Поликарбонатын молекулын бүтэц: Яагаад хүчтэй ба бат бөх вэ?

Молекулын Үндсэн Хэсэг: Бисфенол А болон Карбонат Холбооны Бат бөх чанарыг Хэрхэн Бий болгодог вэ

Бисфенол А ба Карбонат Холбоо нь хатуу, тэгш хэмтэй үндсэн бүтцийг үүсгэдэг

Поликарбонатын хүч нь молекулын бүтцэд оршдог. Бисфенол А оролцож үед эдгээр ароматик чимэгтэй давхар цагиргууд нь үндсэн зүйлийг холбож барьж байдаг. Харин карбонатын бүлгүүд эдгээр барилгын блокуудыг урт гинжний бүтцэд холбодог. Молекулууд тов тойрмой байрладаг энэхүү зохиомжийн үр дүнд шахалт өгөх үед тэдгээрийг хооронд нь гулсрахаас саатуулах нь муруйлтанд ихээр тэсвэртэй байдаг болгодог. Ингэснээр поликарбонат нь ойролцоогоор 70 МРа-ийн хүчтэй растяжениетэй болж, стресс дор ч хэмжээсийн тогтвортой байдлыг хадгалдаг. Ароматик цагиргуудын талаар анхаарах ёстой өөр нэг зүйл бол тэдгээр нь бүтцээр дамжуулан электронуудыг тарааж, стрессын энергиийг шингээдэгт оршино. Энэ нь материалыг мөргөлдөөнд эсвэл хэт хүнд нөхцөлд өртөх үед гэнэт хугарахаас сэргийлэхэд тусалдаг.

Гинжний хатуулаг, өндөр шилэн шилжилтийн температур (Tg ≈ 145°C)

Поликарбонатын хатуу бүтэц нь ерөнхийдөө сайн дулаан тэсвэрт чадал өгдөг. Полимерийн гинжнүүд хөдлөхөө болих, шилтэй адил хатуу байдлаасаа зөөлөн, резин шиг байдлаа ороход их хэмжээний энерги шаардагддаг. Иймээс л поликарбонатын шилэн шилжилтийн температур 145°C орчим байдаг. Ихэнх термопластик материалууд Тg цэгт хүрэхэд муруйж эхэлдэг бол поликарбонат 100°C температурт ч анхны хатуу байдлын ойролцоогоор 85%-ийг хадгалж чаддаг нь полимерийн гинжнүүд дахин давтан байлцуулагдаж байдагтай холбоотой юм. Энэ төрлийн дулаан тэсвэрт чадал нь температурын тогтвортой байдал чухал байдаг зүйлсэнд поликарбонатыг маш ашигтай болгодог. Жишээ нь халах хөдөлгүүрийн хэсэгт байрлах машины деталь эсвэл ажиллаж байх үедээ дулаан ялгаруулдаг электрон багажны хайрцаг гэх мэт. Материал энгийн ажиллагааны нөхцөлд задрахгүйгээр ажиллах чадвартай байдаг.

Мөргөлдөөний эсэргүүцэл: Молекулын хөдөлгөөн ба энерги шингээх механизм

Харимхай уян болон трещин хэлбэржилтийн харьцуулалт: Гинжний бөглөөний үүрэг

Поликарбонатыг мөргөлдөөнд тэсвэртэй болгодог юу вэ? Энэ материал стресст хоёр үндсэн аргаар хариуцдаг: харимхай уян болон трещин үүсэх. Ямар нэг зүйл түүнд хүчтэй нэмэх үед урт полимерийн гинжнүүд энэ харимхай процессоор нугалан, сунах болно. Мөн зэрэгцээ нь жижиг цоорхойнууд тодорхой мужид үүсч, нарийн утсаар холбогдон тор мэт сүлжээ үүсгэдэг. Энэ сүлжээ нь трещиний далайн дэлгэрэхийг саатуулдаг. Энэ сайн ажиллах шалтгаан нь ийм олон тооны бөглөөтэй полимерийн гинжнүүд нягтран багцлагдсан байдагт оршдог. Тэд үндсэндээ молекул түвшинд жижиг шок абсорберүүдийн үүрэг гүйцэтгэж, трикцийг үүсгэж, мөргөлдөөний үед байрлалаараа чиглэх тусам илүү хатуу болдог. Иймээс поликарбонат задрахаас өмнө ойролцоогоор инчийн хувьд 30 фут-фунтын хүчийг тэсвэрлэж чаддаг. Энэ нь гэнэт гарч ирсэн хүчний эсрэг тэсвэр төвөгтэй олон пластиктай харьцуулахад түүнийг хамаагүй илүү болгодог.

