Zgryźliwość kojarzy mi się z radością, która źle skończyła.
13. Optyczne i akustyczne (ultradźwięki) właściwości polimerów
Optyczne właściwości polimerów (barwa, przezroczystość, połysk, mętność itp.) są wynikiem zjawisk typowych dla ruchu falowego (światło jest falą elektromagnetyczną), tj:
-pochłaniania (absorpcji)- polimery zasadniczo nie absorbują światła w zakresie widzialnym
-załamania (refrakcji)
-odbicia
-rozpraszania,
których intensywność zależy od struktury chemicznej i fizycznej polimeru.
Oddziaływanie światła z materią zależy od:
-przewodnictwa właściwego (σu)
-przenikalności elektrycznej (Ɛ)
-przenikalności magnetycznej (μ)
Barwa polimerów związana jest głównie ze zjawiskami absorpcji promieniowania świetlnego. Duża większość polimerów, które nie mają specjalnie wbudowanych grup chromoforowych jest albo bezbarwna (jeśli są przezroczyste) lub biała (jeśli są nieprzezroczyste), stosunkowo nieliczne mają naturalną barwę, np. żywice fenolowo-formaldehydowe- brązową.
Głównym zakresem absorpcji polimerów jest podczerwień. Spektroskopia IR stanowi jedną z podstawowych metod jakościowej i ilościowej analizy polimerów
Barwę polimerów można zmieniać przez dodatek substancji absorbujących promieniowanie widzialne (barwniki- polimer zachowuje przezroczystość; pigmenty-polimer traci przezroczystość)
Przezroczystość polimerów- uwarunkowana głównie zjawiskami odbicia, rozpraszania i załamania światła w powiązaniu ze stopniem jednorodności struktury fizycznej. Natężenie promieniowania przechodzącego przez próbkę, które określa przepuszczalność światła, jest mniejsze od natężenia światła padającego o wartość natężenia promieniowania odbitego.
Przy prostopadłym padaniu promieni współczynnik odbicia ρ (stosunek natężenia promieniowania odbitego i padającego) można powiązać ze współczynnikiem załamania światła:
-polimery o większym współczynniku refrakcji lepiej odbijają światło, tzn. mniejsza jest ich przepuszczalność
-gdy jednorodności struktury polimeru mają wymiary większe od długości fali światła λ to światło ulega na nich załamaniu i odbiciu pod różnymi kątami, co prowadzi do jego rozproszenia i spadku przezroczystości
-odbicie lustrzane wystąpi tylko wtedy gdy nierówności powierzchni granicznej są mniejsze od λ
-dużą przezroczystość mają polimery jednorodne strukturalnie- jednofazowe, a więc głównie amorficzne
-małą przezroczystość mają polimery semikrystaliczne, ze względu na dwufazową strukturę
Połysk zależy od zdolności odbijania światła, na co istotny wpływ ma charakter powierzchni próbki polimeru
-powierzchnie bardziej niejednorodne- powodują rozpraszanie światła, a więc zmniejszają połysk
-odbicie światła rośnie ze wzrostem współczynnika załamania światła na powierzchnie antyodblaskowe stosuje się polimery o mniejszej refrakcji
-stosuje się dodatki – środki matujące
Współczynnik refrakcji ma znaczenie w konstrukcji światłowodów polimerowych, które charakteryzują się:
-mniejszą kruchością
-większą łatwością łączenia
-większą absorpcją w porównaniu ze szkłem
-wykorzystywane są do tworzenia sieci lokalnych
Budowa światłowodu:
-rdzeń – wykonany z polimeru amorficznego o możliwie małej absorpcji (np.z PMMA)
-płaszcz- wykonany z polimeru o mniejszym wsp.refrakcji niż współczynnik polimeru rdzeniowego (np. polimery fluorowane lub silikonowe), umożliwia całkowite wewnętrzne odbicie promienia światła, co zapobiega „ucieczce światła” ze światłowodu
-otoczka ochronna
Właściwości akustyczne
Ze względu na sposób oddziaływania z falą akustyczną, materiały , z których wykonywane są przeszkody akustyczne dzielimy na:
-dźwiękoizolacyjne – działają na zasadzie odbicia fali akustycznej, charakteryzują się zwięzłą powierzchnią , występują w formie płyt o bardziej lub mniej rozwiniętej powierzchni, m.in. poli(metakrylan metylu), poliwęglany i polietyleny , materiały ceramiczne, wyroby szklane i metaliczne. Poliwęglany charakteryzują się także bardzo dużą odpornością na udarność.
-dźwiękochłonne – których istotą działania jest absorpcja energii akustycznej, muszą charakteryzować się dużą powierzchnią właściwą oraz porowatością. Stosowane są głównie polimerowe materiały piankowe o strukturze otwartokomórkowej (wykonane z poliuretanów, poliolefin i polistyrenu) oraz ceramiczne materiały włókniste (najczęściej wykonane z włókien szklanych i wełny mineralnej).
