قبل از اینکه بخواهیم به خواص پلیمر ها بپردازیم بیایید یک نگاه سریع به اینکه اصلا پلیمر چیست بیندازیم. از اتصال یا پیوند اشتراکی یک سری واحدهای تکرار شونده مولکولی تشکیل می شود که ساختاری شبیه به زنجیر دارد و .وزن مولکولی آن حداقل چند ده هزار گرم بر مول می شود. واحدهای تکرار شونده همان منومر و مولکول تشکیل شده از آنها پلیمر نامیده می شود برای آشنایی با انواع پلیمر ها می توانید مقاله آشنایی با انواع پلیمر ها و موارد استفاده شان را بخوانید.

این مولکول هایی که دنیای انواع پلاستیک ها را می سازند دارای خواصی هستند که توانستند دنیا را تغییر دهند. پلاستیک هم می تواند به عنوان راه حلی نجات دهنده مورد استفاده قرار بگیرد و هم می تواند عاملی برای زیان رساندن به محیط زیست باشد. مانند اکثر مواردی که انسان با آن سر و کار دارد پلاستیک هم یک تیغه ی دو لبه است و کاملا بستگی به ما دارد که چطور از آن استفاده کنیم. نوع اتم ها یا گروه های اتمی تشکیل دهنده ساختار پلیمر خواص آن را کنترل می کند. قرار گرفتن گروه های عاملی بزرگ یا قطبی در زنجیر پلیمر موجب بهبود خواص آن می شود. در ادامه به خواص شگفت انگیز پلیمر ها می پردازیم که دانستن آن ها جذابیت این مولکول را برای ما چند برابر می کند.

پلیمرچیست و چه خواصی داردو فرمول شیمیایی و مولکولی آن به چه صورت است

خواص کششی پلیمرها

همانطور که می دانیم و در مقدمه هم به آن اشاره کردیم پلیمرها اجزای تشکیل دهنده پلاستیک ها هستند. از پلاستیک ها برای ساخت انواع ظروف بسته بندی مانند گالنها و قوطی های پلاستیکی و همچنین انواع قطعات پلاستیکی مثل انواع اسباب بازی ها و یا حتی بدنه خودروها استفاده می شود. برای اینکه بدانیم یک قطعه شکل دهی شده برای تأمین الزامات مورد نیاز آن کاربرد مثل قابلیت تحمل بار بدون تغییر شکل یا نازک شدن، خم نشدن یا شکم ندادن تحت بار مناسب است یا نه لازم است خواص کششی آن اندازه گیری شود.

تست کشش روی یک نمونه دمبلی شکل (اشکال استاندارد دیگری هم وجود دارد) انجام می شود. نمونه بین دو فک بسته می شود و دستگاه آن را با سرعت مشخصی مطابق استاندارد تا رسیدن به نقطه پارگی می کشد. این آزمون مطابق استاندارد ASTM D638 یا ISO527 انجام می شود.

خواص کششی اطلاعات زیر را مشخص می کند که در ادامه به توضیح مختصر هریک خواهیم پرداخت:

مدول

تنش و کرنش تسلیم

تنش و کرنش پارگی

مدول:

مقاومت در برابر تغییر شکل ماده است. مدول معیاری از سفتی ماده هست. مدول بالاتر یعنی سفتی بیشتر.

نقطه تسلیم:

نقطه ای است که وقتی از آن عبور کنیم تغییر شکل ماده با سهولت بیشتر ادامه می یابد ولی با برداشتن نیرو تغییر شکل ماده بطور کامل برنمی گردد.

نقطه پارگی:

نقطه ای که ماده دچار شکست یا پارگی می شود.

خواص کششی پلیمر ها و نحوه ی اندازه گیری آن

مقاومت ضربه پلیمرها

این خاصیت معرف قابلیت ماده در جذب انرژی حاصل از تغییر شکل در سرعت های بالاست. در اثر ضربه به پلیمرها دو اتفاق رخ می دهد: اول اینکه تعدادی ترک بسیار کوچک در پلیمر تشکیل می شود. دوم این ترک ها بزرگ شده و اگر طول آنها از مقدار مشخصی بیشتر شود پلیمر می شکند.