Өгөгдлийн онцлох: Поликарбонат нь акрилатээс 2 дахин илүү мэдрэмжтэй (ISO 180/1A)

Стандартчилсан ISO 180/1A нь энэ давуу талыг баталдаг:

• Поликарбонат 65 кЖ/м² шингээнэ
• Акрилат (PMMA) зөвхөн 32 кЖ/м² шингээнэ
  Энэ 103%-ийн ялгаа нь поликарбонатын молекул хөдөлгөөнт чадвар нь энерги шингээх чадварыг хэрхэн ихэсгэдэг болохыг харуулдаг. Карбонат бүлгүүд нь мөргөлдөөний үед уян хатан “шарнир”-ууд шиг үйлчилж, бисфенол-A нэгжүүд бүтцийн бүрэн байдлыг хадгалдаг тул акрилат шиг хугарч задрахаас өмнө хэт их деформацид ордог.

Тэсвэрт чанар: Усны тэсвэрт чанар, карбонат бүлгийн химийн мэдрэмж

Хүчтэй карбонат холбоос vs. Хүчил/суурийн мэдрэмж: Тэсвэрт чанарын парадокс

Олон полимерт нүүрсустөрөгчийн холбоо (-O-(C=O)-O- бүтэц) илэрдэг бөгөөд эдгээр нь материалыг хүчтэй ковалент холбоотой болгох ба усанд задрахаас сайн тэсвэртэй байдаг тул чийгтэй орчинд ч гэсэн найдвартай ажиллах боломжийг олгодог. Гэхдээ энд нэг асуудал байдаг. Ижилхэн холбоонууд нь хүчил эсвэл суурийн орчинд хурдан задардаг. Хүчиллэг орчинд протон молекулууд дээр нэмэгдэх ба суурилаг шингэнд гидроксид ионууд холбоог салган задалдаг. Лабораторийн туршилтууд нь pH 3 бүхий шингэнд зөвхөн 20 хоног орших үед материалын молекулын жин ойролцоогоор 15% буурдагийг харуулсан. Энэ хоёр талаар чанар нь инженерүүд поликарбонатыг хаана ашиглах талаар анхааралтай бодож үзэх шаардлагатай болгодог. Энэ нь байнга чийгтэй байдаг автомашины хэсгүүдэд маш сайн ажилладаг ч, хэрэв тэдгээр хэсгүүд хатуу цэвэрлэгээний бодисуудтай мөргөлдөх боломжтой бол үйлдвэрлэгчид хамгаалалтын давхаргаар бүрэх эсвэл бүрэн өөр материал руу шилжих шаардлагатай болно.

Молекулын жин ба гинжний бүтэц: Механик ажиллагаанд нөлөөлөх нь

Молекулын жингийн тархалт (Mw/Mn ≈ 2.0−3.5) ба хонхор Издын мэдрэг чанар

Материалын механик шинж чанар нь тэдгээрийн молекулууд хэрхэн байрласан, полимерийн гинжин бүтэц ямар урттай байгаас ихээхэн хамаардаг. Поликарбонатын хувьд, Mw/Mn харьцаа ойролцоогоор 2.0-оос 3.5 хооронд байх дээжнүүд нь илүү сайн шахагдсан бүтэцтэй байдаг тул тэдгээрийг гэмтээх үед энерги илүү сайн шингээдэг. Тууралттай Изодын нөлөөллийн бат бөхийн туршилтын үр дүнг харахад молекулын жин ихсэх тутам энэ хэмжигдэхүүн илүү ихсэж байна. Молийн жин нь 30,000 грамм/молекулаас урт байх гинжнүүд нь харьцангуй хөнгөн хувилбаруудтай харьцуулахад хугарахаас өмнө ойролцоогоор 60% илүү их энергийг шингээж чаддаг, учир нь трещинууд тэдгээрийн дотор тархахад хэцүү байдаг. Энэхүү бат бөх чанар, зөөлөн чанарын хослол нь аюулгүй байдлыг хамгийн ихээр шаарддаг зүйлсэд маш чухал болдог, жишээ нь барилгын ажилтны малгай эсвэл машинд суурилуулсан гэнэтийн нөлөөллийг тэсвэрлэж, гэнэт гэмтэхгүй байх ёстой деталууд.

