sentetik polimerler her yerde -...

3/18/2017

1

POLİMER MALZEMELER

Doç. Dr. Atilla EVCİNAfyon © 2017

Polimerlerin Özellikleri• Farklı polimerler farklı özelliklere

sahiptirler.

• Özellikler polimerlerin nasıl yapıldığına bağlıdır.

Plastik (sentetik polimer) DünyasıKaç farklı polimeri kullanıyoruz?

Sentetik Polimerler her yerde

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

http://www.novapdf.com


3/18/2017

2

Düz zincirli yapı plastiği daha yoğun, katı ve ergimesini zorlaştırıcı yapar (high-density polyethene).

Plastiklerin özellikleri büyük oranda polimer zincirlerinin nasıl düzenlendiğine bağlıdır.

Dallanmalarhains plastiği hafif, yumuşak ve kolay ergir yapar.(low-density polyethene)

Polimerleri ne farklı yapar?

Termoplastik Polimer

Zayıf moleküllerarası kuvvetler –zincirlerin birbirleri üzerinde kaymasına yol açar.

Termoset Polimer

Kuvvetli moleküllerarası kuvvetler (çapraz bağlı) –bunlar zincirlerin kararlı ve sıkı durmasına yol açar.

uPVC mukavemetli, hafif ve dayanıklı olduğu için mükemmel bir pencere çerçevesidir..

uPVC chains

Zincirler kısmen bir arada tutulur.

Buradaki u, plastikleştirilmemiş (unplasticized), anlamındadır ve polimer katıdır.




3/18/2017

3

Plastikleştirici ilave edilmesi zincirlerin kaymasına yol açar.

Zincirleri yağlama?

plastikleştirici

How will the plasticizer change the polymer’s properties?

Polimer esnek olacaktır, katı değil !

Polimerlerin Isıl Özellikleri

• Isı karşısındaki davranışları• Camsı geçiş sıcaklığı• Maksimum kullanım sıcaklığı• Isıl bozunma sıcaklığı• Isıl iletkenlik• Isı kapasitesi• Isıl genleşme

Isı karşısındaki davranışları

• Polimer zincirleri, polimer örgüsü içerisindedüzenli bir şekilde istiflenerek kristal yapıdabölgeler oluşturabilmektedir.

• Bazı polimerler enjeksiyon, ekstrüzyon vbyöntemlerle şekillendirilirken belli düzeydekristallenirler.

• Ancak bu şekillendirme işlemleri sırasındabüyük polimer moleküllerinin tamamının birdüzen içerisinde paketlenerek tam kristalyapı vermesi beklenemez. Bu nedenle, çeşitliamaçlar için kullanılan endüstriyel polimerleramorf veya yarı-kristalindirlerPo

limer

lerin

Isıl

Öze

llikl

eri


• Polimerlerin ısı karşısındaki davranışları,yapılarında amorf ya da kristal bölgelerinvarlığına yakından bağlıdır.

Polim

erle

rin Is

ıl Ö

zelli

kler

i




3/18/2017

4


• Amorf polimerler yeterince düşüksıcaklıklarda sert ve kırılgandırlar(cam gibi). Böyle bir polimerısıtıldığında camsı geçiş sıcaklığı(Tg) adı verilen bir sıcaklıktayumuşar ve kauçuk özelliklerigösterir (poliizobütilen,polibütadien gibi).

• Polimerlerın camsı geçişsıcaklığı üzerinde ısıtılmasısürdürülürse; polimer,kauçuğumsu davranışı dabırakarak zamk görüntüsü sonrada yüksek sıcaklıkta sıvı halinialır.

Polim

erle

rin Is

ıl Ö

zelli

kler

i


• Yarı-kristal polimerlerin örgüsünde amorf vekristal bölgeler birlikte bulunur. Bu polimerlercamsı geçiş sıcaklıkları altında, amorfpolimerler gibi kırılgandırlar. Kırılganlıközelliklerini camsı geçiş sıcaklığına kadarkorurlar.

• Camsı geçiş sıcaklığı geçildiğinde belliderecede yumuşaklık kazanmakla birliktekristal yapılarından dolayı esnek termoplastikdavranışa geçerler (polietilen, polipropilengibi).Po

limer

lerin

Isıl

Öze

llikl

eri


• Yapıdaki kristal bölgeler,amorf bölgeler için çaprazbağlayıcı görevi yaparakpolimer örgüsünü sıkıca birarada tutar.

• Bu nedenle yarı-kristalinpolimerler erime sıcaklığınakadar (Te) esnektermoplastik özelliklerinideğiştirmezler ve erimesıcaklığında kristal yapılarıyıkılarak viskoz bir sıvıverecek şekilde erirler.

Polim

erle

rin Is

ıl Ö

zelli

kler

i


• Tam kristal polimerlerserttirler ve amorf bölgelerbulunmadığından camsıgeçiş göstermezler.

• Erime sıcaklıklarınaulaşıldığında kristal yapıyıkılır ve polimer erir.

Polim

erle

rin Is

ıl Ö

zelli

kler

i

sıvı

katı




3/18/2017

5

Camsı geçiş sıcaklığı

• Doğrusal ve dallanmış zincirlerden oluşan amorfve yarı-kristal polimerler camsı geçiş sıcaklığıüzerinde yumuşarlar. Sıcaklık yumuşamanoktası üzerinde arttırıldığında yarı-kristalpolimerler belli bir sıcaklıkta erir, amorfpolimerler ise kauçuğumsu, zamksı davranışlarüzerinden geçerek sıvı görüntüsü alırlar.

• Sözü edilen ısıl geçişler sırasında polimerlerinözgül hacim (cm3/g), özgül ısınma ısısı (J/kg.K)gibi bazı özelliklerinde değişme gözlenir.

• Isıtılan (veya soğutulan) bir polimer örneğinin butür özellikleri izlenerek camsı geçiş ve erimesıcaklıkları bulunabilir.

Polim

erle

rin Is

ıl Ö

zelli

kler

i


Polim

erle

rin Is

ıl Ö

zelli

kler

iCamsı geçiş sıcaklığı

• Tam kristal maddelerin özgül hacimleri erimenoktasına kadar belli bir hızla artar (OB doğrusu).Erime noktasına ulaşıldığında (B noktası) kristal yapıbozunur ve madde erir.

• Kristal yapının tamamen bozunmasını sağlayacak ısıalınana kadar sistemin sıcaklığı değişmez.

Polim

erle

rin Is

ıl Ö

zelli

kler

i

Erime sırasında gerçekleşen katı-sıvı faz değişimi nedeniyle hacimde sıçrama biçiminde bir artış (BD doğrusu) gözlenir. Hal değişiminin gözlendiği bu tür ısıl geçişlere birincil ısıl geçişler denir.


• Camsı geçiş sıcaklığı altında bulunan amorf birmadde ısıtıldığında özgül hacim tam kristalmaddelerdeki gibi belli bir hızla artar.

• Bu artış şekilde OC doğrusuyla verilmiştir. Camsıgeçiş sıcaklığı geçildiğinde özgül hacmin sıcaklıkla

Polim

erle

rin Is

ıl Ö

zelli

kler

i

değişim hızı yükselir (CEdoğrusu) ve sıcaklık-özgülhacim doğrusunda birkırılma gözlenir.Bu tür geçişte madde hal değiştirmemiş, sabit basınç altındaki ısınma ısısının büyüklüğü değişmiştir (ikincil geçiş).




3/18/2017

6


• Yarı-kristal polimerlerin sıcaklık-özgül hacimgrafikleri, amorf ve tam kristal maddeleringrafiklerinin birleşimine benzer.

• Camsı geçiş sıcaklığına ulaşıldığında (C noktası)polimer örgüsünde amorf bölgelerin katkısıyla özgül

Polim

erle

rin Is

ıl Ö

zelli

kler

i

hacmin sıcaklıkla artış hızı yükselir (CB doğrusu) ve sıcaklık-özgül hacim doğrusunda bir kırılma gözlenir. Erime noktasına ulaşıldığında ise (B noktası)polimerin kristal bölgeleri erir.


• Camsı geçiş sıcaklığı altında bulunanpolimerlerin amorf ya da kristal bölgelerindekizincirlerde yer alan atomlar ötelenme,titreşim gibi küçük moleküller için de geçerliolan atom hareketlerini sürdürürler.

• Ancak, zincirler eğilip-bükülme türühareketleri yapamazlar. Bu nedenle polimerzincirleri, dışarıdan yapılan mekaniksel etkileraltında biçimlerini değiştiremezler ve aşırızorlamalarda kovalent bağlar üzerindenkırılırlar.Po

limer

lerin

Isıl

Öze

llikl

eri


• Polimerlerin özellikleri ve kullanım yerlericamsı geçiş sıcaklıklarına yakından bağlıdır.Camsı geçiş sıcaklığının üzerinde kullanılanpolimerlerde, dıştan yapılan mekanikseletkiler zincir hareketleriyle karşılanır vepolimere yüklenen enerji polimer örgüsüiçerisinde kolayca dağıtılır.

• Alışveriş poşetleri genelde camsı sıcaklığıyaklaşık -115 °C olan polietilenden yapılır.Polimer normal kullanımında yumuşamanoktası üzerinde bulunduğundan katlama,buruşturma, bükme gibi mekanikseletkilerden zarar görmez.

Polim

erle

rin Is

ıl Ö

zelli

kler

i


• Ayran ve yoğurt kaplarının yapımındacamsı geçiş sıcaklığı 100 °C dolayındaolan polistiren, plastik su şişelerininyapımında camsı geçiş sıcaklığı 80 °Cdolayında olan poli(etilen teraftalat) (PET)kullanılır.

• Her iki polimerin kullanım sıcaklıkları camsıgeçiş sıcaklıklarının altındadır ve bupolimerlerden yapılmış malzemeler bir kaçkez avuç içinde büküldüğünde kırılırlar.Po

limer

lerin

Isıl

Öze

llikl

eri




3/18/2017

7

Camsı geçiş sıcaklığıPo

limer

lerin

Isıl

Öze

llikl

eri

Maksimum kullanım sıcaklığı

• Polimerlerden yapılan malzemelersertliklerini ve şekillerini camsı geçişsıcaklığı dolayına kadar koruyabilirler.

• Camsı geçiş sıcaklığı üzerinde,polimer zincirleri eğilme-bükülmehareketleri yapabildiğinden polimerikürünün geometrisi değişir.Po

limer

lerin

Isıl

Öze

llikl

eri


• Örneğin su, kola gibi içeceklerinkonduğu plastik şişeler, camsıgeçiş sıcaklığı 80 °C olanpoli(etilen teraftalat)’tan (PET)yapılır ve PET şişe içerisinekaynama sıcaklığındaki su (100°C) konulduğunda şekli değişir(eğilir, bükülür).

• Bu gözlemden, PET in 80 °C dendüşük sıcaklıklardaki sıvılarındoldurulduğu plastik şişelerinyapımına uygun olduğu sonucuçıkarılabilir.

Polim

erle

rin Is

ıl Ö

zelli

kler

i


• Polimerlerden yapılan ürünlerin özelliklerinikaybettiği ve işlevini yapamadığı en düşüksıcaklığa maksimum kullanım sıcaklığı adı verilir.

