Пластмаси – Свойства

март 27, 2013, 09:19  

Пластмаси.Свойства.Полибутилен-терефталат(РВТ) и полиетилен-терефталат(РЕТ).Разлики между тях вследствие различната степен на кристаличност.

10ptKHmaterials210ptKHmaterials1

 

От гледна точка на химията , състава и химичната структура на двата полимера са много подобни.Полиестерите се синтезерат чрез реакция между органична киселина(в случая терефталова киселина) и  алкохол.При РВТ алкохола е бутиленгликол,докато при РЕТ това е етиленгликол.

Разликитемежду двата материала може да се разберат по-добре ако се разгледа химическата структура на повтарящите се звена,които изграждат полимерната верига(показани по-горе на фигурата).Основната особеност,която отличава тези материали(полиестерите)  е естерната група,от където идва и наименованието  им като група материали(поли-естери).И други полимери като поли-триметилен  терефталат(РТТ) и  поли-циклихексилен-диметилен  терефталат(РСТ) също спадат към тази химична група,като имат леки различия в структурата си(от химична гл.точка).

Бел.пр.:Разделителните тирета в наименованията са мой с цел по-голяма яснота..В литературата наименованията обикновено се изписват слято.

Друга ключова особеност на химията на тези материалие  е шест-странния пръстен,който е разположен на постоянни интервали в основната верига.Наречен е фенилен пръстен или по-общо ароматен пръстен,този елемент обуславя здравината(устойчивостта )  на полимерната верига.Това е свързано със няколко важни свойства в т.ч. температурата на   прехода в стъклообразно състояние.Това е температурна  област,в която полимерите губят в значителна степен устойчивостта си на натоварване.

От двуизмерното изображение на химическата структура не се вижда ясно,но при 3D(триизмерно)  изображение може да се види,че докато много от химичните групи в полимерната верига се проектират във или извън  дадена равнина,то ароматния пръстен е разположен в една равнинаТова от своя страна води до естествената тенденция другите химични  групи  във веригата  да имат въртеливо движение(т.е.  веригата придобива гъвкавост) и да вибрират.Това е част от заздравяващия ефект(придаващ устойчивостна веригата)  на тази пръстеновидна структура.Намалената подвижност и масивността на пръстена влияят и на способността на полимера да кристализира при охлаждане.РВТ,който е с по-голямо пространство между ароматните пръстени,кистализира по-ефективно в сравнение с РЕТ. Но РЕТ,ако бъде успешно кристализиран,има по-добри механични свойства,в т.ч. якост на опън,здравина и поведение при повишена температура.

Повечето консуматори добре познават РЕТ от бутилките с минерална вода или безалкохолни напитки,бира и др..В случая РЕТ е в аморфно състояние и бутилката е произведена при такива условия(а и свойствата на РЕТ гопозволяват),че да се  предотврати  кристализация.Кристализирането на материала при бутилки от РЕТ  би довело до помътняване,и което е по-важно – материала ще изгуби устойчивостта си на удар.Така че,ако например под капака на колата ви има много детайли,произведени чрез леене под налягане,при които РЕТ е в кристализирано състояние и където детайлите трябва да са издръжливи на повишени температури и на агресивна химическа среда,то преобладаващото количество от консумирания по света РЕТ се влага в производството на опаковки,където той е в аморфно състояние,не е усилен(чрез стъкловлакна или по друг начин) и не е подходящ за такива екстремни условия(каквито са при автомобилите).

Типа РЕТ,който ще се обсъжда  в  част 2  на тази статия  е полукристален и почти винаги съдържа значителни количества стъкловлакна и/или  минерални пълнители.Впрочем,полиестера РВТ може да бъде доставен(само)  в полу-кристалинна форма както напълнен,така и не-напълнен.Фактически,тъй като РВТ кристализира по-бързо от РЕТ,то при нормални условия на преработка не е възможно да се произведат аморфни изделия от РВТ.Този полимер кристализира достатъчно ефективно,така че винаги достига известно ниво на организация(подреденост)  на структурата си.Устойчивостта на естерните групи и ароматните пръстени се балансира от гъвкавостта и подвижността на бутиленовата група.Докато при РЕТ по-късата етиленова група води до това,че кристализацията е възможна(но не и неизбежна  и се извършва при определени условия ,или иначе казано при спазване на определени условия полимера остава в аморфно състояние).Аморфен РЕТ може да се получи ако охлаждането е бързо,а при по-бавно охлаждане се получава полу-кристален материал.

