Hvordan ved plastmolekyler, at de bliver bøjet?

Tore Andersen vil gerne vide, hvordan det set ud på molekylært plan, når materialer ændrer form:

"Jeg har undret mig over, hvad der sker på atomart/molekylært plan, når ting ændrer form/struktur. F.eks. når man bøjer et stykke stål, hvad gør så, at det bliver i den nye stilling og ikke bare går tilbage til den "gamle" form? Hvorfor kan nogle stoffer rent faktisk gå næsten tilbage til udgangspositionen, når de bliver udsat for stress, som f.eks. nogle typer plastic?

En videre tanke på dette er: Kan man tale om en form for "struktur-hukommelse" siden det nogle gange er nødvendigt at holde et stof i den nye struktur i noget tid for at den bliver permanent? Eller hvad er i så fald grunden til dette?"

Grethe Winther, seniorforsker ved Afdelingen for Materialeforskning på Risø DTU, svarer:

"En ændring af et materiales form kræver, at nogle atomer/molekyler flytter sig i forhold til hinanden. Nogle materialetyper har ganske rigtigt en "hukommelse" i form af en kraft, der trækker atomerne/molekylerne tilbage til den oprindelige form. Denne kraft bliver ofte mindre med tiden pga. processer inde i materialet, så materialet efterhånden "glemmer" den oprindelige form og bliver i den nye. Når metal og plast opfører sig forskelligt, er det, fordi de ikke har samme atomare/molekylære opbygning.

Et metal er oftest krystallinsk, dvs. atomerne sidder i et fast krystalgitter. Når man bøjer en metalstang, glider lag af atomer henover hinanden, så hvert atom rykker en eller flere pladser i gitret, men ender i en tilsvarende gitterposition (se figur). Atomerne kan ikke se forskel på deres gamle og nye naboer, og der er derfor ikke nogen kraft, der trækker dem tilbage, dvs. formændringen er permanent. Der findes dog "shape-memory" metallegeringer, som bl.a. anvendes i brillestel, tandretningsbøjler og rørfittings. Her opnås tilbagevenden til den oprindelige form gennem en pludselig faseomdannelse, som ændrer krystalgitrets form.

I plast er atomerne bundet fast sammen i meget lange molekylkæder. Kæderne er normalt filtret godt ind både i sig selv og i hinanden, hvilket mindsker deres bevægelsesfrihed. I den udeformerede plast er den overordnede form af den enkelte kæde i gennemsnit en kugle. Når bløde plasttyper strækkes, bliver den overordnede kædeform mere langstrakt (se figur).

Kæderne vil gerne tilbage til en tilstand, hvor de ikke er strakte (dog ikke nødvendigvis præcis samme form som før). Der er derfor en kraft, der trækker plasten tilbage til den oprindelige form. Kæderne ligger hele tiden og bevæger sig lidt (pga. termiske svingninger), og med tiden finder de nye former, som de er tilfredse med, så sammentrækningskraften langsomt forsvinder.

Hvis plasten holdes under stræk i længere tid, bliver formændringen derfor helt eller delvist permanent. Hvis kædelængden øges, eller flere kæder bindes sammen på kryds og tværs, f.eks. kemisk, bliver bevægeligheden mindre og hukommelsen stærkere. Gummielastikker og møbelskum er eksempler på dagligdags produkter, der udnytter dette."

Grethe Winther er seniorforsker ved Afdelingen for Materialeforskning på Risø DTU. Hun har en PhD grad i plastmaterialer og en Dr. Techn. grad i metaller.

Dokumentation

Læs og stil spørgsmål til Scientariet

Spørg fagfolket

Du kan spørge om alt inden for teknologi og naturvidenskab. Redaktionen udvælger indsendte spørgsmål og finder den bedste ekspert til at svare – eller sender spørgsmålet videre til vores kloge læsere. Klik her for at stille dit spørgsmål til fagfolket.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Jeg ved ikke om det er svaret du leder efter, men for metaller har du arbejdskurven til at beskrive deformation. En trækprøve efter DS/EN 10002 vil give en sådan kurve, hvor du kan se det elastiske og plastiske deformationsområde, samt brud.

http://www.denstoredanske.dk/@api/deki/fil...

Hvis du ønsker mere dybdegående information omkring opbygning af metaller, så kan jeg da anbefale "Metallurgi for ingeniører".

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten