IDENTYFIKACJA ZWIĄZKÓW WIELKOCZĄSTECZKOWYCH

Celem badań identyfikacyjnych jest określenie typu polimeru stano­wiącego główny składnik badanego tworzywa. Analiza próbki tworzywa obejmuje następujące etapy:

- wydzielenie i oczyszczenie polimeru przez usunięcie napełniaczy, plastyfikatorów i rozpuszczalników,

- scharakteryzowanie właściwości fizycznych,

- wykonanie analizy ilościowej i jakościowej pierwiastków,

- oznaczenie zawartości typowych grup funkcyjnych /oznaczenle liczby zmydlenia, liczby jodowej, acetylowej itp./,

- badanie rozpuszczalności polimeru,

- badanie zachowania się polimeru podczas termicznego rozkładu oraz zbadanie produktów tego rozkładu,

• przeprowadzenie charakterystycznych prób chemicznych,

• wykonanie analizy spektralnej polimeru /widma IR, NMR, UV/. Bardzo pomocne w analizie związków wielkocząsteczkowych są próby po­równawcze wykonywane na próbkach tworzyw wzorcowych

Identyfikacja na podstawie rozkładu termicznego

Kawałek tworzywa umieszczony na końcu łopatki utrzymuje się przy płomieniu palnika aż do zapalenia, nie dłużej jednak niż 10 sekund. Obserwuje się zachowanie próbki oraz notuje zapach wydzielających się par i dymów. Charakterystyczna jest łatwość zapalania się materiału badanego oraz zdolność do gaśnięcia. Ogrzewanie nie powinno być szybkie; jeżeli płomień jest za duży, rozkład następuje zbyt szybko aby można było zaobserwować występujące zjawiska. Polimery rozkładające się z wy­dzieleniem węglowodorów aromatycznych palą się żółtym kopcącym płomie­niem. Mniej sadzy powstaje gdy tworzą się w czasie rozkładu węglowodo­ry alifatyczne. Ze wzrostem ilości tlenu w produktach rozkładu płomień przyjmuje barwę niebieską.

Odczyn kwaśny lub alkaliczny produktów rozkładu wykrywa się zwilżo­nym papierkiem wskaźnikowym /lakmusowym, uniwersalnym/ umieszczonym u wylotu probówki z ogrzewaną próbkią. Stwierdzenie odczynu kwaśnego wskazuje na obecność w badane,} próbce takich substancji, jak: polichlo­rek winylu, polichlorek winylidenu, naturalny i syntetyczny kauczuk, tworzywa polisulfonowe, azotan celulozy, octan celulozy, polioctan winylu. Stwierdzenie odczynu zasadowego /alkalicznego/ produktów rozkła­du wskazuje na możliwość występowania produktów kondensacji aldehydów z mocznikiem, melaminą, aniliną /aminoplasty/ oraz występowanie poli­amidów.

Identyfikacja na podstawie rozpuszczalności związków wielkocząsteczkowych

W niektórych schematach identyfikacyjnych wykorzystuje się badanie rozpuszczalności polimerów jako podstawę analizy jakościowej głównych typów tworzyw. W zasadzie jednak ocena rozpuszczalności należy do prób uzupełniających inne wyniki badań jakościowych. Pomaga ona w doborze odpowiedniego rozpuszczalnika lub mieszaniny rozpuszczalników do wy­dzielania polimeru z próbki tworzywa. Chodzi tu głównie o zachowanie się badanych tworzyw w rozpuszczalnikach organicznych, w wodzie oraz roztworach kwasów zasad i soli .Wiele typów tworzyw nie roz­puszcza się w rozpuszczalnikach pospolitych. Nie ulegają łatwo rozpu­szczeniu żywice fenolowe, mocznikowe, poliamidy, polietylen, policzterofluoroetylen.