• Polimerlerin sert yapılarını, genelde, camsı geçişsıcaklıklarının yaklaşık 3/4 katı sıcaklıklara kadarkorudukları gözlemlenmiştir. Herhangi birpolimerin maksimum kullanım sıcaklığı camsıgeçiş sıcaklıklarının 3/4 katı alınarak öncedenkestirilebilir.

• Örneğin, camsı geçiş sıcaklığı 100 °C olan birpolimer en fazla 75 °C dolayında kullanılacaksert ürünlerin yapımına uygundur.

Polim

erle

rin Is

ıl Ö

zelli

kler

i




3/18/2017

8

Maksimum kullanım sıcaklığıPo

limer

lerin

Isıl

Öze

llikl

eri

Isıl bozunma sıcaklığı• Polimerler yeterince yüksek sıcaklıklara

ısıtıldığında, öncelikle polimer yapısındaki enzayıf kovalent bağlar kırılır ve polimerbozunmaya başlar.

• Polimerin bozunmaya başladığı sıcaklığa ısılbozunma sıcaklığı denir. Polimerlerinbuharlaştırılması için verilmesi gereken enerji,polimer moleküllerinin iriliğinden dolayı herzaman polimerin yapısındaki kimyasal bağlarınkırılma enerjisinden yüksektir.

• Bu nedenle polimerler kaynamadan öncebozunurlar. Termoplastiklerde bozunma geneldeerimeden sonra, termoset polimerlerde ise katıhalde başlar.

Polim

erle

rin Is

ıl Ö

zelli

kler

iIsıl iletkenlik

• Isıl iletkenlik, ısı enerjisinin bir malzemeiçerisinde hareket yeteneğini gösteren birkavramdır.

• Sıcak su dolu bir bardağın iç ve dışyüzeylerinin sıcaklıkları farklıdır ve ısı,bardak içerisinden dış ortama doğru,bardağın yapımında kullanılan maddenin ısıliletkenliğinin büyüklüğüne bağlı bir hızlailetilir.

Polim

erle

rin Is

ıl Ö

zelli

kler

i

Isıl iletkenlik

• Bağıntıda;• A ısının iletildiği alan,• QIt birim zamanda iletilen ısı miktarı (ısı akış hızı),• T maddenin iki yüzeyi arasındaki sıcaklık farkı ve• x ısının aktarıldığı yoldur (genelde madde kalınlığı).

• Isıl iletkenlik için çoğu kez, J/(s.m.K) veya W/m.K(W=J/s) birimleri kullanılır.

Polim

erle

rin Is

ıl Ö

zelli

kler

i




3/18/2017

9

Isıl iletkenlik

• Isıyı fazla absorplayan maddelerin ısıliletkenlik değerleri düşüktür. Polimerlerzincirlerindeki atom hareketleriyle fazlamiktarda ısı absorpsiyonu yapabildikleriiçin ısıyı iyi iletemezler. Isıl iletkenlikleriseramikler ve metaller arasındadır.

• Özellikle polimer köpüklerinin ısı iletimdeğerleri çok düşüktür ve ısı yalıtımınauygun malzemelerdir.

Polim

erle

rin Is

ıl Ö

zelli

kler

i

Isıl iletkenlik

Polim

erle

rin Is

ıl Ö

zelli

kler

i

Çizelgede verilen ısıl iletkenlik değerlerindengörülebileceği gibi polistiren köpüklerinin ısıliletkenliği, normal polistirenin onda biridüzeyindedir.

Isı kapasitesi

• Isı kapasitesi (C) maddelerin çevredenısıyı absorplayabilme yeteneklerininölçüsüdür ve bir maddenin sıcaklığını 1°C yükseltmek için verilmesi gereken ısımiktarı şeklinde tanımlanır.

• Isı kapasitesinin sayısal değeri,malzemeye verilen ısının (Q),malzemede neden olduğu sıcaklıkartışına (T) bölünmesiyle bulunur,birimi J/K dir.

Polim

erle

rin Is

ıl Ö

zelli

kler

i

Isı kapasitesi

• Bu bağıntıda ısı absorpsiyonu yapanmadde yığın halinde düşünülmüş ve miktarı(kütlesi) göz önüne alınmamıştır.

• Bağıntı, madde miktarına (m) bölünerekbirim kütle başına ısı kapasitesine karşılıkgelen özgül ısı Cp elde edilir. (J/kg.K)

Polim

erle

rin Is

ıl Ö

zelli

kler

i

TmQC p

.




3/18/2017

10

Isı kapasitesiPo

limer

lerin

Isıl

Öze

llikl

eri

Isıl genleşme

• Çoğu malzeme ısıtıldığında genleşir (hacmiartar), soğutulduğunda ise büzülür (hacmiazalır).

• Polimerler ısıtıldıklarında, zincirler üzerindebulunan atomların titreşimleri artarakbirbirlerinden belli derecede uzaklaşırlar vesonuçta polimerde genleşme gözlenir.

• Polimerlerin genleşme değerleri metal veseramiklerden daha fazladır, ısıtıldıklarındametallerden 5-10 kat fazla genleşebilirler.Seramiklerin genleşmesi, metallerdendüşüktürPo

limer

lerin

Isıl

Öze

llikl

eri

Isıl genleşme

Polim

erle

rin Is

ıl Ö

zelli

kler

i

TLL

1

0

Bağıntıdaki T, ölçüm yapılan sıcaklık aralığıdır.Isıl genleşme sabitinin birimi 1/°C olmakla birlikteçoğunlukla mm/(mm °C) veya m/(m °C) birimleriile verilir.