پس مقاومت ضربه می تواند دو بخش شود:

مقاومت در برابر تشکیل ترک های کوچک

مقاومت در برابر رشد ترک های کوچک

در پلی الفین ها بدلیل ویژگی نیمه بلورین بودن آنها دو جزء بلور و آمورف داریم. هر چه ناحیه آمورف گره خوردگی های بیشتر داشته باشد مقاومت ضربه بیشتر است. هر چه ارتباط ناحیه بلورین و امورف بیشتر باشد مقاومت ضربه بیشتر است (دانسیته کمتر). هر چه توزیع اندازه مولکول ها باریک تر باشد مقاومت ضربه بهتر است. هر چه ابعاد بلورها کوچکتر باشد بهتر است. و در نهایت هر چه دمای انتقال شیشه ای ناحیه آمورف کمتر باشد مقاومت ضربه دمای منفی بهتر است.

مقاومت ضربه پلی پروپیلن ها و پلی اتیلن ها

برای پلی پروپیلن ها که از آن ها برای ساخت انواع درب های پلاستیکی و ظروفی مثل پوکه مام رول که می بایست علاوه بر استحکام درخشندگی و زیبایی هم داشته باشد، در دماهای بالاتر از صفر و برای پلی اتیلن در همه دماها تعداد گره خوردگی ها و مقدار فاز آمورف تعیین کننده مقدار این خاصیت یعنی مقاومت ضربه است و با افزایش آنها مقدارش بیشتر می شود.

در دماهای منفی برای پلی پروپیلن دمای انتقال شیشه ای کنترل کننده اصلی است و با کاهش آن مقاومت ضربه افزایش می یابد. یک راه برای بهبود مقاومت ضربه در گریدهای PP استفاده از کوپلمرهای بلوکی است. زیرا بخش های لاستیکی موجب کاهش دمای انتقال شیشه ای می شوند.

مقاومت ضربه پلی اتیلن ها و نحوه ی اندازه گیری آن در انواع پلیمر ها

دماهای اعوجاج حرارتی پلیمر

حداکثر دمایی که پلیمرها در آن دما قابل استفاده هستند یک ویژگی مهم برای آنهاست. از دو خاصیت دمای اعوجاج حرارتی و دمای نرمی وایکت برای تعیین این خاصیت استفاده می شود. که معمولا دمای نرمی وایکت بالاتر از دمای اعوجاج حرارتی است

آزمون های این دو ویژگی بر اساس دو شاخص زیر می باشد:

مقدار نفوذ یک سوزن با ابعاد مشخص در نمونه در دمای نرمی وایکت
مقدار خمش نمونه در دمای اعوجاج حرارتی

خواص نوری

وقتی نور به سطح برخورد می کند چند اتفاق می تواند برای آن بیافتد: اول اینکه نور از سطح عبور کند و در همان راستا ادامه مسیر دهد. دوم، نور از سطح عبور کند ولی راستای آن با راستای تابش متفاوت باشد: انکسار و تفرق. سوم اینکه نور پس از برخورد به سطح با همان زاویه تابش منعکس شود. و در نهایت اینکه نور پس از برخورد به سطح در زوایای مختلف منعکس شود. خواص نوری در پلیمرها شامل عبورپذیری نور، شفافیت، ماتی و براقیت هستند:

عبورپذیری نور:

یعنی از نوری که به جسم تابیده است چند درصد عبور می کند

شفافیت:

یعنی از نوری که به جسم می تابد چند درصد بصورت منظم عبور می کند.

ماتی:

یعنی از نوری که به جسم برخورد کرده است چند درصد عبور نمی کند.

براقیت:

یعنی از نوری که به سطح جسم برخورد می کند چند درصد بصورت منظم منعکس می شود.

خواص دراز مدت

وقتی که پلیمرها در حین استفاده در یک کاربرد بطور مداوم تحت تنش هستند ترک هایی که در آنها بطور ذاتی وجود دارد قابلیت رشد پیدا می کند. این تنش معمولا کمتر از تنش تسلیم ماده است. حال اگر یک عامل دیگر مانند برخی مواد شیمیایی نیز وارد شود این پدیده تشدید می شود. کاربردهایی نظیر درب بطری نوشابه، بطری وایتکس و لوله های تحت فشار آب و گاز می توانند موجب این ترک ها بشوند. طول ترک وقتی از حدی بزرگتر می شود ماده دچار شکست می شود. این ویژگی پلیمرها یعنی مقاومت در برابر این شرایط با تست ESCR یا مقاومت در برابر تنش محیطی در حضور محیط مهاجم بررسی می شود. برای آشنایی بیشتر با این نوع تست ها مقاله 12 تست مهم ظروف پلاستیکی را بخوانید.