Производството на повечето бутилки от РЕТ започва от преформи,получени чрез леене под налягане.Те са прозрачни,здрави и с относително дебели стени,като при повторно нагряване  и разтягане(и раздуване) на преформата се постига изтъняване на стените,за да се оформи бутилката.Ако сте работили в редприятие за производство на пластмасови бутилки,знаете,че ако при подгряването на преформите те станат твърде горещи,се появява помътняване,което е сигнал за кристализация.(Впрочем,ако се вгледате внимателно в областта на леяка,ще видите известно замъгляване поради допълнителната топлина,която се генерира в тази част на изделието).Ако се опитате да раздуете бутилка от помътнял,частично кристализирал материал,то тя ще има влошена устойчивост на удар.Преформата дори може да се спука по време на раздуването,ако кристализацията е напреднала  в достатъчна степен.Така че целта е да се поддържа температурата на материала над температурата на всъкляване и под температурата на кристализация(за да не започне  кристализация).Този температурен “прозорец”  може да не е много широк,както се вижда от фиг.2.

Графиката показва поведението на аморфния РЕТ – ненапълнен,прозрачен материал,използван за производство на изделия,от които се изисква здравина и прозрачност,но не е необходимо да издържат на високи температури.Тъй като нагряването на материала започва от стайна температура,първото събитие,което се забелязва(с повишаване на температурата)  е прехода от стъклообразно състояние към омекване( вж, на графиката “softening”).Това се проявява в стъпаловидна промяна на топлосъдържанието на материала,като при този материал процеса е завършен при 75 град. Целзии(167 град. Фаренхайт).В тази точка материала загубва твърдостта си(омеква),като става мек и еластичен(и гъвкав).С нарастване на температурата вискозитета на омекналия полимер намалява до достигане на температура около 110 град Целзии(230 град. Фаренхайт).При тази температура кривата се покачва остро(вж.графиката на фиг.2).Именно интервала между 110 и 75 град Целзии е “прозореца”,в който има  може  да се раздуе бутилка(хоризонталната част от кривата от ляво).

Повечето редприятия за производство на бутилки  работят с температра на преформите около 100 град. Целзии(212 град. Фаренхайт).При започване на процес на кристализация материала помътнява.Той също започва да възстанавява част от загубената си здравина при прехода от твърдо в стъклообразно състояние(т.е. при първоначалното омекване).Ако този процес напредне достатъчно,полимера започва да кристализира при около 140 град. Целзии(284 град. Фаренхайт).В този момент материала ще е непрозрачен(матов) и ще остане в това състояние докато кристалната структура се разтопи при около 245 град. Целзии (473 град. Фаренхайт).Вижда се,че РЕТ може да бъде в кристално или полукристално състояние в зависимост от това  как е обработен.(Бел.пр.:Процеса на кристализация протича между двата пика на кривата,те.между 140 и 245 град. Целзии,след което започва стапянето.Трябва да се прави разлика между процеса на омекване преди кристализация(при по-ниска температура),който е преминаване от твърдо във вискозно-еластично състояние и процеса на стапяне(при по-висока температура),който е преминавъне  от полукристално състояние в състояние на стопилка.Грубо казано при вискозно-еластично състояние на материала при натоварване  той  се деформира отчасти като вулканизирана гума-еластично- и отчасти като пластилин-пластична деформация.Именно това състояние на материала на преформата позволява раздуването и оформянето на бутилка.При полукристално състояние при натоварване материала се държи в голяма степен като когато е в твърдо състояние.А това означава,че при прилагане на натоварване се появява разрушаване още при малки деформации.Това е причината за спукване на преформите при опит да бъдат раздути в полукпистално състояние на материала).

Но РВТ(за разлика от РЕТ)  е винаги в полукристално състояние  при стайна температура.Така че за правилно разбиране на разликите в свойствата на РЕТ  и  РВТ  трябва да се сравнят много внимателно полукристалните форми на двата полимера.Тъй като РЕТ кристализира много бавно,производството на изделия с полукристална структура изисква подпоматане с вещества известни като “нуклеатори”(агенти,подпомагащи образуването на ядра на кристализация),както и присъствието на твърди частици пълнители и усилватели(в смисъл усилващи пълнители).По тази причина търговските марки полукристален РЕТ се продават напълнени или усилени(с усилващи пълнители) и да се извърши правилно сравняване на свойствата на РЕТ и РВТ  трябва да се сравнят материали с еквивалентна степен на напълване с даден тип пълнител.Ще направим това във втората част на това изследване и ще обсъдим разликите при преработката,които преработвателите трябва да имат предвид при работа с тези два полимера.

Оставете коментар

Изкажете мнението си...
Ако желаете снимка, вземете си от Граватар!