Isıl genleşme

Polim

erle

rin Is

ıl Ö

zelli

kler

i




3/18/2017

11

Polimerlerin yanması

• Yanma; ısı, oksijen ve yakıt üçlüsü bir arayageldiğinde gerçekleşen kimyasal bir olaydır.Bu üç bileşenden ısı, alevlenmeyi başlatanetkendir ve ışık, ateş gibi çevreselkaynaklardan sağlanır.

• Yanma için gerekli oksijen atmosferdebulunmaktadır.

Polim

erle

rin K

imya

sal Ö

zelli

kler

i

Üçüncü bileşen olan yakıt ise malzemenin yapımında kullanılan polimerin kendisidir.

Polimerlerin yanması• Yanma üç aşama üzerinden gerçekleşir.• İlk aşamasında polimerik malzeme ısınır,• ikinci aşamada ısı etkisiyle bozunmaya başlar,• son aşamada bozunma sonucu oluşan yanıcı

gazlar alevlenerek malzeme tutuşur.• Yanma bölgesi, polimerik malzeme yüzeyine dik

doğrultuda özellikleri farklı birkaç katmanaayrılır

Polim

erle

rin K

imya

sal Ö

zelli

kler

iPolimerlerin yanması

• Alevlenme, polimerin bozunarak oluşturduğuyanıcı gazların havadaki oksijenle etkileştiğianda görünen bir olaydır.

• Yanma sırasında polimer zincirleri dahayanıcı olan küçük zincirlere veyamoleküllere parçalanırlar ve ortamınalevlenme özelliği sürekli artar.

• Polimerin yanması sırasında oluşacakgazların türü, polimerin ve katkımaddelerinin yapısına yakından bağlıdır.

• Örneğin polipropilenin yanması sırasında,kendisinden daha yanıcı propan gazı açığaçıkar.Po

limer

lerin

Kim

yasa

l Öze

llikl

eri

Polimerlerin yanması

• Yanma sırasında açığa çıkan zehirli gazlar, en azalevler kadar insan sağlığı açısından tehlikelidir.Evlerde kullanılan halılar, plastik sandalyeler,giyecekler ve koltuk, kanepe döşemelerin çoğupolimerlerden yapılmıştır ve yanma sırasında zehirligazlar salabilirler. Bu tür malzemelerin alevlenmeözelliği, içlerine alevlenmeyi geciktirici adı verilenkimyasallar katılarak azaltılır.Po

limer

lerin

Kim

yasa

l Öze

llikl

eri




3/18/2017

12

İletkenlik ve direnç

• Bir maddenin elektrik akımını geçirebilmesi içinmaddeyi oluşturan taneciklerin (atom, molekül vb)elektronlarını kolayca birbirlerine aktarabilmesigereklidir.

• Metallerin yapısı, elektron denizi içerisinde dağılmışkatyonlar şeklinde düşünülebilir ve böyle birortamda elektronlar kolayca hareket ederek,iletkenlik için gerekli yolu oluştururlar. Bu nedenlemetallerin elektriksel iletkenlikleri yüksektir.

• Polimerlerin ve seramiklerin yapılarında bulunanelektronların veya iyonların hareketleri ise kısıtlıdır.Geleneksel polimerler elektrik yalıtımları yanındakolay işlenebilmeleri nedeniyle uzun yıllardır kablokılıflama gibi alanlarda kullanılmaktadırlar.Po

limer

lerin

Ele

ktrik

sel Ö

zelli

kler

i

İletkenlik ve direnç• Son yıllarda elektriği, elektronlar üzerinden

iletebilen ve iletken polimerler adı verilenpolianilin, polipirol, politiyofen vb polimerlersentezlenmiştir. Ancak iletken polimerlerinkullanım alanları sınırlıdır ve geliştirilmeaşamasındadırlar.

• Direnç ve iletkenlik birbirlerinin tersikavramlardır. Maddelerin elektriksel dirençleriyükseldikçe elektriksel iletkenlikleri azalır.Direnç (R), Ohm Yasası‘na göre düşükgerilimlerde, gerilim (potansiyel, V) ile elektrikakımı (I) arasındaki orantı katsayısıdır.

Polim

erle

rin E

lekt

rikse

l Öze

llikl

eri


• İletken polimerler; metallerin elektrikseliletkenliklerini polimerlerin kimyasal vemekaniksel özellikleriyle birleştirerek,metallerle yarı iletkenler arasında iletkenliğesahip olan polimerlerdir.

• İletkenlik özelliği elektronların serbestçehareket etme özelliğidir. Buna göreelektronlar belli enerji düzeylerinde hareketederler. Elektronların ise bir enerjidüzeyinde bulunabilmeleri için belli birenerjiye sahip olmaları gerekirPo

limer

lerin

Ele

ktrik

sel Ö

zelli

kler

i


• Nem, elektriksel yüklerin difüzyonunukolaylaştırarak, elektriksel iletkenliği arttırıcı etkiyapar.

• Nemli ortamlarda bulunan veya nemadsorplamaya yatkın polimerlerin yüzeydirençleri, yüzeyde adsorplanan su moleküllerinedeniyle düşüktür.

• Sıcaklık, çoğu madde gibi polimerlerin iletkenliğinietkileyen bir başka önemli faktördür.

• Sıcaklığın yükseltilmesi polimer yapısındakiserbest hacmi dolayısıyla iletkenliği sağlayacaktaneciklerin hareket edebileceği alanları arttırdığıiçin polimerlerin iletkenlikleri sıcaklığın yükselmesiile artar (metallerin azalır)Po

limer

lerin

Ele

ktrik

sel Ö

zelli

kler

i




3/18/2017

13

İletkenlik ve dirençPo

limer

lerin

Ele

ktrik

sel Ö

zelli

kler

i

Değişik maddelerin oda sıcaklığındaki iletkenlik değerleri (S/cm)

İletken Polimerler

• İletken polimerlerin iletkenliklerini, mekanikve fiziksel özelliklerini iyileştirmek için farklıyöntemler uygulanmaktadır.

