1. Oldhatósági paraméter 26
6. POLIMER OLDATOK TERMODINAMIKÁJA 29
6.1. Kismolekulájú oldatok keveredése 29
6.1.1. Ideális oldatok 29
6.1.2. Valódi (kismolekulájú) oldatok 29
6.2. Polimer oldatok keveredése 30
6.2.1. Polimer oldatok keveredési entrópiája 30
6.2.2. Polimerek keveredési hője és a polimerek keveredési szabad entalpiája 31
6.2.3. A polimer oldat keveredési szabad entalpiája 32
7. POLIMEREK MORFOLÓGIAI ÁTTEKINTÉSE, KRISTÁLYOSSÁG 33
7.1. Eltérések a kis- és nagy molekulájú anyagok viselkedésében 33
7.1.1. Hosszútávú rugalmasság jelentkezése 33
7.1.2. Kristályosságbeli eltérések 34
7.1.3. Különböző szintű morfológiai egységek kialakulása 37
7.2. Morfológiai áttekintés 38
7.2.1. Krisztallitok 41
7.2.2. Amorf területek 43
7.2.3. Szferolitok 44
7.2.4. Egykristályok 50
7.2.5. Fibrillák 53
7.2.6. Egyéb szerkezeti képződmények 57
7.2.7. A polimer morfológia általános képe 59
8. MÓDSZEREK A POLIMEREK SZUPERMOLEKULÁRIS SZERKEZETÉNEK TANULMÁNYOZÁSÁRA 61
8.1. Dilatometria 61
8.2. Fénymikroszkópia 63
8.3. Fényszóródás polimereken 65
8.4. Elektronmikroszkópia 67
8.4.1. Transzmissziós elektronmikroszkópia (TEM) 67
8.4.2. Pásztázó (scanning) elektronmikroszkópia (SEM) 68
8.5. Röntgen diffrakció 70
8.5.1. Normál (nagyszögű) diffrakció 70
8.5.2. Kisszögű diffrakció 71
8.6. Termoanallzis 72
8.6.1. Diffenciál termoanallzis (DTA) 72
8.6.2. Differenciál scanning kalorimetria (DSC) 73
8.6.3. Polimerek olvadása 77
9. POLIMEREK MOLEKULÁRIS SZERKEZETÉNEK VIZSGÁLATA RÖNTGENDIFFRAKCIÓVAL 79
9.1. Optikai és röntgenszint 79
9.2. A röntgendiffrakciós vizsgálatok hasonlósága a fénydiffrakcióhoz 79
9.3. A röntgendiffrakció alapfogalmai 81
9.4. Az interferencia feltétele, az interferenciakép geometriája 85
9.5. A röntgenfelvételek fajtái. A száldiagram 88
9.6. Porfelvételek. Diffraktométer 92
9.7. A röntgendiffrakciós képek kiértékelése; a fontosabb kiértékelési szempontok 94
9.8. Azonosítás a röntgendiagramok alapján 94
9.9. Identitási periódus 95
9.10. A molekulaláncok oldalirányú rendezettsége 100
10. MAKROMOLEKULÁK ORIENTÁCIÓJA 103
10.1. Mono- és biaxiális orientáció; pólusábrák 103
10.2. Vizsgálati módszerek az orientáció meghatározására 104
10.3. Hideg nyúlás, nyakképződés_106
10.4. Az orientáció meghatározása röntgenfelvételekből 107
10.5. Orientációs típusok a röntgenfelvételen 111
10.6. Az orientáció mérésének kísérleti eredményei 112
10.7. Az orientáció meghatározása az optikai kettőstörés segítségével 121
10.8. Az orientáció meghatározása ultrahang segítségével 122
10.9. Az amorf orientáció meghatározásának jelentősége és kísérleti eredményei 126
11. A KRISTÁLYOS RÉSZECSKENAGYSÁG MEGHATÁROZÁSA 129
11.1. Az átlagos kristályos részecskenagyság meghatározása 129
11.2. A kristályos részecskenagyság eloszlásának meghatározása 132
12. A POLIMEREK KRISTÁLYOSSÁGÁNAK MEGHATÁROZÁSA 133
12.1. A kristályosság (kristályos tömeghányad) definíciója 133
12.2. A röntgenfelvételen jelentkező szórások szétválasztása 134
12.2.1. Háttérszórás vagy alapfeketedés megállapítása 134
12.2.2. Az amorf görbe lefutásának meghatározása 135
12.3. A kristályosság számítása az amorf és a kristályos szóródás ismeretében 136
12.3.1. Kiértékelés egyedi röntgenképek alapján 137
12.3.2. Kiértékelés a röntgenképek összehasonlításával, ha amorf minta előállítható 141
12.3.3. Kiértékelés a röntgenképek összehasonlításával, ha amorf minta nem állítható elő 143
12.4. A kristályosság meghatározása sűrűségméréssel 146
12.5. Egyéb kristályosság-meghatározási módszerek áttekintése 149
12.6. A röntgen interferenciaképek matematikai leírása 151
12.7. A kristályos részecskenagyság változásának hatása a röntgenképre 155
12.8. A kristályosság változásának hatása a röntgenképre 155
12.9. A polipropilén hőkezelése során lejátszódó folyamatok 158
13. POLIMEREK SZERKEZETE ÉS MAKROTULAJDONSÁGAI KAPCSOLATA 159
13.1. Polimerek szerkezeti gráfja 159
13.2. A szerkezeti szintek és a makrotulajdonságok kapcsolata 160
13.1.1. Az átlagos anyagtulajdonságok becslése 160
13.1.2. A polimer anyagok deformáció komponensei 160
