Hubungan Struktur kimia - Properti
15,1. Pertimbangan-pertimbangan umum
Meningkatnya penggunaan polimer sintetis oleh industri dan enginer untuk menggantikan atau menambah bahan tradisional, seperti sebagai kayu, logam, keramik, dan serat alami, telah disimulasikan pencarian struktur polimer meliputi berbagai sifat bahkan lebih fleksibel. Untuk itu pencarian harus efisien, pengetahuan dasar struktur - sifat.
Masalahnya dapat diperiksa awalnya pada dua kategori yang luas:
1. lefel kimia. Ini berhubungan dengan informasi mengenai struktur halus, yaitu jenis monomer merupakan rantai dan apakah lebih dari satu jenis monomer yang digunakan (kopolimer) yakni parameter yang berkaitan dengan struktur tiga-dimensi agregat, dan pengaruh tingkat kristalinitas sampel dan sifat fisik
2. Arsitektur aspek. Ini berkaitan dengan rantai sebagai Wole, dan sekarang akan diminta untuk mengajukan pertanyaan seperti yang dibutuhkan: adalah polimer linier, cabang, atau silang; apa konformasi rantai distribusi dan kekakuan?
Setelah mempertimbangkan poin-poin umum, orang kemudian harus membentuk polimer yang sesuai untuk tujuan tertentu. Hal ini tergantung pada apakah itu seperti-kaca, seperti-karet, atau bentuk serat/fiber, dan karakteristik terutama bergantung pada fleksibilitas rantai, simetri rantai, atraksi antarmolekul, dan tentu saja kondisi lingkungan. Tidak termasuk lingkungan, parameter ini, pada gilirannya, tercermin dalam faktor yang lebih nyata, Tm, Tg, modulus, dan kristalinitas yang menjadi lebih mudah untuk menilai, umumnya digunakan untuk karakterisasi polimer dan memastikan menggunakan potensinya. Sebagai nilai relatif dari kedua Tm, dan Tg memainkan bagian tersebut dan penting dalam menentukan perilaku akhir dari polimer, kita bisa memulai pemeriksaan struktur dan sifat dengan mencari tahu bagaimana seorang ilmuwan polimer dapat mencoba untuk mengontrol parameter ini.
5.2. Pengendalian Tm dan Tg
Kita telah lihat, dalam bab-bab sebelumnya, bagaimana rantai simetri, fleksibilitas, dan tacticity, dapat mempengaruhi nilai-nilai individu dari kedua Tm dan Tg. Jadi rantai yang sangat fleksibel memiliki Tg rendah, yang meningkat sebagai kekakuan rantai menjadi graeter. Similiarly, gaya antarmolekul yang kuat cenderung menaikkan Tg dan juga meningkatkan kristalinitas. faktor sterik memainkan peran penting. Sebuah Tg tinggi diperoleh ketika kelompok-kelompok cincin besar yang melekat pada rantai membatasi rotasi internal, dan kelompok cincin besar cenderung untuk menghambat kristalisasi, kecuali bila disusun secara teratur di isotactic atau rantai syndiotactic.
Fleksibilitas Rantai adalah faktor pengendali undourbtedly dalam menentukan Tg, tetapi juga memiliki pengaruh yang kuat pada Tm. Oleh karena itu kita harus mempertimbangkan parameter untuk bersama-sama dari sekarang dan menentukan bagaimana pengaruh control yang baik.
Kekakuan rantai
Sangat penting untuk dapat mengatur tingkat kekakuan rantai, sebagai rantai kaku lebih disukai untuk pembentukan serat, sementara rantai yang fleksibel membuat elastomer lebih baik. Fleksibilitas dari polimer tergantung pada kemudahan tulang punggung ikatan rantai bisa berputar. rantai yang sangat fleksibel akan dapat memutar mudah ke berbagai konformasi yang tersedia, sedangkan rotasi internal ikatan dalam rantai kaku dan menghambat dihalangi.
Variasi dalam rantai kaku dapat dibawa dengan memasukkan kelompok-kelompok yang berbeda dalam rantai linear dan hasil dapat dinilai dengan mengikuti perubahan Tm dan Tg dalam serangkaian polimer yang berbeda. Efek dapat dinilai lebih mudah jika dipilih referensi independen dan sederhana sintetik polimer organik, polietilen dengan Tm = 400K dan Tg = 188K, cocok untuk tujuan ini.
Seseorang dapat memulai dengan mempertimbangkan struktur umum [-(CH2)m-X-n], di mana m dan X bervariasi. Efeknya terhadap Tm menggabungkan berbagai link dalam rantai karbon yang digambarkan dalam tabel 15,1. Fleksibilitas rantai meningkat oleh grup-grup seperti (-O-), (-CO.O-), dan (-OCO.O-), dan panjang bagian tumbuh (-CH2-). Hal ini ditunjukkan dengan menurunkan Tm relatif terhadap polietilen. Penyisipan dari (polar-SO2-) dan grup (CONH-) menimbulkan Tm, karena ikatan antarmolekul sekarang membantu dalam bentuk menstabilkan diperpanjang di kristalit.
Kekakuan rantai juga cincin menjadi meningkat pesat didirikan di rantai, karena hal ini membatasi rotasi pada backbone tersebut dan mengurangi jumlah konformasi polimer dapat yang mengadopsi. Ini adalah aspek penting, karena sifat serat yang ditingkatkan dengan rantai kaku, dan pengaruh cincin aromatik di Tm dan Tg adalah menunjukkan dalam tabel 15,2.
Grup p-phenylene dalam struktur 3 penyebab peningkatan besar dalam Tm dan ini dapat dimodifikasi dengan memperkenalkan grup fleksibel seperti dalam terylene, struktur 4. Hal ini menunjukkan bahwa kombinasi bijaksana unit dapat menyebabkan berbagai fleksibilitas rantai dan sifat fisik. Pengaruh cincin aromatis lagi jelas dalam struktur 5 sampai 8. Pengaruh simetri rantai juga terlihat ketika membandingkan suhu dekomposisi dari rantai 8 simetris dengan rantai simetris 7. Yang terakhir ini juga merupakan close-packing tidak struktur efisien, sebagai gangguan cukup ada untuk transisi kaca untuk muncul.
Ikatan antarmolekul
Peningkatan energi kisi dari kristal yang diperoleh ketika urutan tiga-dimensi ini distabilkan oleh ikatan antarmolekul. Dalam poliamida dan seri poliuretan, energi kohesif tambahan dari ikatan hidrogen (sekitar 24 kJ/mol) memperkuat daerah kristalin dan menimbulkan Tm. Efeknya adalah kuat ketika teratur, spasi merata, grup-grup yang ada di rantai, seperti nilon-66. Pentingnya ikatan sekunder dalam seri poliamida digambarkan sangat dramatis ketika atom hidrogen penting dari kelompok amida digantikan oleh sekelompok methilol. Hilangnya kemampuan-ikatan hidrogen merusak kecenderungan untuk penyelarasan rantai tetap terjadi dan karakter poliamida perubahan secara dramatis. substitusi yang kecil, mereka adalah serat yang cocok, tetapi hidrogen diganti, mereka mengubah dan datang lebih elastomer, kemudian akhirnya seperti balsem, dan akhirnya cairan.
Sebuah metode alternatif untuk mengurangi potensi-ikatan hidrogen, dan Tm, di poliamida, adalah untuk meningkatkan panjang urutan (-CH2)n antara setiap situs ikatan. Hal ini menyebabkan nilon dengan varietas properti, Contoh nilon-12 memiliki sifat penengah antara mereka dari nilon-6 dan polietilen. Efeknya adalah ditunjukkan dalam tabel 15.3.