• Bu yöntemlerden birisi iletken polimerlerinkopolimerlerini veya kompozitlerinihazırlayarak özelliklerinin iyileştirildiğikimyasal yöntemlerdir.

• Başka bir yöntem ise plastikleştirici rolüoynayan uygun bir dopant ile iletkenpolimerlerin karışımları hazırlayaraközelliklerinin iyileştirildiği fizikselyöntemlerdir

Polim

erle

rin E

lekt

rikse

l Öze

llikl

eri

İletken Polimerler

• Polimer örgüsünde bulunan ve elektronlarınbir zincir boyunca taşınmasını sağlayankonjuge çift bağlar, polimere elektronikiletkenlik özelliği kazandırırlar.

• Konjugasyon yüksek düzeyde iletkenlik içintek başına yeterli değildir. Dop işlemiyle(Doping) polimer yapısına iletkenliğisağlayacak olan elektronlar verilir veyaelektronlar alınarak polimer örgüsünde eksiyüklü boşluklar oluştururPo

limer

lerin

Ele

ktrik

sel Ö

zelli

kler

i

İletken Polimerler

Polim

erle

rin E

lekt

rikse

l Öze

llikl

eri




3/18/2017

14

İletken Polimerler

Bazı iletken polimerler ve kimyasal formülleriPolim

erle

rin E

lekt

rikse

l Öze

llikl

eri

İletken Polimerler

Doping edilmiş bazı konjuge polimerlerinyapıları ve iletkenlikleri

Polim

erle

rin E

lekt

rikse

l Öze

llikl

eri

İletken Polimerlerin Başlıca Kullanım AlanlarıŞarj olabilen pil yapımlarında pH sensörlerinde Gaz sensörlerinde Biyosensörlerde Elektronik aletlerde Fotoelektrokimyasal hücrelerde Elektrokromik aletlerde İyon seçici elektrot yapımlarında Korozyon inhibitörü olarak

Polim

erle

rin E

lekt

rikse

l Öze

llikl

eri

Dielektrik kuvvet

• Maddelere uygulanan yüksek elektrikselgerilimler, maddenin elektronlarını bağımsızhareket ettirerek elektriksel boşalmayaneden olur.

• Elektriksel boşalmayı başlatmak içinuygulanması gerekli en düşük voltajadielektrik kuvvet denir ve bu voltajgeçildiğinde malzeme yalıtkan özelliğinikaybeder.

• Diğer bir yaklaşımla, dielektrik kuvvetmalzemenin dayanabildiği en yüksekgerilimdir.

Polim

erle

rin E

lekt

rikse

l Öze

llikl

eri




3/18/2017

15

Dielektrik sabit

• Dielektrik sabit, test edilen maddeden yapılan birkapasitör kapasitesinin, vakumdan (veya hava)oluşturulan kapasitörün aynı koşullarda ölçülenkapasitesine oranıdır.

• Ölçümler alternatif elektrik alanında yapılır.• Vakumun dielektrik sabiti 1 varsayılır, çoğu gazın

dielektrik sabiti de 1 dolayındadır. Sıvılardan suyundielektrik sabiti 81, asetonun 20 dir.

Polim

erle

rin E

lekt

rikse

l Öze

llikl

eri

Optik özellikler

• Madde ile ışık arasındaki etkileşimleroptik özellikler başlığı altındaincelenir. Maddeler ışıklaetkileştiğinde,– ışığın madde içerisinden geçişi– ışığın madde tarafından saçılması– ışığın madde tarafından absorplanması– maddenin rengi

gibi optik davranışlarla karşılaşılır.Polim

erle

rin O

ptik

Öze

llikl

eri

Işık geçirgenliği

• Maddelerin ışık geçirgenlik değeri, üzerlerine gelenışığın diğer taraflarına geçen yüzde miktarı ileverilir. Gelen ışınları tamamen geçiren maddelerinışık geçirgenliği % 100 dür.

• Görünür bölge ışınları (ışık), 400-800 nm dalgaboyu aralığındaki ışınlardır. Maddeleretkileşecekleri ışık açısından seçici davranırlar veüzerlerine gelen görünür bölge ışınlarından bellidalga boyundakileri absorplayabilirler, yansıtabilirlerveya geçirebilirler.

• Örneğin bir madde, yalnız yeşil rengin dalgaboyuna karşılık gelen ışığı yansıtırken, diğerrenklere karşılık gelen ışınların tamamınıabsorplayabilir.

Polim

erle

rin O

ptik

Öze

llikl

eri

Optik özellikler

• Üzerlerine gelen ışığın frekansı kendititreşim frekansından farklı olduğu için enerjiabsorpsiyonu yapamazlar ve madde, gelenışığı yansıtabilir (opak madde) ya da içindengeçirebilir (şeffaf madde).

• Şeffaf maddelerin diğer tarafında bulunancisimler ayrıntılı görülür, opak maddeler isediğer tarafındaki cisimleri göstermezler.

• Şeffaflık ve opaklık, maddelerin ışıkgeçirgenlik özelliği açısından iki uçdavranışıdır.

Polim

erle

rin O

ptik

Öze

llikl

eri




3/18/2017

16

Optik özellikler

• Metalik kristalin malzemelerde;-Yüksek elektron yoğunluğu gelen ışığın

büyük bir bölümünün yansımasına yol açar.-Elektron yoğunluğu ve hareketliliği

nedeniyle, yapıya giren ışık elektronlartarafından absorplanır ve bu da elektronakışına yol açar. Bunun sonucu olarakmetalik kristalin malzemelerde yüksekopasite görülür.