Próbę rozpuszczania dogodnie jest przeprowadzać w probówce. Około 100 mg sproszkowanej /rozdrobni onej/ próbki zadaje się 10 ml rozpusz­czalnika, miesza się, co pewien czas wstrząsając zawartość probówki l. obserwuje w ciągu kilku godzin. Często przed właściwym rozpuszczeniem występuje pęcznienie próbki.

Identyfikacja na podstawie reakcji barwnych

Badania identyfikacyjne poszczególnych typów żywic prowadzi się rów­nież wykorzystując reakcje barwne, specyficzne dla danego polimeru lub danej grupy polimerów. Do najczęściej stosowanych należy próba Lieber-mana - Storcha - Morawskiego. Polega ona na ogrzewaniu małej próbki tworzywa w probówce z 2 cm bezwodnika octowego. Po schłodzeniu do roz­tworu dodaje się 3 krople stężonego kwasu siarkowego i obserwuje zabar­wienie roztworu oraz zmiany, jakie w nim zachodzą. Ocena jakościowa na podstawie tej próby nie jest w wielu przypadkach pewna i konieczne jest wtedy wykonanie próby porów­nawczej ze znanym materiałem.

Pomiar cech wytrzymałościowych przy statycznym zginaniu Pozwala on na oznaczenie:

a/ naprężenia zginającego i strzałni ugięcia przy złamaniu dla materiałów, które ulegają złamaniu przed osiągnięciem lub w chwili osiągnięcia umownej strzałki ugięcia,

b/ naprężenia zginającego przy umownej strzałce ugięcia dla materia­łów, które nie ulegają złamaniu przed osiągnięciem lub w chwili osiągnięcia umownej strzałki ugięcia,

c/ naprężenia zginającego przy obciążeniu maksymalnym dla materia­łów, które wykazują maksymalne obciążenie przed osiągnięciem lub w chwili osiągnięcia umownej strzałki ugięcia,

d/ naprężenia zginającego przy złamaniu lub przy obciążeniu maksymal­nym po przekroczeniu umownej strzałki ugięcia*

Pomiary wytrzymałościowe stosuje się dla zbrojonych i ni e zbrojonych, sztywnych tworzyw sztucznych.

1. Strzałka ugięcia - odległość, którą przebywa punkt zewnętrznej płaszczyzny /górne j lub dolnej/ obciążonej próbki wzdłuż linii wywierania nacisku w czasie zginania.

2. Naprężenie zginające w danej chwili badania - maksymalne napręże­nie zewnętrznej płaszczyzny materiału w przekroju próbki w jej osi symetrii.

3. Naprężenie zginające przy umownej strzałce ugięcia - naprężenie zginające przy strzałce ugięcia równej 1,5 krotności grubości próbki.

4. Naprężenie zginające przy obciążeniu maksymalnym - naprężenie zginające powstałe w chwili, kiedy obciążenie osiągnie pierwsze maksimum.

5. Naprężenie zginające przy zniszczeniu - naprężenie zginające powstałe w chwili złamania próbki.

Oznaczanie wytrzymałości na zginanie sztywnych tworzyw sztucznych przeprowadza się na aparacie - typ Dynstat. Metodę tę stosuje się do badania wyrobów i półwyrobów z tworzyw sztucz­nych, których wymiary uniemożliwiają wykonanie oznaczania wytrzymałoś­ci na zginanie inną metodą.

1. Ugięcie - odkształcenie podłużnej osi próbki od położenia począt­kowego pod wpływem naprężenia* mierzone wielkością kąta ugięcia w stopniach.

2. Naprężenie zginające przy danym ugięciu - naprężenie, pod wpły­wem którego następuje ugięcie próbki

3. Wytrzymałość na zginanie - maksymalne naprężenie zginające, powo­dujące złamanie próbki,

Oznaczanie udnrnoścl sztywnych tworzyw sztucznych oraz ebonitu na próbkach z karbem l bez karbu przeprowadza śle na aparacie Dynstat. Wyniki oznaczeń otrzymane wg tej metody są nieporów­nywalne z wnikami oznaczeń udamości wykonanych za pomocą młotów typu Charpy lub Izolda.