15,3. Hubungan antara Tm dan Tg
Sebagian besar faktor yang dibahas sejauh ini pengaruh Tg dan Tm dengan cara yang sama, namun meskipun demikian, kenyataan bahwa Tm adalah perintah-pertama transisi termodinamika, sedangkan Tg tidak, menghalangi kemungkinan hubungan sederhana antara mereka.
Namun ada, hubungan mentah, diwakili dalam gambar 15.2, di mana band luas menutupi sebagian besar hasil untuk Homopolimer linier, dan rasio (Tg/Tm) terletak antara 0,5 dan 0,8 untuk dari sekitar 80 persen .
Jelas kemudian, seorang ahli kimia sintetik mencoba untuk mengontrol Tm dan Tg dari strukture rantai sederhana dengan memvariasikan fleksibilitas, simetri, tacticity, dll, hanya terbatas pada struktur dengan baik Tm dan Tg tinggi atau Tm dan Tg Rendah. Akibatnya Tm atau Tg tidak dapat dikontrol secara terpisah untuk setiap derajat tinggi.
Untuk latihan ini tambahan metode kontrol lain modifikasi rantai harus dicari dan ini menyebabkan penggunaan kopolimer.
15,4. Kopolimer acak
Simetri aksial dalam rantai merupakan faktor utama dalam menentukan kemampuan untuk membentuk rantai kristalit, dan salah satu cara mengubah konten kristal adalah menggabungkan beberapa ketidakberesan struktural dalam rantai. Dimasukkannya dikendalikan dari rantai linear homopolymer simetris (-A-)n dalam kisi kristal dapat dicapai dengan copolymerizing A dengan berbagai jumlah monomer B, tujuan siapa bertindak untuk menghancurkan keteraturan struktur. Hal ini menyebabkan penurunan bertahap di Tm sebagai skematis diperlihatkan pada gambar! 5.3. Garis rusak merupakan kemungkinan bahwa, dalam kisaran tengah komposisi, penurunan keteraturan material amorf begitu besar. Situasi ini kadang-kadang diperoleh ketika sebuah terpolymer disusun.
Sebuah aplikasi praktis ditemukan pada polymides. Perbaikan kualitas elastis dari serat poliamida diperoleh jika modulus berkurang dan, sebagai faktor yang mempengaruhi suhu pencairan mempengaruhi modulus, ini dapat dicapai dengan mulai dari nilon,-6,6 atau nylon-6, 10 dan membentuk (66/6.10) kopolimer. Dimasukkannya acak dari dua jenis unit mata rantai yang mengganggu baik simetri dan jarak reguler dari situs-ikatan hidrogen, yang mengakibatkan penurunan Tm.
Tg Gelas transitition tidak terpengaruh dengan cara yang sama seperti Tm karena Tg lebih merupakan fungsi dari perbedaan dalam fleksibilitas rantai, dari efisiensi pengemasan ber. Ini berarti bahwa respon Tg oleh perubahan komposisi copolyper adalah sangat berbeda dan ini affords cara mengendalikan magnetudes Tm dan Tg independen, sebuah fitur yang paling penting tidak bisa dicapai dengan metode lain.

















