POLİMER ÖZELLİKLERİ *Kauçuksu Elastiklik *Elastikliğin Termodinamiği *İdeal Kauçuk Elastikliği İçin İstatistik Hazırlayan Aziz DİNÇER

İÇİNDEKİLER KAUÇUKSU ELASTİKLİK Giriş ELASTİKLİĞİN TERMODİNAMİĞİ A) Elastiklik çeşitleri B) İdeal kauçukluk C) Sabit kuvvet için sıcaklık etkisi D) Sabit uzunluk için sıcaklık etkisi İDEAL KAUÇUK ELASTİKLİĞİ İÇİN İSTATİSTİK

Kauçuksu Elastiklik Göstermesi Gereken Genel Elastomer Özellikler Gerilim altında hızla çekilebilmeli ve ısı olarak açığa çıkan enerji düşük olmalı Tamamen gerildiğinde yüksek germe kuvveti ve yüksek modül(katılık) göstermeli Süratle geri dönebilmeli yani ‘’ani kapanma’’ veya ‘’geri tepme’’ özelliklerine sahip olmalıdır Gerilim kaldırıldığında orijinal boyutlarına tekrar ulaşabilmeli yani ‘’esnek’’ ve ‘’kararlı’’ özellikleri bir arada içermelidir.

Elastomerlerin Moleküler Gereksinimleri Madde bir yüksek polimer olmalıdır. Zincir parçalarının yerel hareketliliklerin yüksek olması için normal koşullarda camsı geçiş sıcaklığının (Tg) üstünde bulunmalıdır. Gerdirilmemiş haldeyken amorf yapıda olmalıdır. Zincirlerin hareketliliği engelleyecek bir çapraz bağlı şebeke (ağı) içermelidir.

Böylece çapraz bağlı bir kauçuğa bir gerilim uygulandığında zaman denge oldukça hızlı kurulur.Denge olduğu andan itibaren kauçuğun özellikleri termodinamik tarafından tanımlanabilir.

Elastiklerin Termodinamiği Bir polimerin mekanik özelliklerinin irdelenmesinde basınç sıcaklık gibi sistemin halini tanımlayan değişkenlerin olduğu kadar onun biçimini bozan parametrelerin de dikkate alınması gerekir. Boyutları a b c olan bir materyal dikkate alındığında Termodinamiğin birinci yasasına göre dU = dQ – dW İç enerji değiştiği yerde ve dQ ve dW ısı ve işi sistem ve çevre arasında değiştirme sistemi diferansiyel değişikliğe uğratır.

Bir kauçuk örneği gerdirildiğinde örnek üzerinde iş yapıldığından serbest enerjisi değişir. Biz 3 çeşit mekanik iş düşünmeliyiz, Geri dönebilme sınırları içinde bir yönde(tek eksenli) gerilmeye ait f tarafından yapılan iş dW =-f.dl f=uygulanan kuvveti(gerilim) dl=başlangıçtaki uzunluktan değişme miktarı

2.Shear stress tarafından yapılan iş 3.İzootropik sıkıştırma hacimdeki değişme ile yapılan iş

Eğer deformasyon oluşumu geri dönüşümlü farz edilirse(termodinamik düşünceye göre) Önceki denklemler birleşmesiyle şu genel bağıntı elde edilir.

3 özel çeşit deformasyon düşünmeliyiz Sabit hacim ve sıcaklıktaki tek eksenli gerilimde dV=t=0.3 denlemi f verecek şekilde çözüldüğünde Sabit sıcaklık ve hacimde pure shearda dV=f=0. 3 denklem dy ayrılıp çözüldüğünde

3.Sadece sabit sıcaklıkta izootropik sıkıştıma

Elastiklik Çeşitleri 14,7 ve 14,9 daki denklemler

Etki edilmemiş durumda molekül şekildeki gibi yumak halinde olduğu kabul edilir. Şimdi bir gerilim uyguladığımızda molekül yan olarak uzama haline geçer S= k.ln K=boltzman sabiti =Biçimsel olanaklar

gerilme entropiyi düşürür. Sıcaklığı yükseltmemiz entropiye zıt etki yapar Kısacası T arttıkça s artar Gerilim arttıkça S düşer.

İdeal gazlarda intermoleküler kuvvetler yoktur İdeal gazlarda intermoleküler kuvvetler yoktur.(u/v)t=0 ideal kauçuklarla benzerlik göstererek Ve elastiklik sadece entropi değişikliğinde etkilenir. Bir çok gaz oda sıcaklığı ve yukarısında veya atmosfer basıncı ve aşağısında (u/v)T<T(S/l)T İdeal gazlar yasasına güzel yaklaşır. Şekildeki örnekle açıklandığı gibi (u/v)T,V<T(S/l)T,V koşullardaki kauçuklar ideal kauçuk gibi davranırlar.

Sabit kuvvet için sıcaklık etkisi