Materiały piankowe o porach otwartych wykonane np. z żywic melaminowych i poliolefin stosowane są do budowy ekranów dźwiękowych przy wyciszaniu hal przemysłowych, biur i sal konferencyjnych. W celu wyeliminowania drgań własnych taki materiał pokrywa się masą bitumiczną, a w celach estetycznych barwną folią PVC. Otwartokomórkowe elastyczne pianki poliuretanowe mają duże możliwości modyfikacji ich struktury komórkowej oraz powierzchni wewnętrznej.
14. Trybologiczne (cierne) właściwości polimerów
Właściwości trybologiczne opisują zachowanie polimerów w czasie ruchu po różnych powierzchniach. W czasie przesuwania zestalonego polimeru, np. w formie klocka, po danej powierzchni występuje tarcie zewnętrzne (suche), które charakteryzuje współczynnik tarcia.
Jeśli klocek dociskany jest do powierzchni siłą P prostopadłą (normalną) do powierzchni to do jego przesunięcia należy użyć siły F równoległeś do powierzchni (stycznej). Dzieląc obie wielkości przez wielkość powierzchni kontaktu obu ciał otrzymuje się odpowiednio wartość naprężenia normalnego σ i stycznego τ.
Prawo Coulomba: τ=μ·σ μ-wsp.tarcia suchego
μ=FP F- siła tarcia(styczna)
P- siła nacisku (normalna)
Tarcie zewnętrzne (suche) należy odróżnić od tarcia wewnętrznego (lepkiego) występującego podczas przepływu cieczy, którego miarą jest współczynnik lepkości (lepkość) ƞ
Współczynnik tarcia zależy od:
-rodzaju polimeru
· Materiały ślizgowe (małe wsp.tarcia), np.termoplasty krystaliczne, duroplasty
· Materiały cierne (duże wsp.tarcia), np.elastomery, miękki PVC
-rodzaju trących powierzchni, np.polimer-polimer, polimer-metal
-obecności smarów (zmniejszają tarcie)
-szorstkości (chropowatości powierzchni)
-nacisku jednostkowego P
-szybkości i czasu poślizgu P F
-temperatury
F tgα=μ
α
P
Inną właściwością trybologiczną jest zużycie cierne czyli ścieralność.
Ścieralność S:
-bezwzględny ubytek wysokości warstwy tworzywa(μm lub mm) przy jego przesunięciu po wybranym materiale na określonej drodze (m lub km)
-zależy od tych samych czynników jak wsp.tarcia
-metody oznaczeń dostosowane są do rodzaju materiału i warunków ich użytkowania, np. metoda Schoppera, Stuttgart, Graselli
-duża ścieralność (papier ścierny): niemodyfikowane duroplasty, PMMA, PTFE
-mała ścieralność (papier ścierny): elastomery, poliamidy, polietylen
15. Gęstość polimerów i metody jej pomiaru
Polimery w porównaniu z innymi materiałami (np.metalami) zaliczają się d materiałów bardzo lekkich. Najlżejsze metale wykorzystywane do celów kontrukcyjnych np.glin, magnez d=2-3g/cm3, a najcięższe np.platynowce ok.21-22 g/cm3.
Gęstość czystych polimerów litych zmienia się w zakresie 0,9-2,2 g/cm3, przy czym znaczna większość ma gęstość w zakresie 1-1,5g/cm3.
Polimery krystaliczne mają zwykle gęstość większą niż polimery amorficzne. Odnosi się to też do fazy krystalicznej i amorficznej utworzonej przez ten sam polimer, tzn. gęstość polimeru semikrystalicznego zmienia się ze zmianą stopnia jego krystaliczności.
Wzrost temperatury powoduje zwykle spadek gęstości wskutek rozszerzalności termicznej. Przeciwny wpływ wywołuje wzrost ciśnienia. Ściśliwość polimerów jest jednak niewielka.
W polimerach litych mierzymy gęstość, natomiast w polimerach porowatych – gęstość pozorną.
Pomiar gęstości:
-polimery stałe:
· W formie zwartej (bryły regularne i nieregularne)
· W formie rozdrobnionej (proszki,skrawki, granulat)
-ciecze polimerowe:
· Stopy
· Roztwory
· Dodatki ciekłe
Metody oznaczeń (ciała stałe):
-pomiar długości i ważenie (forma zwarta, kształty regularne)
-waga hydrostatyczna (forma zwarta, kształty nieregularne)
-kolba La Cheteliera (forma rozdrobniona)
-piknometr (forma rozdrobniona)
-porozymetr rtęciowy (forma rozdrobniona, obecne pory otwarte)
-lejek i cylinder miarowy (ciężar nasypowy)
Metody oznaczeń (ciecze):
-aerometr
-waga hydrostatyczna Westphala-Mohra
-piknometr
-dylatometr