15,5. Tm dan ketergantungan pada komposisi kopolimer Tg.
Sebuah ekspresi kuantitatif untuk depresi dari suhu pencairan dapat diturunkan, termodinamika, dalam hal komposisi dan entalpi fusi Hu polimer A oleh;

1/TmAB – 1/TmA = (R/ΔHu) ln xA ………………………………………..... Persamaan 15,1

Dimana TmA dan TmAB adalah suhu leleh A murni dan masing-masing kopolimer AB, dan xA adalah fraksi mol dalam kopolimer. Hubungan linier sederhana antara Tg dan x yang ditunjukkan pada Gambar 15,3 ditemukan hanya untuk beberapa kopolimer terdiri dari monomer pasangan yang kompatibel, seperti styrene copolymerized dengan baik akrilat metil atau butadiena. Aturan pencampuran sederhana yang ideal dapat diterapkan pada sistem ini, tapi ketika sifat komonomer differmarkedly, ketergantungan linier hilang, dan persamaan non-linear harus dikembangkan. Satu hubungan sederhana, yang berguna menggambarkan perilaku pasangan monomer vinil banyak adalah

1/TgAB = wA/TgA + wB/TgB ………………………………………...……..(persamaan 15.2)

Dimana WA dan WB adalah fraksi massa monomer A dan B. Untuk sistem dimana kondisi TBA
TgAB – TgA + K(TgAB – TgB) wB = 0………………………………….….. (persamaan 15,3)

Ini ekspresi mengasumsikan bahwa kontribusi volume bebas dari monomer adalah sama dengan baik homo- dan kopolimer. Untuk sepasang diberikan monomer yang konstan K dihitung dari expansivities yang sesuai dari Homopolimer.

K = (α1B – αgB)/( α1A – αgA)………………………………………….….. (Persamaan 15,4)

Sebuah hubungan yang sama telah diusulkan oleh Gibbs dan Di Marzio,

(TgAB – TgA )noA + (TgAB – TgB) noB = 0………………………………….(persamaan 15,5)

Di mana sekarang fraksi obligasi rotatable no diperkenalkan di tempat term komposisi.

15,6. kopolimer blok
Acak atau kopolimer statis dapat disusun jika salah satu ingin mempersempit kesenjangan antara Tm dan Tg di sampel, dan mencakup satu wilayah properti tidak mudah puas oleh Homopolimer. Jika interval lebih luas antara Tm dan Tg diperlukan, kelas yang berbeda dari co-polymer-blok kopolimer-harus diselidiki. Ini biasanya urutan blok (AB) atau (ABA). Dengan mensintesis sekuens, yang cukup lama untuk mengkristal independen, kombinasi dari sebuah blok lebur tinggi A dengan block B akan memberikan materi dengan Tm tinggi dari A dan Tg rendah dari B. Tm sedikit depresi yang timbul dari kehadiran blok B, kadang-kadang ditemui, tapi ini jarang besar. Kombinasi yang ditunjukkan pada Gambar 15,2.
Perubahan Tg dalam blok kopolimer agak variabel dan beberapa pasang monomer dari kopolimer blok memiliki dua transisi kaca. Menarik perubahan sifat mekanik cn diperoleh ketika kopolimer blok SBR disintesis menggunakan katalis lithium. Sebuah materi yang dihasilkan berperilaku seolah-olah crosslinked pada temperatur ruang. Hal ini disebabkan adanya dua transisi kaca yang terkait dengan setiap blok: blok butadiena telah di 210K dan blok stirena memiliki satu di 373K. Di atas 373K aliran plastis diteliti, tetapi antara 210 dan 373K tindakan blok kaca polistiren sebagai crosslinks untuk polybutadiene elastomer dan pameran kopolimer ketahanan yang tinggi dan karakteristik creep rendah. Susunan blok penting; bahan kekuatan tarik tinggi, dengan sifat elastomer mirip dengan filler diperkuat vulkanisat, diperoleh hanya ketika kopolimer mengandung dua atau lebih Polistiren (S) blok per molekul. Jadi kopolimer dengan struktur [SB] atau [BSB], di mana B adalah blok polybutadiene, adalah sebagai rapuh sebagai polystryrene, tapi [SBS] dan [SBS] kopolimer jauh lebih ketat. Pada temperatur ruang ini berperilaku seperti karet crosslinking konvensional tetapi mereka memiliki keuntungan tambahan bahwa perilaku termal mereka direproduksi.
Peningkatan properti dari kopolimer blok biasanya dijelaskan dalam jangka waktu 'konsep domain'. Blok polistiren gelas cenderung agregat dalam domain (lihat gambar 15,5) yang bertindak sebagai titik crosslinking dan partikel filler. Daerah kaca mereka melayani untuk jangkar blok polydiene pusat elastomer aman di kedua ujungnya dan bertindak sebagai titik-crosslinking yang efektif, sehingga menghalangi kebutuhan untuk mempulkanisir materi. Gambar 15,5
Satu aplikasi yang tak terduga muncul dari observasi bahwa kehadiran lebih dari 10% di blok kopolimer karet alam mencegah pertumbuhan bakteri pada permukaan polimer. Dengan demikian, penggabungan dari kopolimer di tukang daging memotong blok dapat menyebabkan kondisi yang lebih higienis dalam penanganan daging.
Sintesis blok [ABA], dari gelas termoplastik elastomer A dan B, memproduksi lain 'elastoplastics' dengan sifat menarik. Polyester rantai dapat diperpanjang dengan diisocyanate, yang kemudian diobati dengan hidroperoksida cumene meninggalkan kelompok peroksida pada kedua ujung rantai. Dengan heathing ini di hadapan stirena, sebuah polimerisasi vinil dimulai dan [ABA] blok dibuat. Kurva modulus-temperatur menunjukkan bagaimana sifat mekanik dapat dimodifikasi dengan cara ini (gambar. 15,6)
Kopolimer blok ini dikenal sebagai elastomer termoplastik.