Polim

erle

rin O

ptik

Öze

llikl

eri

Optik özellikler

• Polimerlerde durum metallerden tamamenfarklıdır ;-Bu yapılarda elektron hareketliliği çok

düşüktür.-Bu nedenle görünür ışık absorpsiyonu

elektronların ancak titreşimine neden olacakkadardır. Elektron akımı oluşmaz ve bunedenle polimerlerin çoğu şeffaftır.

Polim

erle

rin O

ptik

Öze

llikl

eri

Optik özellikler

Polim

erle

rin O

ptik

Öze

llikl

eri

Optik özellikler

• Polimerler sentezlendikleri halleriylegenelde şeffaftırlar ve ışık içlerinden çok azdeğişime uğrayarak geçer.

• Örneğin sert göz lensleri ve otomobillerdekisinyal lambalarının camları optik özellikleriiyi olan poli(metil metakrilat)tan yapılır (ışığı% 98 düzeyinde geçirir).

• Benzer şekilde polikarbonatın, akriliklerin,polistirenin ışık geçirgenliği yüksektir.

Polim

erle

rin O

ptik

Öze

llikl

eri




3/18/2017

17

Optik özellikler

• Polimerlerin (katkısız) opak ya da şeffafolmaları yapılarındaki kristal bölgelerin oranınabağlıdır.

• Düşük yoğunluklu polietilende çok az kristalbölge bulunduğu için şeffaftır, kristalitesi yüksekolan yüksek yoğunluklu polietilen ise ışığıkısmen yansıttığı için yarı-şeffaftır.

• Kullanıldıkları alana bağlı olarak polimerlerden(özellikle polimerik filmler) ışığı; yüksekdüzeyde geçirmesi, geçirmemesi veya kısmengeçirmesi istenebilir.

Polim

erle

rin O

ptik

Öze

llikl

eri

Optik özellikler

• Örneğin ışıktan etkilenen ürünlerin ambalajında,ürünün de görünmesi gerekli ise, ışıkgeçirgenliği düşük aynı zamanda ürününyeterince seçilebildiği şeffaf filmler kullanılır.

• Otomobil lastiklerinde kullanılan karbon siyahı,opaklığı sağlayan nemli bir katkı maddesidir.

• Titanyum dioksit, beyaz renkli görünen polimermalzemelerin (beyaz plastik şişe kapakları, ilaçkutu veya kapakları) çoğunda kullanılır vepolimere opak görünüm verir.

Polim

erle

rin O

ptik

Öze

llikl

eri

Renk

• Maddelerin renkleri, ışıkla etkileşimbiçimlerine ve madde tarafından yansıyarakveya içerisinden geçirerek gözümüze gelenson ışının (veya ışınların) dalga boyunabağlıdır.

• Bir madde yalnız mavi ışığın dalgaboyundaki ışınları yansıtır, diğer görünürrenklere karşılık gelen dalga boylarındakiışınları absorplar ise mavi renkte gözükür.

• Bu nedenle renk, maddelerin kendilerindevar olan bir özellik değildir, maddelerinrengini üzerine gelen ışık belirler.Po

limer

lerin

Opt

ik Ö

zelli

kler

i

Renk

• Dalga boyları farklı ışınları yansıtan veyansıttığı ışınlara bağlı olarak belli bir renkalan madde, üzerine yansıttığı ışınlardanbazılarının bulunmadığı farklı bir ışık demetigönderildiğinde başka renkte gözükür.

• Eğer yapıda fazla miktarda, “C=C”, “C=O”,“N=N”, “N=O” gibi doymamış gruplar varsa ;Elektronlar daha az enerji ilehareketlendirilebilir. Bu nedenle, bu maddelergörünür ışık bölgesinde seçimli absorpsiyonyaparlar ve dolayısıyla renklenme gösterirler.

Polim

erle

rin O

ptik

Öze

llikl

eri




3/18/2017

18

Renk

• Polimerler üretildikleri halleriyle genelderenksizdirler ve işlenme öncesi veya işlemesırasında içlerine katılan uygun katkımaddeleri ile renklendirilirler.

• Polimerleri renklendirmek amacıylakullanılan katkı maddelerine renklendirici adıverilir.

• Renklendiriciler istenilen renge uygun dalgaboyundaki ışınları yansıtabilenkimyasallardır.

• Renklendirme ayrıca şekillendirilmiş polimermalzeme üzerine fırça, rulo gibi bir aletlerenklendirici sürülerek de (boyama) yapılır.

Polim

erle

rin O

ptik

Öze

llikl

eri

Renk

• Matlık ve parlaklık malzemenin yüzeykoşulları ile ilgilidir.

• Yüzeyi çok düzgün ve homojen olan yapılarmat gözükür. Bu malzemelerde yansıyanışık yüzeyden değil de adeta malzemeniniçinden geliyor gibidir. Bu nedenle yüzeygörünmez ve mat görüntü elde edilir.

• Bunun tersine, malzeme yüzeyi pürüzlü veheterojen ise yansıma ışık saçılma şeklindekendini gösterir. Böylece yüzey görünür veparlaktır.

Polim

erle

rin O

ptik

Öze

llikl

eri

Mekanik Özellikler

• Polimerlerden yapılmış ürünlerkullanımları sırasında, değişikkuvvetlerin (yük, yükleme) etkisindekalırlar.

