Az elmúlt hét során elég extrém időjárási körülményekkel találkozhattunk. Nemrég még 15-20°C-ot mutatott a hőmérő, tegnap pedig a hófúvások után megdőlt a hidegrekord, -14°C fok alá hűlt a levegő. Hogyan hat a hőingadozás a műanyagokra, megfagynak-e s ha igen, milyen hőmérsékleten?
Köztudott, hogy a műanyagok nem annyira hőállóak, mint a fémek, vagy a kerámiából készült anyagok, de mi a helyzet a hőmérő másik oldalán, a kemény mínuszoknál? A kérdést precízebben talán úgy lehetne megfogalmazni, hogy történik-e változás a műanyagok tulajdonságaiban, ha 0°C alá hűlnek.
A válasz pedig az, hogy van, amelyik anyagnál igen, s van, amelyiknél nem.
A műanyagok különböző hőmérsékleteken megváltoztatják a tulajdonságaikat, ezen belül is elsősorban a rugalmasságukat. De míg maga a fagyás általánosságban egy halmazállapot-változást jelöl, a műanyagok esetében a szilárd halmazállapoton belül is többféle fizikai állapotot lehet megkülönböztetni, amik más-más tulajdonságokat eredményeznek. Az, hogy melyik műanyag mely hőmérsékleten változtatja meg a fizikai állapotát, rendkívül eltérő lehet.
Például a polietilén - amelyből többek között víz és csatornacsöveket gyártanak – egy igen rugalmas és ütésálló műanyag 20-25°C között, hidegebb időben azonban egyre merevebben viselkedik, bár még így bőven teljesíti a kültéri alkalmazásokhoz szükséges kritériumokat.
Forrás: http://www.borealisgroup.com
A reciklált PET-ből készült termékek merevsége +60 és -60°C között szinte egyáltalán nem változik. -60°C alatt ridegedés, +60°C fölött pedig ugrás-szerű, jelentős lágyulás következik be (amit a szakirodalom üveges-átmeneti hőmérsékletként, vagy röviden Tg-ként /glass transition temperature/ tart számon). Ez egyébként könnyen tesztelhető, amennyiben valaki a vízforralóból egyből egy PET-palackba tölti a melegvizet, csodás lágyulásnak lehet szemtanúja.
Hivatalosan persze nem egészen így mérik az anyagok merevségének hőmérsékletfüggését, hanem egy úgynevezett DMA műszerrel (Dinamikus Mechanika Analizátor). A mérés lényege, hogy egy hűthető-fűthető kamrában egyenletesen melegítik a vizsgálandó műanyag-próbadarabot, miközben a műszer ciklikusan meghúzza-elengedi, meghúzza-elengedi (stb-stb.), s így minden ciklusban meg tudja határozni, mennyire volt „nehéz” megnyújtani, vagyis mekkora az anyag merevsége. A mérés eredményeképp ilyen görbéket kaphatunk, amelyekből jól kirajzolódik a rugalmasság alakulása a hőmérséklet függvényében:
A rugalmasság épp a merevség ellentéte: az ábrán az y-tengelyen felfelé haladva a merevség nő, lefelé pedig a rugalmasság.
A mérés során tehát a műanyagok végig szilárd halmazállapotban vannak, a mért merevség-csökkenés még nem a megolvadásukat jelzi, hanem a molekulaláncok hőmozgásával van összefüggésben (HD-PE-nél az olvadás csak 120°C körül, PET-nél pedig 250°C körül következne be). Léteznek persze sokkal hőállóbb műanyagok is, hiszen például egy autó motorterében nagyobb hőterhelést is el kell viselni, persze azokhoz borsosabb áron lehet hozzájutni. Iyen például a PPS (polifenilén-szulfid), ami a 240°C-ot is tartósan kibírja).
A rugalmasság hőmérsékletfüggésének sajnos halálosan komoly következményei is lehetnek. A Challenger űrrepülő katasztrófájának oka például egy tömítőgyűrű rugalmatlansága volt, amelynek oka a kilövés időpontjában erősen lehűlt (0°C alatti) környezeti hőmérséklet, következménye pedig a tömítetlenség miatt szivárgó üzemanyag volt…
Forrás: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Shuttle-challenger.jpg
Összefoglalva elmondható, hogy minden műanyag változtatja a tulajdonságait a hőmérséklet függvényében, de mindegyik máshol és másmilyen mértékben, így az egyes alkalmazásoknál nagyon oda kell figyelni, melyik műanyag teljesíti az elvárt követelményeket.