15,7. Plastisizer
Contoh polimer dapat dibuat lebih lentur dengan menurunkan Tg, dan ini dapat dicapai dengan memasukkan didih tinggi, massa molar rendah, senyawa dalam materi. Ini disebut plastizers dan harus kompatibel dengan polimer. Sejauh mana Tg tertekan tergantung pada jumlah yang plasticizer hadir dan dapat diprediksi dari relasi. (Persamaan 15,6)
Dimana TgM dan Tg1 sesuai dengan campuran dan cairan, masing-masing, sementara w dan w1 adalah fraksi massa dari polimer dan plasticizer dalam sistem. Tindakan plasticizer merupakan salah satu pelumas, dimana molekul kecil kemudahan pergerakan rantai polimer dengan mendorong mereka lebih jauh terpisah. Karena ini menurunkan baik Tg dan modulus, kegunaan utama mereka adalah untuk meningkatkan fleksibilitas polimer untuk digunakan dalam tubing dan film.
Poli(vinil klorida), yang Tg = 354K, biasanya berisi 30-40 persen massa dari plastisizer, seperti dioctyl atau dinonyl phthalate, untuk meningkatkan ketangguhan dan fleksibilitas pada temperatur ruang. Ini menekan Tg menjadi sekitar 270K dan membuat polimer yang cocok untuk jas hujan plastik, tirai, dan ' leadher -kain '. Volatilitas yang rendah dari plasticizer memastikan bahwa tidak hilang oleh penguapan, suatu kesalahan yang dilakukan di tahun-tahun awal pasca-perang, yang akhirnya menyebabkan produk rapuh dan cukup ketidakpuasan pelanggan. Dalam industri karet, plastisizer biasanya disebut minyak extender.
Pada teknologi serat, penyerapan air merupakan faktor penting yang mengatur respon mekanik, karena air cenderung untuk bertindak sebagai sebuah plasticizer. Jadi, dengan meningkatnya kadar air, modulus turun, tapi ada perbaikan yang sesuai pada kekuatan dampak.
Dalam serat, seperti nilon,-6,6, air bertindak sebagai plasticizer untuk menekan Tg di bawah suhu kamar. Jadi, ketika kemeja nilon dicuci dan menutup telepon menitik-kering, polimer berada di atas Tg, dan ini membantu meluruskan lipatan, sehingga memberikan penampilan 'disetrika' sebuah cloathing.