Молекулын бүтцээс бодит дэлхийн хэрэглээнд: Үйл ажиллагааг сайжруулах зорилгоор загварчлах

Карбонатын молекулын бүтэц, түүний хатуу дахин давталттай бүтэц, ганцаардсан гинжин бүтэц болон хүчтэй карбонатын холбоос нь өндөр үзүүлэлт бүхий материалыг үүсгэхэд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Олон инженерчид автомашины хөдөлгүүрийн дотор байрлах деталуудыг зохиомжлохдоо ийм материал нь ойролцоогоор 145 градус Цельсийн шилэн шилжилтийн температуртай байдагт ихээхэн итгэдэг. Мөн энэ материал нь цохилтод тэсвэртэй байдгаараа алдартай тул ариун цэврийн үед усанд задрахаас тэсвэртэй байдлаа хадгалдаг тул олон удаа ариутгах шаардлагатай төхөөрөмжид итгэл үлэмжэй хэрэглэдэг. Хаанаас хаашаа унасан ч зөөлөн цохилтод тэсвэртэй байдаг тул шархлаас хамгаалах тунгалаг хувцас, гар утасны хамгаалалтын хальсанд тохиромжтой. Орчин үеийн компьютерийн загваруудын тусламжтайгаар судлаачид одоо молекулын жингийн хязгаар эсвэл гинжин бүтцийн ямар нэгэн өөрчлөлт нь Notched Izod цохилтын тэсвэрт байдал зэрэг шинж чанарт ямар нөлөө үзүүлэхийг урьдчилан тааварлах боломжтой болсон. Энэхүү урьдчилан тааварлах чадвар нь хөнгөн нисэх онгоцны далавч, гамма цацрагт тэсвэртэй, биологийн хоргүй байдаг анагаах ухааны хэрэгслээс эхлээд гар утас, планшет дээрх зууралтаас хамгаалах, гялалзсан тунгалаг хучлага хүртэл өргөн спектртэй тусгай зориулалтын ангиллуудыг бүтээхэд тусалдаг.

Түгээмэл асуултууд

Поликарбонатыг яагаад ийм хүчтэй болгодог вэ?

Поликарбонатын хүч нь түүний молекулын бүтцэд оршдог бөгөөд тухайлбал, Бисфенол А болон карбонатын холбоосуудын хослол нь унтархай хүчилтийн эсрэг тэсвэртэй, хатуу, тэгш хэмтэй дундаж бүтцийг үүсгэдэг.

Поликарбонатын шилэн шилжих температур яагаад чухал вэ?

Поликарбонат нь өндөр шилэн шилжих температуртай (ойролцоогоор 145°C) бөгөөд өндөр температуртай нөхцөлд хатуулаг байдал, тогтвортой байдлыг хадгалж чаддаг. Энэ нь температурын тогтвортой байдал чухал байдаг олон төрлийн хэрэглээнд тохиромжтой болгодог.

Мэдээллийн эсэргүүцлийн хувьд поликарбонат акрилаттай харьцуулахад хэрхэн ялгаатай вэ?

Поликарбонат нь акрилатай харьцуулахад илүү их мэдээллийн энерги шингээдэг бөгөөд стандартаар тогтоосон туршилтууд нь 65 кЖ/м² шингээдэг бол акрилат нь 32 кЖ/м² шингээдэг гэж харуулсан байдаг. Энэ нь молекулын хөдөлгөөнтэй, уян хатан карбонатын бүлгүүдийн тусламжтайгаар боломжит болсон.

Поликарбонат химийн мэдрэг байдлын хувьд ямар сорилтод өртөмжтэй вэ?

Поликарбонат нь усны тогтвортой байдлыг хангах хүчтэй ковалент холбоотой боловч хүчил эсвэл суурьтай орчинд задардаг тул хатуу химийн бодис агуулсан орчинд хамгаалах арга хэмжээ шаарддаг.

Молекулын жин поликарбонатын механик шинж чанарт яаж нөлөөлөх вэ?

Их молекулын жин нь нөлөөллийн үед илүү сайн энерги шингээх чадварыг дэмжих нь цувааны холболтын нягтралыг сайжруулдаг тул поликарбонатын механик ажиллагааг сайжруулдаг.