Kiegészítés a láncmodellhez

A polimerek beleilleszkednek-e a láncmodell koncepciójába?

A műszaki anyagtudományi szemlélet egyik alapgondolata az, hogy a piaci igényeket kielégítő termék anyagát nem a négy lehetséges anyagcsoport egyikében igyekszünk megtalálni, hanem közülük a legmegfelelőbbet igyekszünk megtalálni. Lényegében ezt a koncepciót fejezi ki a láncmodell. Amennyiben a polimerek, a műanyagok ebbe a koncepcióba nem illeszthetők be, akkor maga a láncmodell érvényessége is megkérdőjeleződik, illetve csak a fémek és ötvözeteik, a kerámiák és a társított anyagok esetében fogadhatjuk el érvényességét. Ugyanakkor, ha figyelembe vesszük a polimerek felépítésének sajátosságait, és az elemzés azt mutatja, hogy ez az anyagcsoport is jól illeszkedik a láncmodell koncepciójába, akkor mindaz, amit a teljesítőképességtől a feldolgozásig vezető úttal kapcsolatban elmondtunk, megerősítést nyer, és a láncmodell a műszaki anyagok mindegyikére igaz.

A polimerek sajátos felépítése miatt a láncmodell kritikus pontját ebben az összefüggés-rendszerben a tulajdonságok és a szerkezet közötti kapcsolat jelenti. Ennek a kapcsolatnak a meglétét az ún. kontexuális bizonyítással tudjuk legszemléletesebben igazolni, mégpedig úgy, hogy egy műanyagokkal foglalkozó könyvből [1] olyan mondatokat, szövegrészeket keresünk és idézünk, amelyekben a műanyagok tulajdonsága és szerkezete együtt szerepel egy-egy mondatban, és ez a kapcsolat egyértelműen meghatározott, pozitív értelmű.

A polimereket alkotó makromolekulák felépítésével kapcsolatban az [1] irodalomban a következők olvashatók:

„Eltérően a kismólsúlyú anyagoktól, a polimerek láncszerkezete azonos kémiai összetétel mellett is rendkívül változatos lehet. Ez a szerkezeti változatosság természetesen a tulajdonságokban is jelentkezik. A szerkezet változhat például a monomerek különböző kapcsolódása miatt. Az aszimmetrikus vinil monomerek különbözőképpen kapcsolódhatnak egymáshoz a polimerizáció során. Orientációjuktól függően megkülönböztetünk fej-láb és fej-fej, illetve láb-láb szerkezeteket.”

Az elmondottakat az 1. ábra vázlatai szemléltetik [1] nyomán.

1.5. ábra: A polimerlánc szerkezetének sematikus ábrázolása

A műanyagok makroszerkezetéről a következő információkat találjuk [1]-ben:

„A kis molekulatömegű anyagokhoz hasonlóan a polimer molekulák is különböző rendezettségűek lehetnek. A rendezettség alapján két fő csoportba sorolhatjuk az anyagokat, lehetnek amorfak és kristályosak. Az amorf polimerekre a hosszú távú molekuláris rendezettség teljes hiánya jellemző. A szabályos láncszerkezettel rendelkező polimerek lehűtés után gyakran kristályosodnak, különböző szerkezeti egységekbe rendeződnek. Eltérően a kis molekulatömegű anyagoktól, a kristályos polimerek rendezettsége sohasem tökéletes, azaz a kristályossági fok mindig kisebb, mint 100%. Ennek megfelelően a szerkezeti elemek mérete, tökéletessége változik, hasonlóan a móltömeghez, egy eloszlással jellemezhető. Szilárd állapotban a kristályos polimerek szerkezete (kristályosság, a kristályos elemek mérete és méreteloszlása, a kristályok típusa stb.) meghatározza ezeknek az anyagoknak a tulajdonságait.”

A műanyagból fröccsöntött termékek szerkezete és tulajdonságai közötti kapcsolatról [1] szerzője a következőket írja:

„Az előző szakaszban ismertetett szerszámkitöltési folyamat, valamint a fröccsöntés nem-egyensúlyi jellege döntően befolyásolja a gyártott tárgyak szerkezetét és tulajdonságait. A szerszám falánál kialakuló nagy nyírás a molekulák orientációját és sorgócok képződését idézi elő. Ez utóbbiak orientált kristályosodást váltanak ki. A rossz hővezető képességből adódó eltérő hűlési sebesség a termék keresztmetszetében folytonosan változó ún. héj-mag szerkezet és belső feszültségek kialakulását okozza. Amorf anyagokban a morfológiai képződmények száma, illetve az azokban mutatkozó különbségek kicsik, annál nagyobbak viszont kristályos polimerekben és heterogén polimer rendszerekben.”

A műanyagok széleskörű elterjedését változatos tulajdonság-együttesük idézte elő. Ebben az összefüggésben [1] szerzője a következő bevezető mondatokat írja:

„A műanyagok alkalmazását és alkalmazhatóságát a molekuláris és a makroszkopikus szerkezet, illetve az ezekből eredő jellemző tulajdonságok határozzák meg. Ezeket mindig szem előtt kell tartani egy adott funkció betöltésére alkalmas termék anyagának kiválasztásánál és a termék alkalmazása során is. A műanyag tárgyak nem-egyensúlyi szerkezete, deformációs jellegzetességei, az időfüggő jellemzők mind befolyásolják a termék használati értékét, megbízhatóságát. A műanyagok elterjedése rendkívül széles körű, nincs az iparnak, a gazdaságnak, az életnek olyan területe, ahol ne használnák őket. Ma már gyakorlatilag minden ipari termékben jelen vannak valamilyen formában, vagy az egész termék műanyagból készül, vagy csak egy része, de legalább a csomagolásra vagy a festésre, a dekorációra biztosan műanyagot használnak.”

Úgy gondoljuk, hogy ez a négy kiragadott idézet is egyértelműen bizonyítja, hogy a műanyagok tulajdonságait alapvetően a molekula- és makroszerkezetük határozza meg, vagyis ez az anyagcsoport is tökéletesen illeszkedik a műszaki anyagtudomány láncmodelljének koncepciójába.

Végigolvasva a műanyagokról szóló könyv [1], mintegy 100 oldalát, egyetlen egyszer sem találkozunk a koncentráció kémiai értelmében vett fogalmával, beszéljünk akár atom- vagy tömegszázalékos koncentrációról. Ha az olvasót érdekli a téma, akkor a műanyagokra vonatkozó információkkal ki tudja egészíteni a láncmodellre vonatkozó esettanulmányunkat, anélkül, hogy annak logikai vezérfonala törést szenvedne.

Irodalom

[1] Pukánszky Béla – Móczó János: Műanyagok. Egyetemi tananyag, 2011. ISBN 978-963-279-481-5