15,8. kristalinitas dan respon mekanis

Sifat mekanis tergantung pada kedua sifat kimia dan fisik polimer dan lingkungan di mana ia digunakan. Untuk polimer amorf, prinsip-prinsip viscoelasticity linier berlaku, tetapi ini tidak lagi berlaku untuk polimer semi kristal. Respon mekanik polimer adalah sangat dipengaruhi oleh derajat kristalinitas dalam sampel. Pentingnya baik kristalinitas dan massa molar digambarkan oleh berbagai sifat ditampilkan oleh polietilen. Hal ini ditunjukkan secara skematis pada gambar 15,7 dan menyediakan beberapa indikasi pengaruh variabel-variabel ini. Penafsiran perilaku mekanik lebih rumit oleh kehadiran bidang luncur dan dislokasi, yang mengakibatkan deformasi plastik, tetapi ini juga berguna untuk menyediakan bahan ilmuwan dengan berbagai kombinasi properti lebih luas, dan dapat terbukti berguna. Pengaruh utama dari kristal dalam sampel adalah dengan bertindak sebagai silang dalam matriks polimer. Hal ini membuat polimer bersikap seolah-olah itu adalah jaringan silang, tetapi, sebagai poin anchording termal kristal yang labil, mereka hancur karena suhu mendekati suhu leleh, serta bahan ini ketika cair mengalami perubahan struktur progresif sampai melebihi Tm. Jadi kristalinitas telah tepat digambarkan oleh Bawn sebagai dari 'crosslinking thermoreversible'. Pengaruh menahan kristal yang mengubah perilaku mekanik dengan menaikkan waktu relaksasi t dan mengubah distribusi relaksasi dan waktu keterbelakangan dalam sampel. Akibatnya, ada kerugian efektif t pendek, menyebabkan baik dan hasil titik modulus meningkat. Perilaku creep juga dibatasi dan stress-relaksasi terjadi selama masa lebih lama lagi. Semi-kristal juga diamati untuk mempertahankan modulus yang relatif lebih tinggi pada rentang suhu yang lebih luas daripada sampel amorf.
Poin ini dapat diilustrasikan dengan membandingkan elastis modulus relaksasi EΓ(t) untuk kristal (isotactic), amorf, dan kimia crosslink (ataktik), sampel polystyrene; lihat gambar 15,8. Kristalinitas memiliki pengaruh yang kecil di bawah Tg, tetapi dengan meningkatnya gerakan molekuler di atas Tg, modulus dari polimer amorf tetes lebih tajam. Nilai EΓ(t) rejimen tinggi untuk polimer kristalin seluruh rentang ini sampai dipaksa penurunan pada temperatur leleh dicatat. Sampel crosslingking mempertahankan tingkat kekuatan terendah pada suhu ini sebagai crosslink tidak termal labil dan tidak meleleh.
Quenching Cepat kristalinitas polimer isotactic menghancurkan dan menghasilkan perilaku identik dengan bahan ataktik. Ukuran spherulite juga mempengaruhi respon; pendinginan lambat dari mencair mempromosikan pembentukan spherulites besar dan menghasilkan polimer dengan dampak kekuatan yang lebih rendah dari satu didinginkan cepat dari lelehan, yang spherulites jauh lebih kecil dan lebih banyak. Efek ini dapat dilihat sebagai pergeseran maximal redaman.
Secara praktis, penggunaan poli(vinil klorida) dalam pembuatan jas hujan plastik memberikan gambaran yang baik pengaruh crosslinking kristal. polimer plasticized ini, sampai Tg di bawah keadaan lingkungan, untuk membuat materi yang fleksibel, dan orang mungkin berharap bahwa jika Jubah itu tergantung di kail (yaitu mengalami beban tarik), pada akhirnya akan mengalir ke lantai setelah ketegangan berkepanjangan. Hal ini tidak begitu; materi berperilaku seolah-olah itu adalah kimia elastomer crosslingking, karena mengandung cukup banyak crystallities untuk bertindak sebagai poin menahan dan mencegah aliran.
Demikian pula, transisi gelas polyethene jauh di bawah suhu kamar, dan jika polimer adalah amorf, kemungkinan bahwa akan cairan kental, pada suhu kamar. Hal ini, pada kenyataannya, walaupun, kasar atau plastik semi-kaku, karena sangat kristal dan kristal crosslinks menyampaikan sebuah modulus yang tinggi dan meningkatkan kekuatan pada polimer antara 188 dan 409K kisaran temperatur yang sangat berguna.
Pokok-pokok sekarang dapat disajikan kembali secara singkat:
1. Kristalinitas hanya mempengaruhi respon mekanik pada rentang temperatur Tg ke Tm, dan di bawah efek Tg pada modulus terlalu kecil.
2. Modulus dari polimer semi-kristal berbanding lurus dengan derajat kristalinitas, dan tetap independen dari temperatur jika jumlah pesanan kristal tetap tidak berubah.

15,9. Aplikasi untuk serat, elastomer dan plastik
Kita telah melihat bagaimana berbagai parameter dapat diubah dan dikombinasikan untuk menghasilkan bahan dengan tanggapan yang diberikan, namun membagi garis demarkasi polimer ke dalam tiga area utama aplikasi-serat, elastomer, dan plastic sama-sekali tidak terdefinisi dengan baik. Hal yang paling penting kemudian menetapkan kriteria yang menentukan bahwa polimer adalah sebuah serat yang unggul, suatu elastomer yang sangat baik, atau plastik terutama suitale sebelum di-indugling dalam tahap desain menarik molekul dan rekayasa.

15.10. SERAT
Secara ringkas suatu serat adalah suatu polymer yang kecil yakni suatu panjangnya sangat tinggi terhadap perbandingan garis tengah (setidaknya 100:1), tetapi kebanyakan polimer, mampu menjadi cair atau dilarutkan, dapat ditarik menjadi filamen. Mereka mungkin, namun tidak memiliki keunggulan teknis jika mereka tidak dapat memenuhi persyaratan serat yang baik; ini kekuatan tarik tinggi, kelenturan, dan ketahanan terhadap abrasi. Selain itu, untuk dapat berguna untuk pakaian, itu adalah prefereable bahwa polimer telah Tm.=470K, untuk memungkinkan menyetrika tanpa kerusakan, tapi lebih rendah dari 579K, untuk mengaktifkan berputar dari meleleh. Tg juga tidak boleh terlalu tinggi sehingga menyetrika tidak efektif. Beberapa serat khas dengan kisaran temperatur berguna ditunjukkan dalam tabel 15,4. Ini semua memiliki Tg yang lebih rendah yakni 380K tapi di atas suhu kamar, sehingga dalam kain serat akan melunak bila disetrika pada sekitar 420K. Hal ini akan menghilangkan kusut atau lipatan memungkinkan untuk dibuat yang akan dipertahankan pada pendinginan. Setelah cuci biasanya dilakukan pada suhu yang terlalu rendah untuk resoften polimer secara signifikan dan merusak lipatannya. Ini 'permanen' lipatan adalah fitur yang diinginkan beberapa pakaian.
Ciri pembeda utama serat adalah bahwa ia merupakan suatu polimer oreiented, dan anisotropik, menjadi lebih kuat di sepanjang sumbu serat yang di atasnya. Dengan demikian, persyaratan teknis paling penting untuk pembentukan serat kemampuan untuk menggambar atau orientasi rantai ke arah sumbu serat, dan mempertahankan ini setelah penghapusan dari kuat gambar. Jelas, faktor yang membantu retensi ini adalah persyaratan utama untuk serat baik, dan ini akan mencakup semua fitur struktural kontribusi untuk mengikat antarmolekul.
Ini berarti bahwa polimer harus simetris dan bercabang untuk mendorong tingkat tinggi crystallynity; adalah sebaiknya memiliki energi kohesif tinggi, dan harus memiliki panjang rata-rata sekitar 100 nm sepenuhnya diperpanjang. Properti ini bisa dengan mudah diperiksa di bawah dua judul utama - persyaratan kimia dan respon mekanis - dan faktor-faktor penting yang perlu dipertimbangkan adalah: (i) mencair dan suhu transisi gelas: (ii) modulus; (iii) elastisitas; (iv) tarik kekuatan, dan (v) penyerapan dan kelembaban dyeability.

