2te Vorlesung Topologie Strukturprinzip lange Kette Technologische Einteilung Polymere Exkurs: optische Eigenschaften Thermisches Verhalten
Topologie Polymere sind Stoffe, die sich aus Makromolekülen aufbauen. Makromoleküle sind Moleküle, die eine große Anzahl chemisch analoger Grundeinheiten enthalten verschlauft Aufbau der Makromoleküle - Fadenmodell
Eigenschaftenänderung durch Quervernetzung n OPP S S S Isopren n OPP biolog. Vorstufen n n Naturkautschuk + S S S S S S S S S (S)x Gummi Monoterpen Sdp. 34 C gering toxisch Thermoplast frei verschiebbare Ke8en (VdW- K) klebrig, temperaturlabil Elastomer Härtegrad durch S- vernetzung regulierbar
Struktur Eigenschaften - Verwendung unvernetzt Fadenmoleküle linear oder verzweigt physikalische Verschlaufung reversible, thermische Verformung lösliche, schmelzbare Werkstoffe vernetzt molekulare Netzwerke chemische Vernetzung irreversible, thermische Verformung (Aushärtung) unlösliche, nicht-schmelzende Werkstoffe
Technologische Einteilung
Exkurs: optische Eigenschaften - warum einige Kunststoffe klar sind Transparenz = Fähigkeit des Lichts (λ= 380 720 nm), Materie ungehindert zu durchdringen mögliche WW Licht-Materie: - Absorption, - Reflexion, - Brechung/Streuung amorphe Thermoplaste: geringe Dichte -> guter Lichtdurchdringung teilkristalline Thermoplaste: Lichtbrechung an dichten Kristalliten à je höher Kristallinität, desto weniger transparent Bsp.: spp (Kristallinität 50%) à transparent ipp: (Kristallinität > 50%) à stark opak Einfluss Brechungsindex: Bsp.: Poly(4-methyl-1-penten) teilkristallines TP (bis zu 65%), dennoch hohe Transparenz Grund: Brechungsindex amorpher und kristalliner Bereich annähernd gleich!
Technologische Einteilung
Kristallisation Vorraussetzung: regelmäßiger Polymerkettenaufbau Bsp.: PP à taktische Abfolge Methylsubstituenten Ataktisches PP: amorph Isotaktisches PP: krsitallin unter Ausbildung Helix-Struktur (Konformation + Konfiguration) Weitere Beispiele: Polymer Polyamid PA66 PA6 Charakteristischer Kristallinitätsgrad [%] 35-45 Polyoxymethylen POM 70-80 Polyethylenterephtalat PET 30-40 Polybutylenterephtalat PBT 40-50 Polytetrafluorethylen PTFE 60-80
Thermisches Verhalten Thermisch Mechanische Zustandsbereiche Zustandsbereich = Temperaturbereich, in dem Polymer seinen Charakter kaum ändert Glaszustand fester Zustand; energieelastisch Glasübergangsbereich Gummizustand entropieelastisch Schmelzbereich Fließ- Schmelzzustand 1. Glastemperatur T G : amorphe Bereiche verändern sich Abkühlung Gummiartiger Z glasartiger Z (Grund: Einfrieren der Rotation der Molekülsegmente) 2. Kristallisationstemperatur T C Amorphe Bereiche Abkühlen kristalliner Z 3. Schmelztemperatur T M : Schmelzen der kristallinen Bereiche Thermoelastisch Erwärmen Thermoplastisch 4. Zersetzungstemperatur T Z
Thermisches Verhalten: Thermoplast
Einfluss der Kettenstruktur auf die Glastemperatur T g
Thermisches Verhalten: Thermoplastisches Elastomer
Teilkristalline Thermoplaste
Thermisches Verhalten: Elastomer
Thermisches Verhalten: Duroplast
Verarbeitung : Duroplast
Thermisches Verhalten: Zusammenfassung
Temperaturverhalten Polymere Werkstoffe Duroplast Gebrauchsbereich Zersetzung Elaste Spröder Zustand Glastemperatur Gebrauchs-bereich Zersetzung Thermoplaste Spröder Zustand Glastemperatur Gebrauchs bereich Erweichungstemperatur Schmelze Zersetzung Temperatur
Thermisch-Mechanisches Verhalten Glaszustand fester Zustand; energieelastisch Glasübergangsbereich Gummizustand entropieelastisch Schmelzbereich Fließ- Schmelzzustand Thermoplaste Thermoplastische Elastomere Elastomere Duromere T G >RT Verarbeitung/ Formgebung T à Recycling Struktur: Lineare Vernetzung T G <RT und T G >RT Verarbeitung/ Formgebung -Entropieelastisch à Recyclebar Struktur: Physikalische Vernetzung T G <RT -Entropieelastisch Struktur: chemische Vernetzung T G >>RT -Temperaturstabil -Chemikalienresistent Struktur: Stabile chemische Vernetzung