Udarność próbek - praca zużyta na dynamiczne złama­nie próbki, odniesiona do 1 cm przekroju poprzecznego w miejscu złamania.

Oznaczanie temperatury ugięcia metodą Martensa. Temperatura ugięcia wg Martensa jest to temperatura /w °C/, w której następuje określone odkształcenia próbki poddanej stałemu naprężeniu zginającemu przy określonym sposobie jej zamocowani) i ogrzewania,

Oznaczenie służy do kontroli jakości i ustalenia warunków dostawy tłoczyw prasowniczych i wtryskowych oraz półfabrykatów z tworzyw sztu­cznych w postaci płyt, arkuszy lub wyrobów innych kształtów. Na podsta­wie wyników oznaczeń nie należy wyciągać wniosków co do odporności cieplnej tworzyw w czasie ciągłej pracy w podwyższonych temperaturach.

Konsystometr Hópplera składa się z termostatu, w którym umieszcza się cylinder pomiarowy z badaną próbką, zestawu wgłębników penetrujących połączonych ramieniem z dźwignie obciążającą i czujnika rejestrującego ruchy odpowiednio dobranego wgłębnika z dokładnością 0,01 mm.

Stosując różne obciążenia i odpowiednie wgłębniki można konsystometrem Hopplera mierzyć: , prędkość płynięcia , temperaturę płynięcia pod różnymi obciążeniami, penetrację znormalizowanych wgłębników pod różnymi obciążeniami w różnych temperaturach, plastoelastyczną odkształcalność,

Prasowanie i wyznaczanie skurczu prasowniczego

Prasowanie jest metodą przetwórstwa polegającą na cyklicznym wprowa­dzaniu tworzywa do zamykanego gniazda formującego, bardzo często jego uplastycznianiu, a następnie stapianiu w zamkniętym gnieździe formują­cym, jego utwardzeniu lub zestaleniu, i z kolei wyjęciu przedmiotu, zwanego w tym przypadku wypraską prasowniczą z gniazda. Proces prasowa­nia zachodzi na prasach lub bez ich udziału, jednak zawsze z użyciem narzędzia, którym jest forma prasownicza mająca gniazdo formujące. Tworzywo wejściowe do procesu prasowania może być w stanie stałym i wówczas ma kształt proszku, tabletek, arkuszy lub rzadziej granulek oraz może być w stanie ciekłym.

Utwardzalne tworzywa, najczęściej w kształcie proszku lub tabletek, składające się z żywicy utwardzalnej i składników dodatkowych, np. napełniacza, środka barwiącego i smarującego, nosi nazwę tłoczywa. Można więc mówić o tłoczywie fenolowym, aminowyniy mocznikowym, epoksydo­wym itp.Prasowanie dzieli się na kilka odmian. Ważniejsze z nich są nastę­pujące prasowanie wysokociśnieniowe - tłoczne, przetłoczne, płytowe i prasowanie niskociśniehiowe oraz prasowanie wstępne zwane tabletko­waniem.

Fornowanie jest to proces, w czasie którego ze spienionych luźnych granulek otrzymuje się gotowy wyrób. Granulki zwiększające swoją obję­tość pod wpływem temperatury /dodatkowe spienianie się dzięki poroforowi i przedyfundowanerau powietrzu/ wypełniają wszystkie wolne przes­trzenie w formie i zlepiają się ze sobą tworząc jednolity blok. For­mowanie odbywa się w gorącej wodzie w temperaturze ok. 373K. Polistyren piankowy ma strukturę drobnokomórkową o komórkach zamknię­tych i odznacza się obok bardzo dobrych własności cicpŁochronnych małą wodochłonnoscią.

---