PERSYARATAN KIMIA

Jika rantai polimer cukup pendek, mereka tidak dilibatkan ke dalam sebagian besar yang padat dan relatif bebas untuk bergerak, maka mereka tidak dapat menambah kekuatan serat. Seiring dengan peningkatan panjang rantai (dan sehingga interwining), kekuatan serat meningkatkan dan kisaran optimum massa molar untuk serat yang baik adalah 10.000-50.000 g/mol. Telah ditemukan bahwa sifat serat memburuk di luar batas-batas ini. Namun, sebagaimana akan kita lihat nanti, belitan rantai dapat mengurangi kekuatan tarik dan modulus, sehingga penyelarasan rantai yang panjang merupakan fitur penting dan diinginkan.
Kita telah menyebutkan arti penting dari Tg dan Tm dan tahu bahwa ini dapat dipengaruhi oleh simetri rantai, kekakuan, dan ikatan antarmolekul. Kekuatan tarik serat adalah diamati untuk meningkatkan dengan kristalinitas, akibatnya kualitas ini diinginkan dan mengatur rantai linier kemampuannya untuk mengkristal, rantai yang mengandung unit yang tidak teratur, yang mengurangi geometri linier, harus dihindari pada polimer membentuk serat. Hal ini jelas ketika membandingkan terylene. (i), yang merupakan serat yang sangat baik, dengan isomer nya (ii), disusun dengan menggunakan asam o-ftalat.













Tabel. 15.4. Nilai Tm dan Tg beberapa serat khas


………...…(I)



…………..(II)




…………..(III)



……………(IV)



Struktur II telah kehilangan keteraturan, adalah kurang kristal, memiliki Tg yang lebih rendah, dan membuat serat jauh lebih sedikit. Hal ini juga berlaku dalam seri poliamida, di mana polimer III reguler memiliki Tm= 643 dan Tg = 453K tapi tidak teratur dari IV telah Tm = 516K dan Tg = 363K. Stereoregular dari polimer memiliki struktur heliks simetris dan polimer isometrik bisa mudah dikemas untuk menghasilkan bahan higly kristal. Isotactic polypropylene adalah kristal dan serat penting membentuk polimer, sedangkan bentuk ataktik telah hampir tidak ada konten kristal dan memiliki sedikit nilai sebagai serat, memang itu lebih considereably elastomer di alam.
Meskipun kristalinitas dan stereoregularity adalah faktor penting dalam pembentukan serat, xxxxxxxxxxxx berguna jika ada kekuatan antarmolekul hadir. Interaksi dipole antara kelompok-kelompok samping seperti (-CN) (interaksi energi sekitar 36 kJ/mol) secara signifikan lebih kuat dari ikatan hidrogen atau gaya van der Waals dan melayani untuk meningkatkan kelurusan sangat molekul. interaksi ini menstabilkan orientasi selama pembuatan serat dan meningkatkan potensi pembentukan serat polimer seperti polyacrylonitrile dan poli(vinil klorida), keduanya pada dasarnya amorf dan ataktik. Hal ini menyoroti fakta bahwa keselarasan molekul adalah faktor yang paling penting dalam pembentukan serat, tidak kristalinitas, yang hanya satu metode untuk memperoleh orientasi rantai stabil.
Pentingnya ikatan hidrogen telah dijelaskan dan tidak akan dibahas lebih lanjut.
Poliester linier. Banyak poin yang dibahas umum dapat digambarkan dengan mudah dengan mengacu pada poliester linier yang telah banyak disiapkan. Ini dikelompokkan bersama dalam tabel 15,5.
Perbandingan struktur 1 dengan 2(i) dan 2(ii) menunjukkan penurunan Tm disebabkan oleh peningkatan fleksibilitas rantai yang timbul dari etilen dan kelompok etilen dioxy disisipkan di antara cincin phenylene. Perubahan ini bahkan lebih dramatis pada membandingkan ketika 1 dengan 6 dua cincin phenylene digunakan sebagai gantinya dari (-CH2-) 4 urutan dan perbedaan Tm = 205K.
Pengaruh simetri terlihat dalam 3 tereftalat, dan isophtalic 4 seri. Penempatan cincin simetris dalam 4(i) dan 4(ii) menurunkan Tm oleh masing-masing 25K dan 77K, dibandingkan dengan rekan-rekan mereka 3(i) dan 3(ii).
Kelompok besar sisi mengganggu kemampuan kemasan dekat rantai, yang dibuktikan dengan efek pada Tm dari kelompok metil dalam 3(iii), 3(iv), dan 5 dibandingkan dengan 3(i) dan 3(ii). Asimetri tambahan dalam 3(iv) benar-benar mencegah terjadi kristalisasi.
Stabilitas ditambahkan ikatan sekunder dalam kristal tersebut tercermin dalam peningkatan Tm dalam seri 2(i) untuk 2(iii), sebagaimana kita bergerak dari hanya kekuatan van der waalss untuk dipole dan interaksi ikatan hidrogen. Ikatan hidrogen juga cukup untuk meningkatkan Tm dari 2(iii) Bove yang dari 3(i), meskipun sekarang urutan ekstra fleksibel dalam rantai 2(iii).
Poin ini mencakup sebagian besar persyaratan kimia dan sekarang kita dapat melihat sifat mekanik.

