Поликарбонаттың молекулалық құрылымы: Неліктен ол берік және ұзақ қызмет етеді

Молекулалық негіз: Бисфенол А және карбонат байланыстары қалай беріктік қамтамасыз етеді

Бисфенол А және карбонат байланыстары қатты, симметриялы негізді құрайды

Поликарбонаттың беріктігі оның молекулалық құрамына байланысты. Бисфенол А қатысқан кезде, ол барлығын бір-бірімен байланыстыратын екі ароматтық сақина қосады. Сол уақытта карбонат топтары бұл құрылымдық элементтерді ұзын тізбекті құрылымдарға біріктіреді. Молекулалар бір-біріне тығыз жиналған таза реттелген құрылым пайда болады. Нәтижесінде қысым түскен кезде олардың бір-бірінен ығысуын тоқтататын бұралу күштеріне төзімділік пайда болады. Осылайша поликарбонат 70 МПа шамасындағы әлді созылу беріктігін және стресстік жағдайларда да өлшемді тұрақтылықты сақтайды. Ароматтық сақиналар туралы айту керек болса, олар өз құрылымы бойынша электрондарды тарату арқылы стресстік энергияны сіңіреді. Бұл материалдар соққы немесе аса қиын жағдайларға ұшыраған кезде кенеттен сынуды болдырмауға көмектеседі.

Тізбектің қаттылығы және жоғары шыныдану температурасы (Tg ≈ 145°C)

Поликарбонаттың қатты құрылымы оған жалпы алғанда қанағаттанарлық жылуға төзімділік береді. Полимер тізбектері қалай қозғалатынын қарастырғанда, олар қатты әрі шыны сияқты күйден иілгіш және резеңке сияқты күйге ауысу үшін қосымша энергияға мұқтаж. Сондықтан поликарбонаттың шыны тәрізді ауысу температурасы 145 градус Цельсий шамасында болып, өте жоғары болады. Көптеген басқа термопластикалық материалдар Tg нүктесіне жеткенде иілгішке айналса, поликарбонат 100°C температурада тіпті өзінің бастапқы қаттылығының 85%-ын сақтайды, себебі оның полимер тізбектері бір-бірімен ілініскен күйін сақтайды. Дәл осындай жылуға төзімділік поликарбонатты температураның тұрақтылығы маңызды болатын заттар үшін өте пайдалы етеді. Ыстық мотор бөлімдерінде орналасқан автомобиль бөлшектерін немесе жұмыс істеу кезінде жылу бөлетін электроникалық қораптарды елестетіңіз. Бұл материал қалыпты жағдайларда жұмыс істеу кезінде бұзылмай әрекетін жалғастырады.

Соққыға төзімділікті түсіндіру: Молекулалық қозғалыс пен энергияны шашырату механизмдері

Қиылу мен қаттылықтың пайда болуы: Тотықтырудағы тізбектің иілуінің рөлі

Поликарбонатты соққыға қарсы неге осылай төзімді етеді? Бұл материал кернеуді екі негізгі тәсілмен өңдейді: қиылу арқылы деформациялану және крошканың пайда болуы. Оған күшті әсер еткенде, ұзын полимер тізбектері осы қиылу процесі арқылы иіледі және созылады. Сол уақытта нақты аймақтарда шағын бос кеңістіктер пайда бола бастайды, олар жіңішке жіптер арқылы байланысып, бір түрлі желі құрады. Бұл желі трещинаның әрі қарай таралуын тоқтатады. Бұл құбылыс тізбектердің тығыз иіліп кетуі арқасында жақсы жұмыс істейді. Бұл тізбектер молекулалық деңгейде шағын сіңіргіштер сияқты әрекет етеді, үйкеліс туғызады және соққы кезінде бағытталған сайын қатайып отырады. Осының бәріне байланысты поликарбонат үлкен зақымдануға төтеп бере алады — сынғанға дейін шамамен 30 фут-фунт/дюйм. Бұл оны кенеттен туындайтын күштерге қарсы төзімділік жағынан көптеген басқа пластиктерден едәуір алға шығарады.

Мәліметтердің басы: Поликарбонат акрилға қарағанда ISO 180/1A бойынша 2 есе көп соққы энергиясын жұтады

ISO 180/1A стандартталған шартты соққыға сынау бұл артықшылықты растайды:

• Поликарбонат 65 kJ/m² жұтады
• Акрил (PMMA) тек 32 kJ/m² жұтады
  Бұл 103% айырмашылық поликарбонат молекулалық қозғалымының энергияны көбірек жұтуына мүмкіндік беретінін көрсетеді. Соққы кезінде карбонат топтары иілгіш «сүңгілер» сияқты істейді, ал бисфенол-А құрылымдық бүтіндікті сақтайды — сынғыш акрилдардан өзгеше, бұзылуға дейін кең деформациялануға мүмкіндік береді.

Беріктік факторлары: Гидролиттік тұрақтылық және карбонат топтарының химиялық сезімталдығы

Тұрақты карбонат байланыстары мен қышқыл/негізге сезімталдық: Тұрақтылық парадоксы

Көптеген полимерлерде (ол –O–(C=O)–O– құрылымдар) кездесетін карбонат байланыстары материалдарға күшті ковалентті байланыстар мен суда ыдырамауға қарсы жақсы төзімділік береді, бұл олардың ылғал болған кезде де сенімді жұмыс істеуін қамтамасыз етеді. Бірақ бұл жерде бір қиындық бар. Осындай байланыстар қышқылдарға немесе сілтілерге ұшыраған кезде өте тез ыдырайды. Қышқылдық ортада протондар молекулаларға жабысады, ал сілтілі ерітінділердегі гидроксид иондары байланыстарды жарып жібереді. Зертханалық сынақтар көрсеткенінше, pH-ы 3 болатын ерітіндіде 20 күннен астам уақыт тұрғаннан кейін осы материалдардың молекулалық салмағы шамамен 15% төмендейді. Бұл екі жақты табиғат инженерлердің поликарбонатты қай жерде қолдану керектігін ұқыпты ойластыруын талап етеді. Ол ылғал болып тұратын автомобиль бөлшектерінде өте жақсы жұмыс істейді, бірақ егер осы бөлшектер қатаң тазалау химикаттарымен әрекеттесетін болса, өндірушілер оларды қорғау үшін басқа материалдарға толық ауысуы немесе қорғаныш қабатпен жабуы керек.

Молекулалық салмақ және тізбек архитектурасы: Олардың механикалық өнімге әсері

Молекулалық салмақтың таралуы (Mw/Mn ≈ 2,0−3,5) және тісті Izod соққы беріктігі

Материалдардың механикалық қасиеттері олардың молекулалары қалай орналасқанына және полимер тізбектерінің нақты қанша болатынына күшті әсер етеді. Поликарбонаттарға келетін болсақ, Mw/Mn қатынасы шамамен 2,0-ден 3,5-ке дейінгі үлгілерде соққыға түскен кезде энергияны шашыратуға көмектесетін торлық тығыздық жақсы болатынын байқаймыз. Нақты сынақ нәтижелеріне қарағанда, молекулалық салмақ артқан сайын тісті Izod соққы беріктігі қатты өседі. 30 000 г/мольдан ұзын тізбектер сынбай тұрып, жеңіл нұсқаларға қарағанда шамамен 60% артық энергияны жұтады, себебі олардың ішінде трещиналар оңай таралмайды. Құрылыс жұмысшылары киетін қауіпсіздік басқалпақтары немесе автокөлік ішіндегі қауіпсіздік бөлшектері сияқты апатты түрде істен шықпай қарсыласуы керек болатын қолданыстарда осы беріктік пен серпінділіктің үйлесімі бұл материалдарды өте маңызды етеді.

Молекулалық құрылымнан шынайы қолданысқа дейін: Өнімділік үшін жобалау

Поликарбонаттың молекулалық құрамы, қатты негізгі құрылымы, тізбектің күшті иілуі және берік карбонат байланыстары жоғары өнімді материалдар жасауда маңызды рөл атқарады. Көптеген инженерлер автомобиль қозғалтқыштарының ішіне орнатылатын бөлшектерді құрастырған кезде оның шамамен 145 градус Цельсийге тең болатын шыны тәрізді ауысу температурасын пайдалы деп санайды. Сонымен қатар, материалдың соққыға төзімділігіне мән береді, бұл оны мысалы, көзге көрінетін байдырма құралдары мен тастаған кезде сынбайтын телефон қаптамалары үшін қолайлы етеді. Медициналық құрылғыларды жасаушылар жиі стерилизациялау қажет болатын құрылғылар үшін поликарбонаттың су әсерінен ыдырауға төзімділігіне сүйенеді. Қазіргі заманғы компьютерлік модельдер арқылы зерттеушілер молекулалық салмақ диапазонындағы немесе тізбектің құрылымындағы өзгерістердің Notched Izod соққыға төзімділігі сияқты қасиеттерге қалай әсер ететінін болжай алады. Бұл болжау мүмкіндігі аэрокосмостық инженерияда жеңіл ұшақ фонарыларынан бастап гамма-сәулелендіруге тұрақты биологиялық үйлесімді медициналық компоненттерге дейін, тіпті смартфондар мен планшеттердің сызықсыз, мөлдір қаптамаларына дейінгі нақты қолданыстарға арналған арнайы маркаларды жасауға көмектеседі.

ЖИІ ҚОЙЫЛАТЫН СҰРАҚТАР

Поликарбонатты неге берік етеді?

Поликарбонаттың беріктігі оның молекулалық құрылымына байланысты, нақтырақ айтқанда, бүктелу күштеріне төтеп бере алатын қатты, симметриялық негіз құратын Бисфенол А мен карбонат байланыстарының қосылуына байланысты.

Поликарбонаттың шыны тәрізді ауысу температурасы неге маңызды?

Поликарбонаттың жоғары шыны тәрізді ауысу температурасы (шамамен 145°C) бар, бұл оған жоғары температуралық жағдайларда қаттылығын және тұрақтылығын сақтауға мүмкіндік береді және температураның тұрақтылығы маңызды болып табылатын әртүрлі қолданыстар үшін идеалды материал болып табылады.

Соққыға төзімділік тұрғысынан поликарбонат акрикспен салыстырғанда қалай салыстырылады?

Поликарбонат акриктен әлдеқайда көп соққы энергиясын жұтады, стандартталған сынақтар акриктің 32 кДж/м²-не қарсы поликарбонаттың 65 кДж/м² жұтатынын көрсетеді, бұл оның молекулалық қозғалысы мен икемді карбонат топтары арқасында болады.

Поликарбонат химиялық сезімталдық тұрғысынан қандай қиындықтарға тап болады?

Поликарбонат су тұрақтылығын қамтамасыз ететін күшті ковалентті байланыстарға ие болса да, қышқылдар немесе негіздердің болуында ыдырауы мүмкін, сондықтан қатты химикаттары бар орталарда қорғаныш шаралары қажет.

Молекулалық салмақ поликарбонаттың механикалық қасиеттеріне қалай әсер етеді?

Жоғары молекулалық салмақ тізбектің иілу тығыздығын арттыру арқылы соққы кезінде энергияны жақсырақ шашыратуға көмектеседі, бұл поликарбонаттың механикалық өнімділігін жақсартады.