14. POLIMEREK MECHANIKAI VISELKEDÉSE ÉS SZILÁRDSÁGA 165
14.1. A mechanikai anyagvizsgálatok általános sémája 165
14.2. Polimerek mechanikai tulajdonságai a fémekhez hasonlítva 166
14.3. Polimerek időfüggő viselkedése mechanikai terhelések esetén 168
14.3.1. Kúszás 168
14.3.2. Feszültségrelaxáció 170
14.3.3. Kvázistatikus hiszterézis ciklikus vizsgálatoknál 172
14.4. Polimerek viselkedése dinamikus terhelések esetén 174
14.4.1. A vizsgálat sebességének befolyása 174
14.4.2. Dinamikus jellemzők periódikus gerjesztés esetén 175
14.5. Polimerek szilárdsági tulajdonságai 181
14.5.1. Polimerek szilárdsága és a szerkezet kapcsolata 181
14.5.2. Az igénybevétel típusának befolyása a kvázistatikus szilárdsági jellemzőkre 184
14.5.2. Polimerek tartós szilárdsági jellemzői 186
14.5.3. Polimerek szívóssága, ütésállósága 189
15. POLIMEREK VISELKEDÉSE A HŐMÉRSÉKLET VÁLTOZÁSA MELLETT 193
15.1. Polimerek fizikai állapotai a hőmérséklet függvényében 193
15.2. Polimerek termomechanikai görbéi 197
15.2.1. A termomechanikai görbék meghatározási módjai 197
15.2.2. Polimertípusok jellemző termomechanikai görbéi 198
15.2.3. A polimer szerkezete és a termomechanikai görbeparaméterek kapcsolata 203
15.2.4. A vizsgálati sebesség befolyása a termomechanikai viselkedésre 208
15.3. A hőmérséklet befolyása a polimer egyéb mechanikai jellemzőire 211
15.3.1. A szakítógörbe alakjának változása a hőmérséklet függvényében 211
15.3.2. A hőmérséklet befolyása a polimerek időfüggő mechanikai viselkedésére 213
15.3.3. A hőmérséklet befolyása a feldolgozási tulajdonságokra 214
16. POLIMEREK VISELKEDÉSE A NEDVESSÉGTARTALOM VÁLTOZÁSA MELLETT 216
16.1. Polimerek állapotváltozásai az oldószertartalom függvényében 216
16.2. Polimerek nedvességfelvételi mechanizmusa 218
16.2.1. A nedvszívóképességet befolyásoló tényezők 219
16.3. A nedvességtartalom befolyása a mechanikai tulajdonságokra 221
16.3.1. A nedvességtartalom befolyása a szilárdsági jellemzőkre 221
16.3.2. A nedvességtartalom befolyása a feldolgozási tulajdonságokra 223
17. SZILÁRD POLIMEREK MECHANIKAI VISELKEDÉSÉNEK MATEMATIKAI LEÍRÁSA 224
17.1. A mechanikai viselkedés leírása időtartományban 224
17.1.1. Mechanikai modellelemek 225
17.1.2. A deformációkomponensek modelljei 226
17.1.3. A feszültségrelaxáció modellezése 230
17.1.4. A kúszás modellezése 244
17.1.5. A kvázistatikus hiszterézis modellezése 249
17.1.6. A lineáris viszkoelaszticitás alapegyenletei 257
17.2. A mechanikai viselkedés leírása frekvenciatartományban 259
17.2.1. Az egyszerű modellek válasza dinamikus gerjesztésre 259
17.2.2. Az általánosított modellek válasza dinamikus gerjesztésre 264
17.2.3. A lineáris viszkoelaszticitás alapegyenletei dinamikus gerjesztések esetén 266
17.3. Polimerek lineárisan viszkoelasztikus viselkedésének határai 267
17.3.1. A lineáris és nemlineáris viselkedés különbségei 267
17.3.2. A szakítógörbe és a relaxációs görbe kapcsolata 268
18. A TARTÓS TERHELÉSI VIZSGÁLATOK GYORSÍTÁSI MÓDSZEREI 272
18.1. Polimerek viselkedésének modellezése tartós terhelések esetén 272
18.2. A hőmérséklet-idő hasonlósági elv alkalmazása 273
18.2.1. A hőmérséklet-idő szuperpozíció 273
18.2.2. A WLF egyenlet és alkalmazásai 276
18.2.3. Mestergörbe szerkesztése 277
18.3. Egyéb hasonlósági elvek 279
19. POLIMEREK EGYÉB FIZIKAI ÉS KÉMIAI TULAJDONSÁGAI 281
19.1. Polimerek hőtechnikai és égési tulajdonságai 281
19.1.1. Polimerek hőtani jellemzői 281
19.1.2. Polimerek hideg- és hőállósága 282
19.1.3. Polimerek égési tulajdonságai 284
19.2. Polimerek akusztikus jellemzői 284
19.3. Polimerek optikai tulajdonságai 285
19.4. Polimerek villamos tulajdonságai 286
19.5. Polimerek viselkedése vegyi környezetben 287
19.6. Polimerek viselkedése biológiai környezetben 287
19.7. Polimerek viselkedése a technoklímában 288
19.7.1. Polimerek öregedési folyamatai 288
19.7.2. Az öregedés hatása és gátlása 289
20. POLIMEREK TULAJDONSÁGMÓDOSÍTÓ ELJÁRÁSAI 291
20.1. A tulajdonságmódosítás kémiai módszerei 291
20.2. Keverékpolimerek 292
20.3. Társított polimerek 293
IRODALOM 297
ANYAGJELÖLÉSEK 299

Témakörök