PERSYARATAN UNTUK MESIN SERAT

Serat adalah subjek untuk banyak deformasi mekanik; peregangan, abrasi, membungkuk, memutar, geser, dan sekarang sifat menarik adalah: (i) keuletannya, yang adalah tegangan pada titik retakan bahan; (ii) ketangguhan, didefinisikan sebagai masukan energi total ke titik retakan; (iii) modulus awal, ukuran resistensi terhadap peregangan (bagian AB dari kurva tegangan-regangan, angka 15,9); dan luasnya set permanen.
Dalam terminologi teknologi, industri tekstil mengakui kualitas berikut sebagai cocok; (a) kekuatan: 1 sampai 10 g/denier, dan (c) diperpanjang: 2 sampai 50 persen. denier itu adalah massa dalam gram 9000 m benang.
Sebagai respon mekanis serat dapat dikendalikan proses pemintalan sampai batas tertentu, ini akan dibahas secara singkat.
Teknik Spinning. Proses konversi sampel polimer massal menjadi benang atau dikenal sebagai benang berputar, dan beberapa metode dapat digunakan tergantung pada sifat sampel.



























Tabel. 15.5. Nilai Tm dan Tg untuk polester linear


















Melt spinning digunakan ketika polimer mudah meleleh tanpa degradasi dan polimer cair terpaksa melalui spinneret terdiri dari 50-1000 lubang halus. Pada muncul dari lubang-lubang, benang memperkuat, sering kali dalam Keadaan glssy amorf dan Jaksa adalah luka ke sebuah benang. Orientasi dan kristalinitas persyaratan penting dalam serat dan benang yang dikontrol mengalami prosedur gambar yang berorientasi rantai dan memperkuat serat. Teknik ini diterapkan untuk polysters, poliamida, dan poliolefin.
Basah dan kering berputar. Acrylic polimer tidak dapat meleleh berputar karena mereka termal labil, dan pemintalan dilakukan dengan menggunakan larutan terkonsentrasi dari polimer. Pelarut dihilangkan dengan penguapan, setelah ekstrusi, meninggalkan berbentuk filamen, yang kemudian dikatakan telah gerobak berputar. Ketika filamen solusi yang diekstrusi ke dalam tong non-pelarut, polimer dari presipitat dalam benang, dan kemudian serat dipintal basah.
Menggambar, orientasi, dan kristalinitas, serat, dalam keadaan amorf, bisa diperkuat dengan menggambar, sebuah proses yang panjang memanjang dengan beberapa kali yang asli, dan dengan berbuat demikian menyelaraskan chaints dalam sampel. Proses ini dapat diubah dan tidak sesuai dengan CD bagian dari kurva tegangan-regangan di angka 15,9, dimana deformasi sampai ke titik C hasil elastis, tetapi di luar plasticdeformation ireversibel ini terjadi.
Pada C polimer tipis mendadak down atau 'leher' pada satu titik, dan meningkatkan gambar berikutnya panjang daerah dikurangi dengan mengorbankan wilayah undrawn, sampai proses selesai.
Selanjutnya ekstensi menyebabkan pecah di D, titik pecah.
Pengaruh orde molekul jauh lebih penting dalam produksi serat dibandingkan daerah lain kemampuan menggambar polimer applicationand merupakan kebutuhan mendasar dalam pembentukan bahan serat-baik. Hal ini wort menunjukkan lagi bahwa kristalinitas dan orientasi tidak selalu sama panjang dan bahwa ada perbedaan antara orientasi dan orientasi crystalliters chaint di daerah amorf polimer. Ini adalah bagian amorf dari serat yang akan mendistorsi dan memanjang di bawah tekanan, dan ini adalah bidang yang harus berorientasi untuk meningkatkan daya tarik antarmolekul, jika modulus serat harus ditingkatkan. Menggambar hanya meningkatkan serat sangat kristal untuk sebagian kecil oleh orientasi crystallities, tapi serat amorf sangat ditingkatkan.
Menggambar mempengaruhi sifat mekanik dari beberapa cara serat. Hal ini menjadikan serat toughand ulet, dapat meningkatkan modulus dan densitas, dan dapat mengubah Tg oleh orientasi rantai di daerah amorf. Sebagai contoh, (-O-(CH2O2-) kelompok di poli (etilen tereptalat), yang memiliki konformasi canggung dalam fase amorf, adalah 'ditarik' ke dalam konformasi trans. Ini meningkatkan sampel kristal dan Tg juga naik 10 sampai 15K.
