POLİMER ÖZELLİKLERİ

POLİMER ÖZELLİKLERİPOLİMER ÖZELLİKLERİ

*Kauçuksu Elastiklik*Kauçuksu Elastiklik

*Elastikliğin Termodinamiği*Elastikliğin Termodinamiği

*İdeal Kauçuk Elastikliği İçin İstatistik *İdeal Kauçuk Elastikliği İçin İstatistik

HazırlayanHazırlayan

Aziz DİNÇERAziz DİNÇER

İÇİNDEKİLERİÇİNDEKİLER

KAUÇUKSU ELASTİKLİKKAUÇUKSU ELASTİKLİK Giriş Giriş ELASTİKLİĞİN TERMODİNAMİĞİELASTİKLİĞİN TERMODİNAMİĞİ A) Elastiklik çeşitleriA) Elastiklik çeşitleri B) İdeal kauçuklukB) İdeal kauçukluk C) Sabit kuvvet için sıcaklık etkisiC) Sabit kuvvet için sıcaklık etkisi D) Sabit uzunluk için sıcaklık etkisiD) Sabit uzunluk için sıcaklık etkisi İDEAL KAUÇUK ELASTİKLİĞİ İÇİN İDEAL KAUÇUK ELASTİKLİĞİ İÇİN

İSTATİSTİKİSTATİSTİK

Kauçuksu Elastiklik Göstermesi Kauçuksu Elastiklik Göstermesi Gereken Genel Elastomer Gereken Genel Elastomer

Özellikler Özellikler Gerilim altında hızla çekilebilmeli ve ısı olarak Gerilim altında hızla çekilebilmeli ve ısı olarak

açığa çıkan enerji düşük olmalıaçığa çıkan enerji düşük olmalı Tamamen gerildiğinde yüksek germe kuvveti ve Tamamen gerildiğinde yüksek germe kuvveti ve

yüksek modül(katılık) göstermeliyüksek modül(katılık) göstermeli Süratle geri dönebilmeli yani ‘’ani kapanma’’Süratle geri dönebilmeli yani ‘’ani kapanma’’

veya ‘’geri tepme’’ özelliklerine sahip olmalıdırveya ‘’geri tepme’’ özelliklerine sahip olmalıdır Gerilim kaldırıldığında orijinal boyutlarına tekrar Gerilim kaldırıldığında orijinal boyutlarına tekrar

ulaşabilmeli yani ‘’esnek’’ ve ‘’kararlı’’ulaşabilmeli yani ‘’esnek’’ ve ‘’kararlı’’

özellikleri bir arada içermelidir.özellikleri bir arada içermelidir.

Elastomerlerin Moleküler Elastomerlerin Moleküler GereksinimleriGereksinimleri

Madde bir yüksek polimer olmalıdır.Madde bir yüksek polimer olmalıdır. Zincir parçalarının yerel hareketliliklerin Zincir parçalarının yerel hareketliliklerin

yüksek olması için normal koşullarda yüksek olması için normal koşullarda camsı geçiş sıcaklığının (Tg) üstünde camsı geçiş sıcaklığının (Tg) üstünde bulunmalıdır.bulunmalıdır.

Gerdirilmemiş haldeyken amorf yapıda Gerdirilmemiş haldeyken amorf yapıda olmalıdır.olmalıdır.

Zincirlerin hareketliliği engelleyecek bir Zincirlerin hareketliliği engelleyecek bir çapraz bağlı şebeke (ağı) içermelidir.çapraz bağlı şebeke (ağı) içermelidir.

Böylece çapraz bağlı bir kauçuğa bir gerilimBöylece çapraz bağlı bir kauçuğa bir gerilim

uygulandığında zaman denge oldukça hızlı uygulandığında zaman denge oldukça hızlı kurulur.Denge olduğu andan itibaren kurulur.Denge olduğu andan itibaren kauçuğun özellikleri termodinamik kauçuğun özellikleri termodinamik tarafından tanımlanabilir.tarafından tanımlanabilir.

Elastiklerin TermodinamiğiElastiklerin Termodinamiği Bir polimerin mekanik özelliklerinin irdelenmesinde Bir polimerin mekanik özelliklerinin irdelenmesinde

basınç sıcaklık gibi sistemin halini tanımlayan basınç sıcaklık gibi sistemin halini tanımlayan değişkenlerin olduğu kadar onun biçimini bozan değişkenlerin olduğu kadar onun biçimini bozan parametrelerin de dikkate alınması gerekir.parametrelerin de dikkate alınması gerekir.

Boyutları aBoyutları a b b c olan bir materyal dikkate c olan bir materyal dikkate alındığındaalındığında

Termodinamiğin birinci yasasına göreTermodinamiğin birinci yasasına göre dU = dQ – dWdU = dQ – dWİç enerji değiştiği yerde ve dQ ve dW ısı ve işi sistem İç enerji değiştiği yerde ve dQ ve dW ısı ve işi sistem

ve çevre arasında değiştirme sistemi diferansiyel ve çevre arasında değiştirme sistemi diferansiyel değişikliğe uğratır.değişikliğe uğratır.

