폴리머의 분자 구조는 재료의 탄성과 강도에 어떤 영향을 주게 되나요?

Question

안녕하십니까.

폴리머의 경우 사슬 길이와 가교 구조의 차이가 플라스틱의 유연성이나 파괴 거동을 어떻게 변화 시키는지 기초적인 원리는 무엇인지 의견 부탁드립니다.

Answer 1

안녕하세요. 박재화 박사입니다.

폴리머 탄성과 강도는 결국 폴리머의 구조와 관련이 깊습니다. 사슬 구조가 얼마나 길고 서로 얼마나 얽혀서 가교로 얼마나 묶여 있느냐 등이 영향을 주는 것이죠.

사슬 길이가 길어지면 얽힘이 늘어나서 하중을 전달하는 부분이 많아집니다. 그래서 강도나 인성은 보통은 올라가는 것이 특징입니다. 문제는 점도가 올라가니 가공성이 나빠질 수 있겠죠.

가교가 늘어나면 사슬이 미끄러지면서 연구변형하는 것들이 막히게 되는데, 탄성 회복은 좋아집니다. 문제는 취성 파괴처럼 깨지기 쉬운 특징을 가지게 됩니다.

Answer 2

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

폴리머는 긴 분자 사슬이 얽혀 움직일 수 있는데 사슬 길이가 길수록 얽힘이 증가해 소성 변형은 커지지만 파단까지 에너지를 더 흡수해 인성이 커지는 경향이 있습니다 반면 가교가 많아지면 사슬 이동이 제한되어 탄성률과 내열성은 증가하지만 연실율은 감소해 취성 파괴로 전이되기 쉽습니다 유연성과 파괴 거동은 사슬의 자유도와 네트워크 구속 정도의 균형 곧 분자 운동성과 결합 에너지 분포가 결정하는 것이 기초 원리입니다

Answer 3

안녕하세요. 김찬우 전문가입니다.

폴리머는 고분자 입니다. 이러한 고분자가 어떻게, 어떤 모양으로 결합되어 있는지가 그 분자의 성질을 나타내게 됩니다

고분자가 길어지면 내부에 분자가 많다는 것이기에 분자량이 늘어납니다.

이러한 분자량이 늘어날 수록 분자간의 힘인 반데르발스 힘이 작용하여 면적 또한 커지게 됩니다. 면적이 커지게 되면 자연스레 서로 엉키게 되면서 외부로부터의 힘이 작용해도 형태를 유지 할 수 있습니다.

플라스틱에서의 탄성은 이러한 폴리머의 밀도가 낮을 수록 높고 밀도가 높을 수록 낮습니다. 내부에 공간에 분자가 가득 사슬형태를 가지고 있으면 탄성이 생기기가 어렵습니다

그럼 답변 읽어주셔서 감사드립니다~! 더 궁금한게 있으시면 언제든지 문의 주십시요:)