Keuletan dan karakteristik fisik dari serat juga dapat dikontrol oleh luasnya menggambar. orientasi Terbatas, diproduksi pada tegangan rendah, menyebabkan benang nilon kekuatan media dengan kekuatan tarik rendah, modulus rendah, dan diperpanjang tinggi, yang semuanya berhubungan dengan sifat bahan lunak yang fleksibel cocok untuk pakaian. harga menarik hasil yang lebih tinggi kekuatan tinggi, benang kekuatan tinggi, lebih cocok untuk ban produksi kabel. Jadi beberapa sifat serat tunduk pada seni pemintal.
Baik kegigihan dan modulus dapat dikontrol oleh kristalinitas dalam serat. Rendah preassure polietilen adalah higly kristal dan memiliki ketahanan serat dari sekitar 6 g / denier, tetapi preassure tinggi, sangat bercabang, dan akibatnya kurang kristal polietilen memiliki ketahanan serat hanya 1,2 g / denier. Kita telah melihat thatconversion kelompok amida ke grup non-hidrogen-ikatan seperti kelompok metilol CON (CH2OH) - dengan formaldehida, curtails ikatan antarmolekul di poliamida. Ini juga meningkatkan hidrofilisitas dan membuat polimer semakin larut dalam air, tetapi karakteristik hidrofobik dapat dipulihkan oleh methylating kelompok untuk-CON (CH2OCH3) -. Pada degress rendah substitusi modulus berkurang dan lebih elastis serat diperoleh. Sebagai meningkat derajat substitusi, kristalinitas sudah benar-benar hancur, dan kapasitas membentuk menghilang. (Gambar 15,10) Modulus dan kekakuan chaint. modulus Serat dapat diatur oleh orientasi dan kristalinitas, namun parameter ketiga, kekakuan rantai, tersedia untuk modifikasi, jika kontrol tambahan yang diperlukan.
Pengaruh kekakuan rantai pada modulus awal terlihat pada gambar 15.10. peningkatan kekakuan rantai pindah dari nilon,-6 6 [-NH (CH206NHCO (CH2) 4CO-] n untuk terylene (Gambar.)
Untuk poli (isophthalimide m-phenylene), Nomex, (Gambar)
Terwujud dalam peningkatan modulus awal, dengan dimasukkannya cincin aromatik dalam rantai tersebut. Hal ini dibahas lebih lebih lengkap dalam bagian 15,11.
Faktor lainnya. kelembaban yang kembali serat adalah penting ketika kenyamanan sedang dipertimbangkan. Dalam cuaca panas kemampuan untuk menyerap keringat makesclothing lebih nyaman, dan polimer polar yang terbaik diadaptasi untuk tujuan ini. retensi kelembaban tinggi juga menurunkan resistivitas serat dan mengurangi kecenderungan untuk membangun listrik statis yang menarik kotoran dan meningkatkan ketidaknyamanan tersebut. Sebagian besar serat sintetis miskin kelembaban kembali karakteristik dan harus diubah dalam beberapa cara untuk memperbaiki cacat ini. Pencangkokan poli (etilena oksida) atau asam akrilik pada nilon meningkatkan penyerapan air sangat tanpa mempengaruhi sifat mekanik.
Pencelupan juga merupakan masalah dan modifikasi kimia sering diperlukan. Situs disediakan untuk mencelup dengan menggantikan angka kelompok-SO3H dalam cincin phenylene dari chaint terylene atau dengan copolymerizing akrilonitril dengan quatities kecil kecil asam vinylsulphonic. Modifikasi ini juga meningkatkan penyerapan air.
Ketika memilih serat untuk cloting, orang harus menghindari bahan dengan nilai tinggi 'set permanen'. Ini mengukur jumlah arus ireversibel (CD pada gambar 15,9) tertinggal di polimer dan ini tercermin dalam peningkatan panjang serat setelah sumjected untuk stres. Jelas di pakaian, di mana jumlah tekukan lutut atau siku besar, suatu nilai yang ditetapkan tetap tinggi akan menghasilkan deformasi serat kotor dan 'trouers longgar' atau 'tdk punya kemauan sendiri' stoking. Ini adalah sebagian atau seluruhnya diimbangi dengan menggambar, tetapi rasio menarik tinggi mei membuat serat dengan keras. Oleh karena itu, sementara creep pemulihan miskin di sebuah artikel hasil hilangnya bentuk, kapasitas untuk menyerap energi akan rusak, dan jika overcompensated untuk, dapat mengakibatkan kegagalan yang nyata.
Hal ini tidak jarang dipaksa kompromi ketika dihadapkan dengan pilihan antara dua sifat tidak kompatibel.