Bir kauçuk örneği gerdirildiğinde örnek üzerinde iş Bir kauçuk örneği gerdirildiğinde örnek üzerinde iş yapıldığından serbest enerjisi değişir.yapıldığından serbest enerjisi değişir.

Biz 3 çeşit mekanik iş düşünmeliyiz,Biz 3 çeşit mekanik iş düşünmeliyiz,1.1. Geri dönebilme sınırları içinde bir yönde(tek eksenli) Geri dönebilme sınırları içinde bir yönde(tek eksenli)

gerilmeye ait f tarafından yapılan işgerilmeye ait f tarafından yapılan iş dW =-f.dldW =-f.dl f=uygulanan kuvveti(gerilim)f=uygulanan kuvveti(gerilim) dl=başlangıçtaki uzunluktan değişme miktarıdl=başlangıçtaki uzunluktan değişme miktarı

2.Shear stress tarafından yapılan iş2.Shear stress tarafından yapılan iş

3.İzootropik sıkıştırma hacimdeki değişme 3.İzootropik sıkıştırma hacimdeki değişme ile yapılan işile yapılan iş

Eğer deformasyon oluşumu geri Eğer deformasyon oluşumu geri dönüşümlü farz edilirse(termodinamik dönüşümlü farz edilirse(termodinamik düşünceye göre)düşünceye göre)

Önceki denklemler birleşmesiyle şu genel Önceki denklemler birleşmesiyle şu genel bağıntı elde edilir.bağıntı elde edilir.

3 özel çeşit deformasyon 3 özel çeşit deformasyon düşünmeliyizdüşünmeliyiz

1.1. Sabit hacim ve sıcaklıktaki tek eksenli Sabit hacim ve sıcaklıktaki tek eksenli gerilimde dV=t=0.3 denlemi f verecek gerilimde dV=t=0.3 denlemi f verecek şekilde çözüldüğündeşekilde çözüldüğünde

2.2. Sabit sıcaklık ve hacimde pure shearda Sabit sıcaklık ve hacimde pure shearda dV=f=0. 3 denklem dy ayrılıp dV=f=0. 3 denklem dy ayrılıp çözüldüğündeçözüldüğünde

3.Sadece sabit sıcaklıkta izootropik sıkıştıma3.Sadece sabit sıcaklıkta izootropik sıkıştıma

Elastiklik ÇeşitleriElastiklik Çeşitleri

14,7 ve 14,9 daki denklemler 14,7 ve 14,9 daki denklemler

Etki edilmemiş durumda molekül şekildeki Etki edilmemiş durumda molekül şekildeki gibi yumak halinde olduğu kabul edilir.gibi yumak halinde olduğu kabul edilir.

Şimdi bir gerilim uyguladığımızda molekül Şimdi bir gerilim uyguladığımızda molekül yan olarak uzama haline geçeryan olarak uzama haline geçer

S= k.lnS= k.lnK=boltzman sabitiK=boltzman sabiti

=Biçimsel olanaklar=Biçimsel olanaklar

gerilme entropiyi düşürür.gerilme entropiyi düşürür. Sıcaklığı yükseltmemiz entropiye zıt etki Sıcaklığı yükseltmemiz entropiye zıt etki

yapar yapar Kısacası T arttıkça s artarKısacası T arttıkça s artar Gerilim arttıkça S düşer.Gerilim arttıkça S düşer.

İdeal gazlarda intermoleküler İdeal gazlarda intermoleküler kuvvetler yoktur.(kuvvetler yoktur.(u/u/v)t=0 ideal v)t=0 ideal kauçuklarla benzerlik göstererek kauçuklarla benzerlik göstererek

Ve elastiklik sadece entropi Ve elastiklik sadece entropi değişikliğinde etkilenir.değişikliğinde etkilenir.

Bir çok gaz oda sıcaklığı ve Bir çok gaz oda sıcaklığı ve yukarısında veya atmosfer basıncı yukarısında veya atmosfer basıncı ve aşağısında (ve aşağısında (u/u/v)v)TT<T(<T(S/S/l)l)TT

İdeal gazlar yasasına güzel yaklaşır.İdeal gazlar yasasına güzel yaklaşır. Şekildeki örnekle açıklandığı gibiŞekildeki örnekle açıklandığı gibi ((u/u/v)v)T,VT,V<T(<T(S/S/l)l)T,V T,V koşullardaki koşullardaki

kauçuklar ideal kauçuk gibi kauçuklar ideal kauçuk gibi davranırlar.davranırlar.

Sabit kuvvet için sıcaklık etkisiSabit kuvvet için sıcaklık etkisi