• Örneğin; alışverişlerde kullanılanplastik poşetlere, içlerindekimalzemenin ağırlığından dolayı aşağıdoğru çekme, plastik yer döşemeleriüzerlerine basıldığında sıkıştırma,araçlarda kullanılan lastikler sıkıştırmayanında eğilme yükleri ile karşılaşırlar.Po

limer

lerin

Mek

anik

Öze

llikl

eri

Mekanik Özellikler

• Polimerlerin mekanik özellikleri;– kimyasal ve fiziksel yapılarına,– yük miktarına– işlenme yöntemlerine– molekül ağırlığı dağılımına– kullanım koşul (sıcaklık gibi) ve– sürelerine bağlıdır.

• Seramik, metal türü geleneksel malzemelerinçoğunun mekanik özellikleri geniş bir sıcaklık veyazaman aralığında fazlaca değişmezken,polimerlerin mekanik özellikleri yükün uygulandığısıcaklıktan ve uygulama zamanından önemlioranda etkilenir.Po

limer

lerin

Mek

anik

Öze

llikl

eri




3/18/2017

19

Mekanik Özellikler

• Bir kil çamuru ile oynadığınızı düşünün,onu uzatabilirsiniz, sıkabilirsiniz ya dabükebilirsiniz.

• Bu durumda kile çekme-germe, basmayada bükme kuvveti uyguladığımızısöyleyebiliriz. Uygulanan geriliminboyutunu birim yüzeye uygulana kuvvetcinsinden ifade etmek mümkündür.

• Kil için söylediğimiz şeylerin aynısıpolimerler içinde geçerlidir.Po

limer

lerin

Mek

anik

Öze

llikl

eri

Mekanik Özellikler

• Polimerler üretimlerinden gündelikkullanımlarına varan süreç içinde çeşitlidış etkilerle karşı karşıya kalırlar.

• Bu etkiler sonunda polimerik malzemeninhem kimyasal hem de fiziksel yapısındabazı değişiklikler meydana gelir.

• Günlük kullanımlarında polimerlerinkarşılaştıkları bu etkilere dayanmalarıbeklenir.

Polim

erle

rin M

ekan

ik Ö

zelli

kler

iMekanik Özellikler

• Yük miktarı: sert ve kırılgan birpolimerin şeklini değiştirmek için dahafazla bir kuvvet gerekirken, dahayumuşak ve esnek bir polimer daha azkuvvet uygulansa da şeklini değiştirir.

• Ancak sert ve kırılgan polimerlerinkırılması için daha düşük bir kuvvetgerekirken, esnek bir polimer bukuvvete kopmadan dayanabilmektedir.Po

limer

lerin

Mek

anik

Öze

llikl

eri

Mekanik Özellikler

• Yapısal Homojenlik: bir zincirin engüçsüz olduğu nokta onun en zayıfhalkasıdır. Bu genel kuralın polimerikyapılar için de söylenmesi mümkündür.

• Polimerik malzemelerde mekanikdayanımın yüksek olması için yapıiçinde safsızlık olmaması, kimyasalözelliklerin her yerde homojen olmasıve yapıda çatlak bulunmaması oldukçaönemlidir.Po

limer

lerin

Mek

anik

Öze

llikl

eri




3/18/2017

20

Mekanik Özellikler

• Dayanım; genellikle mekanik veyatermomekanik ölçüm yapan cihazlarkullanılarak yapılmaktadır. Bucihazlardan elde edilen eğriler gerilme-uzama eğrileri olarak adlandırılır.

• Test edilecek polimerden kesilen birşerit cihazın iki çenesi arasınasıkıştırılır ve şeride artan bir orandakuvvet uygulanır. Ölçüm sırasındaörnek boyunda meydana gelendeğişimler de kaydedilir.Po

limer

lerin

Mek

anik

Öze

llikl

eri

Mekanik Özellikler

Polim

erle

rin M

ekan

ik Ö

zelli

kler

iMekanik Özellikler

• Elde edilen grafiğin eğimi Young’sModülü yada Elastik modülü olarak bilinirve malzemenin sağlamlığı hakkında bilgiverir. Bu sayısal değer ne kadar küçükseaz bir gerilme ile daha fazla uzamadeğeri elde edilir.

• Benzeri şekilde yüksek Young’s Modülü omaddeyi uzatmak için daha fazla gerilimuygulanması gerektiği anlamına gelir.

Polim

erle

rin M

ekan

ik Ö

zelli

kler

i

Mekanik Özellikler

• Gerilme-uzama eğrilerinin altındaki alanTOKLUK (Tougness) değerini verir veörneğin kırılmadan önce absorplayabileceğienerji miktarının bir ölçüsüdür.

Polim

erle

rin M

ekan

ik Ö

zelli

kler

i

Uzama

Ger

ilme

Gerilme-Uzama eğrisi




3/18/2017

21

Mekanik Özellikler

• Aşağıdaki üç madde kıyaslanacak olursa mavi ile görülen davranışı gösteren polimer sağlam ama tok değildir. Yani kopmadan önce yüksek kuvvet değerine dayanabilir. Ancak çok fazla uzamadan hemen kopar.

Polim

erle

rin M

ekan

ik Ö

zelli

kler

i

Uzama

Ger

ilme

Mekanik Özellikler

• Kırmızı ile gösterilen madde mavi ile gösterilen madde kadar sağlam değildir. Yani bu örnek daha fazla enerjiyi absoplayabilmektedir. Bunu sebebi uzamayla gelen şekil değişiminin enerjini emilmesini sağlamaktadır.

Polim

erle

rin M

ekan

ik Ö

zelli

kler

i

Uzama

Ger

ilme

Mekanik Özellikler

• Pembe ile görülen davranışı gösteren polimer ne sağlam ne de toktur. Yani kopmadan önce yüksek uzama değerine sahiptirler. Ancak düşük bir gerilmeyle koparlar.

Polim

erle

rin M

ekan

ik Ö

zelli

kler

i

Uzama

Ger

ilme

Mekanik Özellikler• Bu eğrilere bakarak polimerleri 3 ana grupta toplamak

mümkündür.• A: Elastik-kırılgan (fiber)• B: Elastik-plastik (plastik)• C: Yüksek oranda elastik (elastomer)

Polim

erle

rin M

ekan

ik Ö

zelli

kler

i




3/18/2017

22

Mekanik Özellikler

• Amorf polimerler üzerlerine çekme kuvveti uygulandığında aşağıdakine benzer bir şekilsel değişime uğrar.

Polim

erle

rin M

ekan

ik Ö

zelli

kler

i

Mekanik Özellikler

• Elastik şekil değişim; Polimer zincirindebulunan kovalent bağların uzaması kıvrılmışolan polimer zincirlerinin açılmasıyla oluşur.Güç ortadan kaldırıldığında kovalentbağların uzamasıyla oluşan şekil değişimiortadan kalkar ve zincir yine eski haline geridöner.

Polim

erle

rin M

ekan

ik Ö

zelli

kler

i

Kıvrılmış polimerzincirlerininaçılması ile oluşandurumun eski halinedönmesi birazzaman alabilir.

Mekanik Özellikler

• Plastik şekil değişimi ise polimer zincirlerinin bir biri üzerinde kayması sonunda oluşur.

• Eğer polimer kırılgan değilse, birbiri içine girmiş polimer zincirleri açılır, düzleşir ve birbiri üzeride kayar.

Polim

erle

rin M

ekan

ik Ö

zelli

kler

i

Gerilme-Gerinim Özellikleri

Polim

erle

rin M

ekan

ik Ö

zelli

kler

i

Mekanik

Davranış

Elastik

Modül

Akma Verimi Kopmada

Gerilim

Direnci

Kopmada

uzama %

Örnek

polimerler

Yumuşak-zayıf Düşük Gözlenmeye

bilir çok

düşük

Düşük 150 Kauçuk ve

Türevleri

Yumuşak-

dayanıklı

Düşük Gözlenmeye

bilir çok

düşük

Düşük 500 Kauçuk ve

plastifiyanlı

PVC türleri

Sert-kuvvetli Yüksek Yüksek Yüksek 5 PS

Sert-dayanıklı Yüksek Yüksek Yüksek 300 Yarı kristal

polimer

Sert-kırılgan Yüksek Yok Yüksek Çok az Termoset




3/18/2017

23

Sert Kırılgan• Yüksek rijitlik modülü,

düşük uzama değerlerinesahiptir ve akmadeğerinden önce kırılır.Eğrinin altında bulunanküçük alan dayanımın(tokluğun) düşük olduğunugösterir. Bu tip karakteresahip polimerler arasındapolistiren, birçok termosetsayılabilir. Kırılganlıkkopma öncesi düşükuzama değerlerindekaynaklanır.

Polim

erle

rin M

ekan

ik Ö

zelli

kler

i

Sert ve Kuvvetli

• Bu durumda modül veçekme mukavemetiyüksektir. Uzama,akma değerinigeçecek şekilde dahayüksektir.

Polim

erle

rin M

ekan

ik Ö

zelli

kler

i

Sert-Dayanıklı

• Yüksek bir modül,oldukça yüksekuzama vemukavemetdeğerlerine sahiptir.Naylon veyapolikarbonatlar bu türözelliğe sahiptir.

Polim

erle

rin M

ekan

ik Ö

zelli

kler

i

Yumuşak-Dayanıklı

• Düşük modül değerive yüksek uzama vekopma enerjisideğerlerine sahiptir.Bu tür polimerlereörnek olarakpolietilen veyaplastikleştirici içerenPVC verilebilir.

Polim

erle

rin M

ekan

ik Ö

zelli

kler

i




3/18/2017

24

Yoğunluk• Polimerlerin yoğunlukları metallerden daha

düşüktür. Bu nedenle ağırlığın önemli olduğualanlarda metallerin yerlerini almışlardır.

• Polimerlerin saf haldeki yoğunluk değerleri 0,83-2,5 g/cm3 arasında değişmektedir. Ancak polimerköpüklerde 0,01 g/cm3 kadar küçük, dolgumaddelerinin kullanıldığı polimerlerde ise 3,5 g/cm3

‘e kadar çıkmaktadır.

Maddelerin yoğunlukları

ÖrnekTg’nin altında polimer zincirininbütününü kapsayan hareketlerdurduğunda, aynı polimerde hangiözellik oluşmaz?

A) EsnemezB) SertC) YumuşakD) Kırılgan

ÖrnekAşağıdakilerden hangisi polimerin mekanik özelliklerinden değildir?

A) KopmaB) YorulmaC) ÇözünmeD) Çizik




3/18/2017

25

ÖrnekPolimerin şekil değiştirmeye karşı gösterdiği dirence ne denir?

A) YorulmaB) Esnek uzamaC) Kopma uzamasıD) Elastiklik modülü

ÖrnekCam geçiş sıcaklığına kadar ısıtılan ve ısıtılmaya devam edilen amorf polimer nasıl bir hal alır?

A) KauçuksuB) EriyikC) YumuşakD) Sıvı

ÖrnekPolimerik yapının çözücü ile şişmiş haline ne denir?

A) JelB) LastikC) EriyikD) Çözücü

ÖrnekPlastik malzemeye gerilme sabit olarak uygulanırsa ne olur?

A) Kuvvet artarB) Çekme artarC) Uzama artarD) Yük artar




sentetik polimerler her yerde -...

Documents